科普 | 光伏的昨天、今天和(hé)明(míng)天



科普 | 光伏的昨天、今天和(hé)明(míng)天




各位朋友(yǒu),大(dà)家(jiā)好,在詳細介紹我的昨天、今天和(hé)明(míng)天之前,先給大(dà)家(jiā)看張圖片。


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看了這張全國霧霾分布圖,你(nǐ)怎麽想?有(yǒu)沒有(yǒu)意識到解決霧霾問題已經刻不容緩?有(yǒu)沒有(yǒu)想過霧霾是怎麽産生(shēng)的?有(yǒu)沒有(yǒu)想過霧霾與我有(yǒu)什麽關系?答(dá)案是霧霾與我沒關系,但(dàn)治理(lǐ)霧霾與我有(yǒu)很(hěn)大(dà)的關系。因為(wèi)我是一種清潔能源,我會(huì)利用太陽能發電(diàn)!


光伏發電(diàn)不高(gāo)冷 其實應用很(hěn)普遍

我叫光伏,英文名叫Photovoltaic(簡稱PV),是太陽能光伏發電(diàn)系統(Solar power system)的簡稱,是一種利用太陽電(diàn)池半導體(tǐ)材料的光伏效應,将太陽光輻射能直接轉換為(wèi)電(diàn)能的一種新型發電(diàn)系統。

光伏發電(diàn),是利用太陽能進行(xíng)發電(diàn)的技(jì)術(shù),也是目前利用太陽能的最好方式。當物體(tǐ)受到光照後能産生(shēng)電(diàn)壓的現象稱為(wèi)光伏效應。利用光伏效應有(yǒu)可(kě)能将陽光中的光能直接轉換為(wèi)電(diàn)能,這種光電(diàn)能量轉換器(qì)件稱為(wèi)太陽電(diàn)池,或光伏電(diàn)池。光照後太陽電(diàn)池的兩端産生(shēng)的電(diàn)壓稱為(wèi)光生(shēng)電(diàn)壓,接上(shàng)負載後所産生(shēng)的電(diàn)流稱為(wèi)光生(shēng)電(diàn)流。能夠産生(shēng)光伏效應的物體(tǐ)或結構有(yǒu)很(hěn)多(duō),最常見的有(yǒu)半導體(tǐ)的PN結、金屬-半導體(tǐ)接觸組成的肖特基結、各種半導體(tǐ)的異質結、半導體(tǐ)-電(diàn)解質組成的固體(tǐ)液體(tǐ)結等等。其中技(jì)術(shù)最成熟的是半導體(tǐ)PN結。

太陽電(diàn)池的基本結構是一個(gè)大(dà)面積(一般為(wèi)156 x 156 平方毫米)的半導體(tǐ)二極管,具有(yǒu)簡單的PN結和(hé)上(shàng)下電(diàn)極。當太陽光輻照太陽電(diàn)池時(shí)陽光的能量在半導體(tǐ)PN結附近産生(shēng)光生(shēng)的載流子(電(diàn)子和(hé)空(kōng)穴),在PN結的空(kōng)間(jiān)電(diàn)場(chǎng)作(zuò)用下光生(shēng)載流子被分離,電(diàn)子向N區(qū)移動,空(kōng)穴向P區(qū)移動,結果在PN結的上(shàng)下電(diàn)極上(shàng)産生(shēng)了光生(shēng)電(diàn)壓,當上(shàng)下電(diàn)極接上(shàng)負載時(shí)就會(huì)産生(shēng)電(diàn)流,這就是光伏發電(diàn)的基本原理(lǐ)。

聽(tīng)到這裏,有(yǒu)些(xiē)吃(chī)瓜群衆可(kě)能還(hái)是雲裏霧裏,還(hái)是覺得(de)沒太聽(tīng)懂,沒關系,為(wèi)了方便大(dà)家(jiā)理(lǐ)解,我給大(dà)家(jiā)準備了一張圖片:


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發電(diàn)基本原理(lǐ)圖


看了這張圖大(dà)家(jiā)感覺如何?是不是覺得(de)挺複雜,不太好懂?是不是覺得(de)我很(hěn)高(gāo)冷,不太接地氣?其實那(nà)是你(nǐ)沒細看,你(nǐ)如果在生(shēng)活中仔細觀察就會(huì)發現,我的身影(yǐng)遍布你(nǐ)的周圍,我還(hái)是很(hěn)親民的!


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太陽能車(chē)棚
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漁光互補的太陽能水(shuǐ)産養殖
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太陽能屋頂
微信圖片_20210413101202.jpg太陽能與農業結合的光伏大(dà)棚
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太陽能飛機

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太陽能體(tǐ)育場(chǎng)
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太陽能汽車(chē)
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神州飛船(chuán)上(shàng)的太陽能“翅膀”


看完這些(xiē)有(yǒu)沒有(yǒu)恍然大(dà)悟的感覺——原來(lái)你(nǐ)離我們并不遙遠?其實今天大(dà)家(jiā)能在這麽多(duō)場(chǎng)合見到我,絕非一朝一夕之功。 

1958—2016 中國成為(wèi)全球第一光伏大(dà)國

人(rén)類發現光伏現象可(kě)以追溯到1839年,法國科學家(jiā)E.Becquerel在光照電(diàn)極插入電(diàn)解質的系統中發現光伏效應;1954年貝爾實驗室研制(zhì)成功第一個(gè)有(yǒu)實用價值的矽太陽電(diàn)池;1958年矽太陽電(diàn)池第一次在空(kōng)間(jiān)應用;20世紀60年代初,空(kōng)間(jiān)電(diàn)池的設計(jì)趨于穩定;70年代光伏在空(kōng)間(jiān)大(dà)量應用,并開(kāi)始應用于地面;70年代末人(rén)類出現第一次能源危機,太陽電(diàn)池的地面應用和(hé)生(shēng)産量已經大(dà)大(dà)超過空(kōng)間(jiān)應用;2000年前後人(rén)類出現第二次能源危機,地面用太陽電(diàn)池作(zuò)為(wèi)新能源而迅猛發展。

2015年,全球光伏市場(chǎng)強勁增長,累計(jì)光伏容量超過230GW。預計(jì)到2030年,可(kě)再生(shēng)能源在總能源結構中将占到30%以上(shàng),而太陽能光伏發電(diàn)在世界總電(diàn)力供應中的占比也将達到10%以上(shàng);到2040年,可(kě)再生(shēng)能源将占總能耗的50%以上(shàng),太陽能光伏發電(diàn)将占總電(diàn)力的20%以上(shàng);到21世紀末,可(kě)再生(shēng)能源在能源結構中将占到80%以上(shàng),太陽能發電(diàn)将占到60%以上(shàng)。

我有(yǒu)着170多(duō)年的曆史,但(dàn)進入中國的時(shí)間(jiān)不算(suàn)很(hěn)長:

1958,中國研制(zhì)出了首塊矽單晶;


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1968年至1969年底,半導體(tǐ)所承擔了為(wèi)“實踐1号衛星”研制(zhì)和(hé)生(shēng)産矽太陽能電(diàn)池闆的任務。在研究中,研究人(rén)員發現,P+/N矽單片太陽電(diàn)池在空(kōng)間(jiān)中運行(xíng)時(shí)會(huì)遭遇電(diàn)子輻射,造成電(diàn)池衰減,使電(diàn)池無法長時(shí)間(jiān)在空(kōng)間(jiān)運行(xíng);

1969年,半導體(tǐ)所停止了矽太陽電(diàn)池研發,随後,天津18所為(wèi)東方紅二号、三号、四号系列地球同步軌道(dào)衛星研制(zhì)生(shēng)産太陽電(diàn)池陣;


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日地生(shēng)産的老組件

1975年甯波、開(kāi)封先後成立太陽電(diàn)池廠,電(diàn)池制(zhì)造工藝模仿早期生(shēng)産空(kōng)間(jiān)電(diàn)池的工藝,太陽能電(diàn)池的應用開(kāi)始從空(kōng)間(jiān)降落到地面;

1998年,中國政府開(kāi)始關注太陽能發電(diàn),拟建第一套3MW多(duō)晶矽電(diàn)池及應用系統示範項目,這個(gè)消息讓現在的天威英利新能源有(yǒu)限公司的董事長苗連生(shēng)看到了一線曙光。可(kě)是,當時(shí)太陽能産業發展前景尚不明(míng)朗,加之受政策因素制(zhì)約,令不少(shǎo)人(rén)對這一新能源項目望而卻步。在合作(zuò)夥伴退出的情況下,苗連生(shēng)毅然逆勢而上(shàng),争取到了這個(gè)項目的批複,成為(wèi)中國太陽能産業第一個(gè)“吃(chī)螃蟹”的人(rén);

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2001年,無錫尚德建立10MWp(兆瓦)太陽電(diàn)池生(shēng)産線獲得(de)成功,2002年9月,尚德第一條10MW太陽電(diàn)池生(shēng)産線正式投産,産能相當于此前四年全國太陽電(diàn)池産量的總和(hé),一舉将我國與國際光伏産業的差距縮短(duǎn)了15年;

2003到2005年,在歐洲特别是德國市場(chǎng)拉動下,尚德和(hé)保定英利持續擴産,其他多(duō)家(jiā)企業紛紛建立太陽電(diàn)池生(shēng)産線,使我國太陽電(diàn)池的生(shēng)産迅速增長;

2004年,洛陽單晶矽廠與中國有(yǒu)色設計(jì)總院共同組建的中矽高(gāo)科自主研發出了12對棒節能型多(duō)晶矽還(hái)原爐,以此為(wèi)基礎,2005年,國內(nèi)第一個(gè)300噸多(duō)晶矽生(shēng)産項目建成投産,從而拉開(kāi)了中國多(duō)晶矽大(dà)發展的序幕;

2007,中國成為(wèi)生(shēng)産太陽電(diàn)池最多(duō)的國家(jiā),産量從2006年的400MW一躍達到1088MW,成為(wèi)世界第一大(dà)光伏電(diàn)池生(shēng)産國。

截至2015年底,我國光伏發電(diàn)累計(jì)裝機容量4318萬千瓦,成為(wèi)全球光伏發電(diàn)裝機容量最大(dà)的國家(jiā)。 2016年底,我國光伏超過70GW,繼續領跑世界第一。


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霧霾遍布能源亟待轉型 “十二五”光伏飛速發展

在中國“我”之所以發展的這麽快,與中國正在推進能源結構轉型、政府的大(dà)力支持以及我自身的特點有(yǒu)着密不可(kě)分的關系。 

前面曾經介紹過,“我”的發電(diàn)原理(lǐ)是直接将太陽光能轉換為(wèi)電(diàn)能,它和(hé)常見的發電(diàn)機發電(diàn)、蓄電(diàn)池發電(diàn)有(yǒu)本質的不同。它沒有(yǒu)機械運動,所以沒有(yǒu)噪音(yīn)、沒有(yǒu)振動;它沒有(yǒu)化學反應過程,所以沒有(yǒu)化學污染;它隻要有(yǒu)陽光就能發電(diàn),十分便利。

在霧霾幾乎遍布全國的情況下,中國政府意識到了能源結構轉型的緊迫性,不僅加大(dà)了對“我”的推廣力度,在去年12月份公布的“十三五”規劃中,還(hái)給“我”出台了專門(mén)的指導政策。

“十三五”規劃中,對于光伏産業在“十二”五時(shí)期的發展進行(xíng)了全面總結:“十二五”時(shí)期,全國光伏發電(diàn)累計(jì)裝機從2010年的86萬千瓦增長到2015年的4318萬千瓦,2015年新增裝機1513萬千瓦,累計(jì)裝機和(hé)年度新增裝機均居全球首位。光伏發電(diàn)應用逐漸形成東中西部共同發展、集中式和(hé)分布式并舉格局。光伏發電(diàn)與農業、養殖業、生(shēng)态治理(lǐ)等各種産業融合發展模式不斷創新,已進入多(duō)元化、規模化發展的新階段。

“十二五”時(shí)期,中國光伏制(zhì)造規模複合增長率超過33%,年産值達到3000億元,創造就業崗位近170萬個(gè),光伏産業表現出強大(dà)的發展新動能。2015年多(duō)晶矽産量16.5萬噸,占全球市場(chǎng)份額的48%;光伏組件産量4600萬千瓦,占全球市場(chǎng)份額的70%。

在技(jì)術(shù)創新上(shàng),中國企業已掌握萬噸級改良西門(mén)子法多(duō)晶矽生(shēng)産工藝,流化床法多(duō)晶矽開(kāi)始産業化生(shēng)産。先進企業多(duō)晶矽生(shēng)産平均綜合電(diàn)耗已降至80kWh/kg,生(shēng)産成本降至10美元/kg以下,全面實現四氯化矽閉環工藝和(hé)無污染排放。單晶矽和(hé)多(duō)晶矽電(diàn)池轉換效率平均分别達到19.5%和(hé)18.3%,均處于全球領先水(shuǐ)平,并以年均0.4個(gè)百分點的速度持續提高(gāo),多(duō)晶矽材料、光伏電(diàn)池及組件成本均有(yǒu)顯著下降,光伏電(diàn)站(zhàn)系統成本降至7元/瓦左右,光伏發電(diàn)成本“十二五”期間(jiān)總體(tǐ)降幅超過60%。

“十二五”時(shí)期,中國太陽能熱發電(diàn)技(jì)術(shù)和(hé)裝備實現較大(dà)突破。八達嶺1兆瓦太陽能熱發電(diàn)技(jì)術(shù)及系統示範工程于2012年建成,首座商業化運營的1萬千瓦塔式太陽能熱發電(diàn)機組于2013年投運。

“十二五”時(shí)期,太陽能熱利用行(xíng)業形成了材料、産品、工藝、裝備和(hé)制(zhì)造全産業鏈,截至2015年底,全國太陽能集熱面積保有(yǒu)量達到4.4億平方米,年生(shēng)産能力和(hé)應用規模均占全球70%以上(shàng),多(duō)年保持全球太陽能熱利用産品制(zhì)造和(hé)應用規模最大(dà)國家(jiā)的地位。太陽能供熱、制(zhì)冷及工農業等領域應用技(jì)術(shù)取得(de)突破,應用範圍由生(shēng)活熱水(shuǐ)向多(duō)元化生(shēng)産領域擴展。

“十三五”光伏迎機遇 分布式發展成重點

回顧完“十二五”時(shí)期光伏産業的成績,對于光伏産業在未來(lái)的發展,“十三五”規劃進行(xíng)了明(míng)确規定。

規劃指出,“十三五”将是太陽能産業發展的關鍵時(shí)期,基本任務是産業升級、降低(dī)成本、擴大(dà)應用,實現不依賴國家(jiā)補貼的市場(chǎng)化自我持續發展,成為(wèi)實現2020年和(hé)2030年非化石能源分别占一次能源消費比重15%和(hé)20%目标的重要力量。

具體(tǐ)任務:


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1、開(kāi)發利用目标:到2020年底,太陽能發電(diàn)裝機達到1.1億千瓦以上(shàng),其中,光伏發電(diàn)裝機達到1.05億千瓦以上(shàng);太陽能熱發電(diàn)裝機達到500萬千瓦。太陽能熱利用集熱面積達到8億平方米。到2020年,太陽能年利用量達到1.4億噸标準煤以上(shàng)。

2、成本目标:到2020年,光伏發電(diàn)電(diàn)價水(shuǐ)平在2015年基礎上(shàng)下降50%以上(shàng),在用電(diàn)側實現平價上(shàng)網目标;太陽能熱發電(diàn)成本低(dī)于0.8元/千瓦時(shí);太陽能供暖、工業供熱具有(yǒu)市場(chǎng)競争力。

3、技(jì)術(shù)進步目标:先進晶體(tǐ)矽光伏電(diàn)池産業化轉換效率達到23%以上(shàng),薄膜光伏電(diàn)池産業化轉換效率顯著提高(gāo),若幹新型光伏電(diàn)池初步産業化。光伏發電(diàn)系統效率顯著提升,實現智能運維。太陽能熱發電(diàn)效率實現較大(dà)提高(gāo),形成全産業鏈集成能力。

重點任務

1、大(dà)力推進屋頂分布式光伏發電(diàn):到2020年建成100個(gè)分布式光伏應用示範區(qū),園區(qū)內(nèi)80%的新建建築屋頂、50%的已有(yǒu)建築屋頂安裝光伏發電(diàn)。在具備開(kāi)發條件的工業園區(qū)、經濟開(kāi)發區(qū)、大(dà)型工礦企業以及商場(chǎng)學校(xiào)醫(yī)院等公共建築,采取“政府引導、企業自願、金融支持、社會(huì)參與”的方式,統一規劃并組織實施屋頂光伏工程。在太陽能資源優良、電(diàn)網接入消納條件好的農村地區(qū)和(hé)小(xiǎo)城鎮,推進居民屋頂光伏工程,結合新型城鎮化建設、舊(jiù)城鎮改造、新農村建設、易地搬遷等統一規劃建設屋頂光伏工程,形成若幹光伏小(xiǎo)鎮、光伏新村。

2、拓展“光伏+”綜合利用工程:鼓勵結合荒山(shān)荒地和(hé)沿海灘塗綜合利用、采煤沉陷區(qū)等廢棄土地治理(lǐ)、設施農業、漁業養殖等方式,因地制(zhì)宜開(kāi)展各類“光伏+”應用工程,促進光伏發電(diàn)與其他産業有(yǒu)機融合,通(tōng)過光伏發電(diàn)為(wèi)土地增值利用開(kāi)拓新途徑。探索各類提升農業效益的光伏農業融合發展模式,鼓勵結合現代高(gāo)效農業設施建設光伏電(diàn)站(zhàn);在水(shuǐ)産養殖條件好的地區(qū),鼓勵利用坑塘水(shuǐ)面建設漁光一體(tǐ)光伏電(diàn)站(zhàn);在符合林業管理(lǐ)規範的前提下,在宜林地、灌木林、稀疏林地合理(lǐ)布局林光互補光伏電(diàn)站(zhàn);結合中藥材種植、植被保護、生(shēng)态治理(lǐ)工程,合理(lǐ)配建光伏電(diàn)站(zhàn)。

3、實施光伏“領跑者”計(jì)劃

設立達到先進技(jì)術(shù)水(shuǐ)平的“領跑者”光伏産品和(hé)系統效率标準,建設采用“領跑者”光伏産品的領跑技(jì)術(shù)基地,為(wèi)先進技(jì)術(shù)及産品提供市場(chǎng)支持,引領光伏技(jì)術(shù)進步和(hé)産業升級。結合采煤沉陷區(qū)、荒漠化土地治理(lǐ),在具備送出條件和(hé)消納市場(chǎng)的地區(qū),統一規劃有(yǒu)序建設光伏發電(diàn)領跑技(jì)術(shù)基地,采取競争方式優選投資開(kāi)發企業,按照“領跑者”技(jì)術(shù)标準統一組織建設。組織建設達到最先進技(jì)術(shù)水(shuǐ)平的前沿技(jì)術(shù)依托基地,加速新技(jì)術(shù)産業化發展。建立和(hé)完善“領跑者”産品的檢測、認證、驗收和(hé)保障體(tǐ)系,确保“領跑者”基地使用的光伏産品達到先進指标。

4、開(kāi)展多(duō)種方式光伏扶貧:以主要解決無勞動能力的建檔立卡貧困戶為(wèi)目标,因地制(zhì)宜、分期分批推動多(duō)種形式的光伏扶貧工程建設,覆蓋已建檔立卡280萬無勞動能力貧困戶,平均每戶每年增加3000元的現金收入。确保光伏扶貧關鍵設備達到先進技(jì)術(shù)指标且質量可(kě)靠,鼓勵成立專業化平台公司對光伏扶貧工程實行(xíng)統一運營和(hé)監測,保障光伏扶貧工程長期質量可(kě)靠、性能穩定和(hé)效益持久。




大(dà)




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我對我未來(lái)在中國的發展前景充滿信心!