光伏电池回收范文

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【关键词】光伏发电；冷热电联供；余热回收；最大功率跟踪

Household Photovoltaic Cchp System

WU Tong LIN Pai-yu CHEN Kai FENG Bao-gang ZHENG Xin-ming

（School of Electrical Power， South China University of Technology， Guangzhou Guangdong 510640， China）

【Abstract】The research studied and designed a system of household photovoltaic CCHP using the solar energy as the main resource. It includes： 1） In the energy side， we studied and applied MPPT（Maximum Power Point Tracking） maximum power tracking photovoltaic to improve the utilization of solar energy； 2）the intermittent solar-based and non-controllable， in accordance with certain rules of charging and discharging， we designed a charge controller， real-time high-efficiency battery charging； 3）simulation using semiconductor refrigeration for cooling and heating； 4）on the load side of the system for real-time intelligent detection， mainly in detecting the temperature and level of the water in the water tank under the photovoltaic panels. Hot and cold water supply tank water temperature， water level， realization of waste heat recovery system to control the water system， to achieve energy cascade utilization； 5） set up an experimental model， experiment and achieve a good result.

【Key words】Photovoltaic； Waste heat recovery； Energy cascade utilization； MPPT； CCHP

0 引言

能源短缺、环境极度恶化已成为影响世界各国发展的重要因素。科学家预测，到2030年左右，全世界的化石燃料将消耗殆尽；我国目前建筑耗能约占全国能源消耗量的27%，[2]建筑节能在整个节能工作中占有重要地位。因而寻找、发展新能源以及提高能源的利用效率已经成为世界各国发展的关键问题。

建筑冷热电联供系统（BCHP）是一种建立在能源的梯级利用概念基础之上，将制冷、供热（采暖和供热水）及发电过程一体化的多连产总能系统。对于传统的独立能量供应系统来说，能源的利用效率一般不超过50%，而BCHP对能源的利用效率则可达80%；若现有建筑的8%使用BCHP的、新建建筑的50%使用BCHP的话，到2020年，CO2的排放量将减少20%[1]。可见，冷热电联产系统在大幅度提高能源使用效率及降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力。美国、日本、英国等的建筑冷热电联供技术已相当成熟，冷热电联产技术广泛用于学校、超市、大型写字楼等的采暖、制冷、生活热水供应和部分电力供应。然而，这些系统的一次能源绝大部分为天然气，属于传统能源。若将光伏发电技术与冷热电联供系统合二为一，形成以太阳能为主要能源的独立建筑冷热电联供系统，则可以有效减少化石燃料的使用、温室气体的排放和能源的消耗。因此，本课题提出以太阳能为主要能源，研究户用光伏冷热电联供系统。

1 系统介绍

图1 户用光伏冷热电联供系统结构概图

本系统的基本组成结构如图1所示。系统的主要硬件组成是光伏电池板、Buck降压电路、半导体制冷器、加热器、冷热水箱、LED电灯、直流水泵、蓄电池、余热回收装置以及单片机自动控制器。电力供应端，由具有MPPT最大功率点跟踪功能的充电控制器实现太阳能电池板向蓄电池最大效率充电；蓄电池通过二级降压Buck电路对各个负载供电 ；冷热联供主要通过水循环系统实现，系统在光伏电池板下设计有水箱，不仅可以有效利用光伏电池板的余热，而且可以为光伏电池版降温从而使电池板工作在最适宜温度环境下。采用半导体制冷器，应用“热电效应”，实现冷热水联供。系统基于单片机设计了温度测控系统，分别测量热水箱水温以及光伏电池板集热水箱温度，当热水箱水温低于设定值时，加热器自动启动加热，当电池板集热器温度高于设定值时，水泵启动实现强制水循环。系统能量流及控制流如图2所示。

图2 户用光伏冷热电联供系统原理概图

2 关键技术以及解决方案

系统中关键技术在于：

（1）太阳能的高效利用：随着光照强度、温度以及负载特性的变化，光伏电池的输出功率随之变化，输出功率不稳定。研究最大功率点跟踪（MPPT），以获取光伏电池的最大功率输出，从而最大限度的利用太阳能。

（2）由于太阳能的不稳定性、间断性和不可控性，系统配入蓄电池作为储能元件，如何给给蓄电池充电，实现最优充电，亦是本课题的另一重点

（3）冷热联供：本课题采用半导体制冷器实现冷热联供。应用其冷端对水制冷，并收集其热端热量，用于水的加热。

（4）余热利用。通过基于单片机的自动水循环系统以及光伏电池板集热器、半导体制冷器散热装置，以水为介质充分吸收系统产生的余热，达到能源梯级利用的目的。

基于上述分析，具体设计如下：

2.1 光伏电池的最大功率跟踪

光伏电池与其负载有一个最佳的匹配点，当二者匹配时，光伏电池将工作在最大功率点上，既能够输出的最大功率。光伏电池随着外界环境的改变，其输出的特性发生改变，如果光伏电池没有工作在与之匹配的工作点上，将会造成能量的损失。解决这一问题的途径就是最大功率点跟踪（MPPT）。它是能够实时检测光伏阵的输出功率，采用一定的算法预测当前工况下阵列可能的最大功率输出，通过改变当前的阻抗情况来使太阳能电池板输出工作在最大功率点上。

本系统采用扰动观察法实现了MPPT控制。[3]扰动观察法（P&O，Perturbation and observation） 扰动观测法通过选定一定的D初值以及适当的占空比调整值 D达到逐步逼近最大功率点的目的。检测当前时刻的电压、电流值Un、In，计算此时的输出功率Pn=Un*In，先通过增加PWM占空比来增加一个电压扰动值，再次检测电压、电流值Un+1、In+1。计算Pn+1=Un+1*In+1，然后与前一功率值Pn进行比较。本方法中占空比的变化与功率值变化的关系为：①D增加时，P增加，则应让D进一步增加 D；②D增加时，P减小，则应让D减小 D；③D减小时，P增加，则应让D进一步减小 D；④D减小时，P减小，则应让D增加 D。算法流程图如图3所示：

图3 扰动观测法算法流程

2.2 基于TL494的Buck电路设计

图4 基于TL494的Buck电路原理图

在本课题中，光伏电池板输出电压等级为24v，而冷热电联供系统各负载的电压等级均为12v及以下，电压等级不合；另外各个负载的运行状态根据具体需求而定，并不一定时刻工作在额定电压下。故必须设计Buck（降压可调电路）电路来实现光伏电池板与冷热电联供系统的连接。

我们设计的基于TL494芯片PWM调制式的Buck电路原理图如图4所示：

1脚为反馈电压输入端，通过5.1K电阻接入电压输出端，反馈电压由R10和R11调节；

3 脚所接的0.1u 电容及47K、1.0M 电阻是斜率补偿为了增加电路的稳定性。震荡频率由C2和R2决定，fosc=2.34×10^2Hz；

8脚输出PWM波通过R1和R3加于MOS管GS两端，从而控制MOS的通断。

C1和C5均为滤波电容；

TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：

fosc=1.1/（CT*RT ）

整个电路的原理是：开关元件MOS由TL494芯片的输出脉冲控制，假设在t=时，驱动MOS导通，电源E向负载供电，二极管截止，电容C5处于充电状态，电感L处于储能状态，负载电流I0成指数上升。当t=t1时，控制MOS关断，由于电感电流IL无法瞬时变化，故电感将释放储能，使负载电流缓慢下降，二极管起到续流作用，电容处于放电状态，负载电流缓慢下降。至一个周期T结束，再驱动MOS导通，重复上述过程，当电路工作于稳态时，

U0=ton/（ton+toff）E=αE

式中，ton是导通时间，toff是断开时间，α为导通占空比。

2.3 余热回收系统的设计方案

本课题所设计的余热回收系统主要由光伏电池板集热器，半导体制冷器散热装置，水箱，直流水泵组成，整个系统以水作为冷却介质，利用直流水泵通过水循环系统将冷水箱的水注入光伏电池板和半导体制冷器的散热装置中，将光伏电池板和半导体制冷器所排放的多余热量通过水收集，最后流回热水箱里加以利用。

光伏电池板集热器采用以水为介质的封闭强制循环冷却方式，在光伏电池板背面加装集热管、通道等结构，通过直流水泵把水箱中的水透过连接阀门泵入封闭管道中，太阳能电池板中的热量经集热管传导到水中，多余热量得到充分利用。结构如图5[4]所示：

图5 太阳能电池板集热器

半导体制冷器散热装置采用水冷散热系统进行余热回收，如图6所示，[5]在半导体的热端安装吸热片、肋片和通道等结构，然后利用直流水泵将冷水箱的水泵入通道中，最后再流回热水箱中，使余热充分利用。之所以利用水作为散热介质，是因为该介质容易获得可循环利用且对环境无污染。可以通过增加水道数量的方式 提高散热能力，是一种较为实用的散热方式。

图6 水冷散热系统结构图

2.4 基于51单片机的冷热电联供系统智能控制电路设计

控制思想：冷热电联供系统中，各个负载需要根据系统的实时监测状态改变自身工作状态，以满足用户需求并使系统的工作效率最大化。本课题以水温作为系统实时监测对象，设定上下限温度TH和TL，当水箱中的热水区的水温低于下限温度TL时，通过继电器启动加热棒电路，加热水箱中的水，以满足用户需求，当高于设定温度TH时，断开加热棒回路。另一方面，以相同原理设计另一个电路，区别在于：当光伏板下的的水温高于上限温度TH时，通过继电器启动直流水泵，将水箱冷水区中的水泵入到水循环系统中，余热回收系统开始工作，系统的多余热量被回收，当水温下降到TL以下时，断开直流水泵。

本课题所研究的基于51单片机的冷热电联供智能控制电路硬件组成部分为：主控电路、液晶显示电路、温度采集电路、报警电路，继电器控制电路。

采用STC89C52RC单片机做为本课题的单片机使用，它是由ATMEL公司生产的高性能、低功耗的CMOS 8位单片机。STC89C52RC单片机具有以下几个性能特点：4 k字节的闪存片内程序存储器，128字节的数据存储器，32个外部输入和输出口，2个全双工串行通信口，看门狗电路，5个中断源，2个16位可编程定时计数器，片内震荡和时钟电路且全静态工作并由低功耗的闲置和掉电模式。

系统流程图如图7所示：

根据上述的原理以及参数，我们制作了基于TL494芯片的Buck电路，基于51单片机的智能控制电路，并购买其他相应器件搭建整个系统，如图8所示。系统搭建完成后，我们先后对光伏电池板输出电压、MPPT充电控制器输出功率、Buck电路驱动波形以及输出电压，分别进行了测量与分析。

图9 电池板输入电压

从测试结果可以看出，光伏电池在正常工作时的输出电压为20.4-21.0V，经MPPT调整后为20.4-21.6V，蓄电池处于充电状态，光伏电池端电流值为5.28A。输出功率接近额定输出功率，

考虑天气以及日照因素等造成误差，MPPT控制器的工作情况良好。

图10 Buck电路驱动波形

图10所示的Buck电路驱动波形是通过测量TL494芯片的8脚输出波形而得的，Buck电路两端的输出电压大小为9.2-10.4v。另外输出电压可以通过Buck电路上的两个可调电阻之比来调节，满足设计要求。

实验分析与结论结论：

1）在负载总功率不变且阳光充足气温31℃左（下转第288页）（上接第274页）右的环境条件下，通过温度传感器测量到的加入余热回收装置后的光伏电池板以及半导体制冷器热端的温度分别在40℃～53℃和35℃～38.5℃之间，没有加入余热回收装置的光伏电池板和半导 体制冷器热端温度在45℃～50℃和38℃～42℃之间，比较试验表明系统发出的多余热量得到了一定程度的利用。

2）在不同的日照条件下，光伏电池板的输出功率变化较大，但在MPPT控制器的作用下，始终控制在最大功率点上。当光伏电池板输出功率不足时，由蓄电池进行供电，当光伏电池板输出功率过量时，对蓄电池进行充电。

3）整个系统还有待优化，由于实验设备不够精确，测量仪器也有所误差，无法对系统各个部分的性能进行完整的测试分析，半导体制冷器的余热回收效果不明显。

【参考文献】

[1]李华文.楼宇冷热电联产（BCHP）系统的特点及设计概要[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2007，04：313-318.

[2]王斯成.我国光伏发电有关问题研究[J].中国能源，2007，02：07-11.

[3]邓仙玉.基于MPPT技术的光伏充电控制器研究[D].北京交通大学，2011.

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[5]张海涛，王子龙，张华.聚光型光伏电池的冷却方式[J].能源工程，2010，05：37-41.

[6]蔡德坡.半导体制冷热端的分析与实验研究[D].南昌大学，2010.

[7]徐鹏威，刘飞，刘邦银，等.几种光伏系统MPPT方法的分析比较与改进[J].电力电子技术，2007，05（41）：15.

[8]黄克亚.光伏发电系统最大功率跟踪算法研究及实现[D].苏州：苏州大学，2010.

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关键词:多晶硅 化工节能 生产技术

目前多晶硅生产面临着降低能耗,减少污染,提高质量,扩大产量四大难题。目前我国太阳能硅材料行业绝大部分依赖进口,因此必须提高技术改变受制于人的局面。

太阳能光伏产业链包括晶体硅原料生产、硅棒与硅片生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏产品生产和光伏发电系统等环节。其中硅原料是最重要的生产环节,在业界曾有“拥硅者为王”的说法。目前,世界上太阳能光伏电池90%以上以是单晶硅或多晶硅为原材料生产的。目前摆在多晶硅生产中有四个主要的问题需要解决:降低能耗、减少污染、提高质量、扩大产量。我国太阳能硅材料行业目前绝大部分依赖进口,因此必须提高技术改变受制于人的局面。

一、技术尚有欠缺我国太阳能硅料主要依赖进口

在全球光伏产业链中,高纯度硅料不仅要求硅的纯度高达7～9.9,而且其中的硼、磷等杂质限制在几十个ppt(万亿分之一),它是光伏企业生产太阳能电池所需的核心原料。因此,高纯度硅料的合成、精制、提纯、生产也就成为光伏产业集群中最上游的产业。目前,尽管中国的硅原料矿藏储量占世界总储量的25%,但是国内太阳能电池生产企业(如尚德、天威英利等)所需原材料绝大部分需要从国外进口。这是因为用于太阳能电池生产的硅料主要是通过不同的提炼方式从硅原料中提炼而成的单晶硅和多晶硅。在中国,现有的高纯度硅原料生产技术与西方发达国家相比,在产量和能耗等方面尚有不足之处。如此一来,这不仅大大增加企业的生产成本,更成为制约当前我国光伏产业向上游环节发展难以逾越的“瓶颈”,使我们国家用很低的价格卖出高能耗、高污染的粗原料的同时,用极高的价格购回高纯硅料。

据了解,虽然我国硅料工业起步较早(20世纪50年代),但由于生产规模小、工艺技术落后、环境污染严重、消耗大、成本高,绝大部分企业因亏损而相继停产或转产。到2004年我国只剩下峨眉半导体材料厂和洛阳单晶硅有限公司两家生产企业,其生产能力仅为100吨/年,且能满足太阳能电池生产需要的硅料实际产量只有80吨。专家预计,2010年我国用于太阳能电池生产的硅料需求量将达到4365吨,2015年为1.62万吨。若不以自主知识产权改变国内多晶硅的生产现状,我国硅料工业受制于国际市场的状况将无法改变,这将危及我国光伏产业的进一步发展。

二、精馏节能技术降低能耗,减少污染

现代化工过程对节能工作非常重视,国外投入大量人力物力进行节能技术的开发,节能新技术、新工艺、新措施、新方法不断问世。我国的多晶硅生产,在采用化工上已经成熟的先进技术后,将不再是“高能耗、高污染”产业,而是“绿色的阳光事业”。对多晶硅精馏过程进行研究,在运用精馏节能技术对其进行分析后,可以从以下几个方面来实现节能:

第一,实行多效精馏,使能量得到充分利用。多效精馏是将原料分成大致相等的N股进料,分别送入压力依次递增的N个精馏塔中,N个塔的操作温度也依次递增。压力和温度较高塔的塔顶蒸汽向较低塔的塔釜再沸器供热,同时自身也被冷凝,以此类推,这样就节省了低压塔再沸器的能耗和高压塔冷凝器的水耗。在这个系统中,只需向第一个最高压力塔供热,系统即可进行工作,所需能量约为单塔能耗的1/N,如将三个塔串在一起采用三效精馏技术,其能耗仅用原来的1/3,节能幅度达到67%,节能效果非常明显。

第二,提高分离效率,降低回流比,进一步实现节能降耗。分离过程中,分离效率的提高可以在很大程度上降低能耗、提高产品质量、减少排放、提高回收率、提高企业效益。在多晶硅精馏过程中,采用高效导向筛板、新型填料等新型分离设备,可以提高其分离效率,降低精馏塔的操作回流比,由于精馏塔的能耗与回流比呈线性关系,这样就成比例地降低了能耗。提高分离效率也是提高多晶硅产品质量和降低四氯化硅排放的最有效方法。

第三,全面优化流程,实现节能。将多晶硅生产各股物料进行全面的物料平衡和能量平衡,考察其能耗的合理性,采用热集成技术,将流程优化,最大限度地节能降耗。通过贯穿生产线的节能和清洁生产,并在生产过程中实现闭环清洁生产,达到降低能耗和Si(硅)、H2(氢气)、Cl2(氯气)等原料消耗,降低成本的目的,使产品具有国际竞争能力,质量符合目前和未来超大规模集成电路和太阳能电池的要求。

尾气、副产物、余热的回收综合利用可以降低多晶硅项目对环境的污染,从而进一步达到节能减排的目的。国外多晶硅企业的建厂,大多是与化工企业结合,在“化工集团伞下”经营,容易实现集团内部的“循环经济”,废物可以做到“零排放”。例如德国瓦克公司就实现了多晶硅的全封闭循环生产,硅材料生产年销售额在30亿欧元以上,其中有10亿欧元就是对多晶硅副产物进行深加工的有机硅产品所得。除了把四氯化硅氢化成三氯氢硅回收利用外,还可以利用四氯化硅、氯化氢等制成目前市场上需求的气相白炭黑、硅酸乙酯、有机硅产品、人造石英等材料。

三、提高光电转换效率,降低生产成本

提高光伏材料的转换效率和降低太阳电池的制造成本是光伏工业一直追求的两个目标。多晶硅硅片是太阳能光伏电池的核心部分,硅片的质量对于太阳能的光电转化率起着至关重要的作用。一般情况下,普通太阳能光伏电池的光电转化率为10%～14%,而高纯度硅片的太阳能光伏电池转化率可达16%,甚至更高,因此,对于太阳能电池的生产过程来说,多晶硅的生产更加至关重要。

四、多晶硅材料是整个光伏发电成本中最高的部分

在大多数国内光伏企业中,硅材料的成本占到了太阳能电池总生产成本的56.2%以上,约占并网光伏发电系统成本的30%。

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也成为全世界都正在面临的巨大问题。调整能源动力的结构是减少破坏的一个重要方面，太

阳能取之不尽，清洁无污染。把太阳能发电技术应用于民用建筑技术已经实现，并在华夏大

地并蓬勃发展。下面介绍本人亲身参与建设的屋面光伏发电项目，从立项、建设到竣工投运

的全过程。

关键词：环保、太阳能、光伏、发电、利用

中图分类号：X324文献标识码：A

随着社会发展工业化进步，对环境破坏已经是我国和全世界都

正在面临的巨大问题，太阳能取之不尽用之不竭，清洁无污染。利用

太阳能是我们这代人自小一直想要实现的梦想，最直观能在电视里看

到航天器伸出的双翼就是太阳能光伏发电技术在航天工业中的应用。

现在将太阳能发电技术应用于民用建筑技术已经完全实现，扎根于华

夏大地并蓬勃的发展着。

其实早在1839年，法国科学家贝克雷尔就发现，光照能使半导

体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打

效应”，简称“光伏效应”。这就是太阳能发电的理论基础。

1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成

了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏

发电技术。

单晶硅太阳能电池

1960年硅太阳电池首次实现并网运行。1978年美国建成第一

个100kWp（峰值功率）太阳地面光伏电站。实现了工业生产，形成

了太阳能发电产业的雏形。1990年德国提出“2000个光伏屋顶计划”，

每个家庭的屋顶装3~5kWp光伏电池。1997年美国提出“克林顿总

统百万太阳能屋顶计划”，在2010年以前为100万户，每户安装

3~5kWp。1997年日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp

光伏电池。1997年欧洲联盟计划到2010年生产37亿Wp光伏电池。

20世纪90年代后，德国、日本老牌的工业强国光伏发电工业快

速发展。中国这次可没有落后，中国光伏发电产业于20世纪70年

代起步，90年代中期进入稳步发展时期。中国太阳能资源非常丰富，

理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非

常广阔。经过30多年的努力，光伏发电产业迅猛发展，2007年，中

国光伏电池产量首次超过德国和日本，居世界第一位。

本人介绍一下亲身参与，由国家财政部、科技部、工信部、国家

能源局联合发起的，“2010年金太阳示范工程中新天津生态城动漫产

业园屋面光伏发电项目”，本人任该项目建设单位工程师代表。地理

位置位于北纬39°03’，东经117°43’。根据本地气象部门资料

显示所在区域日照充足，年太阳能总辐射值为5260MJ/m2，属于国

家II类太阳能资源丰富地区，比较适合建设光伏电站。

该项目是中新天津生态城于2010年获批成为国家首批金太阳集

中应用示范区重要组成部分。

项目规模：占地面积约6074，装机容量502.9KW。

项目投资：项目投资1576万元。

资金来源：企业自筹及政府财政补贴。

计划工期：2011年7月至2012年8月。

并网方式是第一步要确定重点，是由光伏发电站的生产性质决定

的。光伏电站可分为自发自用电站和地方电站两大类，还有一些大学

实验室科学实验模型，非工业生产性质的就不做赘述了。自发自用电

站因其规模小，可在低压0.4KV级并网使用，无需本地电力部门进

行生产调度控制，这样就可以节约一大笔监控和保护设备的投资，有

利于早日回收成本，实现赢利。而地方电站因生产规模大，需升压至

本地电力行业规定的电压伏级（10KV或35KV）的接入点，由本地

区电力部门进行生产调度控制，则还需要添置大量昂贵的升压设备、

监控和保护设备。

该项目定性为自发自用光伏电站，采用建筑内低压0.4KV母线

作为接入点，产生电能直接被建筑物所利用。项目规模规划装机容量

为502.9kWp，安装地为中新天津生态城动漫产业园动漫大厦、创展

大厦、创智大厦、创研大厦屋顶。

关于设备选型是第二部工作重点。目前市场上成熟的太阳能电池

产品主要是单晶硅、多晶硅、非晶硅铜铟硒和碲化镉薄膜三种类型。

铜铟硒和碲化镉薄膜电池由于含有重金属，在使用寿命结束后必须进

行回收，否则将造成对环境严重的污染。单晶硅电池由于制造过程中

能耗较高，在市场中所占比例逐渐下降；多晶硅电池比非晶硅转换效

率高且性能稳定，但是价格稍贵。因此，本工程拟全部采用生产耗能

低、节省硅原料的高效多晶硅电池组件。拟采用235Wp规格太阳能光

伏组件2140块，建筑物变配电间内安装100kW光伏并网逆变器5台，

采用3*50+2*25mm2电力电缆接入低压母线。

安装容量及安装面积等见表1-1:

表1-1光伏电站分布表

序号安装地点安装形式占地面积m2

安装容量

kWp

1动漫大厦建筑物屋面固定

倾角安装

2270188

2创智大厦建筑物屋面固定

倾角安装

1249103.4

3创展大厦建筑物屋面固定1306108.1

倾角安装

4创研大厦建筑物屋面固定

倾角安装

1249103.4

预计系统满负荷运行小时数约1600小时，年均上网电量为59万度。

实施过程中垂直运输是比较困难的，屋面防水施工完成后插入屋

顶光伏组件安装更合理，避免了与屋面防水施工交叉作业还更有利于

成品的保护。但也由于插入工作时机较晚，此时垂直运输的塔吊或外

挂电梯都已拆除，大量的备料工作需要人力搬运，造成施工效率极低。

安装施工过程相对简单，汇流、逆变及调相输出等环节都采用成套计

量保护控制设备，通过各种电力电缆、信号电缆联接一体。

接下来，就是投运阶段了，全面检查整个系统的连接情况，轻松

快捷的按下合闸的电钮，在阳光充足的室外条件下，光伏组件采集的

太阳能经过汇流、逆变调相设备，把清洁无污染的电能源源不断的送

入了建筑物内的用电设备，电梯、水泵和灯。

现在这个项目的动漫主楼部分的188kwp自2013年5月14日投

运以来，已经正常运转了6个多月，理论上应发电11.02万度，实际

发电量为10.07万度，与理论值存在一些差距，也属于合理范畴，而

且普遍高于津京地区的平均水平了。总之，太阳能开发利用，从儿时

的梦想，真的在自己手中实现了，这种幸福感、自豪感真是难以言表。

建设大规模光伏发电项目对于电力能源行业，还是存在一些难点

的。比如三次谐波会影响电网的供电质量及安全，电力调度部门会对

光伏发电进行首先强行制切除，造成发电企业更大的经济利益损失。

因此这种小规模的家庭式的屋顶光伏更适合现阶段的发展需要，它的

好处像，节省家庭电费开支，减少火电厂煤的消耗，降低CO2的排

放，减少PM2.5粉尘的污染，好减少了煤燃烧时的伴生气体SO2、

NO2、NO有毒有害气体的排放，这还是形成酸雨的主要元素。如果

每个家庭都建设屋顶光伏，就可以节省大笔治理环境污染和次生灾害

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关键词：太阳能；光伏-光热集热器

Abstract: solar photovoltaic (pv) - solar-thermal technology combining photovoltaic and solar thermal utilization, reduce the operating temperature of the photovoltaic panels on one hand, to improve the efficiency; A certain temperature heat recycling on the other hand, comprehensive improve the solar-thermal conversion efficiency. With separate photovoltaic cells compared to normal solar collector, solar easier to achieve building integrated photovoltaic (pv) - solar-thermal technology, combined with a heat pump technologies such as the system can also realize the cooling, heating, heating water, etc, are potential comprehensive utilization of solar energy technology. Photovoltaic solar - thermal collector performance research were introduced in this paper the theoretical and experimental results, and its energy-saving design and application situation, summarize the technology development trend and problems to be solved recently, in order to further implement the engineering application of the technique and to provide the reference for popularization.

Key words: solar energy; Photovoltaic solar-thermal collectors

中图分类号：TK513文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1．前言

能源是影响各国经济和民生发展的主要因素。随着能源消耗的日益增加，世界日耗油量已达9×107桶[1]。至2025年，该数字预计将增至12.3×107桶[2]。众所周知，大量矿物燃料的消耗是造成环境污染的主要因素。矿物燃料的短缺和环境污染的日益恶化等问题都促使人们更加关注可再生能源的开发和利用，尤其太阳能相关技术的研发备受关注。太阳能的利用技术从能量转换方式可分为两大类：太阳能光热利用和太阳能光伏利用技术。从目前的研究不难看出：两种利用技术的转化效率并不理想，尤其太阳能光伏发电效率相对较低。太阳能光热和光伏技术的结合，即太阳能光伏-光热技术，可以一定程度上提高太阳能综合利用效率。

目前，太阳热能的利用占一次能源的0.5%，而太阳光伏能源仅有0.04%[3]。因此，太阳光热利用和太阳光伏利用技术均具有广泛发展空间。相比于较理想的太阳能光热转换效率，太阳能光伏利用的发电效率普遍较低，通常在15~20%内。为克服这点，研究者提出了太阳能光伏-光热技术，即集太阳能电池与太阳能集热器功能于一体，采用层压或胶粘技术将太阳能电池（或组件）与太阳能集热器结合起来组成太阳能光伏/光热集热器（photovoltaic-thermal collector，即PVT集热器）。PVT集热器一方面通过冷却太阳能光伏板使光伏效率提高，一方面得到一定温度的热量，并由气体或液体回收利用。因此，双功能的PVT集热器与独立的太阳热能或太阳光伏系统相比，具有较高的综合转换效率，其市场潜力有望高于两种单独利用的系统。本文主要介绍PVT集热器性能研究的理论和实验结果，简述该项技术新近发展趋势及亟待解决的问题。

2. PVT集热器的性能研究

有关PVT技术的理论及实验研究始于20世纪70年代中期。Wolf和Florschuetz等人[4]提出了PVT集热器的主要概念。PVT集热器按冷却流体不同分为PVT液体（水、制冷剂）集热器和PVT空气集热器，按介质流动方式分为自然循环和强迫循环；按有无盖板又分为盖板和无盖板；按结构形式不同分为平板型和聚光型P，按与建筑结合形式的不同分为独立式和建筑一体化式。1979年， Florschuetz最早采用修正过的Hottel-Whillier模型对PVT集热器进行了详细的理论分析。随后，Raghuraman和Mbewe等人分别针对平板型、聚光型PVT集热器展开相关研究。在80年代后期，针对各类PVT集热器的性能模拟及实验研究成为热点。研究表明：太阳能热利用介质的冷却效果使光伏电池效率明显改善，且液体冷却效果好于空气冷却。平板型PVT液体集热器系统的理论热效率通常在45-70%，而空气型在优化情况下可达55%。

选择合理的工作温度对设计高效的PVT集热器至关重要。工作温度对不同类型光伏电池的PVT集热器性能影响不同。应选用价格相对较低，发电效率相对较高，并且受工作温度影响较小的光伏电池。一般来说，随着工作温度的升高，光伏电池的发电效率呈线性降低趋势。由于较低的温度系数及其价格优势，在一定工作温度范围内，薄膜光伏电池更适用于PVT集热器。但是由于晶体硅太阳能电池的发电效率普遍高于薄膜电池，所以目前的PVT集热器大多采用晶体硅太阳能电池。然而随着高效薄膜光伏电池的出现，加之较低的温度系数，该类型的电池对PVT集热器将更具吸引力。除了工作温度，集热器部件的光学性能、冷却介质的质量流量、集热器的结构参数等都是影响PVT集热器性能的重要因素[5]。因此，为保障PVT集热器综合工作性能，应根据工作温度区间选择适合的光伏电池类型，准确设计各主要结构参数，同时保证合理的运行参数设置，包括热电输出比例、太阳能百分比等参数。

3. PVT 集热器节能设计及应用

太阳能在建筑上的应用最为有效的方法之一是采用太阳能建筑一体化。现阶段，太阳能建筑一体化主要有两种体现形式：一是光热建筑一体化，在建筑上安装太阳能热水器、采暖器等，将太阳能转化为热能再加以利用。二是光伏建筑一体化，即将太阳能光伏产品集成到建筑上，充分利用建筑外表面，安装多种光伏发电产品，所产生的电能或供自身使用或并网输送。“十二五”规划中指明：太阳能建筑一体化将成为必然趋势，相比于太阳能热利用一体化、太阳能光伏建筑一体化，PVT建筑一体化(即BIPVT)更容易实现。一方面，PVT集热器的安装容易实现建筑立面统一化，相比于分别安装光伏板和集热器的情况，更符合审美要求；一方面，BIPVT可实现多功能：即在满足用户冷、热负荷需求的同时，可明显降低建筑冷负荷。Anderson等人[17]将BIPVT应用于一新建建筑，研究中采用修正过的Hottel-Whillier模型对所建系统进行模拟，并通过实验测量验证其所建模型。研究发现：对系统热电转换效率有显著影响的主要设计参数包括：翅片效率，光伏板与其支撑结构间的导热性以及层压方法。他们还指出BIPVT若采用价格较低的材料制成，比如彩涂钢板，对其综合效率影响不大。此外，他们发现用PVT取代屋顶材料，比直接在屋顶安装的方式更经济，并且可以利用BIPVT后方建筑阁楼内空气的低速自然对流换热替代专设的隔热层。这种方法在一定程度上降低了BIPVT系统的成本，这对于该系统的推广应用非常重要。Davidsson等人研发了多功能PVT太阳能窗，如图所示。为降低系统的发电成本，设计中采用了倾动式的反射器将太阳辐射聚集到太阳能电池板，该反射器同时可有效控制进入建筑内的辐射总量，同时可明显降低建筑通过窗户的热损失。研究结果表明：与垂直安装的平板光伏模块相比，单位面积光伏板年均产电高出35%。

太阳能PVT窗

综上所述，PVT 集热器技术，尤其是BIPVT技术，是一种具有前景的太阳能利用技术。为进一步实现该技术的工程应用及推广，亟待解决的关键问题有两方面：一方面提高其综合转换效率；另一方面降低其成本。提高PVT 集热器的效率，从设计角度考虑，一方面需要保证其对太阳光谱的吸收性，即在提高太阳电池吸收率的同时, 还应尽量增加PVT集热器对太阳光谱长波辐射的吸收；另一方面是改善PVT 集热器部件的传热问题[5]。原材料选择方面，则趋向于采用温度系数低、价格便宜且高效的薄膜光伏电池。从应用角度考虑，需要根据不同用途选择适合的集热器形式。

4.结论与展望

随着我国工业化和城市化进程的不断加快，人们对居住环境要求的不断提高，能源短缺、环境污染等问题成为人们关注的焦点。中国的能源消耗仍以煤炭为主，约占总耗量的69.5%，全球平均消耗仅为28.6%。众所周知，煤炭消耗过程中释放的二氧化碳远远超过其他能源。因此，相比于其他国家，中国的节能与环境之间具有更直接的关联。

建筑能耗是各行业中的耗能大户，在我国已接近总能耗的30%，其中供热通风空调的能耗已达建筑能耗的65%，因此减少这类系统能耗对建筑节能至关重要。许多专业人士及政策制定者都在这方面做出了很大努力，其中，PVT 集热器的合理应用将成为行之有效的技术措施。如上所述，PVT技术仍是相对较新的技术，目前多数研究仍处于理论分析和实验阶段，实际工程应用中仍存在许多亟待解决的问题。为进一步推进该技术应用及产品商业化，一方面应提高系统综合转换效率，降低系统成本，另一方面，从应用角度出发，根据不同的用户需求选择合适的PVT集热器，对于PVT 集热器复合利用技术其研究重点有以下几方面：PVT集热器与建筑一体化的结构设计与优化问题； PVT复合系统的合理配置，运行模式和控制策略优化问题；PVT技术与其他可再生能源综合利用等问题。因此，PVT技术有待进一步深入研究，使其成为人们普遍接受的实用技术，充分发挥其节约能源和环境保护的作用，为“十二五”规划节能目标的实现提供动力。

参考文献

[1] /roll/20110211/3387588.shtml，2011-02-11.

[2] ，2012-03-15.

[3]“Renewables in global energy supply: an IEA facts sheet”, IEA/OECD; 2007.

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关键词：太阳能光伏行业；建议

去年下半年以来，受欧盟光伏政策补贴标准下调、美国“双反”调查影响，我国光伏行业发展遇到一些困难。为积极应对光伏产业面临的严峻复杂局面，促进产业健康快速发展，3月份，我们以问卷方式对全省太阳能光伏企业进行调查，了解重点光伏企业现状，征求意见建议，共发放143份调查问卷，回收有效问卷112份，占总发放问卷的78%，主要涉及晶硅材料制造、光伏电池片、电池组件、终端光伏产品和光伏配套产品等领域。从调查情况看，我省太阳能光伏产业保持了平稳较快发展态势，但也存在一些发展隐忧，应当引起充分重视，及时采取切实有效的政策措施，积极加以应对。

1、光伏产业发展现状

1.1　太阳能光伏发电的基本概念。太阳能光伏发电是指利用太阳能光照射晶体材料后产生电子跃迁这一现象进行发电，是一种方便、清洁、安全的可再生能源。目前，普遍使用的光伏元件由硅材料制成，利用太阳光照射时硅元件内的点和分布状态发生变化而产生的电动势能和电流的效应发电。通常情况下，我们将基于硅材料应用开发所形成的太阳电池相关产业链称之为光伏产业。光伏发电产业链主要包括晶体硅原料生产-硅片切割-电池片制造-系统封装与应用四个主要环节。

1.2　太阳能资源概况。我省总体属于太阳能利用条件较好地区，太阳能资源理论总储量居全国第17位，具有较大可开发利用价值和节约常规能源潜力。全省三分之二以上的面积年日照时数在2200小时以上，太阳能可开发利用总量年折合标准煤超过1000万吨，其中，技术上可开发的光伏装机容量超过2000万千瓦，较为丰富的太阳能资源为光伏发电提供了广阔前景。

1.3　产业发展现状。“十一五”以来，省委、省政府高度重视太阳能光伏产业发展，将其摆上突出位置，不断加大措施，狠抓政策落实，各项工作取得积极成效，全省太阳能光伏产业发展势头强劲，有力地促进了能源消费结构优化，为推动经济平稳较快发展做出了重要贡献。一是政策体系不断完善。省政府先后出台了《关于加快我省新能源和节能环保产业发展的意见》、《关于促进新能源产业加快发展的若干政策》和《关于扶持光伏发电加快发展的意见》等一系列政策文件，为光伏产业发展营造了良好政策环境。 2011年，全省规模以上光伏及相关企业达到200多家，实现主营业务收入371亿元，光伏电池及组件产量672兆瓦，同比分别增长19.7%和20%；太阳能光伏发电装机3.7万千瓦，同比增长94.7%。二是技术创新能力逐步增强。坚持将政策引导与市场相结合，通过引进外资和自主投资，光伏电池组件制造能力快速提升，技术创新不断加快。在硅材料、晶硅电池、薄膜电池、光伏电池组件、光伏发电系统、光伏逆变器、太阳能灯具、城市照明及景观应用等领域新上了一批项目，形成了以东营光伏、孚日光伏、力诺光伏、威海中玻光电等骨干企业为主体的企业集群。三是薄膜光伏电池实现突破。拥有自主知识产权的第五代太阳能光伏薄膜电池组件，大中型薄膜电池玻璃广泛应用于现代大型建筑装饰领域，进一步拓宽了太阳能光电建筑一体化应用领域。目前，薄膜电池产能已超过150兆瓦，产量和技术水平位居全国前列，薄膜光伏发电最高光电转换效率可达10%左右。预计到2015年,全省薄膜电池年产能将达到2000兆瓦。四是建成了一批光伏发电项目。目前，在建太阳能光伏电站54个，建设规模147.4兆瓦，建成太阳能光伏发电站43个，发电能力100.6 兆瓦，同比增长110%。先后有20个项目被列为国家太阳能光电建筑应用示范，装机容量30兆瓦。青岛、烟台、威海、德州等四市和沂水、即墨、兖州、垦利、巨野等五县先后列入国家可再生能源建筑应用示范市，一批太阳能光电建筑投入使用。五是骨干企业保持较快增长态势。2011年，东营光伏公司电池组件产量220兆瓦，增长39.5%,主营业务收

入30.22亿元，增长58.49%；埃孚光伏电池组件产量50.88兆瓦，增长128%，主营业务收入5.17亿元，增长50.02%；商河晟朗、禹城汉能建设的光伏电池生产线, 新增产能 500 兆瓦。今年1季度，全省光伏行业实现主营业务收入101亿元，光伏电池及组件产量达到197兆瓦，同比分别增长16.7%和19.8%,光伏发电并网容量超过10万千瓦。其中力诺光伏公司产、销量分别增长10.07%、35.32%。

2、主要困难和问题

2.1　重点光伏企业生产经营逐渐出现下滑拐点。去年10月份，美国对我国输美光伏产品展开“双反”调查。受此影响，部分重点企业从12月份开始出口订单减少，后续负面影响正逐步显现。今年1季度，被调查光伏企业产品产量和销售量增幅明显回落，销售收入和利税严重下滑。光伏电池产量同比增长17.25%，增幅比上年回落4.1个百分点；光伏电池销售量增长24.9%，增幅比去年回落5.1个百分点；主营业务收入下降了48.5%，利润和税收分别下降了61.3%和31.7%，个别企业出现亏损。同时，土地、资金、劳动力等生产要素供给不足，银行等金融机构严控贷款规模，光伏企业融资难度加大。

2.2　光伏产品产能扩大与市场需求不足的矛盾更加突出。随着一批中小型光伏企业发展壮大，光伏产品产能迅速增长。我省光伏电池片及组件产能由2010年的不足600兆瓦，增长到目前的1000兆瓦。由于太阳能光伏发电社会认同度低、发电成本高、技术标准建设滞后等原因，国内市场发育不成熟，部分企业市场开拓力度不够，导致市场需求不能适应产业发展需要。此外，针对光伏产品出口的贸易壁垒增多，受欧盟经济萧条、部分国家降低光伏电价补贴标准影响，欧州光伏市场需求逐步降低。继美国“双反”调查后，印度也提出对我国光伏产品进行“双反”调查，部分欧洲国家目前正在酝酿通过“双反”调查保护国内企业，给我省光伏产品出口欧美等传统市场带来严重影响，也不利于开拓东南亚、非洲等新兴市场。 新能力不强。光伏电池的制造，是一项比较复杂的高新技术，对原材料、技术要求很高，涉及多门学科的综合技术。我省太阳能光伏产业起步较晚，对关键技术、工艺的研究基础比较薄弱。我省虽然已经有一定的产业规模，但多数企业仍停留在对光伏电池的制造和使用上，布局松散、规模较小、且缺乏统一规划与引导。光伏企业相对集中于整个产业链条的下游，与一些先进省份相比尚有差距。没有形成一整套完善的产业链和配套的技术服务体系，企业、研究院所各自为战，联合发展意识不强，技术发展层次、人才能力培养相对滞后，不能满足快速增长的光伏产业对高层次人才的需求，制约产业发展的核心技术、关键设备没有获得应有发展。同时，光伏发电系统的配套技术还不成熟，抵御市场风险的能力较差。

2.4　促进光伏产业发展的政策标准有待进一步完善。89%的被调查企业认为，尽管国家和我省出台了扶持光伏产业发展的财税、价格等优惠政策，但光伏上网电价标准仍然较低，比欧盟国家低一倍多，光伏电站利润率较低，影响了企业持续加大研发投入、扩大产业规模的积极性。71%的企业认为，我省应加大对整个光伏产业链条发展的支持力度，目前的财政奖励政策，投入较少，而且主要集中在示范项目建设等终端应用环节，针对关键核心技术研发、实验室保障平台建设、人才队伍建设等方面的链条式综合扶持力度不够，在企业利润空间较小的情况下，仅靠企业自我造血投入进行基础研发能力建设，很难与欧美等光伏产业强国相抗衡，导致光伏企业核心竞争力不强。67%的企业认为，太阳能光伏产业标准和认证体系不健全、行业准入门槛较低，是造成产品质量低下，光伏市场无序竞争的重要因素，亟需加强光伏产业标准化和认证工作。由于我国的标准制定、产品认证和检测实验能力落后于国际水平，国内光伏市场的标准要求不如国外严格和规范，使国外低水平光伏产品进入中国市场，而目前我省光伏产品销售主要依靠国际市场，产品进入欧美市场须经过严格检测并取得认证资格，一定程度上影响了产品的国际竞争力。

3、政策建议

近年来，随着新能源技术的不断发展和对温室气体排放的严格要求，可再生能源获得了越来越多的重视。从欧美等国的实践来看，光伏发电产业都是在政府实施了“强制回购”和“电价补贴”等政策措施后才得以迅速发展，德国、法国、西班牙、意大利等国的电价补贴均持续20年以上。借鉴发达国家的经验，制定行之有效的鼓励措

施，是推动光伏产业健康发展的必要条件。

3.1　加大市场开拓力度。坚持国内和国外两个市场一起抓，更多地关注国内市场。抓住国家援疆、援藏机遇，组织光伏企业抱团开拓西部市场。稳定欧洲传统市场，大力开拓南非等新兴市场。建议各级财政安排专项资金，引导光伏企业积极参加国内外太阳能展会，展示技术产品，提高市场影响力。开展“山东太阳能品牌创建活动”，提高企业营销创新和品牌培育能力。指导企业做好“双反”风险防范化解工作，积极在国外寻找代工，实现产地销，避开关税等贸易壁垒。

3.2　加大科技攻关力度。我省光伏电池生产中核心技术、设备和主要原材料依赖进口，不掌握核心技术和先进工艺将付出巨大的代价。应充分发挥各类专项资金引导作用，鼓励企业与大专院校、科研单位开展产学研联合，支持企业在太阳能光伏生产技术、管理模式、运营方式、产学研结合等方面开展自主创新活动，争取在高效晶硅以及非晶硅薄膜电池研发应用关键技术方面实现突破。依托省太阳能行业协会，打造行业创新服务平台，建立行业专家团队，为企业提供咨询、诊断、评估、辅导、营销策划等一体化服务。

3.3　扩大光伏产品应用。我省日照条件好，但土地资源相对紧张，实施建筑光电一体化和建设屋顶电站能有效缓解这一矛盾。新建企业达到一定条件的，在厂房规划设计和施工阶段，应利用车间屋顶同步安装太阳能光伏发电系统。同时，鼓励既有企业车间屋顶安装太阳能光伏发电系统，电网企业按照固定电价全额收购光伏电站的上网电量。据测算，1.5万平方米的车间屋顶可建设1000千瓦的太阳能光伏电站，我省每年新建厂房面积超过300万平方米，如同步建设光伏电站，年发电量可达150万千瓦时。鼓励企业通过自筹资金、厂房租赁、合同能源管理运营和政府直接投资等多种形式建设屋顶电站。

3.4　加大政策支持力度。完善财税、价格等政策，推动实施光伏研发应用项目。对利用重大创新技术建设的示范电站，提高电价补贴标准。拓宽太阳能光伏企业融资渠道，鼓励各类金融、担保机构和风险投资公司加大对太阳能光伏产业投入，建立多元化投融资长效机制。加强与世界银行、亚洲银行等国际组织的合作，引进资金、技术和管理经验，推动太阳能光伏产业发展。电网企业应积极为光伏电站并网发电创造条件，搞好电网规划和输电系统建设，增强电网输配能力，保障光伏电站稳定充足供电。

3.5　大力发展薄膜光伏电池产品。太阳能光伏发电主要依靠晶硅电池和薄膜电池两类产品，晶硅电池所使用的半成品材料在生产过程中能耗高、污染重，技术要求复杂，江苏、河北等省在晶硅太阳能电池制造方面已经形成了较大优势，我省优势不大。而我省在薄膜电池研发方面居于全国领先水平，产能保持全国前列，应用前景广阔，并且具有强大的发展后劲，这是我省太阳能光伏产业发展的优势所在。“十二五”期间，建议整合节能和新能源方面的各类政策，重点发展薄膜电池技术产品，巩固优势地位，增强国际竞争力，将我省打造成世界一流的太阳能光伏薄膜电池研发生产基地。

3.6　进一步加强行业自律。落实好山东省太阳能行业自律公约，探索建立光伏行业联盟，开展行业自律活动，积极参与国家和地方行业标准制修订工作，提高市场准入门槛、规范行业发展，严控行业盲目扩大产能和低水平重复建设。加快推行光伏产品认证工作，鼓励光伏企业积极参与国内外各类产品认证，提升产品质量，扩大市场影响力。强化企业质量诚信体系建设，抵制无序恶性竞争。

3.7　切实加强组织领导。太阳能光伏产业不是局域性的单一产业，各级主管部门应从战略和全局高度，统筹考虑发展太阳能光伏产业的重要作用，认真贯彻落实相关法律法规，积极探索解决制约光伏产业发展的新思路、新方向。加强太阳能光伏人才队伍建设。强化中介机构作用，鼓励发展太阳能光伏工程建设、技术咨询、信息服务、人才培训等为主的中介服务。充分发挥省太阳能协会作用，加强行业指导和服务，推进企业间资源共享，加强技术交流，推动光伏产业健康发展。

参考文献：

[1] 余中东.《中国光伏产业现状与发展产业探析》[j].《河北学刊》，2010.5:144-146.

[2] 孙婧.《山东阳光产业调查》[j].《商周刊》，2009.2:26-29.

[3] 韩慧健、辛祝、陶续云.《山东省节能减排政府规制长效机制的构建策略》[j].《科学与管理》，2

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近几年来，我国光伏产业经历了高速发展期。特别是在2007年，我国光伏产业呈现出爆发式增长，使得我国一跃成为全球第一大生产国；而且，高纯多晶硅技术以及其他许多关键生产技术装备的研发和国产化工作也取得令人鼓舞的进展。

但是，2007年以来，我国光伏产业也集中爆发了一系列相互关联、引起高度关注甚至激烈争议的问题，主要包括：不协调的产业链结构、绝大部分产品出口国外的市场格局、生产过程导致的国内高能耗和四氯化硅环境污染、全球技术和市场竞争加剧下的产业风险和可持续发展能力、光伏发电的商业化前景和时间表等。这些都是当前广受热议的焦点问题，也是推动我国光伏产业发展和太阳能利用的重大问题。

二、国内外光伏产业的最新进展和发展趋势

(一)我国光伏产业的最新进展

近几年来，我国光伏产业经历了爆发式增长，已基本形成了涵盖多晶硅材料、铸锭、拉单晶、电池片、封装、平衡部件、系统集成、光伏应用产品和专用设备制造的较完整产业链。产业链各个环节的专用设备和专用材料的国产化加快，许多设备完全实现了国产化并有部分出口。截止到2007年底，全国太阳能电池和组件的生产能力分别达到2.9GWp和3.8GWp，当年产量分别比2006年增长148％和138％，达到1.1GWp和1.7GWp，均占世界总产量的27％以上，使我国成为全球第一大太阳能电池和组件生产国。2007年我国光伏产业的销售收入也增加到1000亿元，从业人员达到8万人以上。

特别是多年持续严重制约我国光伏产业发展的高纯多晶硅制造技术，在这两年内实现了重大技术突破。在科技部和国家发展改革委等有关部门支持下，2007年新光硅业、洛阳中硅、江苏中能等3个企业分别建成了千吨级高纯硅生产线，使得全年高纯硅产量大幅增加到1130吨。2008年，随着江苏中能二期和重庆大全的各自1500吨多晶硅工程的建成投产，预计国内超纯多晶硅的全年产量将超过4000吨。而且，重庆大全和江苏中能公司实现了还原尾气回收利用技术和多晶硅还原炉制造技术的重大突破；据介绍，综合能耗已降到150-180kWh/kg(使得成本降低到约50美元／kg)，显著低于其他国内同类企业的250-300kWh/kg，主要物料的综合回收率也超过98％。最近，江苏中能等一些国内企业还在积极准备开发引进流化床法、硅烷法等新型高纯硅生产技术，可望使高纯多晶硅生产的综合电耗降至2050kWh/kg，成本降至15-25美元／kg。据不完全统计，目前全国至少有33家高纯硅生产企业的一期工程产能总计约为4.4万吨(规划总产能高达8.8万吨)，如果这些项目能顺利建成投产，预计我国2010年的多晶硅产量将超过3万吨，将从根本上缓解高纯硅材料的供需紧张的矛盾。

随着我国光伏产业的迅速发展壮大，不少地方和企业近年来积极建设MWp级并网光伏系统(主要是建筑屋顶光伏系统)。据不完全统计，截止到2008年5月，全国已建和在建11个MWp级并网光伏系统，大部分预计在2009年建成。一些光伏设备制造企业还积极探寻建设更大规模光伏发电站的机会；江苏等省份还提出制定“万个太阳能屋顶计划”。我国第十届中国太阳能光伏会议的《常州宣言》提出了非常积极的目标，力争在2015年前使光伏发电成本下降到1.5元／kWh，在10年内使光伏发电量占到全国总发电量的1％，这意味着大约500亿kWh的年发电量和超过4000万kW的装机量。

(二)国际光伏产业的进展和发展前景

在国际上，光伏发电产业得到了许多国家的持续政策扶持，光伏发电的成本也随着太阳能电池技术进步、硅原料和组件供需形势逐步缓解而快速下降，使光伏发电成为增长速度最快、初步实现规模化发展的可再生能源发电技术。

日本2008年恢复了中断两年的居民屋顶并网光伏发电系统的投资补贴政策。美国目前30多个州都实施屋顶并网光伏发电净电量计量法政策；美国联邦政府2008年又延长了光伏投资税减免政策。德国继续对光伏发电实行为期20年的固定电价，2008年平均上网电价为45.7欧分，kWh。

国内外光伏产业界已开始描绘以居民销售电价和峰谷电价为临界点的并网光伏发电商业化时间表。德意志银行预计多晶硅太阳能电池技术的发电成本最低可降到$0.1/kWh以下(约合0.7元人民币，kWh)，乐观估计大约在2015-2016年左右可降到$0.15/kWh(约合1元人民币／kWh)，使得光伏发电将于2010-2013年期间首先在日本、德国、西班牙等实行较高平均零售电价的国家开始商业化发展。

在扶持政策和发展前景激励下，2002年以来，全球光伏发电装机年均增长率超过40％。2007年全球新增装机量同比增长62％，当年统计安装量为2.83GWp，累计总装机容量大约为12GWp。据有关预测或展望，未来数年全球光伏市场将以大约60％的速度增长，2020年累计装机将达到200GWp，绝大部分为并网光伏发电。

值得注意的是，2007年以来愈演愈烈的金融危机乃至可能的经济危机，预计会减弱全球光伏发电市场增长速度，并影响光伏设备制造业的发展。主要原因包括：一是全球金融危机普遍增加融资难度，而资金密集型的光伏产业也不能独善其身；二是国际能源价格(以油价为代表)的大幅回落将扭转各国销售电价持续增长的趋势，从而延迟光伏发电实现电网平价(gridparity)的时间点；三是各国在金融危机和财政能力影响下，其今后的光伏产业补贴政策将存在一定的不确定性。

三、我国推动光伏产业发展和市场应用的障碍和挑战

虽然我国光伏产业近年来实现了长足进步，但也存在不容忽视的技术、环境和市场风险；近期推动国内光伏市场应用也面临成本高、上网难、缺乏经验等障碍。

(一)国内光伏技术仍存在总体水平不高、内在竞争力不强和短期环境风险

由于我国光伏产业发展历史短、基础研究工作薄弱，目前我国光伏技术总体水平仍然不高，太阳能电池及组件的效率和质量水平仍然普遍低于世界先进水平，在新型高效的太阳能电池和高纯硅生产技术的研究开发方面也落后于欧美日发达国家，许多装备主要依赖国外引进。因此，目前我国太阳能光伏产业仍主要依靠市场驱动而非技术驱动，缺乏强大的内在竞争力。特别是目前国内大多数高纯多晶硅企业仍面临物料闭路循环和废液废气污染物回收处理等方面的技术瓶颈，存在四氯化硅副产品的环境污染风险，成为我国高纯硅行业发展的重大制约因素。

(二)产业和市场发展不平衡，不利于产业持续稳定发展和节能减排

过去几年内，我国光伏产业界抓住欧美国家光伏市场的快速增长的机遇，利用国内人力和资源成本较低的比较优势，实现了迅速起步与发展壮大。但业界普遍预测，由于近年全球光伏产业的产能迅速扩张以及金融危机影响，未来两年内世界光伏组件和高纯硅材料市场将呈现供过于求的趋势，使光伏产业面临大规模洗牌。

最近我国光伏企业已普遍停止扩产、削减产量。在这个洗牌过程中，利润率最高的环节也将逐渐转向下游的光伏发电运营业，使得出售光伏电力比出售光伏组件和系统具有更长远稳定的回报，这也是传统光伏产业界(光伏设备制造业)日益重视、极力呼吁启动国内光伏市场的根本原因。但是，我国光伏市场的发展却滞后于国内光伏产业和国际光伏市场，2007年我国新增光伏发电装机量为20MWp，仅为当年国内太阳能电池产量的2％和全球总新增装机量的0.71％，其中并网光伏发电装机仅为2MWp。因此，目前这种产业和市场格局意味着我国光伏产业面临日益突出的市场风险。而广受争论的光伏产业的高能耗问题，其实质问题也在于产业和市场发展不平衡，即取决于国内光伏产业链建设和国内外市场的选择。相关研究已达成基本一致的结论，目前多晶硅太阳能光伏发电系统的生产过程所耗能量的回收期只有两到三年。但是，如果在国内生产高纯硅料及硅棒／锭和硅片(占光伏系统生产总能耗的70％-80％)、在国外应用光伏发电系统，则光伏产业对我国而言即是高能耗的出口加工业。

(三)光伏产业在近中期仍缺乏足够经济竞争力，有赖于政府政策扶持

并网光伏发电的初投资目前大约为5-6万元／kW，预期上网电价3-5元／kWh，离网光伏系统的投资和供电成本更高，需依赖优惠的价格和财税政策扶持。最近数十年全球光伏市场的重心随着各国光伏市场政策的变化而先后从美国(1996年以前)转移到日本(1996-2002年)和欧盟(2002年以来)，即充分反映了全球光伏市场的需求主要是由扶持政策推动的。目前我国还未制定比较系统完善的光伏发电经济激励政策，全国已建成的100多个并网光伏发电项目中只有2个项目在2008年6月经国家发展改革委准予享受4元／kWh的优惠上网电价，有待于加快制定必要适度的财政补贴和优惠上网电价扶持政策。

(四)有待于制定落实光伏发电上网的具体政策措施

由于光伏发电系统增加了不可调度的电力装机，目前的技术标准也没有关于无功补偿以及电网调度等问题的相应标准和管理规程，使得电力部门不愿接受光伏发电上网。我国已建成的光伏并网发电示范项目都处于试验性并网状态，不允许光伏电力通过电力变压器向高压电网(10kV)反送电，只允许在低压侧(380V/220V)自发自用。因此，目前我国还缺乏真正的光伏发电上网项目和充分的经验。

四、关于我国光伏产业发展道路的探讨

为应对根据我国光伏产业面临的挑战，切实建立符合国情的产业发展道路和政策措施，我国需要正确处理产业、技术和市场的关系，解决以下三个主要问题。

(一)如何增强国内光伏产业的技术水平和持续发展能力

产业发展从根本上取决于技术驱动(竞争力增强)和市场拉动。虽然不少业内人士呼吁立即启动国内规模化并网光伏发电市场以支撑我国光伏产业，但目前的高成本使得大规模发展光伏发电目前仍难以承受。而且，如果我国在当前启动大规模光伏市场和补贴，必将立刻扭转光伏市场的回落趋势，推高光伏发电成本。另一方面，国际光伏市场仍保持增长态势，仍为国内光伏产业提供了必要的支撑。鉴于此，近期仍要努力通过技术进步、健全产业链、巩固开拓国际市场、建设国内示范项目来进一步降低成本、增强产业的持续发展能力。在产业链中，太阳能电池和组件制造业符合我国的人力资源优势和扩大就业政策导向，仍是应首要鼓励发展的环节。自主化生产高纯硅是中国光伏产业降低价格的必由条件，但必须重点支持清洁高效、低成本的高纯硅生产技术的研发和产业化。

(二)近中期国内光伏市场应确立的主要发展方向

由于欧、美、日等国家早已实现电力普遍化服务，其太阳能光伏的推广应用在上世纪90年代就瞄准了并网光伏系统(主要是屋顶并网光伏系统)，并于近年来加快大规模应用，包括大规模地面并网光伏电站。而我国目前还有大约100万无电户需要在2020年以前采用光伏和风光互补发电系统解决用电问题，潜在市场容量为200-1000MWp(1GWp)，应成为近中期首要考虑、予以扶持的光伏市场。虽然某些企业认为必须依靠并网光伏发电而非离网发电来支撑光伏产业发展，但其实质问题在于只有并网光伏发电才能使得光伏企业进入下游市场并实现稳定售电收入，故而光伏企业十分热衷于并网光伏发电。不过，从政府的公共服务责任和有限财政资源来看，我国近期光伏发电的首要方向仍然是面向无电区的电力建设，同时可根据相关科技攻关和前期产业化工作要求建设一批并网光伏系统／电站，为启动大规模并网光伏发电市场做好技术性准备。

(三)我国应制定光伏产业和国内市场应用扶持政策

按照前述的光伏产业政策目标和国内市场应用方向的相关思路，我国在当前和近期仍要坚持并加强相关科技、财税、外贸优惠扶持政策，以进一步提高核心技术能力、完善产业链条、扩大中游电池组件产业能力及国际市场份额。另外，根据国内无电区电力建设和并网光伏发电示范项目建设的需求，予以必要适度的财政补贴和优惠上网电价支持。鉴于我国还没有并网光伏发电的充分经验和可靠成本评估，也缺乏相近电价的支撑，而且地区差别较大，故而难以立即制定颁布统一的固定电价，而需要通过招标等途径探索相关经验，积累必要数据。

五、结论和建议

我国的光伏产业通过持续开展技术研发和市场化运作，迅速建立了基本完整的产业链，使我国一跃成为世界太阳能电池和组件生产大国，为我国加快开发利用太阳能资源初步奠定了坚实基础。但是，光伏发电价格仍然高昂，我国光伏产业仍未完全摆脱“低水平扩张的出口依赖型产业”特征。为此，我国在近期宜制定实施以“提高技术和产业持续发展能力、促进经济发展和增加就业、提供国内电力普遍服务”为中心目标的产业发展战略和政策，近期应抓紧开展如下工作。

(一)大力加强先进技术的研发和产业化，扶持“技术推动型”的光伏设备制造业

要重点研发清洁高效、低成本、新型的高纯硅和太阳能电池生产技术，近期重点支持企业逐步完善改良西门子法，开展流化床法、硅烷法、冶金法等新兴高纯硅生产技术研发和产业化工作。应支持技术领先的企业扩大产能，建立国家光伏技术研发和产品检测中心。要加强相关科技、财税、外贸优惠等扶持政策，鼓励支持发展符合我国的人力资源优势和扩大就业政策导向的太阳能电池和组件制造业，巩固和扩大国际市场份额。

(二)稳步开拓“离网和并网并行，不同阶段各有侧重”的国内光伏应用市场

在近期(估计2015年前)，应在难以延伸电网或建设水电站的无电地区加快建设光伏电站和推广户用光伏系统，另外根据技术研发和项目示范工作需要建设一批集中并网的大型建筑屋顶光伏系统、分散并网的居民屋顶并网光伏系统及新型太阳能建筑一体化光伏系统。在中期(估计2015年左右)，随着无电区电力建设接近尾声和光伏发电成本趋近销售电价，首先扩大建筑屋顶和建筑一体化并网光伏市场，并稳步建设地面并网光伏系统。在长期(预计2020年以后)，随着光伏发电成本接近常规发电成本，全面扩大各类并网光伏市场。

为此，近期应研究制定用户侧低压端光伏系统的发电上网和电量监控技术规程，制定颁布针对工商业和居民的“净用电量计费”管理办法，制定实施投资补贴和税收优惠政策；制定大型地面并网光伏电站示范项目的实施投资经营主体和上网电价的招标办法等。在中期(2015年左右)，随着经验和成本数据的积累再引入建立“控制总量规模的固定电价制度”，为在2020年后全面实施固定电价制度做准备。

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关键词：太阳能；发电；光伏电池

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0132-02

1 光伏太阳能发电基本原理

太阳能电池，也称光伏电池是光伏太阳能发电的能量转换器，其基本的工作原理是：太阳能光子能量被太阳能电池吸收后，太阳能电池中的半导体会有空穴―电子对产生，也就是光生载流子，空穴带正电，电子带负电，两者的电性是相反的，在光伏电池半导体N-P节的静电场作用下，光生载流子空穴和光生载流子分别被太阳能电池的负极和正极所收集，空穴、电子的定向运动产生电流，也就有了电能，借助一定的装置，这些电能就能够被使用。

2 太阳能光伏建筑一体化系统

太阳能光伏建筑一体集成技术就是将光伏组件取代建筑原来的结构，或者在建筑的外表结构铺设光伏组件，通过这些位于建筑外面的光伏组件将太阳能转换为电能，进而为建筑提供高效清洁的能源，减少传统建筑的能源供给。根据光伏组件分布的位置，太阳能光伏建筑一体集成系统主要分为：太阳能光伏屋顶一体集成系统、太阳能光伏遮阳板一体集成系统、太阳能光伏幕墙一体集成系统等等，目前应用最为广泛的是太阳能光伏屋顶一体集成系统，太阳能光伏幕墙一体集成系统和太阳能光伏遮阳板一体集成系统当前发展也非常的迅速。

太阳能光伏建筑一体集成系统的发电方式一般是使用联网光伏系统，太阳能光伏幕墙或者太阳能光伏屋顶产生的直流电不是被直接使用，而是借助逆变器将直流电转换为交流电，交流电被送到公共电网，用户要用电时再到电网购买。和独立的太阳能光伏系统相比，联网光伏系统具有运行维护费用少、前期投资小优点，此外联网太阳能光伏系统不需要蓄电池，减少了由于使用蓄电池而给环境带来的污染。联网太阳能光伏系统真正做到了随发随用，大大缩短了投资回收期，最大程度使用电能。联网太阳能光伏系统需要得到地方电网企业的协助配合，对逆变控制器和电网质量都有非常高的要求，因此如果需要采用联网太阳能光伏系统，就必须先对政策、经济以及技术进行详尽的可行性分析。联网太阳能光伏系统主要是由太阳能电池方阵、控制器和联网逆变器组成，具体结构如图1所示。

2.1 太阳能电池方阵

太阳能电池方阵可以将太阳能转换为电能，是联网太阳能光伏的主要部件。依据联网逆变器对输入电压的要求，构成太阳电池方阵的晶体硅太阳能组件通过并联、串联固定在支架上，为了便于安装，太阳能光伏电池方阵一般都是固定在屋顶的支架上，如果在新建建筑、住宅时就考虑安装联网太阳能光伏系统，可以提前预埋好螺栓，提交设置好安装角度和安装朝向，在实际安装时就会方便很多。

光伏与建筑的结合，主要设计两个方面的结合，一个是光伏系统与建筑的结合，另一个方面是光伏组件与建筑的结合：（1）光伏系统与建筑的结合，光伏系统与建筑的结合是光伏与建筑结合的初级目标，是将建筑屋顶的现成的平板式太阳能光伏组件的输出经控制器、逆变器连到电网，电网与光伏系统并联向用户供电，不足电力时向电网取用，多余电力时反馈给电力电网。（2）光伏组件与建筑的结合，光伏组件与建筑的结合是光伏与建筑结合的进一步目标，就是要将建筑材料与光伏器件集成化。在没有和光伏组件相结合前，一般都会使用瓷板、马赛克、涂料以及玻璃等材料作榻ㄖ的外墙，主要起到装饰和保护的作用。如果与光伏结合，可以将光伏组件做成向阳外墙、屋顶、窗户以及遮阳板等，这样一方面可以起到传统意义上的保护和装饰作用，另一方面又可以发电，一物多用、一举两得，降低光伏系统造价，减少发电成本。一物多用的光伏组件器件必须具有传统建筑材料所具有的电气绝缘、隔热保温、防水防潮、防火阻燃、抗风耐寒等特点，具有一定的刚度与强度且不易破碎，此外还要美观大方、长寿命、安全可靠以及便于施工等特点。如果是用光伏组件做成窗户，还需要能透光。在政府大力资助下，德国、美国以及日本等发达国家经过多年的科研攻关，目前已经研制成功很多建筑材料与光伏器件结合集成的产品，有的处于示范试验阶段，有的已经在工程上成功应用，这类新研制的产品有：半透明和透明光伏组件；双层玻璃超大尺寸光伏幕墙，隔音隔热外墙光伏构件，无边框大尺寸双层玻璃层面光伏构件，不同形状、不同颜色、不同排列的光伏电池构件，柔性墙体和屋面光伏构件等。

2.2 太阳能光伏联网逆变器

2.2.1 联网逆变器的主要功能

太阳能光伏联网系统的关键技术和核心部件之一是联网逆变器，和独立的逆变器相比，太阳能光伏联网逆变器一方面可以将太阳能光伏电池产生的直流电转化为电力电网上的交流电，另一方面还可以对交流电的电压、频率、相位、电流、无功和有功、电能品质以及同步等实施控制，其具体的功能有：

（1）跟踪控制最大功率点。太阳能光伏电池组输出电压和电流会跟随太阳照度和太阳能光伏电池表面温度变化，通过跟踪这一变化，并实施控制，确保电池方阵处于最大功率输出，最大程度上利用光能。

（2）自动启动和关停。在白天日照时，根据日照条件，挖掘太阳能光伏电池组的转换潜能，实现太阳能光伏联网系统的自动启动和关停。

（3）谨防独立运行。如果光伏系统所在地出现突然停电，逆变器输出电力和负荷电力又相同，此时逆变器输出电压不会有什么变化，很难探测到停电，此时太阳能光伏系统还是有可能继续向当地的电网供电，出现光伏系统独立运行，这种情况对于电网的检修人员来说，是非常危险的。为了避免出现事故，联网逆变器必须有防止独立运行的功能。

（4）电压自动稳定。当有电能剩余时，太阳能光伏系统向当地的电网逆流供电，此时很容易导致太阳能光伏系统与电网的连接处的电压突然上升，进而超过商用电网对电压的要求，因此逆变器必须有电压自动稳定的功能，以便保证当地电网的正常运行。

（5）自我修复功能。当逆变器或者所在电网发生故障时，逆变器要能够及时发现，并实施自我修复，修复不了的，要实施自动关停。

2.2.2 光伏联网中逆变器的组成

联网保护器和逆变器是联网逆变器的两个主要组成部分，具体如图2所示。逆变器主要由三个部分组成，第一个部分是逆变部分，其功能是将直流转换为交流，这主要是通过大功率晶体管的高速关闭导通来实现；第二部分是电子控制部分，该部分实现对逆变的控制，主要由电子回路构成；第三部分是保护部分，当逆变器出现故障时，该部分起到安全保护的作用，主要也是由电子回路构成。

联网保护器有些是单独设置，但一般都是装在逆变器中，是一种安全装置，当发生电网欠压、电网电压频率变化大以及电网停电等情况时，联网保护器可以及时监测，并及时关停逆变器，尽快将电网与光伏系统断开，确保安全。

参考文献

[1]刘彤.太阳能在建筑节能技术中的广泛应用[J].林产工业，2015（03）.

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周民一已经是第七次参加高交会了。他还清楚地记得，由他创立的均益安联公司首次参加高交会时，产品就获得了第八届中国高交会的自主知识产权证书，第十二届还获得了中国高交会的优秀产品奖。作为致力于太阳能光伏系统工程方案的公司，均益安联总经理张丽英告诉本刊记者，参加高交会一方面是寻找合作意向，但更重要的是向社会各界推广PV-LED概念。

从七年前的一个来自合肥工业大学的只具雏形的研发型创业团队，到现在平均每年30%以上增长的高新技术企业，张丽英说，这不仅得益于自主创新的技术，也得益于高交会的平台。

PV-LED首创

早在2005年，均益安联就在寻求太阳能光伏特殊场合的小规模应用，同时利用微电网微循环的概念，克服光伏集中并网的技术难点。由此，均益安联率先在全国提出的PV-LED概念，将太阳能光伏和绿色新光源LED相结合，创造出“高效非逆变”技术。

“高效非逆变”技术是利用太阳能光伏的直流特点，同直流LED相结合，采用“三元供电，二元用电”智能控制技术，用于24小时需要照明的地下车库和楼道等场所，替换传统照明。

PV-LED除了具有发电的功能外，还具有储备光能的作用。太阳的温度对着早中晚的温差变化，并不稳定，需要将白天积攒下来的太阳能用于晚上的照明。通过智能分配以及其他的一些智能模式的安排，综合理论节电率达90%。

虽然系统工程的造价是传统照明工程价格的2.5倍到3倍，可以通过EMC合同能源管理方式，用节约电费回收投资的模式，通过3年左右回收成本，后续的成本节约量十分可观。

此外，在蓄电池的材料上均益安联也进行了创新，使用纳米硅蓄电池，是传统电池使用寿命的2倍到3倍。

张丽英介绍，太阳能应用在国内一直存在推广难题，这是因为它存在技术与经济上的双重瓶颈。我国“十二五”太阳能发展规划中提出要满足新能源的需求，这就需要克服经济和技术的瓶颈，而PV-LED则恰好克服了这两点困难，为太阳能光伏的推广应用铺平了道路。

结缘深圳

从国务院机关事务局PV-LED改造工程到国家住房和城乡建设部新建的PV-LED工程等国家级光伏应用示范项目，再到2011年的欢乐海岸太阳能光伏停车场，均益安联一次次刷新了全国最大的PV-LED地下车库项目规模的记录。

张丽英表示，新能源、新光源、新技术、新材料、新模式的“五新”是均益安联解决方案的最大特点。正是这“五新”为公司带来了源源不断的重量级客户。目前，已有60万平米的样板工程建成，正在进行的有20多万平米，总工程量达80多万平米。

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1)太阳能电池产量世界第一．多晶硅材料基本自给，太阳能电池和组件80%～90%出口，约70%产品到欧洲市场，其次是美国市场．2004年中国光伏产业的太阳电池产量还仅占世界产量的1%，2004年后飞速发展，连续5年的年增长率超过100%，2007年～2009年连续3年的太阳能电池产量居世界第一，见图4．2010年产量4011MWp，占世界总产量的37.6%，目前国内已经有海外上市的光伏公司12家，国内上市的光伏公司13家，行业年产值超过2000亿元，就业人数20万．可是，近来美国金融危机和欧债危机致使了贸易保护主义重新抬头，对我国光伏产品发动“双反”调查，美国于2012年10月终裁拟课以重税，欧盟正启动反倾销调查，打压中国光伏企业．为此，中国的光伏企业只好将目光转向内销，这也促使了国内光伏发电的加快发展．

2)核心技术具有自主知识产权．主要表现为多晶硅规模化生产技术取得突破，已经不再依赖进口，基本可以自给．中国晶体硅太阳能电池的生产已占有技术和成本的绝对优势，2009年的产量占全世界产量的40%，主要光伏生产设备的国产化率不断提升，薄膜电池等新型技术水平也不断提高．

3)多晶硅生产技术有重大突破．千t级多晶硅规模化生产技术取得重大突破，初步实现循环利用和环境无污染、节能减排生产．在三氯氢硅合成提纯技术及装置、还原炉制造技术、自动电控技术及装置、尾气干法回收、四氧化硅氧化技术等方面有了较大提升，打破了国际上对其生产技术的垄断．还原炉由9对棒发展到12、18和24对棒，生产工艺由常压生产到加压生产，个别企业还实现了四氯化硅冷氢化闭环生产，使综合能耗和成本大为降低，彻底解决了四氯化硅的排放和污染问题．

4)晶体硅电池质量与成本世界领先．中国企业已在产品质量和成本上成为世界领先．无锡尚德的冥王星(Pluto)技术将单晶硅太阳能电池的有效面积转化率提高到18.8%，多晶硅17.2%，多晶硅电池的全光照面积转化率已达到16.53%，世界第一．冥王星电池组件比传统技术能多输出约12%的电能．南京中电的赵建华博士至今保持着单晶硅太阳能电池实验室效率的世界纪录(25%)，他所开发的发射结钝化技术使批量生产的电池效率均超过18%．保利英利，常州天合、苏州阿特斯、河北晶澳、江苏林洋等国际化公司也都握有各自的专利技术，电池的转换效率均达到世界一流水平，平均每瓦光伏电池的高纯硅材料的用量从世界平均水平的9g/W下降到6g/W，大大降低了制造成本．

5)光伏设备制造业已成规模，为产业发展提供了强大支撑．在晶硅太阳能电池生产线的十几种主要设备中，6种以上国产设备已在国内生产线中占据主导．其中单晶炉、扩散炉等离子刻蚀机、清洗剂设备，组件层压机、太阳模拟仪等已达到或接近国际先进水平，性价比优势十分明显，多晶硅铸锭炉多线切割机等设备制造技术取得了重大进步，打破国外垄断．

6)多晶硅材料依赖进口有所改善．2004年前后，国际上太阳能电池需求爆炸式增长，造成全球多晶硅紧缺．中国光伏产业经历了多晶硅材料受控于人的艰难处境，连续多年多晶硅材料依赖进口．2007年我国多晶硅的产量仅有1100t，需求11000t，90%依赖进口，2008年我国多晶硅的产量4500t，需求20000t，仍有80%以上依赖进口．由于市场紧缺，多晶硅材料价格暴涨，最高达到400美元/kg(成本只有30～40美元/kg)，多晶硅材料的短缺和行业暴利，极大地激发了我国多晶硅产业的投资热潮，根据PhoroInternation-al的统计，国内2009年在建的多晶硅厂有48家．

国内外光伏发电近况

1光伏发电发展迅猛

近十几年来随着产业政策和市场的推动，世界光伏产业百花齐放，技术创新和规模扩大，太阳能发电成本越来越低，其应用领域越来越广，全球光伏产业规模迅猛发展，竞争愈烈，向规模化与多元化格局发展．虽经过了2008年世界金融危机，但2009年世界光伏发电装机容量达7900MWp，同比增长27%，2010年达12200MWp，同比增长65%．

2光伏电平价上网趋势日增

近来，有些国家和地区已经率先实现光电平价上网，而且平价上网将在全球形成蔓延之势．在意大利，光伏系统全生命周期光伏发电成本为0．24欧元/kWh．而2009年意大利的民用零售平均电价为0．26欧元/kWh．意大利事实上已经实现了上网平价，美国部分地区、日本、西班牙等国上网电价亦已临价．

3全球光伏市场简况

当前，全球光伏市场主要还是欧洲．2009年，全球光伏装机容量达到7.9GW，其中欧洲占80%，北美占7.0%，亚洲占9.8%，其他占3.1%．欧洲的70%来自德国，所以德国仍然是目前光伏市场的主体，尤其在2010年，仅德国的装机容量就达到了7GW以上．据欧洲光伏产业协会(EPIA)的统计报告显示:2011年全球安装量突破27．7GW，同比2010年增长70%，创历史新高．意大利和德国成为全球安装量最大的国家，占全球市场的60%．欧洲仍继续统领全球光伏市场，占全球市场的75%，同比2010年下降5%．2011年全球累计安装量达67.4GW，较2010年底的39.7GW增长70%．2011年新装量:中2GW;美1.6GW;日1GW;澳700MW;印300MW．2011年发电量约80亿kWh，足以满足20万家庭需求．并网光伏发电发展最快，占光伏应用市场的80%，并逐步发挥着替代常规能源的作用，受到关注．

4我国光伏发电近况

2009年装机容量约160MWp，截至2009年底，累计装机容量约300MWp(图5)，光伏市场发展十分缓慢．尽管2009年装机容量超出此前的累计安装量，但与产量相比，只是当年产量的4%．因此开拓市场仍然是我国光伏发电产业中存在的重大问题．近几年，国家在积极地进行推广建设，特别自2012年上半年，美国对我国光伏产品发动“双反”调查以来，中国光伏界在忐忑不安中等待调查结果．美国“双反”尚未终裁，欧盟效仿美国再次发难，把中国光伏产业企业推向灾难的边缘．全联新能源商会的《2011—2012中国新能源产业年度报告》最新统计数据称，2011年我国光伏安装量达到2．89GW，首次突破GW级，成为世界第三大光伏安装国，我国只用5年时间，就成为光伏产业制造大国，根据目前发展状况，完全可能在未来5～10年内成为光伏应用大国．Solarpraxis公司对我国大规模光伏设施的项目开发、融资、建设运营和监测表明，在2011年中国2.89GW光伏装机容量投运后，预计2012年仍要安装4～5GW．

对我国光伏发电平价上网的预测

1太阳电池组件成本下降

2009年以来，中国太阳能电池的成本持续下降，国际竞争力逐渐增强．太阳能电池的成本主要取决于工厂的初始投资、生产规模、材料成本、人工、税收和管理等多种因素．随着多晶硅材料价格的下降，太阳能电池的组件价格随之降低，根据PacificEpoch2009年12月公布的调查结果，中国市场上光伏用多晶硅材料的价格从2008年10月份的365．8美元/kg，下降到2009年12月份的51.9美元/kg;晶体硅太阳能电池组件的售价也由2008年10月份的3.55美元/Wp(人民币25元/Wp)下降到2009年12月份的1．78美元/Wp(人民币12元/Wp)．金融危机来临，多晶硅材料的价格直线下降，2009年底已经降到50～60美元/kg，太阳能电池的成本随之大幅度下降，中国2009年底太阳能电池的成本仅1.2～1.4美元/Wp(人民币7～10元/Wp)，大约比欧美太阳电池的平均价格低30%．中国的太阳能电池组件之所以可以做到如此低廉的价格，除了中国光伏企业在非硅生产环节努力降低成本外，还得益于生产设备的国产化．过去从国外引进1条25MW的太阳能电池生产线大约需要人民币5000～6000万元，而一条国产设备的生产线却只需要2000～3000万元，比进口生产线低了50%以上．关键生产设备也是如此，例如1台8英寸的单晶炉，进口设备需要人民币80万元，国产设备的价格仅是进口价格的50%;1台270kg的多晶硅铸锭炉进口价格大约130万美元，而国产设备只需要人民币130万元．

2光伏发电“平价上网”预测

按照中国光伏产业目前的发展趋势，随着技术进一步提升和装备的全面国产化，到2015年初投资有望达到1．0万元/kW，发电成本小于0．6元/kWh，首先在发电侧达到平价上网是完全有可能实现的．经过努力，2020年初投资达到0．7万元/kW，发电成本达到0．4元/kWh，在配电侧达到平价上网也是有可能的．

国际上对光伏发电成本下降的预测

美国太阳能先导计划(SAI，2006年公布)对于光伏发电达到“平价上网”的预测最为激进，认为到2015年光伏电价将低于10美分/kWh(相当于人民币0.7元/kWh)．美国光伏电价预测见图6．图6中的Residential:一家一户的光伏系统，或者指居民用电，SAI预测2015年在这一市场的光伏电价将下降到8～10美分/kWh;Commercial:公共、商业和工业建筑用光伏，或者指商业用电，SAI预测2015年在这一市场的光伏电价将下降到6～8美分/kWh;Utility:公共电力规模的光伏，或者指上网电价，SAI预测2015年在这一市场的光伏电价将下降到5～7美分kWh．德意志银行经过细致的成本测算，预计光伏发电到2015年，即可达到15美分/kWh，相当于人民币1元/kWh．日本政府(NEDO)2004年在“PVRoadmap2030”中预测:光伏电价2020年达到14日元/kWh，2030达到7日元/kWh．2009年日本政府(NEDO)了新的光伏发展线路图，重新调整了预测:2017年达到14日元/kWh，2025达到7日元/kWh，将2004年的预测提前了3～5年．

太阳能光伏发电的快速增长将使大型项目的投资成本朝着3美元/W发展．在技术政策和制造过程等多方突破后，将于2017年达到美国能源部的Sunshot目标:1美元/W．美第一太阳能公司的制造成本，从2004年的2.94美元/W，降至2011年的75美分/W，该公司还使薄膜和玻璃太阳能电池效率从2009年的10%提高到2011年的11.2%．该公司的路线图要求到2014年成本降低至64美分/W．美GE公司认为，由于创新，在3～5年内太阳能发电将比化石燃料和核发电更廉价．如果太阳能发电售价能达到15分/kWh，将会有更多的人使用太阳能发电．据美技术推进协会(IEEE)预测，光伏发电成本在10年内可望低于化石燃料发电，前提是太阳能行业能使光伏电池效率提升，并实现规模经济性．EPIA于2011年9月6日公布的主要欧洲电力市场分析显示，光伏发电至少于2013年可使某些细分市场达到竞争力程度，所有市场将于2020年达到竞争程度．

国内外光伏发展目标

1国际上对于光伏发展目标的展望

2009年12月，欧洲光伏工业协会EPIA公布了“Setfor2020”，对光伏发电的目标分3种情况，对2020年欧洲的光伏累计装机进行了分析和预测:基本发展模式，100GW;加速发展模式，200GW;理想发展模式，400GW．分别占欧洲电力总需求的4%、6%和12%．2010年10月，EPIA“日照充足国家的光伏潜力”研究报告，认为全球74%的国家日照充足(148个国家)，包括印度、中国、中东、非洲、澳大利亚等．这些国家的光伏市场到目前为止尚未开发，具有很大的发展潜力．预计到2030年理想发展模式下，光伏在这些国家的装机将达到1100GW，占这些国家供电需求的12%，届时光伏发电的平准价格(LCOE)将达到4～8欧分/kWh，能够同所有常规电力相竞争，包括火力发电．最近欧盟还通过了一项建筑能耗特性导则(ener-gyperformanceofbuildingdirective)，要求到2020年所有新建建筑基本达到零能耗．这项导则2012年在欧盟成员国中推行，光伏将发挥主要作用．欧洲建筑总占地22000km2，40%的屋顶和15%的南立面，可以安装1500GW光伏系统，年发电量高达14000亿kWh，占2020年整个欧洲电力需求的40%．今后10年建筑集成光伏(BIPV)和建筑附加光伏(BAPV)将成为欧洲光伏市场的主流．美国太阳能工业协会(SEIA)在哥本哈根会议上宣布:美国到2020年光伏将提供全部电力需求的10%，太阳能利用提供的热水、采暖和制冷将替代电力需求的3%，太阳能热发电将提供电力需求的2%．光伏到2020年将提供67．6万个工作岗位，每年减排3．8亿t二氧化碳．按照1MWh光伏电力减排1t二氧化碳，则2020年美国的光伏累计装机将达到300GW．2010年7月，美国参议院批准了千万屋顶计划(10millionsolarroofs)，该项目计划10年内在美国全国推广40GW太阳能发电系统，使美国成为世界最大的太阳能发电市场．日本2008年6月9日，福田康夫首相发表了电视演说，计划在2030年以前在目前的基础上再增加40倍太阳能电池装机量．执行部门又进一步细化为在2020年达到累计装机容量为2005年(1．4GW)的20倍即28GW，2030年为40倍，即56GW．印度2009年公布“SolarPowerPlan”，计划到2020年，光伏发电在印度的累计装机要达到20GW．

2我国的光伏发展目标

按照集中开发与分布式利用相结合的原则，积极推进太阳能的多元化利用，鼓励在太阳能资源优良，无其它经济利用价值土地多的地区建设大型光伏电站，同时支持建设以“自发自用”为主的分布式光伏发电，积极支持利用光伏发电解决偏远地区用电和缺电的问题，开展太阳能热发电产业化示范．到2015年，太阳能年利用量相当于替代化石燃料5000万t标准煤．太阳能发电装机达到2100万kW，其中光伏电站装机1000万kW，热发电装机100万kW，并网和离网的分布式光伏发电系统安装容量1000万kW，太阳能热利用累计集热面积达4亿m2．到2020年，太阳能发电装机达到5000万kW，太阳能热利用累计集热面积达到8亿m2．太阳能发电建设布局如表3所示．

结语

1)发展太阳能产业是解决能源短缺，缓解供需矛盾，减少环境污染，应对全球气候恶化，减少温室气体排放和人类社会可持续发展最有效途径之一．

2)全球都在积极发展太阳能产业，据预测到2040年太阳能发电中的光伏发电将达到全球发电量的25%．根据国际能源看(IEA)的预测太阳能将在不到20年内占世界能源需求的5%，比2012年增加49倍．

3)近十几年来，全球光伏产业迅猛发展，市场增长率在50%左右．经过2008年金融危机的洗礼，光伏产业前景愈显重要．2009年世界超过10GWp，中国大陆超过4GW，从2007年起已跃居太阳能电池世界第一生产大国．

篇10

那么，这神奇的瓦片为什么具备发电功能呢？原来，这并不是普通的瓦片，这些瓦片是以陶土为主要原料，与多种特殊材料形成特定配方制作出的高性能陶瓷瓦片，与普通的瓦片相比，具有高效隔热，防水性强，重量轻，寿命长的特点。而通过封装工艺与自主研发的晶硅太阳能模组（太阳能电池）结合，就在保持原有建筑风格的基础上，具备了太阳能电池组件的发电功能，形成了眼前这些会发电的“高科技瓦片”。每块瓦片的正中间都填充着一块方方正正的太阳能电池。这些瓦片既是良好的建筑材料，同时又是实现光电转换的发电器材，它们有一个很酷的名字，叫“光伏陶瓷瓦”。

据了解，这些光伏陶瓷瓦的使用寿命是50年，发电寿命是25年。每平方米的光伏陶瓷瓦，一年可以发电72度，以每户屋顶铺设12m2计算，就能发电864度，如果遇到高温天气，一户人家每个月大约可以发电120度至150度不等。

再来计算一下成本。按照最大众的光伏陶瓷瓦，以50m2的面积来计算，成本是45000元，每年可发电4500度，每度电费按第一阶梯电价算是0.538元，每发一度电政府补贴0，6元，也就是说，光伏瓦发电每年可收入4500×（0.538+0.6）=5121元，8年多时间就可以收回成本。这就像一个家庭银行，投资回收期不超过10年，剩下15年的发电寿命还可以免费用电。