太阳能利用的发展概况和未来趋势

非常显著。 ２．２＿２太阳能建筑
太阳能建筑发展迅速。２０世 纪８０年代国际能源组织（ＩＥＡ）组 织１５个国家的专家对太阳能建筑 技术进行联合攻关，欧美发达国家 纷纷建造综合利用太阳能示范建 筑。试验表明，太阳能建筑节能率 大约７５％左右。已成为最有发展前 景的领域之一。建筑能耗占世界总 能耗的１／３，其中空调和供热的能 耗占有相当大的比例，是太阳能热 利用的重要市场。太阳能建筑的发 展不仅要求建筑师和太阳能专家 互相密切合作，而且要求在概念 上、技术上相互融合、渗透、集成一 体，形成新的建筑概念和设计。目 前太阳能建筑集成已成为国际上 新的技术领域，将有无限广阔的前 景。太阳能建筑不仅要求有高性能 的太阳能部件，同时要求高效的功 能材料和专用部件，如隔热材料、 透光材料、储能材料、智能窗（变色 玻璃）、透明隔热材料等，这些都是 未来技术开发的内容。 ２．２．３太阳能热发电
况和趋势 太阳能热利用技术包括太阳 能热水器、太阳能建筑（太阳能采 暖空调）、太阳能热发电等。其中热 水器是太阳能热利用技术领域商业 化程度最高、推广应用最普遍的技 术，其他技术多数处在示范阶段。 ２．２．１ 太阳能热水器 ２０００年世界太阳能热水器的 总保有量约６５００万ｍ２。中国是世 界上太阳能热水器最大生产国和 消费国，截至２０００年底安装总量 约为２ ６００万ｍ２，欧洲ｌ １７０万 ｍ２。２００２年底，中国太阳能热水器 安装总量达到４０００万ｍ２。按人均 使用太阳能热水器面积计，塞浦路 斯和以色列居世界首位，分别为１ ｍ２／人和０．７ ｍ２／人。日本和以色列 太阳能热水器用户比例分别为 ２０％和８０％。２１世纪热水器将仍是
（１）光伏产业继续以高增长速
率发展。多年来光伏产业一直是 世界增长速度最高和最稳定的产 业之一。新千年伊始，许多国家纷 纷制定雄心勃勃的发展规划推动 光伏技术和工业的发展。日本通 产省（ＭＩＴＩ）第二次新能源分委会 宣布了光伏、风能和太阳热利用 计划，２０１０年光伏发电装机容量 达到５ ＧＷ㈨；欧盟的可再生能源白 皮书及相伴随的“起飞运动”是驱 动欧洲光伏发展的里程碑，总目标 是２０１０年光伏发电装机容量达到 ３ ＧＷ［５ ３；美国能源部制定了从２０００ 年１月１日开始的新５年国家光 伏计划和２０２０～２０３０年的长期规 划［６】，以实现美国能源、环境、社会 发展和保持光伏产业世界领导地 位的战略目标。按预计的发展速 度，２０１０年美国光伏系统将达到 ４．７ ＧＷ；澳大利亚计划２０１０年光 伏发电总装机容量达到０．７５ ＧＷ； 发展中国家近几年一直保持在世 界光伏组件产量的ｌＯ％左右（１９９８ 年为１０．３６％）。预计未来１０年仍 将保持１０％或稍高的发展水平， 达到１．５ ＧＷ（约１０．６％）。到２０１０ 年世界光伏系统计划累计安装容 量将达到约１５ ＧＷ，这意味着未 来１０年世界光伏产业将以２８．５％ 的平均年增长率发展，将成为世 界发展最快的产业。到本世纪中 叶，光伏发电将成为人类的基础 能源之一。
太阳能热利用的最主要市场之一。 目前虽然许多国家都得到了较普 遍的应用，但世界太阳能热水器的 平均户用比例还非常低，约为４％， 同日本的２０％和以色列的８０％相 比，相差很远。此外，服务业、旅游 业、公共福利事业等的中低温热水 的应用市场也非常大。目前世界太 阳能热水器的市场约１０亿美元。 ２０１５年世界人口约７０亿，如果热 水器户用比例达到２０％（日本今天 的水平），社会经济和环境效益将
地球上太阳能资源一般以全 年总辐射量［ｋＪ／（ｍ２·年）］和全年日 照总时数表示。就全球而言，美国 西南部、非洲、澳大利亚、中国西 藏、中东等地区的全年总辐射量或 日照总时数最大，为世界太阳能资 源最丰富地区。
我国陆地面积每年接收的太 阳辐射总量在３．３×１０３～８．４×１０６ ｋＪ／ （ｍ２·年）之间，相当于２．４×１０４亿ｔ 标煤，属太阳能资源丰富的国家之 一。全国总面积２／３以上地区年日
图２ ２００１年世界光伏市场的份额 在研究开发方面，单晶硅电池
效率达到２４．７％，多晶硅电池效率 １９．８％，非晶硅电池实验室稳定效 率已突破１５％，碲化镉电池效率达 到１６．４％，铜铟硒电池效率１８．８％。 晶硅薄膜电池的研究工作自１９８７ 年以来发展迅速，成为世界关注的 新热点。 ２．１．２发展趋势
并网光伏建筑集成成为光伏 发电技术的主导市场具有划时代 的意义：标志着光伏发电由边远地 区和特殊应用向城市过渡，由补充 能源向替代能源过渡，由大型集 中电站向分布式供电模式过渡， 人类社会向可持续发展的能源体 系过渡。
（６）太阳能空间光伏发电站。 自从太阳电池在空间应用和地面
应用获得成功后，人们一直在梦想
世纪将会以前所未有的速度发展， 逐步成为人类的基础能源之一。据 预测，到下世纪中叶，可再生能源 在世界能源结构中将占到５０％以 上。
１ 资源
太阳内部进行着剧烈的由氢 聚变成氦的核反应，并不断向宇宙 空间辐射出巨大的能量，可以说是 “取之不尽、用之不竭”的能源。地 面上的太阳辐射能随时间、地理纬 度、气候变化，实际可利用量较低， 但可利用资源仍远远大于满足现 在人类全部能耗及２１００年后规划 的能源利用量…。
中图分类号：ＴＫ５１９
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４—９６４９（２００３）０９一００６３埘
Ｏ引言
太阳能利用技术指太阳能的 直接转化和利用技术。利用半导体 器件的光伏效应原理把太阳辐射 能转换成电能称为太阳能光伏技 术；把太阳辐射能转换成热能并加 以利用属于太阳能热利用技术。
２０世纪５０年代，太阳能利用 领域出现了２项重大突破：一是 １９５４年美国贝尔实验室研制出 ６％的实用型单晶硅电池；二是 １９５５年以色列Ｔａｂｏｒ提出选择性 吸收表面概念和理论并研制成功 选择性太阳吸收涂层。这２项突破 既是太阳能利用进入现代发展时 期的划时代标志，也是人类能源技 术又一次变革的技术基础。２０世 纪７０年代以来，鉴于常规能源供 给的有限性和环保压力的增加，世 界上许多国家掀起了开发利用太 阳能的热潮，开发利用太阳能成为 各国可持续发展战略的重要内容。 近３０年来，太阳能利用技术在研 究开发、商业化生产、市场开拓方 面都获得了长足发展，成为世界快 速、稳定发展的新兴产业之一。包 括太阳能在内的可再生能源在本
在光伏产业方面，各国一直通 过扩大规模、提高自动化程度，改 进技术水平、开拓市场等措施降低 成本，并取得了巨大进展。商品化 电池效率从１０％～１３％提高到１３％ ～１６％。生产规模从２０世纪８０年
收稿日期：２００３—０７—０６ 作者简介：赵玉文（１９３９一），男，河南西峡人，研究员，从事太阳电池和太阳能材料的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｏｂｔｓ＠ｐｕｂｌｉｃ．ｂｔａ．ｎｅｔ．ｃｎ
验曲线（１ｅ锄ｉｎｇ ｃｕｒｖｅ），生产规模
每扩大ｌ倍，组件成本降低约 ２０％，因此大企业参与和扩大生产 规模是目前光伏产业发展的潮流。 ２０世纪８０年代的生产规模为１～５ ＭＷ／年，９０年代５—３０ ＭＷ／年， ２００１～２００５年５０～１５０ ＭＷ／年甚至 更大。２００１年世界前１０名光伏组 件厂商生产了３３６ ＭＷ，占世界总 产量的８４％，如表１所示。
件成本降低到０．７１～１．７８欧元，Ｗｐ。 如果加上技术改进和提高电池效 率等措施，组件平均成本可降低到 １美元／Ｗｐ以下，发电成本约为６ 美分／（ｋＷ·ｈ）。考虑到本世纪薄膜 电池技术会有重大突破，其降低成 本的潜力更大。因此本世纪太阳电 池组件成本大幅度降低是必然的 趋势。
（３）光伏产业向更大规模和更 高技术水平发展。按光伏产业的经
万方数据
在生产规模不断扩大的同时， 自动化程度、技术水平也将不断提 高，电池效率将由现在的水平（单 晶硅１４％～１６％，多晶硅１２％～ １４％）向更高水平（单晶硅１８％～ ２０％，多晶硅１６％～１８％）发展。
（４）薄膜电池技术将获得突 破。薄膜电池具有大幅度降低成本 的潜力，许多国家都在大力研究开 发薄膜电池。本世纪薄膜电池技术 将获得重大突破，成本会大幅度降 低，实现光伏发电与常规发电相竞 争的目标。
着建立空间太阳能光伏电站，以避 免地面因季节、昼夜、天气、地理条 件等因素造成地面太阳辐射不连 续、多变性和低密度等缺点。人类 的航天技术、空间站技术已为实现 这种梦想提供了现实的技术基础。 空间太阳能光伏电站的另一个技 术问题是如何把电能输送到地面。 比较合理的方案是通过微波技术 传送。微波一电能转换具有效率高、 损耗少等优点，但微波的污染和屏 蔽是实现空间太阳能光伏电站的 重大技术课题之一。相信随着本世 纪的技术进步，人们变梦想为现实 是会实现的。 ２．２太阳能热利用技术的发展概
（５）并网发电及光伏建筑集成 快速发展。并网发电可节省蓄电 池，大大降低系统成本和维修成 本。建筑光伏集成具有多功能和可 持续发展的特征，建筑物的外壳能 为光伏系统提供足够的面积，不需 要占用昂贵的土地，省去光伏系统 的支撑结构；光伏阵列可代替常规 建筑材料，从而节省安装和材料费 用；光伏系统的安装可集成到建筑 施工过程，降低施工成本；在用电 地点发电，避免传输和分电损失 （５％～１０％），降低了电力传输和分 配的投资和维修成本；集成设计使 建筑更加洁净、完美，更使人赏心 悦目，更容易被建筑师、用户和公 众接受。太阳能光伏系统和建筑的 完美结合是可持续发展的理想范 例，国际社会十分重视，许多国家 相继制定了屋顶计划，使并网光伏 建筑集成技术如旭日东升，蓬勃发 展。如美国和欧洲的百万屋顶计 划，日本到２０１０年安装５０００ＭＷ 屋顶光伏发电系统等。
照时数大于２ ２００ｈ，日照在５×１０６ ｋＪ／（ｍ２·年）以上。我国西藏、青海、 新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总 辐射量和日照时数均为全国最高， 属太阳能资源丰富地区；除四川盆 地、贵州资源稍差外，东部、南部及 东北等其他地区为资源较富和中 等区‘２１。
２．１ 太阳能光伏发电 ２．１．１发展概况
世界光伏组件生产最近１０年 的平均年增长率为２２％（从１９９１ 年的５５ ＭＷ增加到２００１年的 ４００ ＭＷ），最近５年的年平均增长 率为３５％（从１９９６年的８８．６ ＭＷ 增加到２００１年的４００ ＭＷ），２００２ 年达到５４０ＭＷ。可以看出，世界光 伏产业呈快速发展势态，成为世界 发展最快的新兴产业之一，如图ｌ 所示。