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        3. 太陽能發電工作原理及其對存在的問題

          2018-03-17 標簽: 其他

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          [導讀] 單一電池是一只硅晶體二極管,根據半導體材料的電子學特性,當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成...


          一,前言。

          在地球環境污染和育么原形勢的改變日趨嚴峻的布景下,太陽能作為一種可再生的新能源,具有清潔、環保、持續、長久的優勢,成為人們應對能源短缺、氣候變化與節能減排的重要選擇之一,越來越受到世人的強烈關注。為此,本文首先綜述了太陽能發電系統的基本工作原理,介紹了太陽能電池的結構原理,發電系統的組成等。其次,闡述了我國現在太陽能發電技術的應用現狀:我國太陽能熱利用取得顯著成績,太陽能發電取得一定進展。并分析其中存在的問題:在太陽能光伏產業存在原材料依賴進口、企業缺乏核心技術與裝備、國內市場欠發育致使產品出口國外等。最終,從擬定可持續發展戰略、完善系統與機制、以及擬定政策系統等方面,提出促進我國太陽能使用技能可持續發展的對策。

          眾所周粗當今世界所依賴的能源孑汐護乒石油、煤炭、核電、水力,然而這些能源儲量有限,污染嚴重,尋找叫種可取代有限石油并磷幽陰境無害的新能源是現今世界發展的迫切需要。當前,由于燃燒石化燃料,加劇了溫室效應,局部地區形成酸雨,使大氣困撇爵儼重污染。因此.無論是從確保長期的能源供應,還是從保護環境的角度出發,開發取之不盡而又沒有公害的新能源己是勢在必行。

          太陽能是迄今為止人類所知道的最潔凈的可再生資源,也是涉及未來發展最有保障的未開發能源。今后的幾十年將是新能源技術發展的轉折時期,而太陽能作為新興的產業正在迅速崛起。預計在未來用太陽能電池構成發電系統或在家電設備上的應用將成為主流。隨著科學技術的進步,太陽能電池的市場、應用等方面也在不斷發展。


          二、太陽能發電系統的工作原理

          太陽能發電是利用電池組件將太陽能直接轉變為電能的裝置。太陽能發電系統主要包括:太陽能電池組件(陣列)、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中,太陽能電池組件和蓄電池為電源系統,控制器和逆變器為控制保護系統,負載為系統終端。太陽能電池與蓄電池組成系統的電源單元,因此蓄電池性能直接影響著系統工作特性。

          ?電池單元:由于技術和材料原因,單一電池的發電量是十分有限的,實用中的太陽能電池是單一電池經串、并聯組成的電池系統,稱為電池組件(陣列)。單一電池是一只硅晶體二極管,依據半導體資料的電子學特性,當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體資料構成的P-N結上時,在必定的條件下,太陽能輻射被半導體資料吸收,在導帶和價帶中發生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著較強的內建靜電場,因而能在光照下形成電流密度J,短路電流Isc,開路電壓Uoc。若在內建電場的兩側面引出電極并接上負載,理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路,就有"光生電流"流過,太陽能電池組件就實現了對負載的功率P輸出。

          儲存單元:太陽能電池產生的直流電先進入蓄電池儲存,蓄電池的特性影響著系統的工作效率和特性。蓄電池技術是十分成熟的,但其容量要受到末端需電量,日照時間(發電時間)的影響。因而蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的接連無日照時間決議。

          控制器:控制器的主要功能是使太陽能發電系統始終處于發電的最大功率點附近,以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調試技術即PWM控制方式,使整個系統始終運行于最大功率點Pm附近區域。放電控制主要是指當電池缺電、系統故障,如電池開路或接反時切斷開關。現在日立公司研發出了既能盯梢調控點Pm,又能盯梢太陽移動參數的"向日葵"式控制器,將固定電池組件的功率提高了50%左右。

          逆變器:逆變器按激勵方式,可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過全橋電路,一般采用SPWM處理器經過調制、濾波、升壓等,得到與照明負載頻率f,額定電壓UN等匹配的正弦交流電供系統終端用戶使用。


          三、我國現在太陽能發電技術的應用現狀以及存在的問題

          我國太陽能熱使用工程首要包括太陽熱水、太陽房、太陽灶、采暖與空調、制冷、太陽能枯燥、海水淡化和工業用熱等領域。其中太陽能熱水器在我國得到了快速發展和推廣應用,是我國可再生能源領域中產業化發展最成功的范例。

          1.其次,中國太陽能發電領域起步較早,在 20世紀80年代曾經中國光伏工業尚處于雛形,太陽能電池的年產量一向很低,價格也很昂貴,致使太陽能光伏發電商場的開展很緩慢,除了作為衛星電源,在地面上太陽能電池僅用于小功率電源體系,如航標燈、鐵路信號體系、高山氣象站的儀器用電、電圍欄、黑光燈直流日光燈等,功率一般在幾瓦到幾十瓦之間。后來國家開始對光伏工業和光伏市場的發展給以支持,中央和地方政府在光伏領域投入了一定資金,短短的幾年內先后從美國、加拿大等國引進了3條太陽電池生產線,使我國太陽電池的生產能力大為提升.進入21世紀,國家開端注重太陽能發電技能,展開了一系列關于太陽能利用的課題,我國的光伏生產能力迅速增長,,絕大部分太陽能電池組件出口歐洲。在國際市場和國內政策的拉動下,我國已成為世界三大光伏電池生產國之一。

          但是,必須清醒地認識到,我國太陽能發電技術存在三大問題:

          1.大問題是我國太陽能光伏產業的硅材料主要依靠進口,特別是多晶硅原料嚴重依賴進口。我國太陽能級單晶硅拉制和多晶硅鑄錠所用的硅材料絕大部分是進口的。2006年,我國單晶體硅錠生產能力已達6850t,產值達2086t.2006年,中國多晶體硅的年生產能力為400t實際生產量為300t,僅夠30Mp太陽電池的生產需求,實際生產量與需求存在巨大的差距,多晶體硅原材料基本依賴進口,這就造成目前多晶硅價格大幅上漲,我國光伏發電成本也由上漲。


          2.第二大問題是是我國太陽能產業,尤其是光伏產業的核心技術及制造裝備主要在國外。我國太陽能利用技術專利僅占世界太陽能專利的8%,是全球第四大太陽能專利技術擁有國。而且專利主要集中于太陽能熱利用技術領域,企業專利申請多以實用新型與外觀設為主,專利質量與創新水平不容樂觀;發明專利權人主要是科研機構與高校,作為技術創新主體的企業卻因為參與不夠或者缺乏創新能力而未能成為發明專利的真正創新主體。


          3.第三大問題是,我國絕大部分的光伏產品都出口到歐美及日本等國外市場,國內對太陽能光伏的應用也主要集中在農村電氣化和離網型太陽能光伏產品,真正并網型太陽能光伏市場目前還遠未形成。說明內需市場發展嚴重不足,這將對我國光伏產業的持久發展帶來嚴重影響。


          綜上所述,中國太陽能熱利用與發電技術方面均已取得一定的成績,但也存在管理體制與市場體制不夠健全、機制不夠完善、企業自主創新能力不強、配套政策與實施細則需要進一步落實等一系列亟待解決的現實問題。


          四、促進我國太陽能使用技能可持續發展的對策

          一是盡快制定國家太陽能利用技術的短期、中期、中長期與長期的發展戰略,明確不同發展階段太陽能利用技術的主要目標、實施重點、具體舉措,繪畫出我國太陽能利用技術的發展路線圖;二是以有用增強國家綜合實力,進步企業自主立異才能,有用防備危險合理應對國際一體化與全球性競賽所帶來的壓力與挑戰為意圖,趕緊施行太陽能使用技能的規范化戰略,主要包括太陽能工業規范、技能規范與產品規范,構筑一個有利于打破發達國家太陽能使用技能規范壟斷,促進我國太陽能工業發展、技能進步與產品功能不斷進步的太陽能使用技能規范化系統;三是以專利法律制度為基礎,以獲取最大經濟效益為目的,加緊實施太陽能利用技術的專利戰略體系,具體主要包括專利信息的收集、處理與管理、專利保護、專利技術開發、專利技術實施、專利技術產業化、專利許可貿易等內容。


          經過活躍有效地運用專利使用權購買戰略、專利穿插答應戰略、專利聯盟戰略與專利標準化戰略,躲避“專利圈套”,促進我國太陽能利用技術的可持續發展;四是通過自己培養、聯合培養與人才引進等手段,加緊實施太陽能利用技術的人才戰略,積極打造我國太陽能利用技術的人才庫,培養與造就一大批太陽能利用技術基礎研究、技術開發與專利成果產業化等方面的專業領軍人才與復合創新型人才,搶占太陽能利用技術的人才高地。這四個方面是相輔相成的,太陽能利用技術的中長期發展戰略指明了太陽能利用技術的前進方向與發展路線,標準化戰略與專利戰略確保了太陽能利用技術更好更快的發展,人才戰略則是上述三種戰略的有效支撐與最終保障。

          再者,逐步建立與完善促進我國太陽能利用技術可持續發展的政策體系。太陽能利用技術得到世界各國的普遍重視,世界上至少有 ,( 個國家依據自己的國情擬定了可再生能源的方針規劃,現在全球已經有50多個國家通過立法,采納設備置辦補貼方針等不同方法推動可再生能源的發展,相關的配套法律、法規、方針不斷完善。[4]日本、德國等國家的成功太陽能激勵政策表明,政策扶持是光伏產業發展的最主要驅動力,政府的政策導向決定光伏產業的發展水準和市場需求,促使一些金融機構和跨國公司相繼投資光伏產業,加速該新興產業走向成熟。對于在建筑中廣泛使用太陽能等可再生能源的,給予一定補貼;別的,國家還需要擬定合理有用的太陽能使用核心技能與關鍵設備的引入方針,促進太陽能使用技能的引入、消化、吸收,加速核心技能的再立異與集成立異,通過引入技能含量高及其相關技能培訓,加速技能與立異才能的搬運與擴散,著力培育自主立異才能,有用提高跨國公司技能擴散的速度和水平,打破跨國公司的技能壟斷。


          總歸,擬定我國太陽能使用技能的發展戰略,建立完善的管理體制與機制,憑借一系列國家太陽能使用技能相關政策的出臺與推動,必定可以促進我國太陽能開發使用技能的可持續發展。



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