J I A N G S U U N I V E R S I T Y
新能源发电技术课程学习报告
学院名称：电气信息工程学院
专业班级： 电气1004
学号： 3100501091
姓名： 贾斌彬
2013/10/29
摘要：随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。于是全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点，本文着重介绍太阳能中光伏发电的四大方面。
关键词：光伏、太阳能、能源、发电
引言：丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。太阳能属于再生绿色能源，可以说是“取之不尽，用之不竭”。太阳能光伏发电技术利用半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能，被认为是当今世界上最具发展前景的新能源技术。
20世纪80年代后，太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。20世纪90年代后，光伏发电快速发展，到20##年，世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划，到20##年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国，也纷纷制定光伏发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。世界光伏组件在1990年——20##年年平均增长率约15%。20世纪90年代后期，发展更加迅速，1999年光伏组件生产达到200兆瓦。商品化电池效率从10%～13%提高到13%～15%，生产规模从1～5兆瓦/年发展到5～25兆瓦/年，并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到3美元/瓦以下。20##年的光伏行业调查表明，到20##年，光伏产业的年发展速度保持在30%以上。年销售额将从20##年的70亿美金增加到20##年的300亿美金。许多老牌的光伏制造公司也从原来的亏本转为盈利。
早在1839年，法国科学家贝克雷尔就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。调查数据显示，20##年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。20##年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。由于前几年发达国家光伏补助相当多，国外光伏发电迅猛，为了调节（降低）光伏发电装机，德国、英国、美国等发达国家已经开始降低光伏发电的补助，因此这些国家的光伏装机明显下降。光伏发电补助下降，使市场自动调节，当光伏组件价格降低到一定阶段时，达到商业发电的经济指标，光伏发电规模会增加。
其中中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，20##年的光伏发电安装量比20##年增长了约5倍，20##年电池产量达到20GW，约占全球的65%。截至20##年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%。近20年来，我国光伏产业的发展已初具规模，但在总体水平上我国同国外相比还有很大差距。我国目前尚有约30000个村庄，700万户，3000万农村人员还没有用上电，60%的有电县严重缺电，光伏市场潜力巨大。专家预测20##年我国太阳能电池生产能力将超过300MW。在今后的十几年中，太阳电池的市场走向将发生很大的改变，到20##年以前中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统，从20##年到20##年，中国光伏发电的市场主流将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到20##年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。国家未来三年将投资200亿补贴光伏业，中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长，并吸引了更多的战略投资者融入到这个行业中来。
虽然我国光伏产业发展迅速，产业规模和技术水平都有相应提高。但同发达国家相比，仍存在很大差距，如：专用原材料国产化程度不高，品种不全，已经实现国产化的材料和部件，其性能比国外偏低，如银、铝浆、EVA 等。组件封装低铁绒面玻璃、TPT 尚未投放市场光伏产业链上游小、下游大的不平衡状态，其中最严重的是太阳级多晶硅生产是空白，完全依赖进口。其它环节的差额部分需要进口，如电池片、硅锭∕硅片，配套材料等。产业设备设计水平和制造能力落后。多晶硅铸造炉、线锯、破锭机完全需要进口；PECVD 氮化硅沉积设备、丝网印刷机、电池片分选机、串联焊接机等性能均不能满足现代化生产需要。这些设备都需要全套引进，等等。
无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。
以下论述光伏发电的四大方面：
一：光伏发电原理
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P－N结。当太阳光照射到P－N结后，空穴由N极区往P极区移动，电子由P极区向N极区移动，形成电流。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。
二：光伏发电系统
光伏发电分为独立光伏系统和并网光伏系统。
独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。
并网光伏发电系统是与电网相连并向电网馈送电力的光伏发电系统。太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。并网光伏发电系统可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑；不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系统上。 并网光伏发电有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，还没有太大发展。而分散式小型并网光伏，特别是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。目前从技术上可以实现的光伏发电系统并网的方式有：屋定并网发电系统和沙漠电站系统。屋顶系统是利用现有建筑的屋顶有效面积，安装并网光伏发电系统，其规模一般在几个kWp 到几个 MWp 不等。沙漠电站则是在无人居住的沙漠地区开发建设大规模的并网光伏发电系统，其规模从10MWp 到几个GWp 的规模不等。近年来，世界太阳电池年产量迅速增加，连续8 年增速在30%左右，2004 年的年增长率甚至超过60%，达到1200MW。
三：光伏发电优缺点
光伏发电的优点主要体现在：
1、体积小、重量轻，单位重量比功率为50-1000W/kg；2、寿命长：20-50年（工作25年，效率下降20%）；3、零排放，无燃料消耗，无噪声，无污染，安全；3、发电不用水（高倍聚光电池也如此），可在荒漠地区建设；4、运行可靠，无机械转动部件，使用安全。5、生产资料丰富，硅材料储量丰富；6、不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，无电地区，以及地形复杂地区；7、规模大小皆宜，可为10W-100GW；8、建设周期短，安装成本低；9、能量回收期短，只有0.8-3.0年，能量增值效应明显，达8-30倍；10、规律性强，可预测，调峰效果明显，调度比风力发电容易；降价潜力大。
其缺点有：
①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关；③发电成本高；④光伏板制造过程中不环保。
四：光伏发电应用领域
（1）用户太阳能电源：1、小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等；2、3-5KW家庭屋顶并网发电系统；3、光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。
（2）交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。
（3）通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。
（4）石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。
（5）家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。
（6）光伏电站：10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。
（7）太阳能建筑将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。
（8）其他领域包括：1、与汽车配套：太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等；、2太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；3、海水淡化设备供电；4、卫星、航天器、空间太阳能电站等。
个人观念：
在我看来，可再生能源将是未来人类的主要能源来源，因此世界上多数发达国家和部分发展中国家都十分重视可再生能源对未来能源供应的重要作用。能源是重要的环境污染源，由于较低的能源利用效率和以煤为主的传统能源结构，导致世界环境污染很严重，不符合可持续发展的要求，而在新的可再生能源中，光伏发电和风力发电是发展最快的，也是最具有安全性跟可靠性的。总之，无论从能源资源的结构性短缺，还是从经济可持续发展的目标来考虑，中国不能再延续过去资源耗竭性的发展模式。
目前仍处于发展中的中国，及有必要充分利用太阳能资源，而光伏发电又是利用太阳能资源中最重要的一块。光伏将在电力供应中扮演重要角色，预计中国光伏工业将在以后每年都能得到极大的发展。中国有很好的太阳能资源，有足够的建筑屋顶、沙漠及荒漠资源，具有大规模发展光伏发电的条件。同时，太阳能利用无污染，对环境无伤害。
虽然当前中国光伏工业和光伏市场发展很快，但存在“头小尾大”不平衡的问题，不解决高纯多晶硅原材料和硅片生产的问题，中国光伏工业的发展就会受到限制。同时，中国光伏工业发展的关键更在于政策，如果中国的“可再生能源促进法”得以实施，仿效德国的成功经验，中国光伏事业发展的资金障碍是可以消除的。与太阳能发电相似的，
风力发电同样在能源发展中拥有重要的地位，世界环境破坏越来越严重，可持续发展的无污染的风力发电同样需要大力发展，国家应该充分利用西部地区的风力资源，大量减少传统能源的利用，减少环境污染。
相信以太阳能跟风力资源，中国可以实现环保能源利用的最大化。
参考文献：《新能源发电技术》王长贵主编
《新能源发电与控制技术》惠晶主编
《现代能源与发电技术》邢运民，陶永红 主编