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太阳能发电

太阳能发电主要分为太阳能光伏发电和太阳热能发电两种。2011年全球新增太阳能发电装机容量约2800万千瓦，累计装机容量达6900万千瓦，当年全球太阳能产值为930亿美元。欧盟在太阳能发电方面居于领先地位，但美国和中国的发展势头迅猛。今年3月美国太阳能产业协会和GTM市场调研公司共同发布的报告预计，到2016年美国占全球太阳能板市场的份额将由2011年7%提升至15%。届时，美国与中国可能将成为全球两大领先的太阳能市场。

太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器组成，其中太阳能电池是光伏发电系统的关键部分，太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池主要分为晶体硅电池和薄膜电池两类，前者包括单晶硅电池、多晶硅电池两种，后者主要包括非晶体硅太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池。

单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高可达23％，在太阳能电池中光电转换效率最高，但其制造成本高。单晶硅太阳能电池的使用寿命一般可达15年，最高可达25年。多晶硅太阳能电池的光电转换效率为14%到16%，其制作成本低于单晶硅太阳能电池，因此得到大量发展，但多晶硅太阳能电池的使用寿命要比单晶硅太阳能电池要短。

提高太阳能发电竞争力的途径，就是要提高其光电转换效率，降低生产成本。因此，硅太阳能电池的研发主要围绕以下两个方面进行：一是提高太阳光辐照能转化为电能的光电转换效率；二是大幅度降低单瓦成本。

2010年美国能源部启动了“太阳计划”，旨在降低太阳能发电的均化成本，计划到2020年在没有补贴的前提下将其降为每千瓦50到60美元。就公用事业电站项目的太阳能发电而言，其安装成本必须降至每瓦1美元，其中太阳能电池模块的成本为每瓦0.5美元，并入常规电网的成本为每瓦0.1美元，软性成本（包括安装、许可证的获取和其他成本等）为每瓦0.4美元。据美国SunRun发布的一份报告显示，地方审批流程这一项就使每户住宅的光伏安装成本增加2500多美元，降低这类软性成本也有利于提高太阳能的竞争优势，而“太阳计划”的目标之一就是致力于降低软性成本以降低模块成本。

由于产能过剩、全球经济不景气，以及工程和制造技术的创新，硅太阳能模块的售价自2008年第2季度以来大幅降低：从原来的每瓦4美元降为每瓦1美元。随着未来技术创新步伐的加快，其售价将会降为每瓦0.8美元，2020年将降为每瓦0.5美元。相比之下，软性成本的降幅不大。

薄膜太阳能电池是用硅、硫化镉、砷化镓等薄膜为基体材料的太阳能电池。薄膜太阳能电池可以使用质轻、价低的基底材料（如玻璃、塑料、陶瓷等）来制造，形成可产生电压的薄膜厚度不到1微米，便于运输和安装。然而，沉淀在异质基底上的薄膜会产生一些缺陷，因此现有的碲化镉和铜铟镓硒太阳能电池的规模化量产转换效率只有12%到14%，而其理论上限可达29%。如果在生产过程中能够减少碲化镉的缺陷，将会增加电池的寿命，并提高其转化效率。这就需要研究缺陷产生的原因，以及减少缺陷和控制质量的途径。太阳能电池界面也很关键，需要大量的研发投入。

此外，也需要设计一套在线监测和控制系统，以改进生产质量控制，并将之作为一种长期性措施。目前，碲化镉薄膜太阳能板的成本最低（大约为每瓦0.7美元）。未来20到25年，所有新型太阳能发电技术都将受惠于财政贴息政策，因此光伏发电技术必将有相当大的发展空间，这将增强该项技术的市场竞争力。如果能够将光电转化率从17%提高到20%，太阳能电板的成本和某些软性成本将会大幅度降低，这将会给未来的市场带来变革性的重大影响，其影响可以与将多晶硅太阳能电池的光电转化效率提高到18%以上相媲美。

高效多结太阳能电池技术也非常引人注目。高效多结太阳能电池是指针对太阳光谱，在不同的波段选取不同带宽的半导体材料做成多个太阳能子电池，最后将这些子电池串联形成多结太阳能电池。

太阳能光伏发电技术竞争异常激烈，从经济性的角度考虑，任何一项技术只有在商业化规模上能将太阳电池板的成本降为每瓦0.5美元，才有实际应用价值。

太阳热能发电是利用集热器将太阳辐射能转换为热能，并通过热力循环过程进行发电，其均化成本可以降为每千瓦时50到60美元。太阳热能发电系统有三类：抛物槽式聚焦系统、塔式聚焦系统和碟式系统，转换效率大约为30%到35%。聚焦式太阳能热发电系统的传热工质主要是水、水蒸汽和熔盐等，这些传热工质在接收器内可以加热到摄氏450度然后用于发电。此外，该发电方式的储热系统可以将热能暂时储存数小时，以备用电高峰时之需。

抛物槽式聚焦系统是利用抛物柱面槽式发射镜将阳光聚集到管形的接收器上，并将管内传热工质加热，在热换气器内产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。塔式太阳能热发电系统是利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚集到一个固定塔顶部的接收器上以产生高温。

为了实现均化成本为每千瓦时50到60美元的目标，必须提高热机的效率。这需要将传热工质的温度加热到摄氏600度，需要研制性能更好的抛物柱面太阳能反射镜和发电塔。此外，也需要研发太阳能聚热器使用的低成本、耐高温新型材料。如果能将太阳聚热器内传热工质的温度加热到摄氏600度以上，太阳热能发电将能与天然气混合循环发电技术相媲美。

另一个有潜力的途径是将太阳能光伏发电和热能发电有机地结合起来。可将聚光太阳辐射中的可见光谱过滤出来用于光伏发电，其余光谱用于热能发电；此外，由于太阳热能发电极少能完全利用聚光太阳辐射，这也为光伏发电和太阳能聚热器的有机整合提供了可能性。

利用太阳热能发电需要及时准确预测太阳辐射量的变化情况，以适应计划配电的需要。同时还需要开发相应的电力储能技术，以克服太阳能发电波动性所带来的诸多不便。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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