为何发展太阳能及光伏发电

1、新能源一新时代的必然选择有研究数据指出：以目前的开采速度计算，全球探明石油储量可供生产40.6年，天然 气和煤则分别可供应65.1年和155年。随着生产发展的需要，世界能源需求将持续上升， 而石油生产将下降。从长期看来，世界终将面临替代石油和其他化石燃料的新能源时代。新能源和可再生能源可以成为未来能源的重要组成部分。风能、水能、太阳能、生物 质能、地热能、海洋能等非化石能源都存在巨大的发展潜力。地球环境与太阳能人类生产和生活所产生的污染使地球环境变得愈来愈差。一般认为，地球变暖是由占温 室气体约60%的二氧化碳引起的，而其中约80%是由化石燃料的消耗产生的。而发展清洁的 可再生能源可以有效的降

2、低温室气体排放。新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的 可再生能源，包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、海洋能等。下面分析几种新能 源的发展前景：太阳能：太阳能因其分布广泛，取之不尽、用之不竭，且无污染，被公认为人 类社会可持续发展的重要清洁能源。太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大 能量，太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于 太阳。太阳能是自然界最丰富的可再生能源。太阳表面温度高达6000r，内部不断 进行核聚变反应，并且以辐射方式向宇宙空间发射出巨大的能量。据估算，地球上 每年接收的太阳能，相当于地球上每年燃烧其他燃料所获能量的3000倍，因此，

3、 大力开发利用太阳能是21世纪的高新技术。生物质能：储量大，其不仅可用于取热和发电，而且可用于生产生物燃料，它 直接或间接地来源于植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。是 一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质作为燃料时，由于它在 生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排 放量近似于零，可有效地减轻温室效应。风能：蕴量巨大，取之不尽，用之不竭，可以再生，分布广泛，没有污染。风 力发电没有燃料问题，不会产生辐射或二氧化碳，是便宜而且清洁的能源，但在各 地区发展不平衡。而且风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类。进行风力发电时， 风力发电机

4、会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的地方来兴建。这对发展迅速的 城市而言，可能不足以提供空旷的土地，水能：水能是一种可再生能源，是清洁能源，是绿色能源。但是水能分布受水 文、气候、地貌等自然条件的限制大。水容易受到污染，也容易被地形，气候等多 方面的因素所影响。地热能：地热能量是储存于地球内部岩石或流体中的热能，通常表现为热水、 蒸汽或干热岩，热能储量惊人。氢能：氢能是氢的化学能，氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分 布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%。工业上生产氢的方式很多，常见的有 水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。氢气可作为燃 料电池长远的应用选择

5、。使用氢气的主要缺点是在所燃料中储存难度大。海洋能：海洋能不仅形式多样而且储量巨大。它包括潮汐能、潮流能、海流能、 波浪能、温差能、盐差能等。然而海洋能的特点决定了其开发的难度大，技术水平 要求高。此外，海洋环境严峻，对使用材料及设备要求高。太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可 直接开发和利用，且无须开采和运输。开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一， 在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。每年到达地球表面上的太阳辐射能约 相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。根据目前太阳产生的核 能速率估算，氢的贮量足够维持上百

6、亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲， 可以说太阳的能量是用之不竭的。因此，大力开发利用太阳能是21世纪的高新技术。太阳能利用光化学利用：光合作用的绿色植物、大棚蔬菜太阳能发电：太阳能发电、太阳能电池太阳能热利用：主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电、太 阳能无线监控等光热发电与光伏发电有专家分析，如果把地球表面0.1%的太阳能转变为电能，转变率为5%，每年的发电量相 当于目前世界能源消耗的40倍左右。光热发电：是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽， 结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。关键技术在于聚光集热部分和导热、储

7、热部分。光伏发电：是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。关键技术在于太 阳能电池。光热发电与光伏发电的比较：太阳能无疑是目前地球上可以开发的最大可再生能源。根据 对到达地球上的太阳辐射能量进行转化形式的不同，太阳能的利用可以分为光热和光伏两大 类别。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这 种技术的关键元件是太阳能电池。而光热利用按温度可分为中低温和高温利用。中低温主要 包括太阳能热水器、太阳能建筑供暖制冷、太阳能海水淡化、太阳能干燥等；高温热利用主 要包括太阳能热发电及太阳能热化学等。目前，太阳能热发电技术主要包括4类，槽式、线 性菲涅尔式、

8、碟式及塔式。其中，槽式和塔式太阳能热发电站目前均已实现了商业化运行， 而碟式及线性菲涅尔式则分别处于样机示范及系统示范阶段。光伏发电最大的优势是应用场 合没有明显限制，有阳光资源的地方都可安装光伏系统。在辐照不好或者夜间，光伏系统通 过对蓄电池进行充放电实现连续运行。不过，规模化光伏电站若采用蓄电池储能，其成本仍 然较高，且蓄电池的使用寿命有待考验。而太阳能光热利用中除了可以通过材料吸收太阳辐 射光谱中不同波长的光能并将其转化为热能供直接使用外，还可以利用聚光器将低密度的太 阳能汇聚，生成高密度的能量，加热工作介质，产生蒸汽推动汽轮机发电。聚光器的聚焦方 式有点聚焦、线聚焦等，对应产生了碟式、

9、塔式、槽式及菲涅尔式等几种主要的太阳能热发 电形式，与常规火电站相比，太阳能热发电系统的“热一功一电”转换环节所采用的热力循环 模式及设备基本是相同的。在辐照连续的条件下，太阳能热发电站可以直接产生与火电站完 全相同的满足电网品质要求的交流电，保证电网的电压和频率稳定。但太阳辐射能本身具有 随季节、白天时段不同而不连续变化的特点，受天气条件影响较大。储热材料技术的发展， 已为实现规模化稳定运行的太阳能热发电站提供了可能。“在合适的选址区域，带有一定容 量储热系统的太阳能热发电站，将不仅可产生满足用户需求的电能，还能根据电网中用电负 荷的变化，起到调峰作用”。另外从实际电站运行的角度来看，太阳能

10、热发电比太阳能光伏 发电有对现有火电站及电网系统更好的兼容性。但是，相比光伏发电，对能够体现太阳能热 发电经济性所需要的太阳能辐射资源及规模化容量的要求也更高。太阳能光伏发电系统主要分为离网（独立）发电系统和并网发电系统。离网发电系统主 要应用于无电地区的供电，而并网发电系统不需经过储存，直接经过控制、变换系统送入电 网，因其省去了存储环节，系统成本和效率都大幅改善，更加符合市场化和产业化的要求， 是未来的发展方向。太阳辐射太阳辐射主要集中在可见光部分(0.40.76pm),波长大于可见光的红外线(0.76pm) 和小于可见光的紫外线( k二。为了使受激电 子有足够的时间被触电极收集，受激电子

11、维持在激发态EC的时间必须足够长。电流密度太阳能电池产生的电流大小通常用电流密度来表示，带隙愈小可能产生的电流就越大。 标准太阳光辐射强度的最大值分布在波长为500nm附近的可见光，光的强度随着波长变长而 变弱。用E=1240/入来计算，GaAs的带隙是1.43eV，对应的光波长是867nm，比这个波长长 的光不能被吸收。Si的带隙1.11eV比较小，对应光的波长是1117nm,比这个波长短的都能 被吸收。材料要求带隙：虽然很多固体材料都满足带隙条件，但是良好的导电性使半导体材料更适 合制备太阳能电池。带隙Eg =0.5-3eV的半导体可以吸收可见光，使电子从基态 跃迁到激发态III-V族半导体GaAs和InP,在300K的带隙E；分别为1.42eV和1.35eV,与最佳带隙1.4eV很接近，是高转换效率太阳能电池的理想材料。光吸收：为使E Eg的本征吸收有尽可能高的吸收率，增加吸收层的厚度可以增 强吸收。载流子的有效