光伏发电调研报告

太阳能光伏发电调研报告

陈文翔 2系PB07203050

摘要：考虑到当前能源的紧张形势，本文调研了一种新能源——太阳能光伏发电。本文致力于了解这种新能源在国内的现状、发展趋势及存在的问题，并探讨解决的方法。

关键词：光伏发电，垄断, 国家，政策，激励

一．我国能源现状

中国能源供应自1992年起，消费总量超过生产总量，至今能源供应小于能源消费的趋势有增无减。20世纪90年代至今的20年时间内，能源生产总量的品均增长为3.3%，而能源消费的平均增长为4.2%,能源瓶颈的约束作用明显。此外，目前我国能源结构极不合理，煤炭年消耗量约为13亿t，在我国能源总量中的比重超过60％。我国已成为世界第二大二氧化碳排放国。二氧化碳产生的污染不仅对我国的居民健康和工农业生产造成严重损害，还使我们面临巨大的国际压力。而且，石油资源预计在未来45年内将耗尽，而煤炭资源也只能持续两百年，故急需寻找替代能源，以解决能源危机。

目前有若干种新能源都具备一定的发展潜力：比如风能，光伏发电，太阳能催化分解水等等。但考虑到风能发电只能在风力较强地区应用，太阳能催化分解水的效率很低，而且氢气可能存在污染这些因素后，我觉得光伏发电是最具潜力的新能源。

二．太阳能光伏发电简介

在太阳能、风能、生物质能、潮汐能等各类可再生能源中，太阳能成为专家们的首选。不管从资源的数量、分布的普遍性，还是从清洁性、技术的可靠性来看，太阳能都比其它可再生能源更具有优越性。光伏发电直接将光能转化成电能，过程中污染远小于其它发电方式；光伏发电利用太阳能，世界上绝大多数地方都受到太阳辐射，故其应用面广；光伏发电技术现在也日趋成熟，发电效率得到提升。

太阳能的利用主要有两大重点方向，一是把太阳能转化为热能，另一个就是将太阳能转化为电能（即通常所说的光伏发电），其中重点是后者。我国地处北半球,太阳能资源异常丰富，总面积2/3以上地区年日照时数大于2200h，其中西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原均为太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州省资源稍差外，东部、南部及东北等其它地区都是资源较富和中等区。太阳能资源理论存储总量达每年17000亿t标准煤，与美国相近，比欧洲、日本优越得多。

专家统计，如果把全国1％的荒漠中的太阳能用于发电，就可以发出相当于2003

年全年的耗电量。届时，新疆、西藏、甘肃等广大西部地区将成为我国新的能源基地。此外，目前太阳能光伏发电技术已日趋成熟，是最具可持续发展理想特征的可再生能源技术之一。

1．我国太阳能资源分布

我国的太阳能资源比较丰富，全国各地的太阳能辐射总量为928~2333kWh/h,中值为1626 kWh/h，受地理气候环境等因素的影响，太阳能分布有明显的地域性，中国的西北部太阳能资源非常丰富，发展太阳能有得天独厚的优势。根据各类地区接受总辐射量的多少，可将全国划分为5类地区：

由上表可见，中国大部分地区有较强的太阳能辐射，适于发展太阳能光伏发电。

2．太阳能光伏发电的基本原理

2．1太阳能电池转量的转化原理

太阳能电池能量转换的基础是半导体材料组成的PN结所产生的光生伏特效应。

当能量为hv的光子照射到禁带为Eg的半导体材料上时，当hv>Eg时就会产生电

子．空穴对，并由掺杂的半体材料组成的PN结电场吸引，电子流入N区，空穴

流入P区。它所产生的光电流与入射光通量有关。太阳能电池的基本结构如下

图所示。它由P掺杂和N掺杂的导体材料组成电池核心，在N区表面沉积有减反

射层。P掺杂是在半导体材料中掺杂提供空穴的元素，如B、Al、Ca、h等：而

N掺杂提供价电子，如sb、As或P等。减反射层的作用是降低电池表面对太阳

能的反射，提高电池对光的吸收。光生电流由表面的电极和背电极引出。

2．2光伏发电的原理

太阳能光伏发电原理如下图所示，P．N结两侧多数载流子(N区中的电子和P区中的空穴)向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电何区w，建立自建电场Ei。它对两边的多数载流子是势垒，阻挡其继续向对方扩散；同时它对两边的少数载流子(N区中的空穴和P区中的电子)有牵引作用，能把它们迅速拉到对方区域。稳定时，少数载流子的数量极少，所以难以构成电流，输出电能。但是，当光伏电池受太阳光子冲击时，在其内部会产生大量处于非平衡状态的电子一空穴对(如图2所示)，其中的光生非平衡少数载流子(即N区中的非平衡空穴和P区中的非平衡电子)可以被自建电场Ei拉到对方区域，然后在光伏发电的PN结是形成光生电场Ep札当接外电路时，就有电流流出，输出电能。

3．光伏发电前景

太阳能与其他新能源相比在资源潜力和持久适用性方面更具优势，从长远前景来看，光伏发电是最具潜力的战略替代发电技术。专家预测，到本世纪后期，太阳能发电将在世界电能结构中占据80％的位置。

从今后十年看，太阳能电池的市场走向会发生很大的变化。在2010年以前，太阳

能电池主要用于独立光伏发电系统，而从2010年到2020年，我国光伏发电的市场

将会转向并网发电系统，包括沙漠电站和屋面发电系统。2010年、2020年和2050

年的太阳能电池的市场份额预测见下表：

可见太阳能电池在人们日常生活中将起到越来越大的作用。

三．我国光伏发电发展的症结

在新能源中，太阳能发电的成本较高，一台能满足家庭日常电器需要的 200W的光伏系统，市场价为15000元，如果燃煤发电成本为1，则光伏发电大约是煤电的11～18

倍，生物质发电（沼气发电）的7～12倍，风能发电的6～10倍。因此，我国目前太阳能发电的应用基本在集中供电成本过高的边远地区。成本的居高不下是太阳能发电在国内产业化运作中的主要难题。

经过调研，发现高额成本主要来自于材料欠缺和技术垄断。原材料方面，全球2005

年多晶硅产量为3.2万t，我国产量为80t，仅占0.25%；同年我国太阳电池行业对硅原料的需求为1729t，原材料国内供给严重不足，95%的高纯多晶硅材料依赖进口。这种失衡状态导致硅材料价格大幅上涨，2003年以来上涨了10倍。由于从硅矿提取太阳能级晶体硅（99.9999%）的核心技术掌握在美国、德国和日本厂商手中，在全球太阳能光伏发电持续增长的背景下，太阳能级晶体硅提取技术的垄断为这些国家带来了及其丰厚的垄断利润。市场方面的情况同样及其严峻。国内太阳能光伏发电行业许多关键技术、设备性能与发达国家有较大差距，多数关键的制造设备中国还不能生产，必须得从外国进口。从原材料到关键制造设备都需要进口且价格高昂，使得太阳能电池的成本居高不下，加上缺乏国家政策的支持，市场份额流失严重。有数据显示，英、荷、日、美基本垄断全球的光伏发电产品市场，其出口额占世界贸易额的80%以上。

四．我对这一问题的认识

新能源是一个关系到一个国家经济、政治甚至军事安全的重要领域。拥有新的能源技术，在将来不可再生资源枯竭的时候，国家就可以保证社会的稳定、人民的幸福。拥有此技术的国家通常会维持技术的垄断，但也会根据自身和国际环境做出变化。我国是采用“以市场换技术”的发展战略，想通过引进外资来消化吸收外国的先进技术。