太阳能发电
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作者: 常一彦
大约40分钟照射在地球上的太阳能的能量，便足以供全球人类一年消费。而从太阳能获得电力，则需通过太阳电池进行光电变换来实现，就是通常说的太阳能光伏发电。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①用之不竭；②绝对清洁；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从情感上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。但太阳能发电也有不足之处：①照射的能量分布密度小，需要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。下面，我们不妨对比现有主要电力能源火电、水电和核电不足之处：
火力发电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。
水力发电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。
核能发电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。1986年前苏联切尔诺贝利核电站核泄漏事故使电站周围6万多平方公里土地受到直接污染，320多万人受到核辐射侵害；2011年日本福岛第一核电站核泄漏事故等级为7级，与切尔诺贝利核电站核泄漏事故等级相同……
通过以上对比，我们可以说，太阳能发电瑕不掩瑜。作为新能源，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。
要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。
目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20%以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%，每瓦发电设备价格降到1~2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。
当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池，光电变换效率可达36%，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。
太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适于各家各户分别进行发电，而且要连接到供电网络上，使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司，不足时又可从电力公司买入。实现这一点的技术不难解决，关键在于要有相应的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律，保证进行太阳能发电的家庭利益，鼓励家庭进行太阳能发电。
日本已于1992年4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网，已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从1994年开始以个人住宅为对象，实行对购买太阳能发电设备的费用补助三分之二的制度。要求第一年有1000户家庭、2000年时有7万户家庭装上太阳能发电设备。
据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中如果有80%装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14%，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的30%－40%。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统，需600万至700万日元，还未包括安装的工钱。有关专家认为，至少要降到100万到200万日元时，太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。
不久前，美国德州仪器公司和SCE公司宣布，它们开发出一种新的太阳电池，每一单元是直径不到1毫米的小珠，它们密密麻麻规则地分布在柔软的铝箔上，就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约50平方厘米的面积上便分布有1，700个这样的单元。这种新电池的特点是，虽然变换效率只有8%―10%，但价格便宜。而且铝箔底衬柔软结实，可以像布帛一样随意折叠且经久耐用，挂在向阳处便可发电，非常方便。据称，使用这种新太阳电池，每瓦发电能力的设备只要1.5至2美元，而且每发一度电的费用也可降到14美分左右，完全可以同普通电厂产生的电力相竞争。每个家庭将这种电池挂在向阳的屋顶、墙壁上，每年就可获得一二千度的电力。
太阳能的使用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等，现在主要的应用方式为建筑一体化和风光互补系统。
太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的比重也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
太阳能发电有更加激动人心的计划。一是日本提出的创世纪计划。准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算，到2050年、2100年，即使全用太阳能发电供给全球能源，占地也不过为 186.79万平方公里、829.19万平方公里。829.19万平方公里才占全部海洋面积的2.3%或全部沙漠的 51.4%，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5% 。因此这一方案是有可能实现的。另一个是天上发电方案。早在1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想，准备在同步轨道上放一个长10公里、宽5公里的大平板，上面布满太阳电池，这样便可提供500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有一段路程要走。
发展低碳经济，开发新能源，充分利用取之不尽的太阳能，是当今各国政府所关心的大事。据彭韦尔（PennWell）公司于2011年5月14日在美国加州召开的新的大规模太阳能发电会议和展览会上发布的统计报告显示，2010年美国太阳能发电市场增长超过100％，设施的28%已考虑为超过1MW的大规模。截至2011年5月中旬，已有超过700MW的公用系统光伏项目签约，有11GW的聚光热发电（CSP）项目在北美处于各种开发阶段。行业分析师预测，与大型太阳能发电站开发相关联的费用，到2020年将会降低50％。 彭韦尔公司指出，大规模太阳能发电在电力市场中将会出现爆炸性的增长。大规模太阳能市场预计在2012年将会增加一倍，成本预计到2020年将会降低一半。
同样，我国政府在对太阳能利用方面下了非凡的决心，颁布了利用太阳能发展低碳经济的“太阳能金屋顶计划”，计划中明文规定：太阳能发电系统建造成本每瓦国家补助20元，同时发电入网每度电补助5元左右。这本身就满足投资者所有费用的支出并且有盈余，而且国家连续补助25年。除了维护费用之外，其余都为盈利。显然政府大力的鼓励和支持催生了良好的产业氛围，科技人员加大了对绿色能源的研究力度，国内的新能源企业也在逐渐发展壮大。国家能源局总工程师吴贵辉2011年4月28日表示，中国已经启动了金太阳和屋顶项目，工程合计已经达到1400多兆瓦，预计到2015年，中国太阳能发电装机容量将达到500万千瓦。
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