太阳能发电工作原理及其对存在的问题

太阳能发电工作原理及其对存在的问题在地球环境污染和育么原形势的变化日趋严峻的背景下,太阳能作为一种可再生的新能源，具有清洁、环保、持续、长久的优势，成为人们应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一，越来越受到世人的强烈关注。为此，本文首先综述了太阳能发电系统的基本工作原理，介绍了太阳能电池的结构原理,发电系统的组成等。其次,阐述了我国现在太阳能发电技术的应用现状：我国太阳能热利用取得显著成绩，太阳能发电取得一定进展。并分析其中存在的问题：在太阳能光伏产业存在原材料依赖进口、企业缺乏核心技术与装备、国内市场欠发育致使产品出口国外等。最后，从制定可持续发展战略、完善体制与机制、以及制定政策体系等方面，提出促进我国太阳能利用技术可持续发展的对策。1众所周粗当今世界所依赖的能源孑汐护乒石油、煤炭、核电、水力,然而这些能源储量有限,污染严重,寻找叫种可取代有限石油并磷幽阴境无害的新能源是现今世界发展的迫切需要。当前,由于燃烧石化燃料,加剧了温室效应,局部地区形成酸雨,使大气困撇爵俨重污染。因此.无论是从确保长期的能源供应，还是从保护环境的角度出发,开发取之不尽而又没有公害的新能源己是势在必行。2太阳能是迄今为止人类所认识的最洁净的可再生资源,也是涉及未来发展最有保障的未开发能源。今后的几十年将是新能源技术发展的转折时期，而太阳能作为新兴的产业正在迅速崛起。预计在未来用太阳能电池构成发电系统或在家电设备上的应用将成为主流。随着科学技术的进步,太阳能电池的市场、应用等方面也在不断发展。一、太阳能发电系统的工作原理太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。3电池单元：由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件（阵列）。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有光生电流流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。4储存单元：太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间（发电时间）的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。控制器：控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调试技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的向日葵式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。逆变器：逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。二、我国现在太阳能发电技术的应用现状以及存在的问题我国太阳能热利用工程主要包括太阳热水、太阳房、太阳灶、采暖与空调、制冷、太阳能干燥、海水淡化和工业用热等领域。其中太阳能热水器在我国得到了快速发展和推广应用，是我国可再生能源领域中产业化发展最成功的范例。51.其次，中国太阳能发电领域起步较早，在20世纪80年代以前中国光伏工业尚处于雏形，太阳能电池的年产量一直很低，价格也很昂贵，致使太阳能光伏发电市场的发展很缓慢，除了作为卫星电源，在地面上太阳能电池仅用于小功率电源系统，如航标灯、铁路信号系统、高山气象站的仪器用电、电围栏、黑光灯直流日光灯等，功率一般在几瓦到几十瓦之间。后来国家开始对光伏工业和光伏市场的发展给以支持，中央和地方政府在光伏领域投入了一定资金，短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了3条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力大为提升.进入21世纪，国家开始重视太阳能发电技术，开展了一系列关于太阳能利用的课题，中国的光伏生产能力迅速增长，，绝大部分太阳能电池组件出口欧洲。在国际市场和国内政策的拉动下，我国已成为世界三大光伏电池生产国之一。6但是，必须清醒地认识到，我国太阳能发电技术存在三大问题：一大问题是我国太阳能光伏产业的硅材料主要依靠进口，特别是多晶硅原料严重依赖进口。我国太阳能级单晶硅拉制和多晶硅铸锭所用的硅材料绝大部分是进口的。2006年，中国单晶体硅锭生产能力已达6850t，产量达2086t.2006年，中国多晶体硅的年生产能力为400t实际生产量为300t，仅够30Mp太阳电池的生产需求，实际生产量与需求存在巨大的差距，多晶体硅原材料基本依赖进口，这就造成目前多晶硅价格大幅上涨，我国光伏发电成本也由上涨。2.第二大问题是是我国太阳能产业，尤其是光伏产业的核心技术及制造装备主要在国外。我国太阳能利用技术专利仅占世界太阳能专利的8%，是全球第四大太阳能专利技术拥有国。而且专利主要集中于太阳能热利用技术领域，企业专利申请多以实用新型与外观设为主，专利质量与创新水平不容乐观；发明专利权人主要是科研机构与高校，作为技术创新主体的企业却因为参与不够或者缺乏创新能力而未能成为发明专利的真正创新主体。3.第三大问题是，我国绝大部分的光伏产品都出口到欧美及日本等国外市场，国内对太阳能光伏的应用也主要集中在农村电气化和离网型太阳能光伏产品，真正并网型太阳能光伏市场目前还远未形成。说明内需市场发展严重不足，这将对我国光伏产业的持久发展带来严重影响。综上所述，中国太阳能热利用与发电技术方面均已取得一定的成绩，但也存在管理体制与市场体制不够健全、机制不够完善、企业自主创新能力不强、配套政策与实施细则需要进一步落实等一系列亟待解决的现实问题。三、促进我国太阳能利用技术可持续发展的对策一是尽快制定国家太阳能利用技术的短期、中期、中长期与长期的发展战略，明确不同发展阶段太阳能利用技术的主要目标、实施重点、具体举措，绘画出我国太阳能利用技术的发展路线图；二是以有效增强国家综合实力，提高企业自主创新能力，有效防范风险合理应对国际一体化与全球性竞争所带来的压力与挑战为目的，加紧实施太阳能利用技术的标准化战略，主要包括太阳能产业标准、技术标准与产品标准，构筑一个有利于打破发达国家太阳能利用技术标准垄断，促进我国太阳能产业发展、技术进步与产品性能不断提高的太阳能利用技术标准化体系；三是以专利法律制度为基础，以获取最大经济效益为目的，加紧实施太阳能利用技术的专利战略体系，具体主要包括专利信息的收集、处理与管理、专利保护、专利技术开发、专利技术实施、专利技术产业化、专利许可贸易等内容。通过积极有效地运用专利使用权购买战略、专利交叉许可战略、专利联盟战略与专利标准化战略，规避“专利陷阱”，促进我国太阳能利用技术的可持续发展；四是通过自己培养、联合培养与人才引进等手段，加紧实施太阳能利用技术的人才战略，积极打造我国太阳能利用技术的人才库，培养与造就一大批太阳能利用技术基础研究、技术开发与专利成果产业化等方面的专业领军人才与复合创新型人才，抢占太阳能利用技术的人才高地。这四个方面是相辅相成的，太阳能利用技术的中长期发展战略指明了太阳能利用技术的前进方向与发展路线，标准化战略与专利战略确保了太阳能利用技术更好更快的发展，人才战略则是上述三种战略的有效支撑与最终保障。7再者，逐步建立与完善促进我国太阳能利用技术可持续发展的政策体系。太阳能利用技术得到世界各国的普遍重视，世界上至少有,(个国家根据自己的国情制定了可再生能源的政策规划，目前全球已经有50多个国家通过立法，采取设备购置补贴政策等不同方式推进可再生能源的发展，相关的配套法律、法规、政策不断完善。[4]日本、德国等国家的成功太阳能激励政策表明，政策扶持是光伏产业发展的最主要驱动力，政府的政策导向决定光伏产业的发展水准和市场需求，促使一些金融机构和跨国公司相继投资光伏产业，加速该新兴产业走向成熟。对于在建筑中广泛使用太阳能等可再生能源的，给予一定补贴；另外，国家还需要制定合理有效的太阳能利用核心技术与关键设备的引进政策，促进太阳能利用技术的引进、消化、吸收，加速核心技术的再创新与集成创新，通过引进技术含量高及其相关技术培训，加快技术与创新能力的转移与扩散，着力培养自主创新能力，有效提高跨国公司技术扩散的速度和水平，打破跨国公司的技术垄断。总之，制定我国太阳能利用技术的发展战略，建立完善的管理体制与机制，借助一系列国家太阳能利用技术相关政策的出台与推进，一定能够促进我国太阳能开发利用技术的可持续发展。