2021-4-9 | 光伏技术论文
在高新技术日新月异的今天，太阳能光伏技术作为一种新能源领域的高新技术，已越来越被业界认可和应用。随着世界经济和人口的不断增长，能源（主要是煤炭、石油、天然气等一次能源）的需求也在与日俱增，开采规模和消耗量记录不断被刷新。无序开采和野蛮挖掘造成了极大的能源浪费和污染，进一步加剧了社会发展与生态环境的矛盾，特别是温室效应（二氧化硫和二氧化碳的人为排放）、酸雨等。化石能源被人类大规模使用200多年，已经被预警濒临匮乏。山西省是一个传统化石能源的供应大省，近百年来靠开采煤炭来发展经济，这在很大程度上造成了产业结构的不合理，能源供应的后劲不足又导致了与可持续发展的矛盾。太阳能光伏技术利用是将太阳能转化成人类能够直接应用的电能和热能的新型技术，是目前人类正在探索和应用的除化石能源以外的清洁再生能源之一。
1山西太阳能的资源环境与开发前景分析
1.1山西省太阳能资源
山西省地处的黄土高原东端，位于东经110°14′～114°33′，北纬34°34′～40°43′；东西约290km，南北约550km，全省总面积15.6万km2，约占全国总面积的1.6％；东临太行山，与河北省为邻；西面和南面接黄河，与陕西省、河南省相望；北面则与内蒙古相接。太阳以电磁辐射的形式将能量传播到地球，太阳产生的能量大约为3.8×1023kW，其中1/20亿到达地球的大气层，到达地球的大气层的能量大约30％被大气反射，23％被大气吸收，剩余的抵达地球表面，功率约为800000亿kW，相当于燃烧标准煤500万t/s的能量［1］。图1为太阳能资源分布图，表1为太阳能资源分布表。由图1和表1可以看出,山西几乎全部地区都是太阳能蕴藏较丰富地区，每年日照时间超过3000h，相对于其他省份具有良好的地缘优势，非常适合发展太阳能光伏工业。然而，长久以来，我国的太阳能光伏发展却极不正常，还困于核心技术在外、关键设备在外和产品应用在外的“三头在外”现象，这从根本上导致国内的太阳能光伏产业不健康化发展。就国内而言，山西相对其他兄弟省份起步又比较晚，产业链条和产业规模上都不可同日而语。山西是个多煤、少油、贫气的省份，又作为全国重要的能源和原材料供应基地，长时间以来为全国经济社会的可持续发展做出了卓越贡献。然而长期的煤炭资源开采致使能源经济单一粗放、投入产出比重低、环境污染严重，与生态平衡的矛盾日益凸显。近年来，山西的煤炭储采比处于下降趋势，资源枯竭问题的客观现实渐渐摆在人们面前，并引起了国家的关注和重视。截止到2009年，一次能源产量52526.52万t标准煤，其中煤炭占99.58％，水电占0.13％，瓦斯占0.23％［2］（见图2）。由图2分析，山西的煤炭占能源生产总量的绝对值，水电、瓦斯及其他能源形势极度匮乏，这种能源结构已经不适应山西经济发展和可持续性要求。2010年12月13日经国务院同意，国家发改委正式批复设立“山西省国家资源型经济转型综合配套改革试验区”的报告，要求山西通过深化改革，加快产业结构的优化升级和经济结构调整。从另一个角度思考：山西有必要考虑发展新能源，尤其是着重推进替代化石能源的新能源，特别要重点考虑依靠山西具备太阳能资源来发展第二主导能源是可行之策。
1.2经济效益评价和发展前景分析
（1）太阳能光伏发电（PV）分为光热发电和光伏发电，我们通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电。在吕梁市以国瑞天能为龙头的企业联合离石利虎玻璃、交城电缆公司共同打造离石光伏产业链，形成太阳能晶体硅、硅片、太阳能电池、太阳能电池组件、光伏发电系统、光伏建筑应用、太阳能光伏玻璃、光热发电等较为完整的产业链。由此可以看到，山西的光伏行业已经开始走规模化和产业化的路线，对山西的能源增加值来说是个利好动作。位于太原高新区的山西天能科技有限公司是山西地区从事半导体材料、单晶硅切割、太阳能光伏电池和组件、太阳能应用照明系统、太阳能光伏电站、建筑一体化、LED应用等相关领域的研发、设计、生产、销售及施工的企业，其产品范围和公司经营种类已经比较齐全，可以说是山西太阳能光伏行业的先头企业，具有良好的带头作用。由山西国际电力光伏发电有限公司建设的右玉县小五台10MW和平鲁阻虎5MW两个国家金太阳示范项目相继建成发电，年向电网提供2218万kW•h环保电能，年平均节约标准煤0.9万t，节水8.76万t；减少排放粉尘0.62万t、CO22.41万t、SO20.06万t（数据来源于山西国际电力光伏发电有限公司工程项目节能参数），经济效益比较可观，对缓解山西省生态矛盾是比较优越的发展模式和手段。除此以外，山西国际电力光伏发电有限公司还申报并正在组织实施的太原长安重型汽车（3957kW）用户侧光伏发电项目和吕梁高新技术产业园离石电缆有限公司（2880kW）用户侧光伏发电项目，由山西省煤矿物资供应公司申报正组织实施的山西能源工业国际分销物流港金太阳示范工程（5000kW）用户侧光伏发电项目。这批金太阳并网电站工程是山西太阳能光伏行业发展的助推器，为山西太阳能光伏的大规模应用起到了良好的示范作用。
（2）光伏建筑一体化（BIPV）是利用光伏产品直接作为建筑材料集成在建筑物上，成为建筑体的一部分，不能分割，如光电玻璃幕墙、光电玻璃采光顶棚等。光伏建筑一体化的另一种形式是光伏电池组件方阵附加在建筑体上，这种类型是光伏产品不作为建筑的组成部分，以既有建筑为载体，它的安装需要搭建支架，如屋顶电站等。2010年9月5日，山西省第一个光伏建筑一体化玻璃幕墙工程正式落成，并在太原高新经济开发区启动。该项目是我省首个光伏技术应用的绿色建筑，是省新型节能建筑典范工程。表2为项目经济效益表（表2数据来源珠海兴业绿色建筑有限公司工程项目设计技术指标）。
（3）光热建筑一体化（BIPT）是将太阳能集热器安装在建筑屋顶、阳台、边廊、墙壁的建筑围护位置，其非常适用于大型的公共建筑的集热系统，可广泛用于医疗机构的住院部、学校公寓、酒店、宾馆等。光热建筑一体化的优点是省去燃煤、燃油的持续投入，省去人工的服务费和维护费；它无污染，无毒性，无烟尘产生，是典型的绿色热能源。宁夏、山东都已经出台政策，规定新建、改建、扩建的12层及以下住宅建筑和集中供应热水的公共建筑必须应用太阳能光热系统，鼓励12层以上高层住宅建筑逐步采用太阳能光热系统［3］。财政部、住房和城乡建设部于2009年7月6日印发了《可再生能源建筑应用城市示范实施方案》的通知，明确了中央财政对再生能源建筑的补贴金额和补贴办法。目前，山西的大型公建典型示范项目非常稀少，没有起到行业带头示范作用，普遍推广更显困难，在这一点上还需要政府加强引导、扩大宣传，使山西的光热利用早日造福百姓。