光伏发电与资源环境毕业设计

毕业设计（论文）题目 光伏发电与资源环境学生姓名学 号专 业 供 用 电 技 术班 级指导教师评阅教师完成日期 2011 年 10 月 17 日1 目 录摘要 . 2关键词 . 21 引言 . 22 光伏发电与资源环境 . 33 光伏发电的现状与未来 53.1 光电转换效率 . 6 3.2 光伏发电成本逐步下降 . 6 3.3 光伏电池产量与装机总量逐年增加 . 8 3.4 较大型光伏电站日益增多，并网发电是发展方向 10 4 我国的特殊现状 115 结束语 12致 谢 . 13参考文献 . 142 光伏发电与资源环境摘要 : 能源替代形式的迫切性和环境保护的严峻性使得太阳能光伏发电技术倍受瞩目。 本文针对目前光伏发电技术的现状进行了详尽的介绍与分析， 同时结合全球太阳能资源分布、 光伏材料资源的分布及政府的扶持政策对其发展前景进行了展望。 最后对光伏发电技术在提供大电力的同时对我们赖以生存的环境资源保护予以肯定。关键词 : 太阳电池；光伏电站；环境；资源1. 引言家经过填密测算，煤、石油、天然气……这些积蓄了亿万年的化石能源，经过数百年的巨大消耗， 已经不可逆转地走向枯竭。 世界各国的能源研究机构和专得出了比较一致的结论 : 全球化石燃料的生产和消耗峰值将出现在 2030-2040 年之间 [ ’一“ 1 给出了中国主要能源储量和世界能源储量对比。与此同时，全球气候变暖问题日趋严重。 过去大半个世纪以来， 二氧化碳气体每年的增加水平大约为 1.3 ppm; 到上世纪 90 年代，这个数据增加到 I .6 ppm ，到 2002 年和 2003年增加到 2.0 ppm 。但中国主要能源储量和世界能源储量对比 . 是 2005 年前 10个月的未公开的数据显示这个数字已经增长到 2.2 ppm。近日由《独立报》公布的相关资料显示， 二氧化碳是全球气候变暖问题的主要原因。 专家认为不断上升的温度警示自然界正在释放出越来越多的温室气体， 变暖问题己进入一个新的阶段，而且会进一步加剧。传统矿物资源的枯竭和环境问题的日益恶化，促使人类将目光转向取之不尽、用之不竭、清洁无污染、随时可开发利用的太阳能资源。据统计计算，太阳能每秒钟到达地面的能量高达 80 万千瓦， 如果把地球表面 0.1%的太阳能转化为电能，以 S%的转换效率计算，每年发电量可达 5.6X 10 千瓦小时，相当于目前世界上能耗的 40 倍 [[4] 。因此，光伏发电技术是近年来发展最快，最具活力的研究领域之一。 自 1839年法国 Becquera 第一次在化学电池中观察到光伏效应后，科学工作者不断地探索研究各种太阳电池 [5] 0 1954 年，贝尔实验室 Chapin 等人开发出效率为 6%的单晶硅太阳电池，成为现代太阳电池开始的划时代标志[[6] 。目前，以澳大利亚新南威尔士大学钝化发射区电池，德国 Fraunhofer 太阳能研究所的局部背场电池及美国斯坦福大学的背面点接触电池等为典型代表的第一代晶体硅高效电池，这类电池的实验室效率已达到 24.7 % . 大规模生产商用产品的效率为 17%以上睁 7}; 多晶硅太阳电池的实验室效率也突破了 20。 第二代薄膜太阳电池也取得了令人瞩目的成就， CuInSe: 和 CdTe等薄膜电池的实验3 室效率目前分别为 19.5%和 16.5%[}] 。 其他新型电池， 如燃料敏化电池、 有机电池也不断刷新以往的记录， 更高效率的新概念电池也受到广泛重视。 表 1 列出了已报道的各种太阳电池的最高转换效率 能源替代形式的迫切性、 环境保护的严峻性、电池效率的攀升、及德、日、美等国的扶持政策使得光伏装机量近年来急剧攀升， 并网发电的应用比例迅速提升， 并成为光伏发电的主导市场。 据全球光伏市场调研机构 Solarbuzz 日前发布的最新版的世界光伏市场报告显示， 尽管全球仍然深陷金融危机漩涡，但全球太阳电池产量从 2007 年的 3.44 GW增长到2008 年的 6.85 GW } 2008 年世界光伏市场的装机量仍达到了创纪录的 5.95 GW，相比上一年度增幅达到 110%。此外，薄膜电池产量也大幅提高， 2008 年增幅为123%，达到 0.89 GW[ 0] 。值得注意的是，中国太阳能电池厂商 ( 包括台湾省 ) 的市场占有率逐年提升，中国光伏产业在过去的几年中每年以 200%的速度增长，目前己经成为世界第一大太阳电池生产国， 年产值 2000 亿元， 就业人数 20 万川。世界光伏产业和市场的蓬勃发展， 使得光伏发电在世界能源消费中占据了越来越重要的席位。 根据欧盟联合研究中心的预测， 太阳能光伏发电在不远的将来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。与发达国家相比，我国虽然近年来光伏产业迅猛发展且技术日趋成熟， 但是依然存在着制约产业迅速发展的不利因素和障碍。 面对新的机遇和挑战， 我们如何抓住有利时机， 我国政府、 科学工作者及光伏企业任重而道远。 基于此， 本文对光伏发电技术和现有资源储量的关系进行了分析， 以此为基础， 分析了光伏发电技术的现状， 并对其发展前景进行了展望 ; 最后针对我国的特殊现状予以分析并给予一定的建议。2 光伏发电与资源环境4 尽管各种新概念太阳电池不断涌现， 效率也不断攀升， 但是现阶段进入民用领域的太阳电池主要是晶体硅太阳电池，占目前产量的 90%以上，并且可以确定这种情况在短期内不会发生根本的改变。这是因为硅在地壳中的含量高达27.7%，是地壳中第二大储量元素，资源及其丰富 [14] 。在半导体材料中，人们对它的研究最多， 其制造工成熟、 产品性能稳定、 对环境污染少。 但从技术上讲，晶体硅并不是最佳材料， 其光电转换效率亦不是最佳 ; 另一方面， 从成本上来说，晶体硅电池成本偏高，其市场价格约为 3$/Wp-} 4$/Wp ，这其中约 70%是180-300}m 厚的硅片成本。因此，进一步发展高转换效率和低成本的太阳电池成为光伏领域必然的发展趋势。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。 这种技术的关键元件是太阳能电池。 太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件， 再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装臵。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地 ; 光伏系统还具有安全可靠、 无噪声、 低污染、 无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。从 光 电 转 换 效 率 来 说 ， GaAs 基 多 结 太 阳 电 池 的 转 换 效 率 己 经 突 破35.8%}ls] ，是目前所有太阳电池中效率最高的，但是 Ga, In, P, Ge 等都属于稀有元素， 其成本远大于硅电池的材料成本， 而电池片的价格是光伏系统成本最主要的部分。 因此， 较高的发电成本制约了其大规模地面应用。 为了进一阳电池材料的消耗， 采用聚光技术是一项可行的措施， 即在聚光条件下， 一方面使得电池芯片单位面积接收的辐射功率密度大幅度地增加， 太阳电池光电转换效率得以提高 ; 另一方面，对于给定的输出功率，可以大幅度降低太阳电池芯片的消耗，从而减少 Ga, In, P, Ge等材料的消耗，进而降低系统的成本 [19-20] 从降低成本来说，薄膜技术近年来异军突起，世界第二大光伏生产商 First solar 主要以薄膜太阳电池为主。 薄膜太阳电池是在廉价的玻璃、 不锈钢或塑料衬底上附上非常薄的感光材料制成， 它们的厚度只有儿微米， 比用料较多的晶体硅技术造价更低， 其价格优势可抵消低效率的问题， 目前也成为光伏发电技术未来发展趋势之一 [f21 ] 。目前已商业化的薄膜太阳电池有三种 : 非晶硅 (a-Si) 、铜锢硒 (CIS, CIGS)和磅化福