太阳能发电技术的综合评价及应用前景

1、研究背景
随着社会经济的发展，环境污染问题也越来越严峻，人们对于化石能源的开采利用已经超出一定载荷，除环境污染问题外还引发了一定能源危机。太阳能发电技术的应用则有效改善了这一现象，太阳能作为一种可再生的绿色能源而备受推崇。近年来随着太阳能发电技术的快速发展，国家相应推出了相关政策鼓励发展太阳能发电，在这样的背景下，我国太阳能发电领域得到了快速发展。此外随着科学技术的进步以及市场需求量逐渐扩大，光伏发电行业市场容量也在逐渐提升，政府通过推出各种补贴奖励政策，有效推动了太阳能发电企业的良好发展。就目前来看，我国在太阳能发电领域尽管已经取得了很好的成绩但是仍然存在一些问题，首先是我国在光伏发电领域技术已经相对成熟，但企业同质化问题严重，创新性不足。另外由于我国所采用的行业标准都是引用国际标准，并没有结合我国市场实际来规范行业标准。所以总的来看，我国太阳能发电行业只有通过不断实现技术更新、加强能源与科技的结合以及依赖国家一些鼓励政策，才可以在未来发展中取得良好的竞争优势。
2、太阳能发电技术
太阳能作为一种可再生绿色能源，随着科学技术的不断进步，已经成为风能之后被广泛应用到发电领域的一种可再生能源。通常将太阳能发电技术分为光伏发电和光热发电两类。
2.1光伏发电技术简介
作为太阳能发电技术中的主要利用方式，其可以利用半导体材料的光伏效应来实现从太阳能到电能的直接转化。根据所选电池材料以及制造工艺的不同，光伏发电技术可以分薄膜太阳能电池技术、晶硅太阳电池技术技术、聚光太阳电池技术以及新型太阳能电池技术。其中晶硅电池又分单晶硅电池与多晶硅电池，薄膜电池分非晶硅电池、碲化镉电池以及铜铟硒电池等。目前市场上最常见的光伏电池多为晶硅太阳电池技术，是当前我国技术成熟度最高、规模最大的产品类型，现在市面上生产出的单晶硅太阳能电池的光电转换效率已经在17%左右，使用寿命一般在15年左右，最高可以使用25年，产品已经被广泛应用于空间和地面。薄膜电池与其他太阳能电视相比更适合于沙漠电站，因为薄膜太阳能电池弱光效应更好，且更加方便于建筑光伏一体化，但是衰减较大，转换效率低，且设备技术投资也比较高。聚光电池与其他类别太阳能电池相比转换率更高，但是由于其无法利用漫射辐射，所以成本比较高，常用于航空航天领域。
光伏发电技术的结构以及基本原理相对简单，且电站建设周期比较短，设备运行和日常维护也比较简单，因此能够进行应用和开发的地区相对比较广泛，另外由于光伏发电属于静态发电，无需机械转动，没有磨损，因此不会产生噪声。通常光伏发电的选址会比较容易，建站前期投资较小，一般大型光伏发电站的建设时长不超过半年。通常光伏电站的系统组件是由逆变器以及光伏组件组成的，因此电站运行不需要燃料，基本上可以实现无人值守，成本比较低。此外，光伏电站的应用形式比较多，主要分为大型并网电站、离网光伏以及分布式建筑光伏，其中大型并网电站的度电成本低，主要建设与平坦开阔阳光充足的地面；离网光伏主要用于解决偏远地区电力供应；分布式建筑光伏则依托建筑设立，主要接到配电网中从而完成就地消纳。尽管光伏电站有着很多优点，但缺陷也比较明显，太阳能发电有着一定的间歇性和不稳定性，特别是在没有阳光照射或阳光较少的阴雨天，光伏发电波动性、间歇性明显。
2.2光热发电技术简介
光热发电主要是通过实现光能到热能再转化为电能这一过程的一种发电技术，其从功能转化本质上来看与传统热电站类似，主要不同在于输入能源。利用该技术将低密度太阳能经聚光器转为高密度能力，经过传热介质实现太阳能到热能的转化，利用热力循环完成发电功能。光热发电分聚光光热发电、太阳能半导体温差发电以及太阳能热声发电等。目前最具有商业发展前景的是聚光光热发电，进一步可以分为以槽式光热发电和线性菲涅尔式光热为主的线聚系统以及以塔式光热发电和碟式光热发电为主的点聚焦系统。
光热发电系统主要是由聚光吸热系统、储热系统以及热力循环系统共同组成的，其聚光比以及集热温度共同决定了光热发电的集热效率。有研究表明，带储热系统的光热发电站年利用率比没有带储热系统的高25%-65%，所以光热发电能够利用储热系统实现更高负荷需求，这也是光热发电最明显的优势之一。此外，光热发电系统对于电网友好性更强，能够与其他热能发电方式相结合，实现联合循环，从而有效克服了光伏发电的波动性和间歇性。最后光伏发电由于在能量转化过程中能够得到热能，所以可以对这些热能进行综合利用，从而有效提高能源的利用率，常见的包括海水淡化、采暖制冷一体化等。
3、光伏发电技术综合评价及应用前景
3.1光伏发电技术综合评价分析
从开发条件上来说，光伏发电过程不受水资源的约束，且能够利用太阳能总辐射，可以利用的太阳辐射比光热发电多，且在太阳辐射较低的地方也可以通过光伏发电的方式实现正常发电功能，对地形要求不高，体积较小。
从发电技术水平来说，目前晶硅太阳能电池发电技术已经十分成熟，成本也相对较低，作为光伏发电主流产品已经进入到了产业化生产模式，薄膜太阳能电池发电技术成本较低，但由于其光电转换效率较低，仍处于推广阶段。从光伏电池的效率看看，国内外市场上可以见到的单晶硅电池转换效率大多在23%左右，属于转换效率最高的产品，商用多晶硅电池的转换效率则是在18.3%左右。目前我国光伏并网逆变器的光电转换率最高已经提到了98.5%，且性能可靠，波形的失真率能够在3%以内，极大提高了太阳能发电的能力。从发电经济性来看，由于国际上太阳能电池产能过剩的缘故，我国对于光伏电站初始投资也在市场波及下降到了1.2-1.8万元/kW。
此外根据投资条件差异，建筑光伏发电系统的成本大概在1.25-2.00元/kWh，大规模的则在0.81-1.5元/kWh。统计数据表明，2020年之前光伏电站成本下降空间依然有限，到2020年我国光伏发电成本可以降到0.6-0.8元/kWh，到2030年可以达到0.6元/kWh以下。从接网要求来看，光伏发电容量因子大概在0.11（1000kWh/m2）-0.23(2000kWh/m2）。
由于光伏电站的不稳定性以及间歇性等原因，通常大规模光伏并网会对电力系统网络产生一定影响，当非理想天气出现时，光伏电站发电量明显减少，通常情况下光伏发电最大发电时间在北京时间中午12点-15点。
从电网的适应性方面考虑，当光伏电网接入后负面影响较多，首先是电能质量会产生不良影响，光伏发电波动性很容易会影响到电网电压产生波动和闪变。另外由于太阳辐射强度的不确定性会使得电网调度难度增大。此外还有电网稳定控制问题和配电网运行控制规划问题，光伏电网的介入会对配电网规划带来很大挑战。
从政策和发展环境来看，目前我国政策积极鼓励进行新能源开发利用，此外税收减免也是促进新能源开发利用重要手段。
所以综合来看，光伏发电开发条件、发电经济性、政策环境以及发电技术等方面都有着很明显的优势，但是其结网要求相对较高，存在一定缺陷。
3.2光伏发电技术应用前景
从开发条件来看光伏发电重点开发地区应该设在太阳能资源相对较好的地点，可以在我国荒漠地区建立一些荒漠电站，开发潜力较大，我国目前适合建设荒漠电站地区主要集中于西北荒漠地区。除了这种大型的地面站以外，还可以将其设置在屋顶上，我国屋顶建筑面积约400亿平方米，以1%计算，大概有3300-6600万kW的开发签离，如果屋顶光伏系统电网末端接入，不用考虑到输送影响，而由于城市太阳辐射相对较小，因此发电效率与荒漠相比较低。
从未来发展趋势来看，到2020年我国光伏发电技术应当已基本成熟，逐渐开始实现规模生产，且光伏电的成本也会明显下降，在一定程度上提高了光伏发电市场竞争力。2020-2030年间光伏发电将基本进入到规模化生产，此期间国家政策支持可能会逐渐减弱甚至取消。2030-2050年光伏发电将进入到平稳发展阶段，但由于本身光伏发电特点，规模扩大会受到一定限制。
4、结语
随着人们对环境问题的关注越来越深，太阳能作为一种可再生绿色能源受到了人们的广泛关注。通常将太阳能发电分光伏和光热两种模式，本文主要探讨了光伏发电的综合特点，从光伏发电开发条件、发电经济性、政策环境、发电技术以及接网要求等方面进行了综合分析评价，并对其未来发展进行了简单预测和展望。