太阳能发电技术产业的冷思考 一

　　能源问题，成为我国经济发展的一个重要问题。为了落实科学发展观，建设节约型社会，到“十一·五”计划末，要实现资源利用效率显著提高，单位国内生产总值能源消耗降低20%左右。包括太阳能发电在内的新的可再生能源的利用，将成为实现这一目标的关键。为此，“可再生能源法”已于2006年1月1日正式实施。到2020年，我国将大力扶持包括产业在内的可再生能源产业，我国的太阳能发电技术产业将迎来一个大发展时期。

　　据不完全统计，现在我国从事太阳能发电技术产业研究、开发、生产和应用的单位已超过100家，出现了类似无锡尚德太阳能电力公司和保定英利新能源有限公司等知名的大企业，中电电气集团等其他行业的大企业纷纷进入，我国的太阳能发电技术产业迅速壮大，早已突破以前提出的2006年年产太阳电池20MW，太阳能发电设备累计装机容量80MW的指标。但是，也存在一些问题。其中主要产品太阳电池组件的上下游两头在外：90%以上的原依赖进口，90%以上的产品依赖出口。很可能将阻碍我国太阳能发电技术产业的发展。

　　太阳能发电技术作为一种多学科综合交叉技术，包括物理电源（太阳电池）、化学电源（蓄电池）和电源变换（逆变器、充电器）等电源技术，也受到越来越多的电源工作者的注意。期刊《电源资讯》2006年第6期发表了“太阳能光伏发电产业的发展趋势和展望”，读后深受启发，也引起笔者进行思考。在这里，从国际贯用分析产业项目的几个方面：技术、材料、、国外现状（同行业现状）、相关技术等，对我国发展太阳能发电技术产业的问题和趋势谈谈看法，和大家进行交流。如果有什么不当之处，敬请指正。

　　（1）利用太阳能。优点是太阳能总量巨大，是使用不会枯竭的能源；没有影响环境的排泄物，是最清洁的能源；不集中在某个地方，是在整个地球上都可以利用的能源。但是，不集中也是它的缺点。有时可采取聚焦等方法，来提高效率。另外，还受天气影响，一般在计算太阳电池的转换功率时，都是在规定的天气和辐射条件下来确定，采用单位叫峰瓦，符号为Wp。下面为了方便起见，在本文中仍用瓦（W）作为单位，但是实际意义是峰瓦（Wp）。

　　（2）太阳能发电使用的是静止装置，无可动部分，容易维护。太阳电池、蓄电池和逆变器都可以采用模块结构，自由组合，可大可小，可以大规模生产，降低成本。不需要运送燃料，可以放置在边远地区和海岛上。建设工期比水电站和火电站短，节省施工费用。

　　（3）太阳能发电一般把设备安装在用户所在地，可以节省输配电设备。据日本有关统计资料，可节约供电成本25%左右。但是1MW（1000kW）以上的太阳能发电系统，仍然要采用输配电设备，形成独立电网。

　　根据国家发改委、国家科技部共同提出的可再生能源发展的总目标：“提高转换效率，降低生产成本，增大在能源结构中所占比例。”太阳能发电技术的发展方向主要也是提高转换效率，降低生产成本。

　　太阳电池技术是太阳能发电技术的主要组成部份。太阳电池的光电转换效率是代表材料性能、器件结构、制备技术、工艺设备和检测手段等综合性能水平的标志性指标。太阳电池的光电转换效率分为两种。一种是小尺寸（例如1cm2）的研究开发水平：单晶硅太阳电池24.7%，多晶硅太阳电池19.8%，非晶硅太阳电池15%，铜铟硒太阳电池18.8%，砷化镓太阳电池33%，有机纳米晶太阳电池5.48%。一种是大尺寸（例如1200cm2）的商品化生产水平：单晶硅太阳电池15%，多晶硅太阳电池12%，非晶硅太阳电池8%，铜铟硒太阳电池10%。以上数据都是从已经公开发表的文献资料中收集来的，现在可能已有所变化。

　　提高太阳电池的光电转换效率是降低太阳能发电设备成本的主要手段。转换效率高，可以在同样发电容量下，减少太阳电池矩阵面积，减少太阳电池模块用量。因此成为太阳能发电技术的主要发展方向。

　　我国从上世纪50年代起就开始对太阳电池进行研究。1993年成立中国光电发展技术中心，上世纪80至90年代先后从国外引进多条太阳电池生产线年，太阳电池的年生产能力达到6.5MW/年。近几年，太阳电池的研究开发和生产飞跃地发展。保定英利新能源有限公司建成500MW的太阳电池生产线。南开大学在天津建立铜铟硒太阳电池中试线，使我国成为继德、美、日之后第4个开展这种电池中试的国家。中国科学院半导体研究所对非晶硅太阳电池转换效率下降机制的研究取得国际上领先的成果，转换效率最低可限制在10%以内。中国科学院物理研究所研制的有机纳米晶太阳电池，转换效率达到5.48%，向实用性产品迈出了重要一步。从整体上看，我国不但在太阳电池生产能力上进入国际先进行列，而且在两大主要发展的太阳电池产品：非晶硅太阳电池和铜铟硒太阳电池的研究开发上达到国际先进水平。同时还在新的有机纳米晶太阳电池的研究中取得国际领先的成果。

　　（1）可靠，能满足使用条件要求国大多数独立型太阳能发电设备用于边远地区和海岛，要求逆变器能承受恶劣的使用条件，能保证在少维护条件下长期工作。大多数并网型太阳能发电设备用于家庭，要求逆变器的电磁干扰少，不影响人的生活环境，也不妨碍其他家用电器工作。

　　（2）效率高国由于现在常用的太阳电池矩阵的光电转换效率小于15%，如果逆变器效率低，将太阳电池好不容易转换来的电能损耗掉，十分可惜。这样势必要增加矩阵中太阳电池组件的数量，增大矩阵所占的面积，从而大大增加太阳能发电设备的投资和土建费用。所以，要求逆变器效率要大于90%。

　　（3）波形畸变小，功率因数高国并网型太阳能发电设备要并网，逆变器输出波形必须与外电网一致，波形畸变小于5%，高次谐波含量小于3%，功率因数接近于1。独立型太阳能发电设备中的逆变器波形畸变可以大一些，小于10%。

　　（1）工频变压器绝缘方式国用于独立型太阳能发电设备，可靠性高，维护量少，开关频率低，电磁干扰小。

　　（2）高频变压器绝缘方式国用于并网型太阳能发电设备，体积小，重量轻，成本低。要经两级变换，效率问题比较突出，采取措施后，仍可达到90%以上，高频电磁干扰严重，要采用滤波和屏蔽措施。

　　（3）无变压器非绝缘方式国本来希望进一步降低成本，从两级变换变为单级变换，提高效率，使它成为并网型太阳能发电设备中更理想的逆变器，但是使用中出现一系列问题。无变压器非绝缘方式逆变器不能使输入的太阳电池与输出电网绝缘隔离，输入的太阳电池矩阵正、负极都不能直接接地。太阳电池矩阵面积大，对地有很大的等效电容存在，将在工作中产生等效电容充放电电流。其中低频部分，有可能使供电电路的漏电保护开关误动作。其中高频部分，将通过配电线对其他用电设备造成电磁干扰，而影响其他用电设备工作。这样，必须加滤波和保护，达不到降低成本的预期效果。

　　（4）正激变压器绝缘方式国是在无变压器非绝缘方式使用效果不佳之后开发出来的，既保留了无变压器非绝缘方式单级变换的主要优点，又消除无绝缘隔离的主要缺点，是到目前为止并网型太阳能发电设备比较理想的逆变器。

　　我国从上世纪80年代起开始对太阳能发电设备用逆变器进行研究开发，现在已有专门的单位研究开发和生产。由于我国并网型太阳能发电设备还未形成规模生产，如何正确选定并网型太阳能发电设备用逆变器，将是近期必须面对的一个重要课题。最近报道，国内有人开发出“零功耗光伏并网逆变器”。在这里对此发表一点不同的意见，供研究开发者参考。“零功耗”，或者“无功耗”，虽然据研究开发者说，实际上有功耗只不过功耗小到接近于零，是略有夸张之意的一种说法。但是，有与无，大与小，零与微小是两种不同概念。绝不能把“小”说成“无”，把“微小”说成“零”。这样，“零功耗”，效率将达到100%，是不是开发出一种新的“永动机”了吗？有时，真理和谬误只相差一步，迈过这一步，就会闹出大笑话！作为科技工作者，要使用严谨的科学用词，不能使用广告式的语言，希望与有关的朋友共勉吧。