《能源导论-》论文

太阳能的应用及开发潜能

热动121班王建业学号 20120312028

摘要

在低碳经济时代，开发新能源不仅有利于保护生态环境，优化能源消费结构，而且也是拉动内需，增加就业机会，促进社会可持续发展的战略选择。中国新能源资源丰富，发展新能源对中国具有重要的战略意义。中国在新能源发展方面取得了长足的进步，但同时也存在着很多问题等待解决。太阳能有着巨大的潜在资源优势，大规模开发利用太阳能将从根本上解决未来世界对能源消费的需求。生物质能是太阳能以化学能形式储藏在生物中的一种能量，它直接或问接地来源于植物的光合作用。因此，大力发展太阳能源，已成为人类可持续发展的必须。

关键词

新能源低碳清洁高效太阳能源保护环境

0 前言

随着经济的不断发展，人们对能源的需求也在不断的加强。人们为了争夺能源而进行着斗争，战争也随之而产生，使很多国家生灵涂炭。同时，大量煤炭、石油等不可再生资源的开发及使用，不仅破坏了地球的内在结构，还在破坏着地球外部的大气中各种元素的含量，使得原本保持平衡的大气含量失衡，各种问题也随之而来，人类的生存环境受到严重威胁。为了经济的可持续发展，能源的可持续应用，对新型可再生能源的开发及利用成为亟不可待的问题。

1 太阳能能源概述及现状

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它的资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，是很有开发潜力的能源。

现在中部地区较为普及的太阳能利用设备是太阳能热水器。太阳能热水器方便了人们对热水的需求，节省了对电力及煤炭的经济消耗，尤其是在城镇农村较为普及。但是，太阳能热水器也有着其不便的方面。由于热水器无法把太阳能储存下来，所以只有在有阳光且阳光达到一定程度时才能使用，因此在阳光较为缺乏的季节及地区，太阳能热水器的利用受到限制，例如，在冬季，太阳能热水器基本上成了摆设品，另外，在阴天下雨的时候，热水器也无法使用。

在太阳能丰富的地区，也有一定的装备利用太阳能加热煮饭，这同样节省了对电能及其它能源的经济消耗，但这往往带来不便。首先是对太阳能多少的要求和对设备接受阳光面积的要求，因为太阳能越多，对阳光的接受面越大，太阳能转化的热能才会更多，要把饭煮熟必须达到很高的热度，所以，设备的面积往往很大，对做饭带来不便；其次还是因季节、天气造成的太阳能不足，使设备无法使用带来不便。因此这种设备并未推广。

以上都是太阳能转化为热能的应用，而且都存在着严重的局限性，就是无法对太阳能进行存储。如果能把太阳能储存下来，那即使没有太阳的情况下一样可以使用，这不是更好吗？把太阳能转化为电能就是现在政府、科学家对太阳能使用的努力的方向。太阳能电池就是一种把太阳能转化为固定的电能的一种设备。

2 太阳能电池的应用

太阳能电池有两种实现方式：晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。前者的转换效率高，最高能达到15％，但成本高，价格也相对较高。目前对这种技术的改进主要集中在提高转换效率上，包括汇聚光线、

增加光在玻璃中的折射次数等等。后者的转换效率相对较低，一般不超过10％，但成本低、价格低。薄膜太阳能电池弱光性好，在早晚光线弱的情况下，发电效果优于晶硅电池，与建筑外墙相结合，未来的发展不可限量。业界一致认为，由于硅材料的限制，薄膜是发展方向。因此越来越多的企业聚集到薄膜太阳能电池的旗下。

其实利用太阳能电池发电只是太阳能发电的一种方法。通过汇集太阳辐射的能量加热水或空气从而产生动力推动叶轮机发电，这类技术虽然占地面积大、电力运输成本高，但技术含量较低、使用寿命长，转化率也能够令人满意，很适合在辐射强烈而人烟稀少的地方开展。而染料敏化电池，模拟植物叶绿体的光合作用，利用新型材料替代硅，其光电转化率最高达到11％，而成本仅为硅电池板的十分之一。

由于煤炭燃烧造成的大气污染以及煤炭资源的有限性，我国二十世纪70年代开始引进太阳电池生产线，目前主要应用于通信系统和边缘无电县、无电乡村、无电岛屿等边缘偏僻无电地区，成效显著。家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛使用，据不完全统计，至今全国已累计推广家用光伏电源约15万台，光伏电池总功率约达2.9MW我国总的太阳能分布很广，对太阳能的利用提供有利条件。我国西部地区是世界上最大、地势最高的自然地理单元，也是世界上最丰富的太阳能资源地区之一，尤其是西藏地区空气稀薄，透明度高，年日照时间长达1600—3400小时之间，每天日照6小时以上平均天数在275—330天之间，辐射强度大，年均辐射总量7000兆焦耳/平方米，地域呈东向西递增分布，年变化呈峰型，资源优势得天独厚，应用前景十分广阔。

3 太阳能源存在的问题

虽然如此，对太阳能转化电能的利用仍具有很大的挑战性。首先是成本高，转换效率低。以燃煤发电成本为1，则小水电发电成本约为煤电的1.2倍，风力发电成本是煤电的1.7倍，光伏发电为煤电的11—18倍！当然也就是风力发电的10倍！仅前阶段1000W的光伏系统，在每瓦硅片价不超过50元的条件下，千瓦系统总成本市场价为15万元。而太阳能发电转化效率仅为12%—14%，全世界还没有谁能突破这个数字。

其次是对太阳能资源的要求。我国太阳能总资源较为丰富，但是分布却不均匀。我国太阳能资源丰富地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部、内蒙古南部等地，但这些地区人口稀少、地域偏僻、经济落后，在这些地区大规模开发太阳能，成本无疑会大大增加。还有就是生产过程中的高能耗、高污染。多晶硅早制造过程中产生的四氯化硅是一种剧毒污染物，大量的废弃蓄电池，将会形成新的污染。而且在制造过程中会消耗大量的电，属高能消耗。另外就是缺乏自主创新能力。大量的关键技术与设备都是依靠从国外引进，光伏并网发电系统、控制器、逆变器、蓄电池等都与国外先进设备存在差距。诸如此外，太阳能的开发与推广应用还存在着更多的挑战，但是我国并有更多的国家依然在加大力度开发太阳能资源。相信在不久的将来，全世界将会有更多的人使用这清洁、无污染的能源。

4 促进我国太阳能产业更好发展的措施

虽然，上文提到我国太阳能产业发展迅猛，取得了可喜的成绩，但是我们仍然要高度重视阻碍我国太阳能事业发展的障碍，并努力去解决它。具体的，针对上述提到的问题，我提出以下方案：太阳能目前仅仅只能应用于通信、信号电源和偏远地区的电力供应，如果技术瓶颈进一步突破，则很可能使光伏能源被更大规模推广，这样对太阳能电量需求将很难用常规增长去估量。作为太阳能光伏

电池的主要原料，我国95％的高纯多晶硅材料依赖进口，而且其技术基本上被国外垄断，这一问题已经成为我国发展太阳能光伏产业的最大瓶颈。这是因为我们没有重视多晶硅技术的自主研发，科技投入的机制不合理，造成了现在的被动局面。

与这种技术瓶颈很不相称的是，我国却是石英砂矿的出产大国，在海南岛等地拥有大量的矿产资源，在世界冶金级硅的产量中我国就占了三分之一，而这些原始的硅材料却大部分出口到了国外。目前，我国多晶硅材料的年产量仅60吨左右，硅材料的短缺就造成了太阳电池生产成本居高不下，成了制约我国光伏产业发展的“拦路虎”。

目前国内太阳能市场之所以难以得到政策和民众的支持，其根本原因还在于太阳能发电的高昂成本，而这则与我国多晶硅技术的落后有着直接的因果关系。根据这种认识，技术瓶颈已经成为制约中国整个太阳能行业的根本因素。

我国长期以来对科技自主创新的支持力度不够，科研投入太少，政府往往认为这个产业已经出现了产品，走向了市场，就不需要国家再继续投入科研经费了。其实，由于硅材料严重短缺的制约，缺乏国家的相关政策支持，光伏发电产业并没有真正与市场接轨，而企业看不到利润空间也不会积极支持这个产业。因此，国家要加大对光伏发电的科研投入，出台相关的政策来支持其发展。

5我国太阳能发展的前景

国际能源组织对太阳能产业的发展前景进行预测，认为2010-2020年间太阳能光伏发电发展速度复合增长率达到35%，预计2020年太阳能光伏发电量将达到280TWh以上，占当年总发电量的1%，2040年占总发电量的20%，未来太阳能产业的发展前景光明. 2009年我国推出了太阳能屋顶计划和金太阳示范工程，对国内光伏电站投资提供补贴。太阳能屋顶计划是对太阳能建筑进行补贴，标准为20元/Wp。据测算，该补贴标准大约可以覆盖相关企业生产成本的30％-50％，大大降低了太阳能光伏发电成本。金太阳示范工程提出对并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50％给予

补助，偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70％给予补助。受“金太阳工程”和建筑屋顶光伏项目推动，国内光伏内需市场开始启动。截至2009年底，全国光伏装机容量已达300兆瓦。国家能源局最新透出的目标是，到2015年国内光伏装机要达500万千瓦；到2020年，光伏装机达2000万千瓦，因此我国太阳能光伏市场空间巨大。

同时，我国企业还将充分受益国际光伏市场的巨大发展。2008年全球光伏产量达6.4GW，新增装机量达5.6GW；2009年产量达9.3GW，新增装机量达7.3GW。光伏产业产量过去5年间增加超过8倍，年复合增长率超过50％。EPIA预测，到2014年世界光伏市场市场需求在策推动下将会达到30GW，从2010年到2014年年复合平均增长率约为17.9％。

从太阳能电池产量来看，目前是晶硅电池占据主导地位，2009年占有超过80％的市场份额，但未来薄膜、聚光光伏和聚光光热随着技术发展也存在发展潜力。因此，随着国内外光伏市场增长，晶硅电池市场前景广阔。非晶硅薄膜电池的投资在2008年开始成为市场一大亮点，随着技术进步其投资规模预计在未来仍将保持高速增长。世界主流非晶硅薄膜设备供应商普遍预计在2012年其薄膜电池成本可降到0.5-0.6美金/kg，转换效率研发目标约12％-14％，随着工艺稳定性和效率研发的不断提升，非晶硅薄膜市场将稳定增长。

6 结论

我国能源供应主要依靠化石能源，只有通过扩大可再生能源的开发利用来降低化石能源消费比例。从长远来看，大力发展可再生能源可以逐步改善以煤炭为主的能源结构，促进常规能源资源更加合理有效地利用，缓解与能源相关的环境污染问题。开发利用以太阳能、风能为代表的可再生能源，并建立必要的技术贮备，可以减少我国对国外矿物能源的依赖，增强国家抗御能源安全风险的能力。太阳能光伏发电及光热转换是目前比较成熟的技术，具有诸多优点。随着太阳能等新型可再生能源的大规模开发利用，我国乃至世界的能源结构必然会有巨大的调整，可以预见将来太阳能将会得到空前发展，人类文明也会更上一个台阶！

参考文献

[1]彭森.中国节能减排政策及应对气候变化[C].环境与发展国际研讨会，2009.

[2]张坤民，潘家华，崔大鹏．低碳经济论[M]，北京：中国环境科学出版社．2008．

[3]太阳能光伏行业发展大事件回顾.光电新闻网，2011.5.25

[4]沈蒋，潘寄青．可再生能源发展的财政政策分析[J]．当代经济研究。2009(3)．

[5]李建武，王安建，王高尚．中国能源效率及节能潜力分析．地球学报，20lO，3l(5)：733—740．

[6]朱伟钢，林燕梅，周蕾，太阳能光伏发电在中国的应用，现代电力，2007年10月

[7]郝钢，我国太阳能发展现状与前景，中国新技术新产品，2010 NO.16

[8]新能源之太阳能前景，浙江华鹰风电设备有限公司的博客