畢業設計（**）
題目光伏發電與資源環境
學生姓名
學號專業供用電技術
班級指導教師
評閱教師
完成日期2011 年 10月17 日
目錄摘要 2
關鍵詞 2
1引言 2
2光伏發電與資源環境 3
3光伏發電的現狀與未來 5
3.1光電轉換效率 6
3.2光伏發電成本逐步下降 6
3.3光伏電池產量與裝機總量逐年增加 8
3.4較大型光伏電站日益增多，併網發電是發展方向 10
4我國的特殊現狀 11
5結束語 12
致謝 13
參考文獻 14
光伏發電與資源環境
摘要:能源替代形式的迫切性和環境保護的嚴峻性使得太陽能光伏發電技術倍受矚目。本文針對目前光伏發電技術的現狀進行了詳盡的介紹與分析，同時結合全球太陽能資源分布、光伏材料資源的分布及**的扶持政策對其發展前景進行了展望。
最後對光伏發電技術在提供大電力的同時對我們賴以生存的環境資源保護予以肯定。
關鍵詞:太陽電池；光伏電站；環境；資源
1.引言
家經過填密測算，煤、石油、天然氣……這些積蓄了億萬年的化石能源，經過數百年的巨大消耗，已經不可逆轉地走向枯竭。世界各國的能源研究機構和專得出了比較一致的結論:全球化石燃料的生產和消耗峰值將出現在2030-2023年之間[』一「1給出了中國主要能源儲量和世界能源儲量對比。
與此同時，全球氣候變暖問題日趨嚴重。過去大半個世紀以來，二氧化碳氣體每年的增加水平大約為1.3 ppm;到上世紀90年代，這個資料增加到i .
6 ppm，到2023年和2023年增加到2.0 ppm。但中國主要能源儲量和世界能源儲量對比.
是2023年前10個月的未公開的資料顯示這個數字已經增長到2.2 ppm。近日由《獨立報》公布的相關資料顯示，二氧化碳是全球氣候變暖問題的主要原因。
專家認為不斷上公升的溫度警示自然界正在釋放出越來越多的溫室氣體，變暖問題己進入乙個新的階段，而且會進一步加劇。
傳統礦物資源的枯竭和環境問題的日益惡化，促使人類將目光轉向取之不盡、用之不竭、清潔無汙染、隨時可開發利用的太陽能資源。據統計計算，太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，如果把地球表面0.1%的太陽能轉化為電能，以s%的轉換效率計算，每年發電量可達5.
6x 10''千瓦小時，相當於目前世界上能耗的40倍[[4]。因此，光伏發電技術是近年來發展最快，最具活力的研究領域之一。自2023年法國becquera第一次在化學電池中觀察到光伏效應後，科學工作者不斷地探索研究各種太陽電池[5] 0 2023年，貝爾實驗室chapin等人開發出效率為6%的單晶矽太陽電池，成為現代太陽電池開始的劃時代標誌[[6]。
目前，以澳大利亞新南威爾斯大學鈍化發射區電池，，這類電池的實驗室效率已達到24.7 % .大規模生產商用產品的效率為17%以上睜7};多晶矽太陽電池的實驗室效率也突破了20。
第二代薄膜太陽電池也取得了令人矚目的成就，cuinse:和cdte等薄膜電池的實驗室效率目前分別為19.5%和16.
5%[}]。其他新型電池，如燃料敏化電池、有機電池也不斷重新整理以往的記錄，更高效率的新概念電池也受到廣泛重視。表1列出了已報道的各種太陽電池的最高轉換效率能源替代形式的迫切性、環境保護的嚴峻性、電池效率的攀公升、及德、日、美等國的扶持政策使得光伏裝機量近年來急劇攀公升，併網發電的應用比例迅速提公升，並成為光伏發電的主導市場。
據全球光伏市場調研機構solarbuzz日前發布的最新版的世界光伏市場報告顯示，儘管全球仍然深陷金融危機漩渦，但全球太陽電池產量從2023年的3.44 gw增長到2023年的6.85 gw } 2023年世界光伏市場的裝機量仍達到了創紀錄的5.
95 gw，相比上一年度增幅達到110%。此外，薄膜電池產量也大幅提高，2023年增幅為123%，達到0.89 gw['0]。
值得注意的是，中國太陽能電池廠商(包括台灣省)的市場占有率逐年提公升，中國光伏產業在過去的幾年中每年以200%的速度增長，目前己經成為世界第一大太陽電池生產國，年產值2000億元，就業人數20萬川。
世界光伏產業和市場的蓬勃發展，使得光伏發電在世界能源消費中佔據了越來越重要的席位。根據歐盟聯合研究中心的**，太陽能光伏發電在不遠的將來不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源**的主體。與發達國家相比，我國雖然近年來光伏產業迅猛發展且技術日趨成熟，但是依然存在著制約產業迅速發展的不利因素和障礙。
面對新的機遇和挑戰，我們如何抓住有利時機，我國**、科學工作者及光伏企業任重而道遠。基於此，本文對光伏發電技術和現有資源儲量的關係進行了分析，以此為基礎，分析了光伏發電技術的現狀，並對其發展前景進行了展望;最後針對我國的特殊現狀予以分析並給予一定的建議。
2光伏發電與資源環境
儘管各種新概念太陽電池不斷湧現，效率也不斷攀公升，但是現階段進入民用領域的太陽電池主要是晶體矽太陽電池，佔目前產量的90%以上，並且可以確定這種情況在短期內不會發生根本的改變。這是因為矽在地殼中的含量高達27.7%，是地殼中第二大儲量元素，資源及其豐富[14]。
在半導體材料中，人們對它的研究最多，其製造工成熟、產品效能穩定、對環境汙染少。但從技術上講，晶體矽並不是最佳材料，其光電轉換效率亦不是最佳;另一方面，從成本上來說，晶體矽電池成本偏高，其市場**約為3$/wp-} 4$/wp，這其中約70%是180-300}m厚的矽片成本。因此，進一步發展高轉換效率和低成本的太陽電池成為光伏領域必然的發展趨勢。
光伏發電是利用半導體介面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池元件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。
光伏發電的優點是較少受地域限制，因為陽光普照大地;光伏系統還具有安全可靠、無雜訊、低汙染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設周期短的優點。
從光電轉換效率來說，gaas基多結太陽電池的轉換效率己經突破35.8%}ls]，是目前所有太陽電池中效率最高的，但是ga, in, p, ge等都屬於稀有元素，其成本遠大於矽電池的材料成本，而電池片的**是光伏系統成本最主要的部分。因此，較高的發電成本制約了其大規模地面應用。
為了進一陽電池材料的消耗，採用聚光技術是一項可行的措施，即在聚光條件下，一方面使得電池晶元單位面積接收的輻射功率密度大幅度地增加，太陽電池光電轉換效率得以提高;另一方面，對於給定的輸出功率，可以大幅度降低太陽電池晶元的消耗，從而減少ga, in, p, ge等材料的消耗，進而降低系統的成本[19-20] 從降低成本來說，薄膜技術近年來異軍突起，世界第二大光伏生產商first solar主要以薄膜太陽電池為主。薄膜太陽電池是在廉價的玻璃、不鏽鋼或塑料襯底上附上非常薄的感光材料製成，它們的厚度只有兒微公尺，比用料較多的晶體矽技術造價更低，其**優勢可抵消低效率的問題，目前也成為光伏發電技術未來發展趨勢之一[f21 ]。目前已商業化的薄膜太陽電池有三種:
非晶矽(a-si)、銅錮硒 (cis, cigs)和磅化福另一類更有希望的薄膜太陽電池是多晶矽薄膜太陽電池。傳統晶體矽太陽電池的製造程式為: 比較兩種製造程式不難看出:
製造多晶矽薄膜太陽電池，省掉了傳統晶體矽太陽電池的((2)多晶矽重熔、鑄錠，(3)多晶矽切片，(4)多晶矽表面處理，(5)擴散法制p-n結等四道工藝。其中工藝(2)和(5)是非常耗能的過程，工藝((4)要用大量的酸和鹼，稍有不慎就會對環境造成汙染，工藝(3)的切片過程要損耗30%的矽材料。目前，矽片的厚度一般為180}m，而有效的矽厚度僅為so}m。
因此，與傳統多晶矽太陽電池相比，製造多晶矽薄膜電池可以節省矽材料70%以上、減少能耗60%以上，可以顯著降低電池制中的碳排放。因此，研製多晶矽薄膜太陽電池具有重大的經濟效益和社會效益。
向大氣釋放的co:中，80%以上來自於傳統礦物能源的消耗，而coz作為最主要的溫室氣體，是導致氣候變化的罪魁禍首[}zz}。南北半球的高山冰川和積雪消融加速、全球海平面上公升加速、極端天氣日益頻繁的出現……，越來越多的警示告訴我們必須節能減排，必須大力扶持綠色可再生能源的發展。
光伏發電最重要的特徵是保護氣候。光伏發電在發電過程中基本不排放coz，可以為減緩氣候變化作出貢獻。據統計，光伏發電系統發電1億kwh，可以節省標準煤4萬噸，可以減少4.
5萬噸co:的排放、減排粉塵486噸、減排灰渣約1萬噸、減排二氧化硫約756噸。
其次光伏發電不產生傳統發電技術(例如燃煤發電)帶來的汙染物排放和安全問題，沒有廢氣、廢渣和噪音汙染。除了磅化福( cdte)電池以外，光伏系統報廢後也很少有環境汙染的遺留問題，這對改善環境具有積極的意義。而且電池板、安裝材料可迴圈使用，製造光伏裝置的能源投入可以進一步降低，同時可以節約相當一部分用來治理環境的資金。
此外，光伏電站可以很多形式存在，在提供大量電力**的同時，避免占用更多的土地資源。其典型的應用就是光伏建築一體化，即將光伏陣列置於屋頂或牆壁上，這意味著在公共、私人和工業建築的屋頂和牆面上都有巨大的安裝潛力。其優點在於:
(1)節約土地資源，特別是土地昂貴的城市建築尤為重要;(2)原地發電、原地使用，能節省電站併入電網的投資;(3)降低建築的受熱，避免了牆面溫度和屋頂溫度過高，降低了空調負荷，並改善了室內環境;(4)光伏電池陣列牆作為建築物的玻璃幕牆，可以節約昂貴的外飾材料，使建築外觀更具魅力，同時可減少建築物的整體造價等。
3光伏發電的現狀與未來
光伏發電技術的開發始於20世紀50年代，並隨著傳統礦物資源的日益枯竭而於近年得到迅速發展。特別是得益於德、日、美等發達國家的政策扶持而迎來了乙個美好的春天。
3.1光電轉換效率逐步提高、新概念太陽電池不斷湧現
從第一塊單晶矽太陽電池發展至今，太陽電池所用材料涉及到幾乎所有半導體材料，包括矽、無機化合物半導體、有機半導體，甚至一些金屬材料。結構上也豐富多樣，有同質結、異質結、平面結、垂直結、疊層、整合、薄膜等。伴隨著電池種類的增多、結構的優化及製備工藝的改善，太陽電池的效率也節節攀公升，特別是80年代初期，得益於半導體技術的迅猛發展，太陽電池光電轉換效率迅速提高。
迄今，單晶矽太陽電池的實驗室效率為24.7%多晶矽太陽電池的實驗室效率為20.3 % .
gaas基太陽電池的實驗室效率為35.8%，而聚光條件下gaas基多結電池的效率更是高達40%以上。伴隨著電池實驗室效率的提高，商業化電池的效率也穩步提公升，單晶體太陽電池的效率為16}}20}，多晶體矽電池的效率巧%以上。
薄膜太陽電池的研究工作自2023年以來發展迅速，成為世界關注的新熱點。非晶矽薄膜電池實驗室穩定效率達到了13%、銅錮硒(cis)的實驗室效率達到19.5。
此外，新概念太陽電池不斷湧現，如近幾年迅速發展的染料敏化太陽電池和有機聚合物太陽電池也備受人們關注，前者實驗室最高光電轉換效率為11 a fz3}，後者為7%[24]。圖3給出了不同種類太陽電池效率不斷攀公升的概況[zs}。多晶矽薄膜太陽電池的製備技術一旦獲得突破，其應用前景不可估量。
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