关键词：太阳能利用太阳能资源热利用技术光伏发电技术

一、引言

太阳能利用指太阳能的直接转化和利用。利用半导体器件的光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能称太阳能光伏技术。把太阳辐射能转换成热能的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域。

二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6%的实用型单晶硅电池，二是l955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志，也是人类能源技术又一次变革的技术基础。

70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮。开发利用太阳能成为各国制定可持续发展战略的重要内容。近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。包括太阳能在内的可再生能源在下世纪将会以前所未有的速度发展，逐步成为人类的基础能源之一。据预测，到下世纪中叶，可再生能源在世界能源结构中将占到50%以上，如图l所示。

二、资源

太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量。太阳内部的热核反应足以维持6×1010年，相对于人类发展历史的有限年代而言，可以说是"取之不尽、用之不竭"的能源。地面上的太阳辐射能随时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗以及2100年以后规划的能源利用量。

地球上太阳能资源一般以全年总辐射量(千焦／平米·年)和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。

三、国外发展概况和趋势

l、太阳能光伏发电世界光伏组件在过去15年平均年增长率约为15%。90年代后期，发展更加迅速，最近三年平均年增长率超过30%，如图2所示。l999年光伏组件生产达到200兆峰瓦，世界光伏发电总装机容量约1000兆瓦。在产业方面，各国一直通过扩大规模、提高自动化程度，改进技术水平、开拓市场等措施降低成本，并取得了巨大进展。商品化电池效率从10-l3%提高到l3-l5%。生产规模从1-5兆峰瓦／年发展到5-25兆峰瓦／年，并正在向50兆峰瓦甚至l00兆峰瓦扩大；光伏组件的生产成本降到3美元／峰瓦以下。发展中国家印度处于领先地位，目前有50多家公司从事与光伏发电技术有关的制造业，其中有6个太阳电池制造厂和l2个组件生产厂，年生产组件11兆峰瓦。累计装机容量约40兆峰瓦。

在研究开发方面，单晶硅电池效率已达24.7%。多晶硅电池效率突破19.8%。非晶硅薄膜电

池通过双结、三结迭层和Ge-Si合金层技术，在克服光衰减和提高效率上不断有新的突破，实验室稳定效率已经突破l5%。碲化镉电池效率达到l5.8%，铜铟硒电池效率l8.8%。晶硅薄膜电池的研究工作自1987年以来发展迅速，成为世界关注的新热点。

2l世纪世界光伏发电的发展将具有以下特点：

1)产业将继续以高增长速率发展。多年来光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一。预测今后10年光伏组件的生产将以20-30%甚至更高的递增速度发展。光伏发电的未来前景已经被愈来愈多的国家政府和金融界(如世界银行)所认识。许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划，如到2010年，美国计划累计安装4.6GW(含百万屋顶计划)；欧盟计划安装3.7GW(可再生能源白皮书)；日本计划累计安装5Gw(NEDO日本新阳光计划)，预计其他发展中国家l.5GW(估计约10%)，预计世界总累计安装14-15GW。到下世纪中叶，光伏发电成为人类的基础能源之一。

2)太阳电池组件成本将大幅度降低。光伏发电系统安装成本每年以9%速率降低。1996年平均安装成本约7美元／峰瓦，预计2005年可降到3美元／峰瓦，相当于光伏发电成本0.11美元／千瓦时，2010年发电成本将降到6美分／千瓦时。降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。考虑到下世纪薄膜电池技术会有重大突破，其降低成本的潜力更大。因此下世纪太阳电池组件成本大幅度降低是必然的趋势。

3)光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展。目前光伏组件的生产规模在5-20兆瓦／年。壳牌公司在德国建立的年产25兆瓦多晶硅组件生产厂于今年4月份开工。许多公司在计划扩建和新建年产50-l00兆瓦级光伏组件生产厂。同时自动化程度、技术水平也将大大提高、电池效率将由现在的水平(单晶硅l3%-15%，多晶硅11%-l3%)向更高水平(单晶硅l8%-20%，多晶硅16%-l8%)发展。

4)薄膜电池技术将获得突破。薄膜电池具有大幅度降低成本的潜力，世界许多国家都在大力研究开发薄膜电池。下世纪薄膜电池技术将获得重大突破，规模会向百兆瓦级以上发展，成本会大幅度降低，实现光伏发电与常规发电相竞争的目标，从而成为可替代能源。

5)太阳能光伏建筑集成及并网发电的快速发展。建筑光伏集成具有多功能和可持续发展的特征，建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积，不需要占用昂贵的土地，省去光伏系统的支撑结构；光伏阵列可以代替常规建筑材料，从而节省安装和材料费用，例如常规外墙包覆装修成本与光伏组件成本相当；光伏系统的安装可集成到建筑施工过程，降低施工成本；在用电地点发电，避免传输和配电损失(5-10%)，降低了电力传输和配电的投资和维修成本；集成设计使建筑更加洁净、完美，更使人赏心悦目，更容易被专业建筑师、用户和公众接受。太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视，许多国家相继制定了本国的屋顶计划。

2、太阳能热利用

1)太阳能热水器。热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。1998年世界太阳能热水器的总保有量约5400万平米。2l世纪热水器将仍然是太阳能热利用的最主要市场之一。

2)太阳能建筑。80年代国际能源组织(1EA)组织15个国家的专家对太阳能建筑技术进行联合攻关，欧美发达国家纷纷建造综合利用太阳能示范建筑。试验表明、太阳能建筑节能率大约75%左右，已成为最有发展前景的领域之一。

3)太阳能热发电。目前热发电系统主要有三种类型：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。槽式系统是