清洁能源之太阳能

从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯发明了第一台利用太阳能加热空气膨胀做功而抽水的机器开始，人类将太阳能作为一种能源和动力直接加以利用，已有300多年的历史了。在我国，太阳能作为一种新兴的清洁能源，对它的研究利用起步较晚。但由于太阳能具有的多种优势，加上国家的扶持政策，在我国已经形成了初步的太阳能产业链，并呈现出良好的发展前景。 我国太阳能利用发展历程及出台的相关政策 1973年10月的中东战争，引发了世界性的“能源危机”。许多国家，尤其是工业发达国家，加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上掀起了开发利用太阳能的热潮。当年，美国政府就制定了阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长；并成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。1974年，日本政府也很快制定了“阳光计划”，对本国的太阳能研究利用给予大力支持。 世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大的影响。1975年在河南安阳召开了“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”，推动了我国太阳能带来的发展。太阳能研究和推广工作随后纳入了我国的政府计划，获得了专项的经费和物资支持。 1992年联合国在巴西召开了“世界环境与发展大会”，通过了《里约热内卢环境与发展宣言》等一系列重要文件。世界各国都加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起。世界环保大会以后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10年对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定了《中国21世纪议程》，进一步明确了太阳能重点发展目标。1995年，国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》（1996~2010），明确提出了我国在1996~2010年新能源和可再生能源的发展目标任务以及相应的对策和措施。 1996年9月，津巴布韦召开的“世界太阳能高峰会议”提出了在全球无电地区推行“光电工程”的倡议时，我国政府立即作出积极响应，制定实施“中国光明工程“的计划。同年由国家计委牵头制定了“中国光明工程”计划。计划到2010年，利用风力发电和光伏发电技术解决2300万边远地区人口的用电问题，使他们达到人均拥有发电容量100W的水平，相当于届时全国人均拥有发电容量1/3的水平。同时还将解决地处边远地区的边防哨所、微波通讯站、公路道班、输油管线维护站、铁路信号站的基本供电问题。 我国太阳能发电的成果及现状 目前，我国已具有15MW的太阳能发电容量，光伏产业也形成了较好的基础。虽然光电成本仍然高于煤电，但在边远地区，与拉设电网相比，小型太阳能发电设施仍然相对便宜适用。 近年来，太阳能光伏电池的应用在我国西部地区逐渐扩大。国家电力公司在西藏无水利资源的地区先后建设了10座光伏电站，解决了7个无电县的工业和生活用电，1.2万余人从中受惠。而过去这些县大多用柴油机发电，各县财政每年要花数十万元购买柴油。另外，西藏还建立了众多的太阳能道班、学校、边防哨所、气象站和广播电视微波中继站。青海及周边地区的6万余无电散居户，利用便携式小功率光伏系统解决了家庭生活用电问题。青海省还在电网无法延伸也无水利资源的地区建成了10个太阳能光伏电站，深受当地干部群众的欢迎。新疆则在亚欧光缆、南北疆光缆等工程必经之地的无电地区，安装了100多座无人值站的光伏电源。在西藏地区已有7个县靠太阳能解决了用电困难。 相比于蓬勃发展的世界光伏工业，中国光伏工业还处于起步阶段。光伏产量和安装容量仅为世界1%左右。国际上方兴未艾的光伏集成建筑和非硅系列多晶薄膜电池领域在我国还几乎是空白。在国家实施西部大开发战略和国内绿色环保工业开始升温的背景下，近两年中国光伏工业保持了较快的增长速度，正向光伏工业世界十强挺进。 目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地。该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体、一期工程完成后可达到年产3MW多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面的多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。另外，云南半导体器件厂、宁波太阳能电池厂等太阳能光伏企业正在积极进行技术改造；经国家和地方政府批准立项，除河北保定外，广东深圳以及天津也正在筹建年生产能力达3~5MW的多晶硅和非晶硅太阳能电池生产工厂。 但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅）太阳能电池生产厂，年产量约有4.5MW，工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达18.3%，比目前平均转换效率提高了3个百分点。据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高，其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃就完全依赖进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。 我国的太阳能资源及市场前景 我国拥有丰富的太阳能资源。据统计，每年中国陆地接收的太阳辐射总量，相当于24000亿t标煤，全国总面积2/3地区年日照时间都超过2000h，特别是西北一些地区超过3000h。另一方面，随着当前世界光电技术及其应用材料的飞速发展，光电材料成本成倍下降，光电转换率不断提高，这将带来太阳能发电成本的大幅度下降。世界光伏界一般认为，到2010年太阳能光伏电池成本将降低到可以与常规能源竞争的程度。这为中国大力开发太阳能资源提供了可能。 1、中国的太阳能发展将以边远、欠发达地区为先导 目前，我国尚有7656万无电人口，16个无电县，828个无电乡和29783个无电村。由于这些县城、村镇及散居牧户地处边远，远离电网，用电负荷小而且分散，近20年之内不可能通过延伸电网实现供电。我国太阳能资源丰富，2/3以上地区的年日照大于2000h，年均辐射量约为5900MJ/m2。青藏高原、内蒙古、宁夏、甘肃北部、陕西、河北西北部、新疆南部、东北以及陕甘宁部分地区的光照尤为突出。而我国大多数无电人口恰好主要分布在这些地区。而且，这些地区的风力资源也相当丰富，发展风电也比较适宜。 从经济性上来讲，对于边远地区的村落（或其它集体），年光照大于2500h，在年平均风速大于5m/s的地区，当电网距离为25km以上时，常规电网供电成本大于光伏发电和风力发电的成本。在年光照大于2500h的地区，月用电量大于2100kW·h时，光伏发电系统的经济性就优于柴油发电机组。而对于分散的用户来说，在边远地区常规电网和内燃机发电成本是无法与风力发电、光伏发电户用系统竞争的。在风、光资源良好的地区，用户可以按照自己的需求选择不同的配置，其用电成本为2~6.5元/ kW ·h。通过技术经济分析，结论是显而易见的，在目前条件下采用风力发电和光伏发电技术（或风光互补）解决边远地区分散供电是可行的，符合可持续发展的政策，比延伸电网或柴油发电有明显的优势。 目前国家计委和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的支持，国内已有多家企业涉足。北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏发电产业进行调查的单位之一，他们于1998年在国内首家引进了76 kW 国际上先进的屋面太阳能发电系统，至今一直运行稳定、效果良好。这套系统日均发电量为12 kW ·h以上，可满足1个小康之家用电要求。河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿（Piikington）太阳能国际有了公司在中国独家总代理，现已投入生产世界先进的太阳能电池玻璃封装设备和配套材料。其基地于1999年11月已在我国率先安装了100多m2的光电玻璃幕墙示范建筑物，现已竣工投入应用，其运行使用效果良好，已成国内一大景观及太阳能光伏发电工程的典范。 另外，2008年奥运会，北京将成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新奥运”将充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念，计划奥运会场馆周围80%~90%的路灯将利用太阳能光伏发电技术；采用全玻璃真空太阳能集热技术，供应奥运会90%的洗浴热水。届时在整个奥运会期间，我们将看到太阳能路灯、太阳能电话，太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等一系列太阳能技术的应用。 可以相信，通过北京2008年的这次“绿色奥运”，我国的太阳能发电产业能够得到一次长足的发展；而且，通过在首都举办的这次世界盛会，太阳能发电技术将成为我国发达地区提倡环保、建设环保，大举采用太阳能电力作为替代能源的良好开端。 2、国际组织、国外政府对我国太阳能发展的有关支持项目 我国对太阳能产业发展付出了不竭的努力。在技术开发上，除对相关产业出台了一系列有利其商业化的优惠、扶持政策外，还在“863高科技攻关计划”中专门设立了“太阳能薄膜电池”技术研究项目，中科院在其西部行动计划中，也计划在两年内投入2.5亿元开展一系列基础性、战略性、前瞻性的课题研究，包括建立若干太阳能发电、太阳能空调、太阳能供热、风光互补电站、地热利用等示范工程，并适时开展区域性推广工作。而“光明工程”更是专门的太阳能发展扶贫工程计划。 与此同时，我国也积极利用国际组织和国外政府的对华援助项目，积极从事太阳能利用事业。从1994年起，国家经贸委在有关部委的支持和配合下，积极组织利用全球环境基金、世界银行、联合国开发计划署和亚洲开发银行的资金，支持我国新能源和可再生能源产业化、商业化发展。目前，正在准备和实施的太阳能项目包括： 全球环境基金太阳能光伏发电项目 该项目将利用全球环境基金赠款2200万美元，支持我国西北地区（甘肃、青海、内蒙古和新疆以及西藏、四川西北部等地区）发展20~30万户太阳能光伏发电户用