文本描述
一、光伏发电介绍
在跨入21世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染，温室效应都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。
1、太阳能与化石能源的简要比较
1.1化石能源带来的问题
(1)能源短缺：由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。
(2)环境污染：当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。
(3)温室效应：化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。
1.2太阳能资源及其开发利用特点
(1)储量的“无限性”：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。
(2)存在的普遍性：虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。
(3)利用的清洁性：太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。
(4)利用的经济性：可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。
1.321世纪后期太阳能将占主导地位
世界各国，尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性，各国专家都看好太阳能等可再生能源，尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话，那么21世纪则是可再生能源的世纪，太阳能的世纪。据权威专家估计，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的3/5，燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中，太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%的比例，次于核能居第二位，21世纪末太阳能将取代核能居第一位。壳牌石油公司经过长期研究得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更乐观地估计，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。
2、太阳能开发利用技术及其产业化的现状与发展趋势
人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢，现代意义上的开发利用只是近半个世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及其产业异军突起，成为能源工业的一支生力军。迄今为止，太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归结为太阳能热利用和光利用两个方面。
21世纪世界光伏发电的发展将具有以下特点：（1）产业将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领域之一，预测今后10年光伏组件的生产将以20%~30%甚至更高的递增速度发展。光伏发电的未来前景已被愈来愈多的国家政府和金融界（如世界银行）所认识。许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划，如到2010年，美国计划累计安装4.6GW(含百万屋顶计划)；欧盟计划累计安装6.7GW(可再生能源白皮书),其中3.7GW安装在欧洲内部,3GW出口;日本计划累计安装5GW(NEDO日本新阳光计划);预计其它发展中国家1.8GW(估计约10%),预计世界总累计安装18GW.到下世纪中页,光伏发电成为人类的基础能源之一。(2)太阳电池组件成本将大幅度降低。光伏发电系统安装成本每年以9%速率降低。1996年平均安装成本约7美元/W，预计2005年可降到3美元/W，相当于光伏发电成本0.11美元/(kW·h)，2010年发电成本将降到6美分/(kW·h)。降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。考虑到下世纪薄膜电池技术会有重大突破，其降低成本的潜力更大。因此下世纪太阳电池组件成本大幅度降低是必然趋势。（3）光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展。（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，世界许多国家都在大力研究开发薄膜电池。下世纪薄膜电池技术将获得重大突破，规模会向百兆瓦级以上发展，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，从而成为可替代能源。（5）太阳能光伏建筑集成及并网发电的快速发展。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、分配投资和维修成本；集成设计使建筑更加洁净、完美，使人赏心悦目，容易被专业建筑师、用户和公众接受。太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视。许多国相继制定了本国的屋顶计划，使得建筑光伏集成技术如旭日东升，蓬勃发展。1997年6月美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”，2010年完成；欧洲于大致相同的时间宣布了百万屋顶计划，于2010年完成；日本政府在21997财政年度计划安装9400套4kW的屋顶系统，总计37MW。日本政府的计划目标是，到2010年安装5000MW屋顶光伏发电系统。
光伏系统和建筑结合将使太阳能光伏发电向替代能源过渡，成为世界能源结构组成的重要部分。
3、我国太阳能利用概况
我国太阳能电池的研究始于1958年,1959年研制成功第1个有实用价值的太阳电池。1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上，1973年太阳电池开始在地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳电池。80年代中后期，引进国外太阳电池生产线或关键设备，初步形成生产能力达到4.5MW太阳能光伏产业。其中单晶硅电池2.5MW,非晶硅电池2MW,工业组件的转换效率单晶硅电池为11%~13%,非常硅电池为5%~6%。
我国光伏组件生产逐年增加，成本不断降低，市场不断扩大，装机容量逐年增加。应用领域包括农村电气化、交通、通信、石油、气象、国防等。特别是光伏电源系统解决了许多农村学校、医疗所、家庭照明、电视等用电，对发展边远贫困地区的社会经济和文化发挥了十分重要的作用。
值得一提的应用项目有：（1）1998年10月建成的西藏那曲安多县光伏电站，光伏电池装机容量达100kw。（2）家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南的部分地区和四川的阿坝州等地已进入较广泛地推广应用阶段。（3）在22所农村学校建立了光伏电站，光伏电池组件的总装机容量为57kw。（4）1998年在中国通信史上建设难度最大的兰一西一拉光缆干线工程中，有26个光缆通信站采用光伏电池作电源，其海拔高度多在4500m以上，光伏电池组件的总功率达100kW。（5）1996年建成了塔中4一轮南输油输气管道阴极保护光伏电源系统，光伏电池组件总功率为40kw。该系统横贯塔克拉玛干大沙漠，总长达300km，工程环境恶劣复杂。（6）在1995年62个国家重点援藏项目之一的西藏广播电视发射接收工程中，采用光伏电池供电。在西藏自治区建区30年大庆之前，共建216套卫视接收站光伏电源供电系统和118套调频发射站光伏电池供电系统，光伏电池组件总功率为56kw。（7）2002年，原国家计委启动了“西部省区无电乡通电计划”，即“送电到乡”工程，通过光伏和小型风力发电的方式，最终解决了西部七省区（西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙、陕西和四川）近800个无电乡的用电问题，光伏组件用量达到19.6MWp，风力发电机840KWp。这一项目的启动大大刺激了光伏工业的发展。
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