太阳能光伏

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太阳光伏系统,也称为光生伏特,简称光伏Photovoltaics;字源“photo-”光,“voltaics”伏特),是指利用光伏半导体材料的光生伏打效应而将太阳能转化为直流电能的设施。光伏设施的核心是太阳能电池板。目前,用来发电的半导体材料主要有:单晶硅多晶硅非晶硅碲化镉等。由于近年来各国都在积极推动可再生能源的应用,光伏产业的发展十分迅速[1]

生产中的太阳能光伏电池
位于柏林郊区的太阳能装置
“光伏树”在奥地利施蒂利亚州

截至2010年,太阳能光伏在全世界上百个国家投入使用。虽然其发电容量仍只占人类用电总量的很小一部分,不过,从2004年开始,接入电网的光伏发电量以年均60%的速度增长。到2009年,总发电容量已经达到21GW[2],是当前发展速度最快的能源。据估计,没有联入电网的光伏系统,目前的容量也约有3至4GW[2]

光伏系统可以大规模安装在地表上成为光伏电站,也可以置于建筑物的房顶或外墙上,形成光伏建筑一体化

太阳能电池问世以来,使用材料、技术上的不断进步,以及制造产业的发展成熟,都驱使光伏系统的价格变得更加便宜[3]。不仅如此,许多国家投入大量研发经费推进光伏的转换效率,给与制造企业财政补贴。更重要的,上网电价补贴政策以及可再生能源比例标准等政策极大地促进了光伏在各国的广泛应用。

应用编辑

1954年,贝尔实验室制成效率为6%的光伏电池;自1958年起,光伏效应以光伏电池的形式在空间卫星的供能领域首次得到应用。时至今日,小至自动停车计费器的供能、屋顶太阳能板,大至面积广阔的太阳能发电中心,其在发电领域的应用已经遍及全球。

局限编辑

  • 生产过程

  太阳能板的原材料和电脑芯片原材料一样。大量生产过程中需要大量能源,有毒有害化学物质。化学物质主要靠工厂所在地法律法规管控。某些太阳能工厂已经安装太阳能系统,用太阳能系统产生的清洁能源生产太阳能板。

  • 对电网的影响

  截至2017年12月,澳洲东部昆士兰州有超过31%居民拥有屋顶太阳能系统,平均安装功率超过3.5千瓦(世界第一)。但是高太阳能系统普及率也给电网电压带来问题。居民区中午用电量低,主要以出售电力给电力公司为主。传统电网并没有考虑双向电力输送。在居民区电力大额传输回电网的时候,电压会逐步抬高,而且可能超过电器设备可承受范围[4]。科学研究已经有方法解决这种问题,但是都有各种成本考虑,例如,在中压电网额外增加电压控制装置。

对于其他国家或地区的启示:没有系统性的分析和规划,单一鼓励促进太阳能在居民区的普及会带来新的风险。更好的方式之一是,通过税收或其他鼓励措施,促进工业和商业用户的太阳能系统安装。因为工商业用户主要用电高峰经常在白天,太阳能系统在日照白天发电,补充工商业用电,降低工商业对电网的压力。

  • 对能源投资和电费管理的影响

  现实生活中的问题经常复杂多变,原因错综复杂。对于能源投资和电费管理也是同样的道理,没有适合每个方案的万用灵丹。太阳能系统投资也许是很好的选择,如果:当地阳光充足,电价较高而且持续涨价,政府通过财政或金融方式大力支持,电力可卖回给电力公司 (澳洲和德国)。投资回报经常是能源投资的主要考量。但是系统性的检查,评估和分析,也许会发现,在目前市场条件下,一套综合性的方案是最合适的。例如,通过房屋建筑能效提高[5],既有设备运行的改善[6],和太阳能系统投资[7] ,可能会提供业主最好的投资回报[8]

发展编辑

全球太阳能光伏发电统计 [9]
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
装置量(MW) 639 871 1,252 1,746 2,809 4,245 5,714 8,230 14,855 22,938
发电量(GWh) 1,177 1,463 1,831 2,329 3,054 4,249 5,818 7,864 12,721 21,092
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
装置量(MW) 39,455 71,251 100,677 137,260 178,090 226,907 302,782 399,613
发电量(GWh) 33,829 65,211 100,925 139,044 197,671 260,005 328,182 442,618
占全球发电量比 0.16% 0.29% 0.44% 0.59% 0.83% 1.07% 1.32% 1.73%
全球太阳能光伏装置量前十国(2017年)[10]
国家 太阳能光伏装置量

百万瓦(MW)

  中华人民共和国 130,632
  日本 48,600
  德国 42,394
  美国 41,131
  意大利 19,692
  印度 19,047
  英国 12,791
  法国 8,195
  澳大利亚 6,413
  韩国 5,602
全球太阳能光伏装置量前十国(2018年)[11]
国家 太阳能光伏装置量

百万瓦(MW)

  中华人民共和国 175,018
  日本 55,500
  美国 49,692
  德国 45,930
  印度 26,869
  意大利 20,120
  英国 13,108
  澳大利亚 9,763
  法国 9,483
  韩国 7,862
全球太阳能光伏装置量前十国(2019年)[12]
国家 太阳能光伏装置量

百万瓦(MW)

  中华人民共和国 205,072
  日本 61,840
  美国 60,540
  德国 48,960
  印度 34,831
  意大利 20,900
  澳大利亚 15,928
  英国 13,398
  法国 10,562
  韩国 10,505

内部链接编辑

外部链接编辑

参考资料编辑

  1. ^ German PV market. [2011-07-07]. (原始内容存档于2010-01-02). 
  2. ^ 2.0 2.1 REN21. Renewables 2010 Global Status Report页面存档备份,存于互联网档案馆) p. 19.
  3. ^ Richard M. Swanson. Photovoltaics Power Up, Science, Vol. 324, 15 May 2009, p. 891.
  4. ^ W. Miller, A. L. Liu, Z. Amin, and A. Wagner, "Power quality and rooftop-PV households: an examination of measured data at point of customer connection," Sustainability, https://eprints.qut.edu.au/117688/页面存档备份,存于互联网档案馆), http://www.mdpi.com/2071-1050/10/4/1224页面存档备份,存于互联网档案馆) (Open Access), p. 29, 2018.
  5. ^ L. Liu, W. Miller, and G. Ledwich, "Community centre improvement to reduce air conditioning peak demand," 7th International Conference on Energy and Environment of Residential Buildings, pp. 279-288. doi: 10.4225/50/58107ce163e0c Available: http://eprints.qut.edu.au/101161/页面存档备份,存于互联网档案馆
  6. ^ L. Liu, G. Ledwich, and W. Miller, "Demand side management with stepped model predictive control," presented at the Australasian Universities Power Engineering Conference, The University of Queensland, Brisbane, Qld, Australia, 2016. Available: http://eprints.qut.edu.au/99914/页面存档备份,存于互联网档案馆
  7. ^ L. Liu, W. Miller, and G. Ledwich. (2017) Solutions for reducing facilities electricity costs. Australian Ageing Agenda. 39-40. Available: https://www.australianageingagenda.com.au/2017/10/27/solutions-reducing-facility-electricity-costs/页面存档备份,存于互联网档案馆
  8. ^ W. Miller, A. L. Liu, Z. Amin, and M. Gray, "Involving Occupants in Net Zero Energy Solar Housing Retrofits: an Australian Sub-tropical Case Study," Solar Energy. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.10.008 Available: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X17308733, https://eprints.qut.edu.au/114591/页面存档备份,存于互联网档案馆
  9. ^ BP: Statistical Review of World Energy 2018页面存档备份,存于互联网档案馆
  10. ^ International Renewable Energy Agency: Renewable Capacity Statistics 2018 PDF页面存档备份,存于互联网档案馆
  11. ^ International Renewable Energy Agency: Renewable Capacity Statistics 2019 PDF页面存档备份,存于互联网档案馆
  12. ^ International Renewable Energy Agency: Renewable Capacity Statistics 2020 PDF页面存档备份,存于互联网档案馆