光伏发电的现状及未来发展趋势分析
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【摘要】能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产力的不断发展和技术的不断进步，以及伴随着化石能源因日益枯竭而不断涨价，太阳能作为一种高效的可再生能源得到了广泛的重视和利用。本文从太阳能技术、市场前景等方面综述了光伏发电产业的利用现状，针对我国具体市场环境和对未来的光伏发电市场对我国的光伏发电前景进行展望，为我国未来光伏发电市场的有序开发和行业发展提供借鉴。
【关键词】太阳能光伏发电；光伏发电现状；光伏发电前景发展
1.太阳能光伏发电
1.1 太阳能光伏发电系统
太阳能光伏发电系统由太阳能电池阵、蓄电池、逆变器、负荷以及控制器等组成，以太阳能电池阵列为核心。太阳能电池阵分为平板式和聚光式。太阳能电池用半导体材料制成，当太阳光能投射到半导体上之后，半导体会吸收太阳光能进而激发出其内部的电子和正电荷，此时电荷的定向移动形成电流，半导体内有电流流过，称为“光伏效应”。目前应用较广的太阳能电池有单晶硅、多晶硅和非晶硅等，而近年来也出现了用硅以外的化合物材料如磷化铟、砷化镓等做成的太阳能电池。
1.2 太阳能光伏发电原理
太阳能光伏发电，是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式。可以说是当今太阳光发电的主流。太阳能光伏发电也即是太阳能电池发电。太阳能电池是利用半导体p—n结的光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件。由于单个太阳能电池不能作为电源使用，而要用若干片电池组成的电池阵进行发电。
2.光伏发电方式现状
2.1 光伏发电耗能
太阳能作为一种永久性资源，带来的经济效益是无可估量的。我国有着十分丰富的太阳能资源。据估算，陆地表面每年接收的太阳辐射能约为5×1019 kJ，约相当于1 700 亿t 标准煤的热值。和火力发电、水力发电、核能发电等发电方式不同，光伏发电依托太阳能得天独厚的自然存在，基本来源几乎不耗费任何经济成本。光伏发电中，因为应用到太阳能光伏发电系统即太阳能电池阵、蓄电池、逆变器、负荷以及控制器等组成的系统，因此发电方只需要付出硬件的经济成本即可利用太阳能资源进行光伏发电，以满足各个行业对电能日益增长的需求。
2.2 光伏发电的能效利用现状
2.2.1 光伏发电的能效利用状况
光伏发电的能源利用效率是指光伏发电过程中，付出的太阳能光伏发电系统投入所带来的经济产出量即发电量。用太阳能的转换效率来衡量光伏发电的能效利用状况。太阳电池的转换效率就是电池电功率和入射光功率的比值。由于电池板的不同，不同材料的能效利用率也不同。现有情况来看，单晶硅电池板的能效利用效率在18%左右（实验室可达到22%以上），多晶硅电池板的能效利用效率在16%左右（实验室可达到20%以上）。从此数据来看，光伏发电在能效利用状况上情况不是很理想，尽管每年的光伏发电装机量逐年递增，仍应该从能源利用效率上找出最根本的解决办法。
2.2.2 光伏发电能效利用存在的问题
第一，由于电池板硅片未达到规模生产、生产设备及工艺落后、部分原材料需要进口、硅片生产能力不足，需要外购硅片等原因太阳能电池成本偏高，硅片生产能力不足。光伏发电市场开发的主要障碍是太阳能电池的生产成本偏高。太阳能电池售价的高低是影响光伏发电系统价格的关键。如果中国太阳能电池行业在近期仍无较大进步的话，形势是不乐观的。
第二，硅片本身的成本问题。目前，太阳能电池的成本为整个系统成本的主要部分。降低硅材料的生产费用，是降低太阳电池成本的关键。多晶硅电池的材料成本比单晶硅电池的材料成本低，应作为研究的重点。可研究多晶硅材料制备的新技术、快速掺杂表面处理技术、提高硅片质量的新技术新工艺等。最大功率点跟踪控制技术的日益完善，也会为光伏发电提供更强的竞争实力。
第三，系统配套能力差。光伏发电的平衡系统包括：蓄电池、逆变器、控制器等)。由于尚未形成规模生产；缺乏统一的质量标准；没有权威的质量监测中心；成本高，质量差；产品开发跟不上市场需求等原因，中国在专用控制器、逆变器及专用直流灯具等方面的配套能力一直很差，中国在光伏发电系统部件水平以及光伏平衡系统的效率和成本方面与国外有着较大差距，应予以充分重视并及时改进。
第四，生产规模小。我国太阳电池制造厂的生产能力约为0.5～1兆瓦/年，比国外生产规模低一个多数量级。加之市场培育和发展迟缓，缺乏市场培育和开拓的支持政策、措施。使光伏发电的规模停留在小数量上。
3.光伏发电方式的未来发展趋势
3.1 国家政策下光伏发电前景展望
在未来，太阳能光伏发电、太阳能电池用硅锭/硅片以及高效低成本太阳能电池组件及系统控制部件的产业化成为可再生能源和新能源高技术产业化专项支持的重点领域之一。太阳能是洁净无污染的巨大能源，最大限度地开发利用太阳能将是人类新能源利用方面的科技发展方向。随着世界能源的日趋紧张和光伏发电技术的不断发展，廉价的非晶硅太阳电池的生产技术也日渐成熟。太阳能光伏发电技术非常契合国家新能源优化发电的举措，加之太阳能光伏发电的清洁、廉价等性能，未来光伏发电将呈现良好的发展态势。
3.2 光伏发电方式整体未来发展趋势
从技术的层面来说，将光能转化为电能的光伏发电技术是一项非常重要的技术手段。它能够实现人类向可持续的能源系统转变。相对而言，目前这项技术的发展还处在初期阶段，到2030年之后将会有很稳定和很高的增长率，会成为更加可行的电力供应者。随着科技发展，行业内预计2030年以后发电成本会继续降低。一些技术如晶体硅、薄膜以及一些新光伏发电系统材料将会在市场上大量涌现。如果这些新举措得以成功实施，模块的转换效率将进一步提高。最终，光伏模块的转换效率将达到30%～50%，从而使太阳辐射能量可以高效的利用。安装在阳光充足地区的1m2最高效的光伏模块每年将发电1000kWh。
从应用领域来看，由于之前的光伏发电市场主要是在通信领域和边远地区。在国家和行业大力提倡光伏发电措施下，应用的范围可以随着光伏发电系统成本的降低，将向光伏水泵，海岛，工业领域以及屋顶发电系统发展。而随着常规电力日趋紧张，光伏发电必然向公共电力规模发展，屋顶光伏发电系统，大型独立光伏电站(100kW以上)，中心并网电站(100kW到1MW级电站)以及大型风光互补电站必然会在公共电力中占到更大的份额。电动汽车的发展也会给光伏发电带来新的机会，如汽车空调、太阳能快速充电系统以及光伏制氢系统等。在更远的将来，光伏发电有可能得到像沙漠电站甚至宇宙发电等更大规模的应用。
3.3 光伏发电方式在建筑构件上的重要应用
我国的太阳能资源相当丰富，且分布范围较广，太阳能光伏发电的发展潜力巨大。我国的建筑物能耗约占全国能源消费总量的28%，将太阳能光伏发电系统与建筑相结合，提供建筑物自身用电需求，实现建筑物零能耗，可以大大改变我国建筑物高耗能的现状。目前，我国政府已把太阳能光伏发电列入《中国21世纪议程》，这将推动我国光伏发电技术的应用和发展，扩大光伏发电在建筑中的应用规模。光伏发电与建筑相结合的工程非常具有开拓性。在相关部门加强推广应用太阳能、制定相关政策和积极扶植，建筑部门加快太阳能利用的措施下，光伏发电与建筑物构件相结合，有效地利用太阳能光伏发电能量，满足建筑物对电能等能源的需求，减少国家支柱发电手段的负担，使能源利用效率最大化。
4.结束语
进入21世纪以来，在能源短缺与需求增加的双重制约下，能源问题不仅表现在常规能源的匮乏不足，同样化石能源的开发利用带来了一系列环境问题。而国家要能源问题，实现可持续发展，要依靠科技进步开发利用可再生洁净能源。太阳能其独具的优势是国家大力发展的必要前提。充分利用太阳能光伏发电，必将有效节约能源，而太阳能资源也将成为世界范围内的主导能源。
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