美国加州大停电,是可再生能源发电惹的祸?
8月中旬,美国加州经历了19年来首次滚动停电。加州独立系统运营商发出警告, 由于电网吃紧,需要采取分区滚动式停电模式来防止电网崩溃。 消息一出,引发关注。正值美国大选之际,这一话题瞬间被政治化。据媒体报道,停电事件中,超过100万人失去了电力供应。
目前的初步原因汇总显示:停电是多种概率事件同时发生造成的,其中包括天然气机组的宕机;高温天气跨区联络线过热限流,部分老化线路容量不足;风电场宕机等等。系统调度与监管机构对于系统是否购置了足够充足的备用仍旧存在认定上的争论。
上一次加州下令滚动停电是在2001年能源危机期间。 从1月到5月,发生多次停电,其中一次影响150多万客户,其原因是能源短缺和能源批发商操纵市场合力发挥作用的结果。
加州州长纽森(Gavin Newsom)强调,加州电力短缺是“不可接受的”。他将电力短缺归因于加州从污染性的天然气过渡到太阳能、风力发电等“清洁”能源的结果,因为太阳下山之后或无风时,无法发电。他承诺释出更多能源,也将对电力短缺进行全面调查。纽森表示, 由于过去几天创纪录的高温,用电需求大增, 曝露 出可再生能源的不足。
光伏发电出力特性会给电网安全稳定运行造成巨大影响。截至2019年年底,美国加州光伏发电的装机容量为2740万千瓦,占美国光伏发电总装机容量比例约36%,居全美第一。光伏发电量通常情况下占加州总发电量的比例约为20%。
在高比例光伏发电接入的情况下,加州净负荷曲线为“鸭型”曲线,即负荷曲线在中午前后到达低点,在15时之后开始上升,负荷曲线峰谷差大,这为加州电力调度带来困难。
为此, 加州一直非常重视需求响应发展,通过相关激励手段调动负荷侧灵活资源积极性,以解决电力供需矛盾。 然而,此次罕见热浪袭击加州,加之疫情影响,居民大多居家,空调负荷等温度调节负荷激增,大大激化了原有的电力供需矛盾。
本次加州轮流停电事件一方面说明, 光伏发电、风电等电源出力具有波动性、反调峰性,对电网安全稳定运行造成的威胁不可忽视 。高比例新能源发电接入的情形下,亟须开展电力电子化电力系统稳定性基础分析、电力电子化电源的宽频带振荡特性等基础理论研究,完善电力系统稳定计算标准体系,突破海量超电磁暂态仿真技术瓶颈,提高电网仿真分析能力,支撑深度认知电网特性。
另一方面,本次加州轮流停电事件中,高比例光伏发电接入、罕见高温、疫情居家等多因素交织,充分表明在电网安全运行中,考虑单一因素具有一定的局限性,多种情景叠加则进一步考验电网供电能力。 电网企业需在规划、运行、营销乃至应急等环节充分考虑综合因素,确保供电可靠。
随着分布式电源、储能系统、新能源 汽车 等领域相关技术不断发展, 负荷侧灵活资源有着极大的开发利用空间 。我国经过多年摸索,在负荷侧灵活资源利用上取得了显著成效。据相关研究,我国负荷侧灵活资源超过2亿千瓦,通过相关政策、机制挖掘这些资源价值,意义重大。
电力服务具有普惠特点,涉及民生问题。本次加州轮流停电事件中,电力供需紧张在电力及上游能源市场上造成了一系列连锁影响。 电价快速上涨加重了防疫期间居民、企业的经济负担,对经济 社会 发展造成巨大影响。
反观国内,在防控新冠肺炎疫情期间,电网企业主动担当,坚决执行国家降低电价政策,有力支撑“六稳”“六保”目标实现,充分体现出我国的制度优势。可见,我国电网 健康 发展需要坚持制度自信,发挥“六个力量”,为经济 社会 发展和民生改善提供有力保障。
融资租赁与光伏电站结合的模式
引导语:融资租赁与光伏电站是如何结合的?有哪几种模式?下面是相关的分析资料,欢迎大家阅读学习。
国内电站运营商在融资环节引入融资租赁模式,对民营企业在分布式电站领域突破融资瓶颈具有重要意义。一方面可以融合取得项目批复公司与民间资本双方的优势,另一方面也可以解决PPP模式中公共设施的服务性、长期性和民间资本的获利性两方面需求。更为重要的是,融资租赁模式可以较为妥善的解决政府与企业的利益分割问题。
融资租赁对光伏行业的意义
融资租赁是指出租人与承租人签订租赁合同,与设备供应商签订购买合同,由供应商交付租赁物给承租人,承租人向出租人支付租金的模式。租赁本质上是为了使用资产而非获得资产,天然兼具服务和融资模式。光伏电站的开发运营类似于经营性物业,现金流稳定,适合引入融资租赁模式。融资租赁可优化运营商的资产负债结构和盈利模式,在提高杠杆的同时保持较高的信用评级。
国外融资租赁的模式创新——Solarcity模式
以Solarcity、SunRun和Sungevity为代表的公司在美国加州和新泽西等地区开展光伏租赁业务,为用户提供光伏系统的设计、安装和维护,通过收取客户的租赁费,在未来20年内获得持续稳定的.现金流。对于用户,通过该模式能以低成本或零成本获得光伏发电系统,并在未来使用中减少电费支出。在融资环节,Solarcity与Google、产业资本等投资的基金通过合资、转租和返租的形式,解决了租赁模式在初期高投入导致的资金短缺问题。各类基金在合作中可享有政府补贴及项目的投资收益,参与积极性高。在运营环节,用户以出让屋顶为代价可获取低电价的优惠,电力公司也能获得(收购-销售)电价差的效益。
Solarcity的租赁模式对国内有
借鉴意义,但近期难以推广
不同于美国的ITC、加速折旧税盾和绿色电力证书(REC),国内的FIT和度电补贴政策红利在产业链上的分配不均衡。电站开发商和系统集成商是主要受益者,但投资方和终端用户参与动力有限。美国加州等地的日照资源和销售电价“双高”,是推广理想地区。但国内销售电价和日照资源呈负相关,影响电站收益率。超过85%的美国居民拥有独栋住房,而国内城市以商品房住宅为主,农村的用电需求和经济相对较差,也限制Solarcity模式在国内的推广。国外资金成本低,7-8%收益率有吸引力,国内则不然。
国内融资租赁与光伏电站的结合模式融资租赁公司可为电站的建设运营提供直租和售后回租的服务,中电投和爱康科技率先开展光伏电站融资租赁业务。我们认为,租赁模式可提高电站项目的财务杠杆比例(二次加杠杆),提升资金使用效率,对电站运营商突破融资瓶颈具有重要意义。虽然资金成本的上升影响短期利润释放,但IRR和ROE都有一定提升。此外,光伏企业还能与融资租赁公司合资成立电站运营平台,类似Solarcity与基金合作并进行利润分成的模式,在国内尚未有先例。
我国光伏电站的几种融资租赁模式1直接租赁模式
2售后回租模式
3经营性租赁模式
4经营性售后回租模式
融资租赁案例
中电投集团旗下的上海融联租赁对中电投云南子公司的20MW地面电站开展了直租业务,爱康科技将持有80%股权的子公司青海蓓翔65MW电站资产出售给福能租赁,后者再把资产返祖给青海蓓翔运营。
总体而言,国内电站运营商在融资环节引入融资租赁模式,对民营企业在分布式电站领域突破融资瓶颈具有重要意义。Solarcity的成功与美国的特殊政策、电力、资源和经济环境密不可分,其模式在国内暂时难以模仿,带来更多的是融资模式创新的思考,有待政策配套和电力价格体系的完善。
天合光能股份有限公司(简称“天合光能”,股票代码:688599 ),全球领先的光伏智慧能源整体解决方案提供商 ,1997年创立于江苏常州 ,截至2017年底,天合光能光伏组件累计出货量全球排名第一。2020年6月10日, 天合光能在上海证券交易所科创板挂牌交易,成为首家在科创板上市的涵盖光伏产品、光伏系统以及智慧能源的光伏企业 。
天合光能先后在瑞士苏黎世、美国加州圣何塞和新加坡设立了欧洲、美洲和亚太中东区域总部,并在东京、马德里、米兰、悉尼、北京和上海等地设立了办事处,引进了来自30多个国家和地区的高层次人才,业务遍布全球100多个国家和地区。天合光能于2016年至2020年连续五次被彭博新能源财经(BNEF)评选为“全球最具融资价值组件品牌”。
天合光能是能源物联网概念的提出者,天合能源物联网构架分为云、管、端三部分,分别涵盖信息收集对象和服务对象的设施层、采集能源基础数据的感知层、包含服务园区和智能微网的天中能量管理平台TrinaMOTA的网络层、以TrinaAurora智慧能源云为基础的平台层, 以及为终端用户提供各类能源服务的应用层,形成“三位一体”能源物联网新体系, 打通能源领域中发电、储能、配网、用电终端各环节,让能源流、信息流、价值流、以及能源设备在互动、共享的智慧能源网络里相互连接,从而实现能源互联一体化管控,最终为用户提供各类能源服务。天合光能从中国起步,随着市场战占有率的不断提升,公司加速全球化布局,实现市场全球化、制造全球化、研发与人才全球化和资本全球化。
在1839年,光伏就被发现了,当时19岁的法国贝克勒尔做物理实验时,发现在导电液中的两种金属电极用光照射时,电流会加强,从而发年了“光生伏打效应”。到了1930年,朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”,使太阳能变成电能。
到了1954年5月,没过贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松开发出效率为6%的单晶硅太阳能电池,这是世界上第一个有实用价值的太阳能电池。
光伏发展到今天,已经逐渐成为生活生产中的主力能源,包括独立光伏发电系统、并网光伏发电系统以及分布式光伏发电系统。
首先说必然的不稳定,白天才能发电,晚上不能;夏天发电多,冬天发电少(通常)。
然后再说那些不确定性导致的不稳定。晴天发电多,雨雪天发电少,无遮挡发电多,有遮挡(比如云朵)发电少。
我也是刚发现很多人对这些不确定性认识并不深刻。只是下意识地知道发电量是无法精确估算的。其实更要命的是这些不确定导致了光伏无法作为主电源直接给负载供电的。说的再直白点,如果市电停电了,你家屋顶的光伏电站是不能继续发电用来应急的。
光伏发电的确便宜,平准化度电成本可能3毛钱都不到(LCOE),不过如果让这个电变成大家可以随便用的稳定供电成本就会高不少,度电成本翻一倍是起步,翻四五倍也不奇怪。这是美国加州2016/10/22的用电曲线,蓝线是加州电力负载,橘线是电力负载减去灰线(光伏发电)和风电的净负载,蓝色跟橘色曲线合起来看起来像只鸭子,所以叫「鸭子曲线」。
太阳能是种间歇性能源,白天,尤其是中午时段,是光伏发电最强的时刻,太阳一下山,发电量骤减,此时是下班时刻,各种家电打开,正需用电,就会造成问题。
一个地区的光电占比越高,鸭肚子越大或鸭脖子越细(傍晚用电),造成的电力调度问题就会越大。
中午发电如果超过用电量,要设法消耗;傍晚则要快速将电能缺口补上,以免大停电。
美国是用天然气发电调节,燃气机组启动快速,适合短时间内填补电力缺口。
然而美国是天然气生产大国,多到可以出口,中国则要进口,此方法不适用中国,况且中国的光伏发电跟用电不在同一地。
中国光伏发电主要区域在西部,跟东部有时差,因此鸭子曲线的问题较小,主要是光伏发电受天气影响很大,并且峰值时段集中,没法稳定供给,依然要靠储能调节。
1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应(简称光伏现象)。
1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒(Se)的光伏效应,并制作第一片硒太阳能电池。
1883年美国发明家charlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。
1904年Hallwachs发现铜与氧化亚铜(Cu/Cu2O)结合在一起具有光敏特性德国物理学家爱因斯坦(AlbertEinstein)发表关于光电效应的论文。
1918年波兰科学家Czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺。
1921年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔(Nobel)物理奖。
1930年B.Lang研究氧化亚铜/铜太阳能电池,发表“新型光伏电池”论文W.Schottky发表“新型氧化亚铜光电池”论文。
1932年Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象。
1933年L.O.Grondahl发表“铜-氧化亚铜整流器和光电池”论文。
1941年奥尔在硅上发现光伏效应。
1951年生长p-n结,实现制备单晶锗电池。
1953年Wayne州立大学DanTrivich博士完成基于太阳光普的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。
1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象,(RCA:RadioCorporationofAmerica,美国无线电公司)。
贝尔(Bell)实验室研究人员D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson报道4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现,几个月后效率达到6%。(贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功)
1955年西部电工(WesternElectric)开始出售硅光伏技术商业专利,在亚利桑那大学召开国际太阳能会议,Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品,电池为14mW/片,25美元/片,相当于1785USD/W。
1956年P.Pappaport,J.J.Loferski和E.G.Linder发表“锗和硅p-n结电子电流效应”的文章。
1957年Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson获得“太阳能转换器件”专利权。
1958年美国信号部队的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池,这种电池抗辐射能力强,这对太空电池很重要Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射,光伏电池100c㎡,0.1W,为一备用的5mW话筒供电。
1959年Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%,并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻卫星探险家6号发射,共用9600片太阳能电池列阵,每片2c㎡,共20W。
1960年Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1963年Sharp公司成功生产光伏电池组件日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列,在当时是世界最大的光伏电池阵列。
1964年宇宙飞船“光轮发射”,安装470W的光伏阵列。
1965年PeterGlaser和A.D.Little提出卫星太阳能电站构思。
1966年带有1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。
1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统,用于教育电视供电。
1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。
1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带,25mm宽,457mm长(EFG:EdgedefinedFilmFed-Growth,定边喂膜生长)。
1977年世界光伏电池超过500KWD.E.Carlson和C.R.Wronski在W.E.Spear的1975年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a-Si)太阳能电池。
1979年世界太阳能电池安装总量达到1MW。
1980年ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器,接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试。
1981年名为SolarChallenger的光伏动力飞机飞行成功。
1982年世界太阳能电池年产量超过9.3MW。
1983年世界太阳能电池年产量超过21.3MW名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳大利亚,20天内行程达到4000Km.
1984年面积为929c㎡的商品化非晶硅太阳能电池组件问世。
1985年单晶硅太阳能电池售价10USD/W澳大利亚新南威尔土大学MartinGreen研制单晶硅的太阳能电池效率达到20%。
1986年6月,ARCOSolar发布G-4000———世界首例商用薄膜电池“动力组件”。
1987年11月,在3100Km穿越澳大利亚的PentaxWorldSolarChallengePV-动力汽车竞赛上,GMSunraycer获胜,平均时速约为71km/h。
1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW。
1991年世界太阳能电池年产量超过55.3MW瑞士Gratzel教授研制的纳米TiO2染料敏化太阳能电池效率达到7%。
1992年世界太阳能电池年产量超过57.9MW。
1993年世界太阳能电池年产量超过60.1MW。
1994年世界太阳能电池年产量超过69.4MW。
1995年世界太阳能电池年产量超过77.7MW光伏电池安装总量达到500MW。
1996年世界太阳能电池年产量超过88.6MW。
1997年世界太阳能电池年产量超过125.8MW。
1998年世界太阳能电池年产量超过151.7MW多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池。
1999年世界太阳能电池年产量超过201.3MW美国NREL的M.A.Contreras等报道铜铟锡(CIS)太阳能电池效率达到18.8%非晶硅太阳能电池占市场份额12.3%。
2000年世界太阳能电池年产量超过399MWWuX.,DhereR.G.,AibinD.S.等报道碲化镉(CdTe)太阳能电池效率达到16.4%单晶硅太阳能电池售价约为3USD/W。
2002年世界太阳能电池年产量超过540MW多晶硅太阳能电池售价约为2.2USD/W。
2003年世界太阳能电池年产量超过760MW德国FraunhoferISE的LFC(Laserfired-contact)晶体硅太阳能电池效率达到20%。
2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW德国FraunhoferISE多晶硅太阳能电池效率达到20.3%非晶硅太阳能电池占市场份额4.4%,降为1999年的1/3,CdTe占1.1%而CIS占0.4%。
2005年世界太阳能电池年产量1759MW。
中国太阳能发电发展历史
中国作为新的世界经济发动机,光伏业业呈现出前所未有的活力。大量光伏企业应运而生,现在光伏产量已经达到世界领先水平。现在OFweek太阳能光伏网带大家来回顾下中国太阳能发展历史:
1958,中国研制出了首块硅单晶
1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。
1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。
1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。
1998年,中国政府开始关注太阳能发电,拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目。
2001年,无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功,2002年9月,尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产,产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和,一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。
2003到2005年,在欧洲特别是德国市场拉动下,尚德和保定英利持续扩产,其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产迅速增长。
2004年,洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉,以此为基础,2005年,国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产,从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。
2007,中国成为生产太阳电池最多的国家,产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。
2008年,中国太阳电池产量达到2600MW。
2009年,中国太阳电池产量达到4000MW。
2006年世界太阳能电池年产量2500MW。
2007年世界太阳能电池年产量4450MW。
2008年世界太阳能电池年产量7900MW。
2009年世界太阳能电池年产量10700MW。
2010年世界太阳能电池年产量将达15200MW。
照射在地球上的太阳能非常巨大,大约40min照射在地球上的太阳能,便足以供全球人类一年能量的消费。可以说,太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源,而且太阳能发电绝对干净,不产生公害,所以太阳能被誉为理想的能源。
(1)太阳能发电的优点
从太阳能获得电力,需通过太阳能电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同,具有以下特点:
①无枯竭危险。
②绝对干净(无公害)。
③不受资源分布地域的限制。
④可在用电处就近发电。
⑤能源质量高。
⑥使用者从感情上容易接受。
⑦获取能源花费的时间短。
不足之处是:
①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面积。
②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。
但总的说来,瑕不掩瑜,作为新能源,太阳能具有极大优点,因此受到世界各国的重视。
(2)太阳能发电存在的问题
太阳能光伏发电还存在一些有待攻克的“弱点”。它的主要问题有以下几个方面。
①光电转化率很低。根据太阳能发电的基本原理,太阳光电池主要功能是将光能转换成电能,称之为光伏效应。这就使得我们在选取太阳能电池板原材料的时候,必须充分了解太阳光谱成分及其能量分布状况,必须考虑到材料的光导效应及如何产生内部电场,不仅要考虑材料的吸光效果,还要考虑它的光导效果。从目前太阳能发电的情况来看,即使采用目前最高效的材料进行光电转换,效率仍然很低,材料的选取仍旧是个有待提高的突破点。目前太阳能电池光电转化效率一般为10%~15%,因此,如何提高太阳能光伏发电的转换效率是我国及世界有关研究组织一直以来科技攻关的难题。
②光伏电池生产过程中存在高污染。从目前的实际状况来看,以单晶硅或多晶硅为主要原料的太阳能电池板正越来越多地点缀于城市建筑的屋顶、墙壁,成为一座座所谓“清洁无污染”的太阳能电站。然而,在这种被称为“绿色电站”的身后,却“隐藏”着一系列高能耗、高污染的生产过程。即使作为第三代太阳能电池的染料敏化电池来说,虽然它最大吸引力在于廉价的原材料和简单的制作工艺。据科学家估算,它的成本仅相当于硅电池板的1/10。但是此类电池的效率随面积放大而降低。这一点又与太阳能发电需要充足的日照和广域的面积相矛盾。
③所需光照受天气影响较大。太阳能发电所需的必要条件是光照指数,如果在阳光不太充足的多云天气或雨雪天气里,太阳光伏效应转换的效率会大幅度降低,难以满足向用电系统连续供电。
④光伏发电成本过高。在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的,但其成本居高不下,远不能满足大规模推广应用的要求。最近,SunPower(美国加州)公司研制的太阳能电池板效率达到22%,尽管其光电转化效率非常可观,但由于受原料价格和提纯工艺的限制,发电成本过高。所以太阳能发电系统仍需要人们不断地探索与完善。
世界太阳能开发利用现状及我国太阳能产业发展的思考
高 峰
�(中国科学院资源环境科学信息中心 兰州 730000)
摘要:太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用 的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势,其开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源 带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径,是人类理想的替代能源。当前, 太阳能开发利用技术及其推广应用突飞猛进,1997年,全球太阳能电池的销售量增加了40% ,成为全球发展最快的能源。太阳能热水器已形成行业,正以其优良的性能价格比不断地 冲击燃气、电热水器市场;太阳能热电站也已商业化,是大型太阳能电站的希望所在;光电 技术发展更快,表现在光电转换效率的不断提高和光电池制造成本的不断下降以及各种新型 太阳能电池的问世。各国对太阳能的开发利用给予了极大关注,突出表现在各国政府推出的 光伏计划,如德国的“千顶计划”,日本的“朝日七年计划”以及美国的“百万屋顶计划” 等。以色列在其房屋太阳能热水器安装率达80%的情况下,更是明文规定,凡新建房屋必须 配置太阳能热水器。我国太阳能开发利用有其成功之处,但也存在诸多问题和不足。在综合 分析我国太阳能开发利用现状的基础上,对进一步发展我国太阳能产业进行了如下思考:① 重视太阳能 开发利用,迎接太阳能经济时代;②加大投资力度,实施强化的光电发展战略;③加大政策 优惠程度,扶植太阳能热水器行业;④发挥资源优势,转化产业优势。
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〔1〕。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 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〔2〕。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,有关研究结果表明〔3〕,太阳能热水器已具很强的竞争力。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。
1.3 21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〔4〕,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(如图1所示) 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〔5〕。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〕。正如世界观察研 究所的一期报告所指出:正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。其最新一期 报告则指出,1997年全球太阳电池的销售量增长了40%,已成为全球发展最快的能源①①。
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。太阳能利用的具体形式和用途如图2所示〔2〕。�
图2太阳能利用系统
2.1太阳能热利用及其产业发展�
根据可持续发展战略,太阳能热利用在替代高含碳燃料的能源生产和终端利用中大有用武之 地。从图2可以看出,太阳能热利用具有广阔的应用领域,可归纳为太阳能热发电(能源产出 )和建筑用能(终端直接用能),包括采暖、空调和热水。当前太阳能热利用最活跃、并已形 成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。�
2.1.1 太阳能热水器�
在世界范围内,太阳能热水器技术已很成熟,并已形成行业,正在以优良的性能不断地冲击 电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太阳能热水器发展很早,但80年代的石油降价,加 之取消对新能源减免税优惠的政策导向,使工业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几十万平方米。据报道,1992年国外太阳能热水器总量为45万m2,其中日本为20万m2,美国 为12万m2,欧洲为8万m2,其他国家为5万m2。世界环境发展大会之后,许多国家又开 始重视太阳能热水器在节约常规能源和减少排放CO2方面的潜力,仅据美国加州首府萨克 门托市的计划,到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电热水器;到2000年日本太 阳能热水器的拥有量将翻一番;以色列更是明文规定,所有新建房屋必须配备太阳能热水器 。目前,我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万m2 ,为世界其他各国销售量之和;1995年销售量翻番,达100万m2。据初步统计,1997年我 国太阳能热水器销售量300万m2,目前,我国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装 的企业达到1000余家,年产值20亿元,从业人数1.5万人能源工程,1999 ,(1):59。但从房屋的热水器安装率来说,以色列已达80%,日本为11%,台 湾达2.7%.〔6〕.,我国在千分之几左右,其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国 际上,太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展,目前其产品的发 展方向仍注重提高集热器的效率,如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层, 以减少热量损失;聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国和以色列批量生产。.
随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高,太阳能热水器必将逐步替代电热水器和 燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素,但 太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势,而且随着技术的发展其经济性也逐渐 显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果.〔3〕.,从中可以看出,太阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。��
表1三种热水器经济指标对比
项目品种寿命(年)
使用天数 (天)
购置费用�(元)
运行费用�(元)
总投资�(元)
备 注
太阳能热水器
10~15
300*2300
250
2550
均以日
产水量电热水器
5~8
300
1000
4500
550080kg
水温40燃气热水器
6
300
5003
700420
0~60℃计算
*有关专家认为该数字应为250天左右。��
2.1.2 太阳能热发电技术�
80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。Luz国际公司在美国 南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站,总功 率为354MW,约占当地电网容量的2%〔7〕。9座电站中最大的容量为80MW,约有900条 聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策 ,迫使第10号电站停建,公司宣告破产。另一颇具实力的Solel公司也在致力于太阳能热发 电,它于1992年接收了破产的Luz公司的技术,将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲 。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造 一座70MW的槽型太阳能热发电装置,并计划在以色列建一座200MW的电站,同时正在洽谈在 北美洲和另两洲建三座电站,每座200~300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年 的悉尼奥运会,它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体,为奥运村旅馆和运动会 主会场提供10MW的电力〔7〕。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电 项目,计划于2003年完工,届时将是世界上最大的太阳能电站。此外,它的阿莫科石油公司 将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站沙特阿拉伯《中东报》,1997年12 月1日报道。�
目前,太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是:①30~80MW线聚焦抛物面槽式太 阳热发电技术(简称抛物面槽式);②30~200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术(简称塔式 );③7.5~25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。在上述三种技 术中,抛物面槽式领先一步,美国加州的9座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展 现状。塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术,目前只有美国巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的电站,功率为43MW,该电站成功运行两年后,两家美国电力公司计划建两座1 00MW的电站〔8〕。为了提高塔式电站的效率,有人提出了一种新想法〔8〕, 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置,采用甲烷重整 工艺,以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电,可以在 偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式,太阳热发电技术在经济上是可行的, 而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中,由于技术进步及容量的增 大,电站的装机造价和发电成本显著下降,1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW,发 电成本26.5美分/kWh;到1990年的Ⅷ号电站(80MW),造价降至3011美元/kW,发电成本降到 8.9美分/kWh.〔9〕.。因此,抛物面槽式在太阳能丰富的地区,经济上已能与燃油的 火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算, 如果考虑设备的折旧和还贷,太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh,如果 不考虑设备折旧,仅计入运行和维护费用,则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh,而火力 发电站的成本为0.8元/kWh.〔9〕.。有人估算过13种太阳热电站在不同日照射条件下 的发电成本.〔8〕.,结果表明,随着年产电量的增加,主要是随着机组容量的增大、 日射强度的增高、部件和系统的进一步改进,发电成本显著下降。进而对地中海国家的太阳 能热发电应用进行过可行性研究,认为太阳能的热利用在这一地区具有特殊重 要性,具有巨大的市场潜力。一方面,地中海国家技术水平高、资金雄厚,且有很好的太阳 热发电示范和早期商业化基础;另一方面,未来几十年里,地中海国家能源需求量大,每年 要新增5~6GW,加之该地区太阳能资源丰富,年辐射强度大于1700kWh/m\+2的面积达到700 万km\+2,太阳热可发电容量达1200GW,是目前全球电力需求的4倍。所有这一切形成了地中 海地区广阔的太阳能热发电市场。� 2�2太阳能光电技术及其产业�
2.2.1太阳能光电已成为全球发展最快的能源�
50年代第一块实用的硅太阳电池的问世,揭开了光电技术的序幕,也揭开了人类利用太阳能 的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来,太阳能光电技术发展迅 猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出,利用太阳能获取电力已成为全球发展最 快的能量补给方式。报告说,1990年以来,全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增,目前总发电能力已达800MW,相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能,1998,(4):22。�
2.2.2提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键�
当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中,太阳能光 电仍是花费最高的一种形式,因此,发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工 艺,设计新的电池结构,开发新颖电池材料等方式降低制造成本,提高光电转换效率。近年 来,光伏工业呈现稳定发展的趋势,发展的特点是:产量增加,转换效率提高,成本降低, 应用领域不断扩大。目前,世界太阳电池年产量已超过150MW,是1944年产量的两倍还多, 如表2所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%,澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已 达24.4%;多晶硅太阳电池效率也达14%,实验室最大效率为19.8%;非晶硅太阳电池的稳 定效率,单结6~9%,实验室最高效率为12%,多结电池为8~10%,实验室最高效率为11.83 %.〔10〕.。表3��〔11〕�为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于 生产规模的扩大,生产工艺的改进,晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3~3�5美元/W �p,售价也相应降到4~5美元/W�p;非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元,多结售价为4~5 美元/W�p��〔10〕�。与十年前相比,太阳光电池价格普遍降低了20%。最近,瑞士联邦 工学院M·格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池,其光电转换率高达33%,并成功地采用 了一种无定形有机材料代替电解液,从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少,使 用起来也更加简便��〔12〕�。可以预料,随着技术的进步和市场的拓展,光电池成本及 售价将会大幅下降。表4��〔13〕�为地面用光伏组件成本/价格的预测结果,表5为美国 国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计��〔14〕�。对比表4, 表5,可以看出,2010年以后,由于太阳能电池成本的下降,可望使光伏技术进入大规模发 展时期。��
表2世界光电组件的产量及年增长率
年份1989199019911992199319941995199619971998
年产量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612 2150年增长率(%)12%15%8%5%16%15%12%35%23%�
表4地面用太阳能电池组件成本/价格预测(美元)
电池种类1990199520002010
单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00
多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00
聚光电池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67
非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25
薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25
CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25
CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25�
表5太阳能电池成本与市场的关系
太阳能电池成本�(美元/峰瓦)可进入的市场
>6少量应用2~5通信、边远地区
1~2城市屋顶系统<1大规模发电
表3商品化光伏直流组件效率预测(%)
电池技术199019952000 2010
单晶硅12151822
浇铸多晶硅11141620
带状硅12141721
聚光器(光电池)17202530
非晶硅(包括叠层电池)5~67~91014
CuInSe\-2-8~101214
CdTe-8~101214
低成本基片硅薄膜-8~101215
球粒电池-101214\= 2�2�3光伏新技术发展日新月异�
近年来,围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题,光伏技术发展迅速,日新月异。晶体 硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转 换效率的主要技术障碍有:①电池表面栅线遮光影响;②表面光反射损失;③光传导损失; ④内部复合损失;⑤表面复合损失。针对这些问题,近年来开发了许多新技术,主要有:① 单双层减反射膜;②激光刻槽埋藏栅线技术;③绒面技术;④背点接触电极克服表面栅线遮 光问题;⑤高效背反射器技术;⑥光吸收技术。随着这些新技术的应用,发明了不少新的电 池种类,极大地提高了太阳能电池的转换效率,如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用 激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%,他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池,约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5~8美分/kWh.〔15〕.。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得 重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高,但其成本难 以大幅度下降,而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年 前,澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%,为此, 澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究,并希望10年内使该项技术商业化.〔16〕.。�
高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径,近年来,一些 新型高效电池不断问世。专家推断,只要有一二种取得突破,就会使光电池局面得到极大的 改观。�
(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池..〔17〕.:1974年CIS电池在美国问世,1 993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%,由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%,多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点,各国都在争相研究开发,并积极探索大面积 应用的批量生产技术。�
(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕:通过非晶硅与窄禁带材料的层叠,是有效利用 长波太阳光,提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明,把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。�
(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕:Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率,这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作,并能以低于1美元/W�p的成本获得超 高效率。�
(4)大面积光伏纳米电池〔20〕:1991年瑞士M.Grtzel博士领导的研究小组 ,用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料,和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出 微晶颜料敏感太阳能电池,简称纳米电池。计算表明,可制造出转换效率至少为12%的低成 本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。�
2.2.4各国的光伏计划雄心勃勃�
随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展,太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。目前,已建成多座兆瓦级光伏电站,最大的是位于美国加州的光伏电站,容量为6.5MW. p,现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站,容量为50MW.p,估计2003年可建成供电,总 投资1775万美元新能源,1997,19(2):23。而在美国准备建造的另一座电 站规模将达到100MW.p,已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外,一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目,显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年,德国政府率 先推出的“千顶计划”,至1997年已完成近万套屋顶光伏系统,每套容量1~5kW.p,累计 安装量已达33MW.p,远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝 日七年计划”,计划到2000年安装16.2万套屋顶系统,总容量达185MW.p,1997年又再次 宣布实施“七万屋顶计划”,每套容量扩大到4kW.p,总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶 计划”,总投入5500亿里拉,总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美 国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”,计划从1997年开始至2010年,将在百万个 屋顶上,安装总容量达到3025MW.p的光伏系统,并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋 顶计划的实施,将有力地促进太阳能光电的应用普及,使太阳能光电进入千家万户。�
与此相呼应,当前世界上实力雄厚的10家光伏公司,虽然目前的生产能力都不大,但都有雄 心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为:Kyocera公司和夏普公司60MW,BP太阳能公司50MW ,西门子公司和Solarex公司30MW,壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW,Photo wott公司, AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测,2003年世界光电池的生产能力将达 到350MW,而2010年的光电池组件交易量将达到700~4000MW/年②�。�
光伏技术发展的趋势,近期将以高效晶体硅电池为主,然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各 种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破,逐步过渡到与建筑一体化的大型并 网光伏电站的发展。�
2.3太阳能光电制氢�
70年代科学家发现:在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体,可对水的电解提供所需能 量,并析出O2和H2,从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光 电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展,使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳 选择。�
1995年,美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压,通过固定两 个光粒子床的方法,来解决水的光催化分离问题取得成功〔22〕。其两个光粒子床概 念的光电化学水分解机制为:�
H2的光反应4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+�
O2的光反应4OH-+M+→O2+2H2O+4M°�
净结果为:2H2O→2H2+O2(其中M为氧化还原介质)�
近来,美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该 装置的太阳能转换率为12.5%,效率比水的二步电解法提高一倍,制氢成本也只有电解法的 大约1/4〔23〕。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极,铂对极,电解质为硝酸 钾,在太阳光照射下制得了氢,光能利用效率为15%左右〔24〕。�
在太阳能制氢产业方面,1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂,沙特阿拉伯已建成 发电能力为350kW的太阳能制氢厂〔24〕。印度于1995年推出了一项制氢计划,投资4 800万美元,在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢,用光伏-电解 系统制得的氢,以金属氧化物的形式贮存起来,保证运输的安全新能源,17(3),19 95,19。自90年代以来,德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美 国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久,最近用SH作为汽车燃料-压缩天 然气的一种添加剂,使SH在高价值利用方面获得成功〔25〕,为氢燃料汽车的实用化 提供了重要基础。其他,在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。�
由于氢是一种高效率的含能体能源,它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品 质纯净、贮存便捷等许多优点
10KWX10=100度
每天大约100度电。
但是肯定会有损耗的。每天发电大约80度左右
什么是光伏产业
光伏产业,简称PV(photovoltaic)。是指利用太阳能的最佳方式是光伏转换,就是利用光伏效应,使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”,包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。
光伏产业的简介
直接把太阳能转换成电能的产业叫做做光伏产业,光伏的来历就是“光生伏打”效应,也就是光产生电。目前的光伏产业主要分晶硅光伏和非晶硅光伏。晶硅光伏是以多晶硅为原料,生产太阳能电池并利用太阳能进行发电。大致的流程是:提炼高纯度多晶硅--生产硅片--生产电池片--把电池片组装成组件--用组件进行发电。非晶硅光伏大体都一样,但原料不是多晶硅。如使用薄膜。
光伏产业属于新能源领域,在太阳能利用中包含了光热和光电两种主要的形式。光热利用比较普及,比如屋顶的太阳能真空管热水器;光电应用也叫光伏发电(Photo-voltage Generation,PV)是新能源中最具规模开发和商业化发展前景的发电方式,目前由于成本和技术原因,尚未完全市场化,近年来,依靠欧美日等国家的政府补贴,发展速度很快。
光伏产业的背景和发展
率先利用太阳能发电的是发达的欧美国家和日本。自1969年世界上第一座太阳能发电站在法国建成,太阳能发电的比例在欧美国家逐渐提高,太阳能光伏技术也得到了不断发展。其中,欧盟是世界上光伏发电量最大的地区。在2008年,这个区域占全球光伏发电量的80%。而德国和西班牙的光伏发电总量总和约占欧盟的84%,是名副其实的光伏发电强国。这些成就要归功于欧盟近20年来持续推动光伏产业发展。欧盟预计在2020年,太阳能光伏发电将占欧盟总发电量的12%。
日本也是太阳能发电的强国,而且使用范围非常广,一般家庭都可以使用太阳能光伏装置发电。他们的做法是,通过政府补贴,鼓励家庭购买家用的光伏发电装置。每个家庭通过光伏发电装置产生的剩余电量可以卖给政府或电力公司。这使日本的光伏发电量不断提高,也使日本的能源利用率大幅提升。
美国虽然在光伏发电技术上较早起步,但由于以往美国政府对光伏发电并不重视,以至美国的光伏发电的发电量和技术革新不如欧盟和日本。但随着美国奥巴马政府出台一系列鼓励发展新能源的政策,美国在光伏发电产业上大有后来居上的势头。现在,美国的不少州出台了《可再生能源配额标准》。以加州为例,凡在住屋、商业建筑或公用建筑屋顶上安装太阳能设备的家庭或企业,都可获得州政府的多项补助,其中包括享受30%的减税优惠,减少30%的安装成本等。