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    太阳能利用的发展概况和未来趋势

    山西快乐十分 www.lihaizhimiguanwang.com 发布时间:2018-03-03 10:45:55

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    太阳能利用技术指太阳能的直接转化和利用技术。利用半导体器件的光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能称为太阳能光伏技术;把太阳辐射能转换成热能并加以利用属于太阳能热利用技术。

      领域出现了2项重大突破:一是1954年美国贝尔。

      在光伏产业方面,各国一直通过扩大规模、提高自动化程度,改进技术水平、开拓市场等措施降低成本,并取得了巨大进展。商品化电池效率从10%~13%提高到13% ~16%.生产规模从20世纪80年新能源丨bookmark7中国电力总计在生产规模不断扩大的同时,自动化程度、技术水平也将不断提高,电池效率将由现在的水平(单晶硅14%~16%,多晶硅12%~14%)向更高水平(单晶桂18%~破。薄膜电池具有大幅度降低成本的潜力,许多国家都在大力研究开发薄膜电池。本世纪薄膜电池技术将获得重大突破,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。

      并网发电及光伏建筑集成快速发展。并网发电可节省蓄电池,大大降低系统成本和维修成本。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;光伏阵列可代替常规建筑材料,从而节省安装和材料费用;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%),降低了电力传输和分配的投资和维修成本;集成设计使建筑更加洁净、完美,更使人赏心悦目,更容易被建筑师、用户和公众接受。太阳能光伏系统和建筑的完美结合是可持续发展的理想范例,国际社会十分重视,许多国家相继制定了屋顶计划,使并网光伏建筑集成技术如旭日东升,蓬勃发展。如美国和欧洲的百万屋顶计划,日本到2010年安装5 000MW屋顶光伏发电系统等。

      并网光伏建筑集成成为光伏发电技术的主导市场具有划时代的意义:标志着光伏发电由边远地区和特殊应用向城市过渡,由补充能源向替代能源过渡,由大型集中电站向分布式供电模式过渡,人类社会向可持续发展的能源体系过渡。

      自从太阳电池在空间应用和地面应用获得成功后,人们一直在梦想着建立空间太阳能光伏电站,以避免地面因季节、昼夜、天气、地理条件等因素造成地面太阳辐射不连续、多变性和低密度等缺点。人类的航天技术、空间站技术已为实现这种梦想提供了现实的技术基础。

      空间太阳能光伏电站的另一个技术问题是如何把电能输送到地面。

      比较合理的方案是通过微波技术传送。微波-电能转换具有效率高、损耗少等优点,但微波的污染和屏蔽是实现空间太阳能光伏电站的重大技术课题之一。相信随着本世纪的技术进步,人们变梦想为现实是会实现的。

      2.2太阳能热利用技术的发展概况和趋势太阳能热利用技术包括太阳能热水器、太阳能建筑(太阳能采暖空调)、太阳能热发电等。其中热水器是太阳能热利用技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术,其他技术多数处在示范阶段。2.2.1太阳能热水器总保有量约6500万m2.中国是世界上太阳能热水器最大生产国和消费国,截至2000年底安装总量约为2600万m2,欧洲1170万rtf.2002年底,中国太阳能热水器安装总量达到4 000万m2.按人均使用太阳能热水器面积计,塞浦路斯和以色列居世界首位,分别为1m2/人和0.7m2/人。日本和以色列太阳能热水器用户比例分别为20%和80%.21世纪热水器将仍是太阳能热利用的最主要市场之一。目前虽然许多国家都得到了较普遍的应用,但世界太阳能热水器的平均户用比例还非常低,约为4%,同日本的20%和以色列的80%相比,相差很远。此外,服务业、旅游业、公共福利事业等的中低温热水的应用市场也非常大。目前世界太阳能热水器的市场约10亿美元。2015年世界人口约70亿,如果热水器户用比例达到20%(日本今天的水平),社会经济和环境效益将非常显著。

      2.2.2太阳能建筑纪80年代国际能源组织(IEA)组织15个国家的专家对太阳能建筑技术进行联合攻关,欧美发达国家纷纷建造综合利用太阳能示范建筑。试验表明,太阳能建筑节能率大约75%左右,已成为最有发展前景的领域之一。建筑能耗占世界总能耗的1/3,其中空调和供热的能耗占有相当大的比例,是太阳能热利用的重要市场。太阳能建筑的发展不仅要求建筑师和太阳能专家互相密切合作,而且要求在概念上、技术上相互融合、渗透、集成一体,形成新的建筑概念和设计。目前太阳能建筑集成已成为国际上新的技术领域,将有无限广阔的前景。太阳能建筑不仅要求有高性能的太阳能部件,同时要求高效的功能材料和专用部件,如隔热材料、透光材料、储能材料、智能窗(变色玻璃)、透明隔热材料等,这些都是未来技术开发的内容。

      2.2.3太阳能热发电目前热发电系统主要有4种类型:槽式线聚焦系统、塔式系统、碟式系统和太阳能烟囱。槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上,并将管内传热工质加热产生蒸汽,推动常规汽轮机发电。塔式系统是利用独立跟踪太阳的定日镜,将阳光聚焦到一"1'固定在塔顶部的接收器上,以产生很高的温度。碟式系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜,接收器在抛物面的焦点上,接收器内的传热工质被加热到750T:左右,驱动发动机进行发电。太阳能烟囱发电系统主要由烟囱、集热器(平面温室)和发电机及储能系统组成,被温室加热的空气温室中心和烟囱底部产生气流,带动发电机而发电。

      先后在美国加州的Mojave沙漠上建成9个槽式发电装置,总容354MW.随着技术不断发展,系统效率由起初的11.5%提高到13.6%,发电成本由26.3美分/(|4啄。11)降低到12美分/(1贾。11)。

      但十几年来这种系统没有扩大和推广,可以认为只是一种大型的商业化示范系统。其他2种处在研究开发和示范阶段,其中由于碟式系统光学效率高,启动损失小,效率可达29%.里南部的Manzanaries建成第1个50kW,太阳能烟囱示范项目,它把大型温室热气流推动涡轮机发电的概念变成现实。在上述项目的基础上。EviroMission公司计划在澳大利亚悉尼以西600km处建造200MW的太阳能烟囱发电站,该电站的塔(烟囱)高lkm,烟囱的直径130m,烟囱建在平面温室的中心,平面温室直径7km.电站的关键技术是在温室内外创造一定的温差。大型圆形玻璃温室内的空气向运动到中心的倾斜天花板处产生一个近恒速的风流,通过安装在烟囱底部的32个闭式叶轮机昼夜连续地发电。恒风速发电比风电场具有更多的优越性。电厂的设计运行参数较灵活,尽管电站设计具有调峰功能,但储热系统可使发电能力从200MW降低到80MW.工厂的年设计电力为700GW*h,电站的能力因数为38%.除发电外,电站还有环境和就业效益。该项目预计投资约6~7亿澳元,目前处在优化设计阶段。从概念上说,太阳能烟囱发电可以称为太阳能热风力发电。为200MW发电厂效果图。虽然有些专家对这种电站的未来前景还持有不同意见,但毕竟是太阳能热发电的一种新技术,可通过实践进行总结。

      太阳能热发电技术同其他太阳能技术一样,在不断完善和发展,但其商业化程度还未达到热水器和光伏发电的水平。太阳能热发电正处在商业化前夕,坪计2020年前,太阳能热发电将在发达国家3我国太阳能利用技术的发展概况和趋势3.1太阳能光伏发电件的总生产能力约29MW/年。2002年我国太阳电池和组件的实际生产量达到11MW,其中电池/组件生产6MW(其中2MW为非晶硅),组件封装5MW.最近10年太阳电池和组件生产平均年增长率25%(从1992年的0.65MW到2002年的6MW)。电池和组件性能不断提高,商业化晶硅电池效率由20世纪80年代的10%~12%提高到12%~14%.太阳电池组件成本20年来不断降低,售价由80年代初的65~70元/Wp降到2002年的30元/Wp.我国光伏电池和组件历年来的生产情况、累计安装量和销售价格分别如~6所示。

      我国光伏组件生产发展情况为适应市场发展的需要,目前一些厂和公司正在扩大生产能力或新建厂,如昆明和宁波电池厂正向2MW能力扩大,上??占涞缭吹缦缤ǖ绻こ?ldquo;,投资约20亿人民币,用光伏发电解决西部7省、E(西藏、新疆、青海、内蒙古、陕西、甘肃、四川)无电乡的乡政府所在镇的用电问题,光伏系统总安装容量约20MW.这些光伏电站对提篼当地人民物质文化水平和带动当地经济发展都起到了非?;淖饔?。

      000万人生活在无电地区,急需生活用电。为尽快解决边远无电地区人民的用电问题,国家计委推出了“中国光明工程”计划,计划目标是到2010年,利用光伏发电和风能发电解决2300万边远地E人口的用电问题,并达到人均100W的用表2我国未来光伏产业和市场发展的估计且件成本/元'wy1'1*所、上海国飞公司正建立池生产线,无锡尚德太阳1司于2002年建成10电池生产线,保定英利新公司正在组建26MW晶3组件生产线,四川华冠和分别在建2MW组件封装力诺和深圳洁净能源夕12、10MW电池和组件生可以说,我国光伏产业正丨个大的发展。

      安装容量约40MWp,主括通信、边远地区应用、7及消费娱乐产品等。最近并网发电系统的研制和示边远地区应用主要国西部地区,包括独立光户用光伏系统(照明、电机、水栗等)。如西藏7-城,总计420kWp,西藏|5丨专项光伏工程项目,总MW.2002年,国家计委启年份我国历年累计安装的光伏系统年份我国光伏组建价格的逐年变化侦电力公Z多晶桂侦源有限连电池和£徽朝阳:线,山东h别筹建产线等。

      犬系统总莫应用包业应用2年始范。

     ?。悍缯?、视、收音f无电县江里地区计约0.6动了“无电水平,相当于届时全国人均发电量的1/3.同时解决边远地区边防哨所、微波通信、公路道班、输油管线维护、铁路信号等的基本用电问题。该计划于2005年使光伏总装机容量达100MW,2010年达到300MW,如表2所示。世界银行为开拓中国可再生能源市场的GEF项目也在执行中,该计划在5年内安装约10MW的户用光伏系统。2003将启动无电村的通电工程,其规模相仿。2008年北京奥运申办成功,促进了光伏并网发展,近来各地不断启动不同规模的并网发电示范工程。这些计划的执行,将使中国成为世界上仅次于日本、欧洲和美国的第四大光伏市场。

      我国社会、经济的快速发展为光伏市场提供了更好的发展机遇和空间,可以期望,并网屋顶系统及电站也会很快进人市场。在市场和生态环境的驱动下,我国光伏工业会有一个大的发展。表2给出了我国光伏产业和市场的发展估计。

      3.2太阳能热利用技术3.2.1热水器20多年来,我国各种太阳能热利用技术获得不同程度的发展。其中太阳能热水器技术最成熟、应用最广泛、产业化发展最迅速,是20世纪70年代以来我国可再生能源领域中产业化发展最成功的范例。

      太阳能热水器的生产和应用开始于20世纪70年代后期,开始以平板式和闷晒式为主,生产规模较小,技术水平较底。80年代中期,我国引进加拿大铜铝复合吸热板(SUNSTRIP)制造技术,并自行研制成功铝阳极化电解着色选择性涂层(北京太阳能研究所),使我国平板集热器产品质量跨上一个新台阶,我国太阳能热水器产业开始进人以现代化生产手段制造国产优质平板集热器的历史新阶段。

      20世纪90年代相继研制成功全玻璃真空管(清华大学)和热管式真空管集热器(北京太阳能研究所)并相继实现商业化生产。我国的太阳能热水器工业逐步走向成熟,技术不断改进、产品质量不断提篼,几种热水器的国家标准已颁布并开始实施,市场需求和竞争机制促使太阳能热水器产业迅速发展,我国已成为世界上热水器生产和消费最大的国家。

      千多家企业从事开发、生产、销售和安装太阳能热水器业务。产品类型主要有平板热水器、真空管热水器和闷晒式3种。平板热水器以铜-铝复合板芯为主,其次是全铜板芯,少数为耐腐蚀铝板芯。

      空管热水器以全玻璃管为主,其次是热管式真空管,后者具有更优良的耐高温性能、抗冻性能及热性能,热启动和工程性能也较好,但价格较贵;闷晒式热水器将水箱与集热器合为一体,结构简单,成本低。

      达到800万m2,其中真空管约450万m2,平板250万m2,闷晒式100万m2.截至2002年底,全国太阳能热水器的保有量达到3500万m2,销售额约达到100亿元,带来15万人的就业机会,已成为靠市场机制进行良性循环的新兴产业,并与燃气热水器和电热水器形成三足鼎立的局面。

      亿,热水器的户用比例如果能达到10%,平均户用面积也将会成倍增加,热水器总安装量将达到5亿m2以上。亚太银行专家对我国太阳能热水器的利用作出估计:10%的住宅安装太阳能热水器(2m2/每户),热水负荷的75%由太阳能供给,每年可节约310亿电力(相当于1050万t标准煤),相当于减少C02排放3 850万t.说明太阳能热水器的经济、环境和社会效益非常好。

      3.2.2太阳能建筑动太阳采暖建筑的研究开发和示范,至今已推广约1筑面积)。目前被动太阳房开始由群体建筑向住宅小区发展,如甘肃省临夏市建成占地9.8hm2、建筑面积9.2万m2的太阳能小区;兰州可节约2040kg标准煤,发挥着良好的经济和社会效益,但在技术水平上同国外还有相当大的差距。

      21世纪,应组织建筑师和太阳能专家联合攻关,解决太阳能技术与建筑的集成技术,使太阳能采暖和热水器真正纳人建筑设计标准和规范,通过政策法规,逐步实现民用建筑必须有太阳能设计才可批准施工。争取在2010年和2030年分别实现民用建筑太阳房达到10%和30%,其社会、经济、环境效益将十分可观。

      3.2.3太阳能热发电我国太阳能热发电技术的研究开发工作开始于20世纪70年代末,但由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本解决,加上经费不足,热发电项目先后停止。

      国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目,带有技术储备性质,目前还没有试验样机。“十五”的“863计划”安排了热发电的项目。总体水平与国外差距很大。

      考虑到国内外的技术现状,可作如下粗略预测考虑:在20002010年期间进行研制及示范,2010~2030年期间进行10~100MW级商业性示范,2030~2050年期间进行1000MW级商业化推广应用。

      4结束语太阳能利用技术和产业已由技术开拓期步入蓬勃发展时代。到下世纪的一、二十年代,太阳能发电成本有可能降低到与常规电价相竞争的水平,一个大规模利用太阳能的新时代――太阳能时代正在来临。

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