太陽能發(fā)電的一些問題

【專家解說】：太陽能電池的原理 太陽光照在半導體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。 一、太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。 （1） 光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。 （2） 光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的 太陽能電池的原理 太陽光照在半導體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。 一、太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。 （1） 光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。 （2） 光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的 太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 現(xiàn)階段以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。 全球太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 據(jù)Dataquest的統(tǒng)計資料顯示,目前全世界共有136 個國家投入普及應(yīng)用太陽能電池的熱潮中,其中有95 個國家正在大規(guī)模地進行太陽能電池的研制開發(fā),積極生產(chǎn)各種相關(guān)的節(jié)能新產(chǎn)品。1998年,全世界生產(chǎn)的太陽能電池,其總的發(fā)電量達1000兆瓦,1999年達 2850兆瓦。2000年,全球有將近4600 家廠商向市場提供光電池和以光電池為電源的產(chǎn)品。 目前,許多國家正在制訂中長期太陽能開發(fā)計劃,準備在21世紀大規(guī)模開發(fā)太陽能，美國能源部推出的是國家光伏計劃, 日本推出的是陽光計劃。NREL光伏計劃是美國國家光伏計劃的一項重要的內(nèi)容，該計劃在單晶硅和高級器件、薄膜光伏技術(shù)、PVMaT、光伏組件以及系統(tǒng)性能和工程、 光伏應(yīng)用和市場開發(fā)等5個領(lǐng)域開展研究工作。 美國還推出了"太陽能路燈計劃",旨在讓美國一部分城市的路燈都改為由太陽能供電,根據(jù)計劃,每盞路燈每年可節(jié)電 800 度。日本也正在實施太陽能"7萬套工程計劃"， 日本準備普及的太陽能住宅發(fā)電系統(tǒng),主要是裝設(shè)在住宅屋頂上的太陽能電池發(fā)電設(shè)備,家庭用剩余的電量還可以賣給電力公司。一個標準家庭可安裝一部發(fā)電3000瓦的系統(tǒng)。歐洲則將研究開發(fā)太陽能電池列入著名的"尤里卡"高科技計劃，推出了"10萬套工程計劃"。 這些以普及應(yīng)用光電池為主要內(nèi)容的"太陽能工程"計劃是目前推動太陽能光電池產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的重要動力之一。 日本、韓國以及歐洲地區(qū)總共8個國家最近決定攜手合作,在亞洲內(nèi)陸及非洲沙漠地區(qū)建設(shè)世界上規(guī)模最大的太陽能發(fā)電站,他們的目標是將占全球陸地面積約1/4的沙漠地區(qū)的長時間日照資源有效地利用起來,為30萬用戶提供100萬千瓦的電能。計劃將從2001年開始，花4年時間完成。 目前,美國和日本在世界光伏市場上占有最大的市場份額。 美國擁有世界上最大的光伏發(fā)電廠,其功率為7MW,日本也建成了發(fā)電功率達1MW的光伏發(fā)電廠。全世界總共有23萬座光伏發(fā)電設(shè)備,以色列、澳大利亞、新西蘭居于領(lǐng)先地位。 20世紀90年代以來,全球太陽能電池行業(yè)以每年15%的增幅持續(xù)不斷地發(fā)展。據(jù)Dataquest發(fā)布的最新統(tǒng)計和預(yù)測報告顯示,美國、日本和西歐工業(yè)發(fā)達國家在研究開發(fā)太陽能方面的總投資, 1998年達570億美元;1999年646億美元;2000年700億美元;2001年將達820億美元;2002年有望突破1000億美元。 我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 我國對太陽能電池的研究開發(fā)工作高度重視,早在七五期間,非晶硅半導體的研究工作已經(jīng)列入國家重大課題;八五和九五期間,我國把研究開發(fā)的重點放在大面積太陽能電池等方面。2003年10月，國家發(fā)改委、科技部制定出未來5年太陽能資源開發(fā)計劃，發(fā)改委"光明工程"將籌資100億元用于推進太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，計劃到2005年全國太陽能發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量達到300兆瓦。 2002年，國家有關(guān)部委啟動了"西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計劃"，通過太陽能和小型風力發(fā)電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。這一項目的啟動大大刺激了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)建起了幾條太陽能電池的封裝線，使太陽能電池的年生產(chǎn)量迅速增加。我國目前已有10條太陽能電池生產(chǎn)線,年生產(chǎn)能力約為4.5MW,其中8條生產(chǎn)線是從國外引進的,在這8條生產(chǎn)線當中,有6條單晶硅太陽能電池生產(chǎn)線,2條非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線。據(jù)專家預(yù)測,目前我國光伏市場需求量為每年5MW,2001～2010年,年需求量將達10MW,從2011年開始,我國光伏市場年需求量將大于20MW。 目前國內(nèi)太陽能硅生產(chǎn)企業(yè)主要有洛陽單晶硅廠、河北寧晉單晶硅基地和四川峨眉半導體材料廠等廠商，其中河北寧晉單晶硅基地是世界最大的太陽能單晶硅生產(chǎn)基地，占世界太陽能單晶硅市場份額的25％左右。 在太陽能電池材料下游市場，目前國內(nèi)生產(chǎn)太陽能電池的企業(yè)主要有保定英利新能源、無錫尚德、開封太陽能電池廠、云南半導體器件廠、秦皇島華美光伏電子、浙江中意太陽能、寧波太陽能電源、京瓷（天津）太陽能等公司，總計年產(chǎn)能在120MW以上。 太陽能電池及太陽能發(fā)電前景簡析 目前,太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、 通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價很貴的輸電線路。但是在目前階段，它的成本還很高，發(fā)出1kW電需要投資上萬美元，因此大規(guī)模使用仍然受到經(jīng)濟上的限制。 但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。 太陽能電池的分類 太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式(以下表示為a-)兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。 按材料可分為硅薄膜形、化合物半導體薄膜形和有機膜形，而化合物半導體薄膜形又分為非結(jié)晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化鋅 (Zn 3 p 2 )等。 太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池四大類，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導地位。