太阳能光伏发电技术现状与展望

蔡高原

摘 要：本文介绍了太阳能发电的基本原理及发展现状，并阐述了太阳能发电的几种应用形式，结合当前的光伏政策信息，分析了太阳能发电的发展方向和发展前景，并给出了太阳能发电的发展意见。

关键词：太阳能发电;光伏电池;应用领域

中图分类号：TM615文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）32-0128-03

Present Situation and Prospect of Solar Photovoltaic

Power Generation Technology

CAI Gaoyuan

（China Datang Group Science and Technology Research Institute Co.， Ltd. Huazhong Branch，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper introduced the basic principle and development of solar power generation， expounded several application forms of solar power generation， and analyzed the development direction and prospect of solar power generation based on the current photovoltaic policy information. Some suggestions on the development of solar power generation were given.

Keywords： solar power;PV cells;application areas

随着全球环境的恶化和化石燃料的枯竭，世界各国均将目光转向能源转型方面，而在能源转型的道路上，新能源被认为是能源转型的重要方向。太阳能发电作为新能源发电的重要内容之一，具有得天独厚的优势，被认为是21世纪最具发展潜能的发电技术之一。太阳能资源无处不在，可以直接免费获取，通过太阳能电池，获取太阳光照转化为电能就是太阳能发电的过程。在太阳能发电过程中，转换效率的持续提升是一项长期研究的课题，同时，太阳能发电的并网消纳也是当前困扰其进一步发展的重要因素之一，如何解决“弃光”和消纳吸收也成为行业的痛点[1]。

1 太阳能发电原理概述

光生伏特效应是太阳能发电的基本原理，而太阳能电池是完成太阳能到电能转换的载体。太阳能电池是一种含有P-N结的半导体材料，当太阳光照射到P-N结上时，太阳光被吸收，使得P-N结的电子与空穴对被激发，并使载流子被分离，在内部建立电场，当在电场两侧接入一定的负载时，就会在负载上产生电流，整个过程就是太阳能发电的基本原理。

通常情况下，太阳能发电系统可以分为交流发电系统和直流发电系统。太阳能交流发电系统由太阳能光伏电池板、发电控制器、DC/AC逆变器和交流负载/电网组成;太阳能直流发电系统由太阳能光伏电池板、发电控制器、DC/DC整流器、蓄电池或直流负载组成[2]。

2 太阳能发电现状

2.1 太阳能光伏发电装机规模

截至2017年底，全球光伏发电累计装机容量已经超过402.5GW，全年新增装机容量超过98GW，同比增长28.95%，呈现出良好的发展势头。传统市场，如美国、日本新增装机容量分别达到10.6GW和7GW，依然保持强劲发展势头。同时，新兴市场也在不断涌现，光伏应用在亚洲、拉丁美洲进一步扩大，如印度和巴西2017年新增装机容量分别约为9.1GW和0.9GW。

中国光伏产业起步较晚，但呈现出迅速发展的势头。2002年，我国光伏行业开始起步。2010年后，在欧洲经历光伏产业需求放缓的背景下，我国光伏产业迅速崛起，成为全球光伏产业发展的主要动力。2017年，我国光伏新增并网装机量达到53GW，同比增长超过50%，累计并网装机量高达131GW。截至2017年9月底，全国光伏发电装机达164.74GW，位居全球首位，其中光伏电站117.94GW，分布式光伏达到46.8GW。

2.2 太阳能光伏发电政策

随着光伏产业的迅猛发展，产业过度依赖政府补贴。2018年5月31日，国家下发的《关于2018年光伏发电有关事项的通知》（以下简称《通知》）指出：“根据行业发展实际，暂不安排2018年普通光伏电站建设规模。在国家未下發文件启动普通电站建设工作前，各地不得以任何形式安排需国家补贴的普通电站建设。”

具体到分布式光伏方面，《通知》规定，2018年5月31日之前并网的分布式光伏发电项目为纳入国家认可的规模管理范围，属于享受2018年补贴的范围，而2018年5月31日之后并网的分布式光伏发电项目不享受2018年国家光伏补贴。也就是说，在光伏新政发布后，光伏建设已没有国家补贴，全额上网的项目、自用比例较少的项目及电价较低的地区，收益将大幅下降。

2.3 太阳能光伏现状

根据太阳能光伏电池内部电池材料的不同，可以将其分为晶硅电池、薄膜电池、有机聚合物电池及新一代太阳能电池等，如表1所示。

所谓光伏电池转换效率，即在照射强度1 000M/cm2、太阳能工作温度25℃±2℃的情况下，最大输出功率除以日照强度乘以太阳能电池板吸收光面积乘以100%。根据《光伏制造行业规范条件》（2018版）要求，多晶硅电池组件和单晶硅电池组件的最低光电转换效率分别不低于16%和16.8%[3]。近年来，随着光伏电池技术的不断革新，组件的转换效率不断提高，如图1所示。

在光伏电池转换效率逐步提高的同时，光伏电池的价格也在以平均每月0.3元/片的价格持续下降。至2018年7月，单晶硅片降至3.3元/片，多晶硅片降至2.2元/片;2018年，光伏组件成本下降至2元/W，光伏系统投资成本5元/W左右。光伏组件效率的提升、光伏组件及光伏系统投资成本的下降将进一步降低光伏发电度电成本，进一步加速光伏发电“平价上网”的到来。

3 太阳能光伏发电应用

3.1 独立光伏发电

太阳能发电系统中，独立发电系统最为简单，且不会对电网带来干扰，控制方式较为简便，常常被应用到电网无法覆盖到的地方，如山村、野外、海岛等。由于独立光伏发电系统覆盖范围广，应用难度低，因此，受到广泛关注和应用，并成为光伏发电主要应用的研究方向之一。需要注意的是，独立光伏发电系统在应用过程中也存在致命缺陷，如极易受到天气、气候的影响，发电稳定性差。但是，其简便实用的特点依然对偏远地区的日常用电具有重大的作用。同时，其经济、环保的优势，符合可持续发展的要求，未来将在太阳能光伏发电领域占有一席之地。

3.2 并网式光伏发电

所谓并网式光伏发电，即其发出的电能直接与公共电网相连接，将电能传输至电力系统，满足人们的用电需求。

从并网的光伏分布结构看，我国并网式光伏发电以地面大型集中式光伏发电系统为主，特点是装机规模大、建设难度小、开发周期短，但面对我国各行各业的过度开发，林地和耕地依然无法承受大规模光伏电站的建设。面对此种情况，农光互补、林光互补和渔光互补发电系统成为光伏发电新的开发方向。同时，面对大规模光伏过速开发、并网接入困难、弃光率高的问题，我国大力鼓励分布式光伏建设，既能有效解决光伏电站开发中占用大量土地的问题，又能够有效利用建筑资源。另外，通过推广光伏扶贫，建设户用光伏、村级光伏等项目，一方面为电力匮乏地区、贫困地区提供电力保障，另一方面也为地区的脱贫致富贡献力量。

3.3 光伏建筑集成化

在应用太阳能发电时，光伏建筑集成化技术应运而生。所谓光伏建筑集成化技术，即在建筑建设过程中安装太阳能薄膜发电设备，并将大量的薄膜发电连接送至电网，通过光伏建筑发电，既能为城市园区、楼宇內用户提供电力供应，又能将多余的发电量反售至电网，减少电能损失，并增加收益。而在光伏建筑集成化的研究过程中，可以在建筑屋顶，建筑外立面，用具有光伏发电能力的“发电玻璃”取代普通钢化玻璃。如何更好地提高“发电玻璃”的光电转化效率，降低材料的生产成本，并兼具安全性和美观性，是光伏建筑集成化技术的重要研究内容[4]。

4 太阳能光伏发电前景与展望

在发展模式上，从集中式和分布式的格局来看，分布式光伏的增长速度远超集中式光伏增长速度。另外，由于分布式光伏具备规模小、开发建设手续少、周期短、就地消纳能力强、无需大规模外部输送的特点，加上国家对分布式光伏建设的大力支持，使得新增光伏发电主要集中在分布式光伏上。

在消纳吸收方面，国家能源局公开发布《关于实行可再生能源电力配额制的通知》，首次提出将自2019年1月1日起正式进行配额考核。该通知指出，承担配额义务的市场主体为配售电企业和电力用户。其配额完成量主要有三种方式：从区域内或区域外电网企业和发电企业购入的可再生能源电量、自发自用的可再生能源电量、从其他配额义务主体购买的配额完成量或购买绿证折算的配额完成量。配额制的实施，将加速可再生能源市场化进程，为光伏等可再生能源消纳提供强有力的保障。

在成本控制方面，技术进步、市场规模扩大，极大促进了在光伏电池、组件成本不断下降，让光伏愈加趋近平价上网的目标。同时，通过2017年光伏发电领跑基地的建设，进行试点示范，不断降低光伏发电的技术和非技术成本。

在光伏扶贫方面，2018年3月26日，国家能源局和国务院扶贫办发布了《光伏扶贫电站管理办法》，有力促进了光伏扶贫工作规范化，切实保障了光伏扶贫实施效果，推动了光伏扶贫电站建设和运营的规范化[5]。

5 结论

综上所述，我国光伏行业取得了巨大成绩，同时，仍具备较大的发展潜力。在今后的发展的中，围绕太阳能取之不尽、用之不竭的优势，大力发展就近开发、就近利用，推动清洁能源消纳，坚持高质量发展必将成为光伏行业的发展使命。

参考文献：

[1]孔凡太，戴松元.我国太阳能光伏产业现状及未来展望[J].中国工程科学，2016（4）：51-54.

[2]范成忠.太阳能光伏发电技术核心问题与前景展望[J].工业技术创新，2016（6）：1296-1298.

[3]魏世源，孙伟海，陈志坚，等.太阳能电池效率分析[J].科学通报，2016（16）：1748.

[4]季杰，于志，孙炜，等.多种太阳能技术与建筑一体化的应用研究[J].太阳能学报，2016（2）：489-493.

[5]陈东坡.2017—2018年中国光伏市场回顾与展望[J].电子产品世界，2018（4）：11-13.