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1、第2卷第3期江西蓝天学院学报Vo1.2No.32007年9月JOURNALOFJIANGXIBLUESKYUNIVERSITYSeptember.2007太阳能光伏发电及其发展吴瑜之(江西蓝天学院瑶湖公教部江西南昌邮编330098)摘要:论述开发利用太阳能的重要性和光伏发电在未来能源结构中的重要地位。介绍最近太阳能电池和光伏发电在世界和中国的发展情况,并讨论开发太阳能利用产品来发展阳光经济的前景。关键词:太阳能光伏发电发展中图分类号:F407.61文献标识码:B文章编号:123(2007)03-027-061太阳能未来的能源支柱能源短缺和地球生态环境污染已经成
2、为人类面临的最大问题。据估计全球剩余煤炭只能维持约216年、石油只能维持45年、天然气只能维持61年,用于核发电的铀也只能维持71年,而我国的能源更是缺少,根据已经探明的储量,煤炭只能维持约105年、石油只能维持15年、天然气只能维持30年,铀也只能维持50年,如图1所示。而且随着工农业的发展和人民生活水平的提高,能源消耗不断增加。仅就电力消耗而言,2005年我国的电力装机容量为5亿千瓦(其中煤电3.3亿千瓦,水电1亿千瓦,核电800万千瓦),预计2020年将达到12亿千瓦,2050年达到25-30亿千瓦。因此能源短缺是社会经济发展的大问题。另一方面,煤炭、石油等矿物能源的使用,产生
3、大量的CO2、SO2等温室气体,造成全球变暖、冰川融化、海平面升高、暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生,给人类带来无穷的烦恼。根据计算,现在全球每年排放的CO2已经超过500亿吨。我国能源消费以煤为主。CO2的排放量占世界的15.1%,仅次于美国,为世界第二。所以减少排放CO2、SO2等温室气体,已经成为刻不容缓的大事。因此推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。广义地说太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能,它们随着太阳和地球的活动,周而复始地循环,几十亿年内不会枯竭,因此我们把它们称为可再生能源。图1我国和全世界主要常规能源储量预见图太
4、阳的光辐射可以说取之不尽、用之不竭的能源。太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。在地球2大气圈外,太阳辐射的功率密度为每平方米1.353千瓦(即1.353kW/m),称为太阳常数。到达地球表面时,部分太阳光被大气层吸收,光辐射的强度降低。在地球海平面上,正午垂直入射时,太阳辐射的功率密2度约为每平方米1千瓦(即1kW/m),通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。太阳光辐射的能12量非常巨大,从太阳到地球的总辐射功率若换算为电功率约为17710千瓦,比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能。太阳能不但数量巨大、用收稿日期:2
5、007-03-18作者简介:吴瑜之(1968),男,江西余干人,江西蓝天学院公教部,在读博士。研究方向:可再生能源应用。!27!吴瑜之:太阳能光伏发电及其发展(2007)之不竭,而且是不会产生环境污染的绿色能源,所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。目前太阳能的利用主要分为两个方面。其一是利用光热效应,也即把太阳光的辐射能转换为热能,太阳能热水器和太阳灶就是典型的例子。现在太阳能热水器的普及率不断增加,根据统计2005年我国太阳能热水器的年产量已经达到1500万平方米,累计保有量达到7500万平方米,年产值150余亿元。太阳能利用的另一主要方面是利用光生伏特效应,简称光伏(pho
6、tovoltaic.PV)效应,也可以称为光生电动势效应,即将太阳光的辐射能直接转变为电能,太阳电池就是具有这种性能的半导体器件。由于太阳电池是利用光生伏特效应的原理来工作的,所以太阳电池又称光伏器件。中国的太阳能资源非常丰富,特别是在西藏、新疆、青海、甘肃、宁夏等西北高原地区,日光强而且下雨天少,年平均日照时间长,太阳能资源特别丰富。如果按年平均日照时间来分,中国大致可分为5个不同的地区。按照中国太阳能资源各地区的太阳能的总辐射量来表示,例如我国西藏地区的年平均总辐射量为5800兆焦耳/平方米,上海是4600兆焦耳/平方米。2太阳电池的优点及性能太阳电池可以将光能直接转变为电能,
7、应用非常方便,所以受到全世界的重视。利用太阳电池发电不需要消耗燃料和水等其他物质,不会造成空气污染。太阳电池只要有日光照射就能发电,所以地球上大多数地方都能使用。特别是在日照强烈、下雨天少的高原和沙漠地区,太阳电池能发的电就更多。另外,太阳电池发电装置的规模可大可小,小的可以是数瓦或数十瓦,作为庭院灯、路灯或农牧民家用电器的电源,大的可以是数兆瓦或数十兆的大型发电站。特别是近年来小型半导体逆变器(将直流电变为交流电的器件)的出现,使太阳电池发电系统很易和电
