太陽能光伏學(xué)研究論文

1、<p><b>　　太陽能光伏學(xué)</b></p><p><b>　　課程報告</b></p><p>　　班 級 軌道交通信號與控制一班</p><p>　　姓 名 馬雅君 </p><p>　　專 業(yè) 軌道交通信號與控制 <

2、/p><p>　　學(xué) 號 201365034 </p><p>　　任課教師 趙明冬 </p><p>　　鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院</p><p><b>　　二〇一六年十月</b></p><p>　　1 課程的目的和意義</p&g

3、t;<p><b>　　1.1 課程的目的</b></p><p>　　太陽能儲量豐富，地球可接收到太陽總輻射的二十二億分之一，即1.77×1014kW到達(dá)地球大氣層上邊緣，最終有8.5×1013kW達(dá)到地球表面，相當(dāng)于全世界發(fā)電量的幾十萬倍。據(jù)估計太陽的壽命約為50億年，可以說太陽的能量是取之不盡用之不竭的?！　√柲芄夥F(xiàn)象最早是于1839年法國人發(fā)現(xiàn)

4、的，但在38年后研制出的硒太陽能電池因為轉(zhuǎn)換效率太低（1%）而沒有得到推廣應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展以及能源危機(jī)的出現(xiàn)，以太陽能為代表的可再生能源得到了世界的高度重視，太陽能電池材料在生產(chǎn)工藝上得到了很大的發(fā)展。除了單晶硅電池外，多晶澆鑄電池得到迅速發(fā)展。此外以非晶硅、碲化鎘和銅銦硒為代表的薄膜太陽能電池也相繼進(jìn)入市場。太陽能電池的特點是應(yīng)用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽能轉(zhuǎn)化的電全部為直流電，為了滿足平均日負(fù)荷下的用電需求

5、可選擇不同數(shù)目的組件進(jìn)行串并聯(lián)得到所需的直流電，或經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電加以利用。</p><p><b>　　1.2 課程的意義</b></p><p>　　中國的一次能源儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界的平均水平，大約只有世界總儲量的10%。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等

6、優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。</p><p>　　2 課程研究的主要內(nèi)容</p><p>　　2.1 太陽與太陽能</p><p>　　太陽是能量的天然來源。地球上每一個活著的生物之所以具有發(fā)揮作用的能力，甚至于是它的生存，都是由于直接或間接來自于太陽的能量。我們的地球處在離太陽差不多有一億英里的地方。它所截取的輻射能已經(jīng)少到令人難以置信的程度，即大約千萬

7、分之三，即使這么小的一點能量，實際上比整個世界現(xiàn)有的發(fā)電能力還大十萬倍！全世界尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始感到能量短缺，因此，人們開始求助于太陽能，以解決能源危機(jī)。</p><p>　　太陽能每天都能無限供應(yīng)，而且數(shù)量龐大。如果在大的電廠利用，就減少了溫室效應(yīng)，有些能源專家和環(huán)境保護(hù)的專家則認(rèn)為，在滿足人類今后能量需要方面，太陽能的熱影響比任何其他替換品的熱影響要小得多。作為一種不污染環(huán)境，又取之不盡的新能源，它無處不

8、在。尤其是在電力供力方面，有專家認(rèn)為太陽能發(fā)電最終將在電力供應(yīng)中占20%。</p><p><b>　　2.2 太陽能電池</b></p><p>　　太陽能是一種輻射能，太陽能發(fā)電意味著---要將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能。將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程確切地說應(yīng)叫光伏效應(yīng)。不需要借助其它任何機(jī)械部件，光線中的能量被半導(dǎo)體器件的電子獲得

9、，于是就產(chǎn)生了電能。這種把光能轉(zhuǎn)換成為電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是太陽能電池。太陽能電池也同晶體管一樣，是由半導(dǎo)體組成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。用于制造太陽能電池的高純硅，要經(jīng)過特殊的提純處理制作。太陽能電池只要受到陽光或燈光的照射，就能夠把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，使電流從一方流向另一方，一般就可發(fā)出相當(dāng)于所接收光能的10~20%的電來。一般來說，光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的電能就越多。為了使太陽能電池板最大限度地減少光反射，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，一?/p>

10、在它的上面都蒙上一層可防止光反射的膜，使太陽能板的表面呈紫色。它的工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)。所謂光生伏打效應(yīng)就是當(dāng)物體受光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓（叫做光生電壓）。這種現(xiàn)象就是著名的光生伏打效應(yīng)。使PN結(jié)短路，就會產(chǎn)生電</p><p><b>　　2.3 太陽能發(fā)電</b&g

11、t;</p><p>　　太陽能發(fā)電的主要優(yōu)點在于：太陽能電池可以設(shè)置在房頂?shù)绕綍r不使用的空間，無噪音、壽命長，而且一旦設(shè)置完畢就幾乎不要需要調(diào)整?，F(xiàn)在只要將屋頂上排滿太陽能電池，就可以實現(xiàn)家中用電的自給?，F(xiàn)今太陽能的主要用途已不再是小規(guī)模的，從性質(zhì)上來說，是專業(yè)化的。它從軍事領(lǐng)域、通信領(lǐng)域到城市建設(shè)領(lǐng)域等都起到了重大的作用。委內(nèi)瑞拉還推出廉價太陽能車、歐洲科學(xué)家研制出輕便的可穿在身上的太陽能電池。太陽能的利用存

12、在著巨大的發(fā)展空間，有關(guān)的技術(shù)有可能在短時間內(nèi)實現(xiàn)突破。它已被許多發(fā)達(dá)國家作為其能源戰(zhàn)略的一個重要組成部分。</p><p><b>　　3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</b></p><p>　　3.1 中國發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世

13、紀(jì)70年代起步，90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導(dǎo)項目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項目及世界光伏市場的有力拉動下，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。</p><p>　　2007年，中國光伏電池產(chǎn)量首次超過德國和日本，居世界第一位。2008年的產(chǎn)量繼續(xù)提高，達(dá)到了200萬千瓦。中國光伏電池產(chǎn)量年增長速度為1-3倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)

14、量的比例也由2002年1.07%增長到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率也從13%-14%提高到16%-17%。</p><p>　　因美國次貸問題而引發(fā)的金融危機(jī)，從華爾街迅速向全球蔓延，致使部分金融機(jī)構(gòu)轟然倒塌，證券市場持續(xù)低迷，石油價格大幅下滑。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，成為政府重視、股市活躍、風(fēng)投青睞、各行各業(yè)蜂擁相聚的世界太陽谷。由于設(shè)備、原料和市場三頭在外，它對美國、歐洲和日本等國際市

15、場存在很大依存度。隨著這場金融危機(jī)特別是國際油價的大幅下挫，對中國光伏發(fā)電業(yè)的投資資金、出口訂單等方面產(chǎn)生重大影響，但金融危機(jī)對光伏產(chǎn)業(yè)的巨大影響一定會在未來的某個時間得到消化。長遠(yuǎn)來看，世界光伏市場的政策推動力依然存在，光伏產(chǎn)業(yè)的市場成長依然強(qiáng)勁</p><p>　　3.2 國外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　世界太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在能源形勢和生態(tài)環(huán)境壓力下，在技術(shù)進(jìn)步及政策強(qiáng)力推動下，光伏產(chǎn)

16、業(yè)成為世界上發(fā)展最快的能源產(chǎn)業(yè)之一，自上世紀(jì)90年代后期進(jìn)入了快速發(fā)展時期。最近10年(1997年—2007年)太陽電池的年平均增長率為41.3%，最近5年（2002年—2007年）的年平均增長率為49.5%。特別是2004年德國實施了修訂的“上網(wǎng)電價法”后，市場需求急劇擴(kuò)大，光伏產(chǎn)品供不應(yīng)求。盡管有材料短缺的制約因素，2007年太陽電池／組件的年增長率仍然達(dá)到56.2%，世界太陽電池產(chǎn)量達(dá)到了4000MWp(兆瓦)，其中亞洲太陽電池產(chǎn)

17、量約占世界的65%，主要生產(chǎn)國為中國大陸、中國臺灣和日本，分別占世界的27.2%,，9.2%和23%。中國已經(jīng)成為太陽電池的第一大生產(chǎn)國，2008年太陽電池產(chǎn)量比2007年增長率超過50%。</p><p>　　世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突出特點是：起步晚，發(fā)展快。其中光伏發(fā)電發(fā)展最快。2000年以來，世界并網(wǎng)光伏發(fā)電年增長率達(dá)60%，超過了光伏應(yīng)用的50%。 2008年世界并網(wǎng)光伏發(fā)電份額超過85%以上。這表明光伏發(fā)電

18、開始由邊遠(yuǎn)地區(qū)向城市過渡，并網(wǎng)光伏發(fā)電正在發(fā)揮替代能源作用。光伏發(fā)電發(fā)展趨勢的一個重要指標(biāo)是成本大幅度下降，2006年世界平均光伏發(fā)電成本就達(dá)到0.25美元/千瓦時(度)，預(yù)計2010年太陽能光伏發(fā)電成本將下降到0.14美元/千瓦時。（我國江蘇預(yù)計2012年上網(wǎng)電價可達(dá)到1元/千瓦時）。</p><p>　　2008年，全球太陽能安裝總量已累計達(dá)15GW，其中，按地區(qū)排名西班牙名列首位，德國第二。2008年， 西

19、班牙新裝量為2.5GW，約占2008年新增安裝量的一半。雖然受金融危機(jī)影響，德國、西班牙對太陽能光伏發(fā)電的扶持力度有所降低，但其他圍家的政策扶持力度卻在逐年加大。日本政府2008年11月發(fā)布了“太陽能發(fā)電普及行動計劃”，確定太陽能發(fā)電量到2030年的發(fā)展目標(biāo)是要達(dá)到2005年的40倍，并在3～5年后將太陽能電池系統(tǒng)的價格降至目前的一半左右。2009年還專門安排30億日元的補助金，專項鼓勵太陽能蓄電池的技術(shù)開發(fā)。2008年9月16日，美國

20、參議院通過了一攬子減稅計劃，其中將光伏行業(yè)的減稅政策(ITC)續(xù)延2～6年。</p><p>　　4 我國在光伏發(fā)電方向的優(yōu)勢與不足</p><p><b>　　4.1 優(yōu)勢</b></p><p>　　在2007年，中國的太陽能電池產(chǎn)量達(dá)1088MWp，首次成為了太陽能電池生產(chǎn)的第一大國?？隙ㄊ怯泻艽蟮氖袌龈偁巸?yōu)勢，中國才生產(chǎn)那么多光伏產(chǎn)品。

21、那么如果說中國的光伏產(chǎn)品優(yōu)勢在哪里，第一點也是唯一一點的優(yōu)勢就是 生產(chǎn)成本低。沒有這點，我國光伏產(chǎn)品根本搞不起來。再說中國光伏產(chǎn)品為什么生產(chǎn)成本低之前，大家可以看一下晶體硅光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的成本構(gòu)成。</p><p>　　表1 晶體硅光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的成本構(gòu)成</p><p>　　所以，整體來說光伏產(chǎn)品成本的主要構(gòu)成有：原料、設(shè)備和人力。原料成本占的比例最高，我國大部分的多晶硅都是從國外進(jìn)

22、口的，因為就目前國內(nèi)的提煉技術(shù)，提煉出來的多晶硅成本高而且質(zhì)量沒保證。所以在原料成本上面我國占不了什么優(yōu)勢。但是在設(shè)備和人力上，我國的優(yōu)勢就很明顯。很多的設(shè)備的國產(chǎn)化，使得制造成本大大降低。然后人力成本就更加不用說了。所以，再加上政府的補貼等等，我國的光伏產(chǎn)品的平均售價要比歐美的低20%~30%。所以前幾年我國生產(chǎn)出來的光伏產(chǎn)品超90%都是銷往國外的。</p><p><b>　　4.2 不足</

23、b></p><p>　　第一，太陽能光伏技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)劃滯后；基礎(chǔ)研究、材料研究、應(yīng)用研究、產(chǎn)業(yè)化研究、市場開發(fā)培育和建設(shè)資金得不到長期、持續(xù)的保障；社會對發(fā)展可再生能源產(chǎn)品的意義認(rèn)識不足；地方政府對中央積極地、因地制宜地發(fā)展可再生能源產(chǎn)業(yè)的政策方針落實不夠；對可再生能源技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與工程化的應(yīng)用缺乏宏觀調(diào)控力度，對光伏發(fā)電所必需的技術(shù)政策支撐(如并網(wǎng)準(zhǔn)入、上網(wǎng)分?jǐn)傠妰r等具體政策措施的制定、實施)反應(yīng)遲

24、緩。</p><p>　　第二，投入少，資金缺，科學(xué)研究和生產(chǎn)單位嚴(yán)重缺少科研和開發(fā)經(jīng)費，成果轉(zhuǎn)化和工程化規(guī)模小、品種少、成本高、缺乏競爭力；雖然“光伏屋頂計劃”和“金太陽計劃”的組織實施在一定程度上刺激了光伏產(chǎn)業(yè)的啟動與發(fā)展，但是，由于其條件較高、力度較小、財政支持太少、受惠面太窄，難以起到從根本上推動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的效果。</p><p>　　第三，缺乏切實可行的發(fā)展可再生能源尤其是太陽

25、能光伏技術(shù)的激勵措施，包括稅收優(yōu)惠政策、政府補貼政策、光伏并網(wǎng)政策、合理的電價政策、投融資及優(yōu)惠貸款政策，導(dǎo)致了太陽能光伏技術(shù)成果轉(zhuǎn)化及工程化的社會效益顯著，但經(jīng)濟(jì)效益不高。</p><p>　　第四，缺乏完整的建設(shè)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量監(jiān)測體系，無法保證太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，從而使產(chǎn)品的規(guī)范化、系列化的發(fā)展受到很大影響，反過來制約了太陽能光伏技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和工程化的進(jìn)展。</p><

26、;p>　　5 太陽能光伏的發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，我國光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始走上了自主研發(fā)新技術(shù)的道路且頗有成效。高效多晶硅電池平均轉(zhuǎn)換效率、單晶硅電池平均轉(zhuǎn)換效率以及漢能薄膜發(fā)電技術(shù)均已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，經(jīng)德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究院認(rèn)證，我國其銅銦鎵硒組件最高轉(zhuǎn)化率達(dá)到21%；砷化鎵組件獲得美國國家可再生能源實驗室認(rèn)證，最高轉(zhuǎn)化率達(dá)到30.8%，皆創(chuàng)世界最高紀(jì)錄。</p><

27、p>　　骨干企業(yè)多晶硅生產(chǎn)綜合成本已降至9萬元/噸，行業(yè)平均綜合電耗已降至100KWh/kg，硅烷法流化床法等產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快；單晶及多晶電池技術(shù)持續(xù)改進(jìn)，產(chǎn)業(yè)化效率分別達(dá)到19.5%和18.3%，鈍化發(fā)射極背面接觸（PERC）、異質(zhì)結(jié)（HIT）、背電極、高倍聚光等技術(shù)路線加快發(fā)展；光伏組件封裝及抗光致衰減技術(shù)不斷改進(jìn)，領(lǐng)先企業(yè)組件生產(chǎn)成本降至2.8元/瓦，光伏發(fā)電系統(tǒng)投資成本降至8元/瓦以下，度電成本降至0.6-0.9元/千瓦時&

28、lt;/p><p>　　在“太陽能利用一設(shè)計安裝一太陽能應(yīng)用系統(tǒng)一太陽能電池組件一太陽能電池片一硅片一制造設(shè)備一高純硅原材料”這條太陽能產(chǎn)業(yè)鏈中。直接將太陽能光轉(zhuǎn)換為直流電能的太陽能電池的生產(chǎn)是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中最關(guān)鍵的一環(huán)。產(chǎn)業(yè)鏈中上游為太陽能級多晶硅生產(chǎn)企業(yè)，其次為硅片生產(chǎn)企業(yè)，下游為電池片生產(chǎn)企業(yè)、電池組件系統(tǒng)制造企業(yè)以及太陽能應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)。因此，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)將帶動許多產(chǎn)業(yè)鏈的同步發(fā)展。</p>

29、<p><b>　　圖1 工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)鏈</b></p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，作為動力載體的能源成為了21世紀(jì)世界各國重點發(fā)展和關(guān)注的對象之一。伴隨各國工業(yè)發(fā)展的同時，環(huán)境污染日益嚴(yán)重并影響到了人類的生活，煤炭、石油、天然氣等化石燃料也緊隨日益枯竭，對各國發(fā)展產(chǎn)生了很大的制約。世界

30、各國鑒于能源問題，提出了開發(fā)可再生清潔能源來替代化石燃料的重要戰(zhàn)略思想，而太陽能作為此種能源順理成章的成為了重點開發(fā)利用的對象之一。</p><p>　　我國太陽能光伏行業(yè)作為可再生能源發(fā)電中的一部分，在政府大力支持下發(fā)展迅速潛力巨大，其具有非常重要的意義和戰(zhàn)略地位。然而，其發(fā)展中也存在一定的問題，這就需要我們不斷的認(rèn)識問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，使得光伏行業(yè)平穩(wěn)發(fā)展。同時，硅原料“兩頭在外”格局瓶頸的突破、光伏技

31、術(shù)和科研實力瓶頸的突破以及標(biāo)準(zhǔn)化和人才瓶頸的突破，都需要國家大力支持發(fā)展。分層次、多方位培養(yǎng)一批可以全面掌握先進(jìn)光伏技術(shù)的人才和重點扶持一批研究開發(fā)、人才培訓(xùn)和檢測基地，都有利于這些關(guān)鍵性瓶頸的突破，對于國內(nèi)光伏行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。</p><p>　　太陽能光伏行業(yè)受到我國政府的大力扶持，且符合節(jié)能環(huán)保的時代主旋律，其發(fā)展前景不可限量。但由于國內(nèi)缺乏該方面的尖端技術(shù)人才和行業(yè)專家的指導(dǎo)性意見，其發(fā)展并不順

32、利。高校作為人才培養(yǎng)的主要陣地，有責(zé)任承擔(dān)起培養(yǎng)國家緊缺人才的義務(wù)。但如前所述，目前我國的太陽能光伏技術(shù)人才培養(yǎng)還處于探索階,需要高校和企業(yè)的共同努力，才能培養(yǎng)出掌握尖端太陽能技術(shù)的合格人才。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 漢斯-京特 海因茨.葉開恒譯.太陽能光伏技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2011,1-34.&l

33、t;/p><p>　　[2] 魏學(xué)業(yè) 王立華等.光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013,1-40.</p><p>　　[3] 沈文忠.太陽能光伏技術(shù)與應(yīng)用[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，2014,50-72.</p><p>　　[4] 趙玉文.太陽能利用的發(fā)展?fàn)顩r和未來趨勢[J].中國電力，2003，36(9)：63—69．</p>