A. 太陽能光伏發電的發展歷史是什麼
1839年,19歲的法國貝克勒爾做物理實驗時,發現在導電液中的兩種金屬電極用光照射時電流會加強,從而發現了「光生伏打效應」。1930年,郞格首次提出用「光伏效應」製造太陽能電池,使太陽能變成電能。1932年奧杜博特和斯托拉製成第一塊「硫化鎘」太陽能電池。1941年奧杜在硅上發現光伏效應。1954年5月美國貝爾實驗室恰賓、富勒和皮爾松開發出效率為6%的單晶硅太陽能電池,這是世界上第一個有實用價值的太陽能電池,同年威克首次發現了砷化鎳有光伏效應,並在玻璃上沉積硫化鎳薄膜,製成了太陽能電池,太陽光轉化為電能的實用光伏發電技術由此誕生並發展起來。2014年初我省金寨縣為落實省委政府精準扶貧新要求,實施產業扶貧「到村、到戶、到人、到產業」,在全省率先開展了光伏發電扶貧項目。
光伏(PVorphotovoltaic),是太陽能光伏發電系統(photovoltaicpowersystem)的簡稱,是一種利用太陽電池半導體材料的光伏效應,將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統,有獨立運行和並網運行兩種方式。同時,太陽能光伏發電系統分類,一種是集中式,如大型西北地面光伏發電系統;一種是分布式(以>6MW為分界),如工商企業廠房屋頂光伏發電系統,民居屋頂光伏發電系統。光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置,由幾乎全部以半導體物料(例如硅)製成的薄身固體光伏電池組成。由於沒有活動的部分,故可以長時間操作而不會導致任何損耗。簡單的光伏電池可為手錶及計算器提供能源,較復雜的光伏系統可為房屋提供照明,並為電網供電。光伏板組件可以製成不同形狀,而組件又可連接,以產生更多電力。近年,天台及建築物表面均會使用光伏板組件,甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分,這些光伏設施通常被稱為附設於建築物的光伏系統。
B. 發展光伏發電有什麼意義
光伏發電有安全、清潔、廣泛、資源充足等特點,對提升發電的長久性和安全性具有重要意義。
無論從世界還是從中國來看,常規能源都是很有限的。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性、資源的充足性及潛在的經濟性等優點,在長期的能源戰略中具有重要地位。
(2)光伏在中有多少年歷史擴展閱讀:
光伏發電的歷史:
從1839年法國科學家E.Becquerel發現液體的光生伏特效應(簡稱光伏現象)算起,太陽能電池已經經過了160多年的漫長的發展歷史。
從總的發展來看,基礎研究和技術進步都起到了積極推進的作用。對太陽電池的實際應用起到決定性作用的是美國貝爾實驗室三位科學家關於單晶硅太陽電池的研製成功,在太陽能電池發展史上起到里程碑的作用。至今為止,太陽能電池的基本結構和機理沒有發生改變。
C. 關於利用太陽能的研究已經有幾十年的歷史了
據記載,人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用,只有300多年的歷史。真正將太陽能作為「近期急需的補充能源」,「未來能源結構的基礎」,則是近年的事。20世紀70年代以來,太陽能科技突飛猛進,太陽能利用日新月異。近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發明第一台太陽能驅動的發動機算起。該發明是一台利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機器。在1615年~1900年之間,世界上又研製成多台太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動力裝置幾乎全部採用聚光方式採集陽光,發動機功率不大,工質主要是水蒸汽,價格昂貴,實用價值不大,大部分為太陽能愛好者個人研究製造。20世紀的100年間,太陽能科技發展歷史大體可分為七個階段。
第一階段
第一階段(1900~1920年),清立新能源在這一階段,世界上太陽能研究的重點仍是太陽能動力裝置,但採用的聚光方式多樣化,且開始採用平板集熱器和低沸點工質,裝置逐漸擴大,最大輸出功率達73.64kW,實用目的比較明確,造價仍然很高。建造的典型裝置有:1901年,在美國加州建成一台太陽能抽水裝置,採用截頭圓錐聚光器,功率:7.36kW;1902 ~1908年,在美國建造了五套雙循環太陽能發動機,採用平板集熱器和低沸點工質;1913年,在埃及開羅以南建成一台由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵,每個長62.5m,寬4m,總採光面積達1250m2。
第二階段
第二階段(1920~1945年),在這20多年中,太陽能研究工作處於低潮,參加研究工作的人數和研究項目大為減少,其原因與礦物燃料的大量開發利用和發生第二次世界大戰(1935~1945年)有關,而太陽能又不能解決當時對能源的急需,因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。
第三階段
第三階段(1945~1965年),在第二次世界大戰結束後的20年中,
太陽能利用示意圖
一些有遠見的人士已經注意到石油和天然氣資源正在迅速減少, 呼籲人們重視這一問題,從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復和開展,並且成立太陽能學術組織,舉辦學術交流和展覽會,再次興起太陽能研究熱潮。在這一階段,太陽能研究工作取得一些重大進展,比較突出的有:1945年,美國貝爾實驗室研製成實用型硅太陽電池,為光伏發電大規模應用奠定了基礎;1955年,以色列泰伯等在第一次國際太陽熱科學會議上提出選擇性塗層的基礎理論,並研製成實用的黑鎳等選擇性塗層,為高效集熱器的發展創造了條件。此外,在這一階段里還有其它一些重要成果,比較突出的有:1952年,法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐。1960年,在美國佛羅里達建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調系統,製冷能力為5冷噸。1961年,一台帶有石英窗的斯特林發動機問世。在這一階段里,加強了太陽能基礎理論和基礎材料的研究,取得了如太陽選擇性塗層和硅太陽電池等技術上的重大突破。平板集熱器有了很大的發展,技術上逐漸成熟。太陽能吸收式空調的研究取得進展,建成一批實驗性太陽房。對難度較大的斯特林發動機和塔式太陽能熱發電技術進行了初步研究。
第四階段
第四階段(1965~1973年),這一階段,太陽能的研究工作停滯不前,主要原因是太陽能利用技術處於成長階段,尚不成熟,並且投資大,效果不理想,難以與常規能源競爭,因而得不到公眾、企業和政府的重視和支持。
第五階段
第五階段(1973~1980年),自從石油在世界能源結構中擔當主角之後,石油就成了左右經濟和決定一個國家生死存亡、發展和衰退的關鍵因素,1973年10月爆發中東戰爭,石油輸出國組織採取石油減產、提價等辦法,支持中東人民的斗爭,維護該國的利益。其結果是使那些依靠從中東地區大量進口廉價石油的國家,在經濟上遭到沉重打擊。於是,西方一些人驚呼:世界發生了「能源危機」(有的稱「石油危機」)。這次「危機」在客觀上使人們認識到:現有的能源結構必須徹底改變,應加速向未來能源結構過渡。從而使許多國家,尤其是工業發達國家,重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術發展的支持,在世界上再次興起了開發利用太陽能熱潮。1973年,美國制定了政府級陽光發電計劃,太陽能研究經費大幅度增長,並且成立太陽能開發銀行,促進太陽能產品的商業化。日本在1974年公布了政府制定的「陽光計劃」,其中太陽能的研究開發項目有:太陽房 、工業太陽能系統、太陽熱發電、太陽電池生產系統、分散型和大型光伏發電系統等。為實施這一計劃,日本政府投入了大量人力、物力和財力。
70年代初世界上出現的開發利用太陽能熱潮,對中國也產生了巨大影響。一些有遠見的科技人員,紛紛投身太陽能事業,積極向政府有關部門提建議,出書辦刊,介紹國際上太陽能利用動態;在農村推廣應用太陽灶,在城市研製開發太陽能熱水器,空間用的太陽電池開始在地面應用……。1975年,在河南安陽召開「全國第一次太陽能利用工作經驗交流大會」,進一步推動了中國太陽能事業的發展。這次會議之後,太陽能研究和推廣工作納入了中國政府計劃,獲得了專項經費和物資支持。一些大學和科研院所,紛紛設立太陽能課題組和研究室,有的地方開始籌建太陽能研究所。當時,中國也興起了開發利用太陽能的熱潮。這一時期,太陽能開發利用工作處於前所未有的大發展時期,具有以下特點:
各國加強了太陽能研究工作的計劃性,不少國家制定了近 期和遠 期陽光計劃。開發利用太陽能成為政府行為,支持力度大大加強。國際間的合作十分活躍,一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發利用工作。
研究領域不斷擴大,研究工作日益深入,取得一批較大成果,如CPC、真空集熱管、非晶硅太陽電池、 光解水制氫、太陽能熱發電等。
各國制定的太陽能發展計劃,普遍存在要求過高、過急問題,對實施過程中的困難估計不足,希望在較短的時間內取代礦物能源,實現大規模利用太陽能。例如,美國曾計劃在1985年建造一座小型太陽能示範衛星電站,1995年建成一座500萬kW空間太陽能電站。事實上,這一計劃後來進行了調整,至今空間太陽能電站還未升空。
太陽熱水器、太陽電池等產品開始實現商業化,太陽能產業初步建立,但規模較小,經濟效益尚不理想。這主要受制於技術運用及科研水平。
第六階段
第六階段(1980~1992年),70年代興起的開發利用太陽能熱潮,進入80年代後不久開始落潮,逐漸進入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經費,其中美國最為突出。導致這種現象的主要原因是:世界石油價格大幅度回落,而太陽能產品價格居高不下,缺乏競爭力;太陽能技術沒有重大突破,提高效率和降低成本的目標沒有實現,以致動搖了一些人開發利用太陽能的信心;核電發展較快,對太陽能的發展起到了一定的抑製作用。受80年代國際上太陽能低落的影響,中國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱,有人甚至提出:太陽能利用投資大、效果差、貯能難、佔地廣,認為太陽能是未來能源,主張外國研究成功後中國引進技術。雖然,持這種觀點的人是少數,但十分有害,對中國太陽能事業的發展造成不良影響。這一階段,雖然太陽能開發研究經費大幅度削減,但研究工作並未中斷,有的項目還進展較大,而且促使 人們認真地去審視以往的計劃和制定的目標,調整研究工作重點,爭取以較少的投入取得較大的成果。
第七階段
第七階段(1992年~至今),由於大量燃燒礦物能源,造成了全球性的環境污染和生態破壞,對人類的生存和發展構成威脅。在這樣背景下,1992年聯合國在巴西召開「世界環境與發展大會」,會議通過了《里約熱內盧環境與發展宣言》, 《21世紀議程》和《聯合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件,把環境與發展納入統一的框架,確立了 可持續發展的模式。這次會議之後,世界各國加強了清潔能源技術的開發,將利用太陽能與環境保護結合在 一起,使太陽能利用工作走出低谷,逐漸得到加強。世界環發大會之後,中國政府對環境與發展十分重視,提出10條對策和措施,明確要「因地制宜地開發和推廣太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質能等清潔能源」,制定了《中國21世紀議程》,進一步明確 了太陽能重點發展項目。
1995年國家計委、國家科委和國家經貿委制定了《新能源和可再生能源發展綱要》 在(1996 ~ 2010年)制出,明確提出中國在1996-2010年新能源和可再生能源的發展目標、任務以及相應的對策和措施。這些文件的制定和實施,對進一步推動中國太陽能事業發揮了重要作用。1996年,聯合國在辛巴威召開「世界太陽能高峰會議」,會後發表了《哈拉雷太陽能與持續發展宣言 》,會上討論了《世界太陽能10年行動計劃》(1996 ~ 2005年),《國際太陽能公約》,《世界太陽能戰略規劃》等重要文件。這次會議進一步表明了聯合國和世界各國對開發太陽能的堅定決心,要求全球共同行動 ,廣泛利用太陽能。
1992年以後,世界太陽能利用又進入一個發展期,其特點是:太陽能利用與世界可持續發展和環境保護緊密結合,全球共同行動,為實現世界太陽能發展戰略而努力;太陽能發展目標明確,重點突出,措施得力,有利於克服以往忽冷忽熱、過熱過急的弊端,保證太陽能事業的長期發展;在加大太陽能研究開發力度的同時,注
太陽能污水廠
意科技成果轉化為生產力,發展太陽能產業,加速商業化進程,擴大太陽能利用領域和規模,經濟效益逐漸提高;國際太陽能領域的合作空前活躍,規模擴大,效果明顯。通過以上回顧可知,在本世紀100年間太陽能發展道路並不平坦,一般每次高潮期後都會出現低潮期,處於低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發展歷程與煤、石油、核能完全不同,人們對其認識差別大,反復多,發展時間長。這一方面說明太陽能開發難度大,短時間內很難實現大規模利用;另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應,政治和戰爭等因素的影響,發展道路比較曲折。盡管如此,從總體來看,20世紀取得的太陽能科技進步仍比以往任何一個世紀都快。愛迪太陽能如今是人們生活中不可缺少的一部分。
第八階段
全世界光伏板並網,貯能難的問題就有改善。
開發經濟問題
第一,世界上越來越多的國家認識到一個能夠持續發展的社會應該是一個既能滿足社會需要,而又不危及後代人前途的社會。因此,盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源,是能源建設應該遵循的原則。隨著能源形式的變化,常規能源的貯量日益下降,其價格必然上漲,而控制環境污染也必須增大投資。
第二,中國是世界上最大的煤炭生產國和消費國,煤炭約占商品能源消費結構的76%,已成為中國大氣污染的主要來源。大力開發新能源和可再生能源的利用技術將成為減少環境污染的重要措施。能源問題是世界性的,向新能源過渡的時期遲早要到來。從長遠看,太陽能利用技術和裝置的大量應用,也必然可以制約礦物能源價格的上漲。
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D. 中國的光伏產業的現狀是怎樣的
這些年,我們在全球新能源市場上有怎樣的收獲呢?
光伏產業在短短十二年,締造了一個中國工業的傳奇: 1.具有全球競爭力,全球市場佔有率超過50% 。 2.產能集中在民企。 3.擁有自主品牌。中華民族曾經在電、發動機、計算機等科技革命上一次次落後於西方,可是,就是這一次,中國牢牢掌控了65%的光伏產能和60%的全球市場份額。在2011年TOP10組件製造商中,中國大陸占據7家。
也有輿論詬病光伏為「又一個毫無技術含量的勞動密集型製造業」,「綠色輸海外,污染留中國」,也有人稱「政府不應該拿納稅人的錢去維持一個依賴補貼生存的行業」。這些言論首先是對光伏這個行業沒有深刻的認識,缺乏客觀公正的態度。
關於光伏的污染和能耗問題,經計算,多晶硅電池(從硅沙直到光伏電站系統)能量回收期為1.59年, 薄膜電池能量回收期為0.78年。國內生產的太陽能組件的使用壽命25年,以此推算,生產出的太陽能組件在實現生產能耗回收後,幾乎不用再消耗電量,即可發電約23年,並且沒有任何污染物排放。從光伏最終成品來看,在短時間內就能實現能源的回收,隨後輸出源源不斷的綠色能源。客觀的講,從整個太陽能產業鏈來看,太陽能是沒有污染、低耗能的。只是上游生產環節是有污染和非低碳的但是可控的。隨著多晶硅技術進步,低能耗還原、冷氫化、高效提純等關鍵技術環節進一步提高,副產物綜合利用率進一步增強。 「高能耗高污染」的誤導和妖魔化,是一些別有用心的人編造出來的謊言。
關於補貼,從世界范圍來看,在沒有實現平價上網之前,光伏都是政策市場。補貼是世界各國政府的對待光伏產業的通行做法。德國是世界第一個實行光伏上網電價法(FIT)的國家,據WTO公布的「歐盟產業補貼報告」透露,德國政府通過了太陽能屋頂計劃(HDTP)向德國太陽能光伏製造商提供了5.1 億歐元補助,德國在2010年光伏發電電價上的補貼就超過118億歐元,這些支持政策的頒布使德國迅速成為太陽能能源利用的全球領先者。美國也不甘落後,暨2009年實行經濟刺激法案以來,每年對可再生能源的資金支持額度高達160億美元。而中國政府至2009年以來,每年對可再生能源的補貼平均不超過150億元人民幣(其中70%用於風電),力度遠遠低於歐美。那些抨擊政府補貼光伏的言論是多麼的冠冕堂皇,又是多麼的無知和短視啊。
關於技術,光伏產業主要有兩大技術路線:晶硅電池和薄膜電池。晶硅太陽能電池是目前發展最成熟、商業化程度最高的產品,市場佔有率達90%以上。薄膜電池的技術還在初期發展階段。
在國際光伏發電市場的帶動下,我國光伏電池製造產業快速發展,已經形成了從硅材料、器件、生產設備、應用系統等較為完整的產業鏈。光伏電池轉換效率不斷提高,製造能力迅速擴大。無論是裝備製造還是配套的輔料製造,國產化進程都在加速。在光伏產業鏈中,有實際產能的多晶硅生產商20~30家, 60多家矽片企業,電池企業60多家,組件企業330多家。到2010年底,國內已經有海外上市的光伏產品製造公司16家,國內上市的光伏產品製造公司16家,行業年產值超過3 000多億元,進出口額220億美元,就業人數近百萬人。
多晶硅產業技術與國際先進水平的差距在縮小。少數企業還實現了四氯化硅閉環工藝,使得綜合能耗和生產成本大大降低,並徹底解決了四氯化硅的排放和污染環境的問題。已有2家多晶硅生產商的能耗與成本接近國外同行先進水平,多晶硅能耗水平達到每千克耗電40 kWh,成本下降到每千克20美元以下。2011年,國內多晶硅產能接近16萬噸,產量在8萬噸左右,自給率雖然還不到50%,但是完全依賴進口的局面有了很大的改觀。
光伏設備製造業逐漸形成規模,為產業發展提供了強大的支撐。在晶體硅太陽能電池生產線的十幾種主要設備中,8種以上國產設備已在國內生產線中占據主導地位。其中單晶爐、擴散爐、等離子刻蝕機、清洗制絨設備、組件層壓機、太陽模擬儀等已達到或接近國際先進水平,性價比優勢十分明顯。多晶硅鑄錠爐、多線切割機等設備製造技術取得重大進步,打破國外產品的壟斷,有些設備開始出口,如擴散爐、層壓機等。
我國已經掌握了產業鏈的各個環節中的關鍵技術,並在不斷地創新和發展,如電池技術、多晶硅製造技術等,多晶硅電池的平均出廠效率達到16%。尚德的冥王星技術將單晶硅太陽電池的有效面積轉化效率提高到了18.8%,多晶硅達到17.2%。英利、天合、阿特斯、晶澳、韓華、南京中電等國際化公司也都持有自己的專有技術,電池的轉換效率均達到世界一流水平,平均每瓦太陽能電池的高純硅材料的用量從世界平均水平9 g/W下降到6 g/W,大大降低了製造成本,使得我國光伏組件在世界上具有很強的價格競爭力。
中國光伏產業在技術的發展上還有哪些不足?
(1)高效節能多晶硅料制備技術
多晶硅料方面我國已經基本掌握了西門子法,硅烷法還需進一步消化吸收,並在大規模合成、高效提純、低電耗還原、四氯化硅氫化等關鍵技術環節取得了突破。所生產的多晶硅原料可以滿足國內50%的市場。但是在生產成本、產品質量等方面與國外還有一定差距,尤其是冷氫化工藝,需要進一步完成技術的消化吸收。冷氫化工藝能將多晶硅生產改造成為一條低能耗、高產量的完全閉合循環生產線,將劇毒廢氣四氯化硅轉化為多晶硅原料三氯氫硅,實現閉環生產,做到廢氣系統內消化。冷氫化改造能把成本降低20%。
(2)原材料方面
在電池用銀漿方面,目前國內仍是空白,依賴於進口。銀漿的性能是影響電池效率的重要因素,發展方向是滿足高方塊電阻發射極使用的低擴散速度銀漿量,甚至是摻雜磷或硼的銀漿料,以在燒結過程中同時實現局部重擴散。
EVA樹脂是電池主要的封裝材料。目前國內雖然可以生產製造,但是性能質量較國外還有一定差別,多數應用在較低端的市場。背板方面國內空白,依賴進口。EVA及背板是影響組件壽命的關鍵材料,高透過率、抗紫外輻照的EVA和低水、氣擴散的背板是主要發展方向,組件壽命應從目前的25年提至30年或更高。
(3)太陽電池製造工藝方面
具有產業化前景的新結構電池包括選擇性發射極電池、異質結電池、背面主柵電池及N型電池等,這些電池結構採用不同的技術途徑解決了電池的柵線細化、選擇性擴散、表面鈍化等問題,可以將電池產業化效率提升1~2個百分點。電池製造新工藝還包括無觸印刷、銅電極、表面鈍化及離子注入等,為電池製造開拓了更多種技術路徑。這以上這些新技術上,我國少數企業已經開始涉足,但和國外先進水平尚保持一段差距需要追趕。
(4)設備製造方面
設備投資是電池生產線建設的初始投資中的主要部分,是制約電池成本下降的主要因素之一。在整個光伏產業鏈上,中國在幾種價值較高的關鍵設備還和國外存在很大差距。有的雖有國產化,但性能質量達不到要求。有的國內尚屬空白。包括:還原爐、CVD、PECVD設備、燒結爐和全自動絲印機、線切割機、自動分選機、自動插片機、自動焊接機等、離子注入機。提高這些高價值的關鍵設備的國產化程度是進一步降低我國電池製造成本的有效途徑。
正是由於中國光伏產業的崛起,全球光伏產品成本在10年裡獲得了快速的下降,從原先的每瓦6美元,下降到現在每瓦1美元,光伏的平準化能源成本已經與天然氣持平,平價上網的目標正在逼近現實。在某些電價較高的地區,比如德國,在其居民光伏應用上已經率先實現了平價上網。中國光伏行業的迅猛發展,讓世界光伏發電平價上網提前了至少5年,這就是中國光伏行業對世界新能源的巨大貢獻。
中國光伏行業在洗牌整合,在等待政策和貿易環境的改善,在積蓄內力提高效率,等待一個真正輝弘的故事高潮的到來---光伏平價上網:光伏發電以平等的價格和傳統能源展開發電市場競爭。
E. 光伏發電技術的發展歷史
第一代、第二代光伏發電技術都是用半導體技術。
第一代指的是晶體硅光伏發電,分為單晶硅和多晶硅,用得非常普遍,我們國家在這個市場佔有很大份額。
第二代指的是品種繁多的薄膜電池,優點是材料用量少,最大的缺點是光電轉化率只有晶體硅的一半。主要品種有:非晶、納米晶、微晶等硅薄膜;銅銦鎵硒組成的薄膜;碲化鎘薄膜;銅鋅硒硫錫組成的薄膜;新出來的一個品種,是砷化鎵薄膜電池。
第三代光伏發電技術,核心是引入了現代光學技術,從半導體技術轉向了現代光學技術,核心技術是聚光。根據愛因斯坦的光電定律,發電量和光的強度成正比,聚光可以多發電。關鍵是要非常均勻地聚光,因為如果不均勻的話,設備會按照最弱的部分來發電。均勻聚光,是近幾年發展起來的新技術,叫無光像自適應光學,技術含量非常高。通過這樣的聚光,可以大大提高電池的轉化率。