太陽能發電

太陽能發電主要分為太陽能光伏發電和太陽熱能發電兩種。2011年全球新增太陽能發電裝機容量約2800萬千瓦，累計裝機容量達6900萬千瓦，當年全球太陽能產值為930億美元。歐盟在太陽能發電方面居于領先地位，但美國和中國的發展勢頭迅猛。今年3月美國太陽能產業協會和GTM市場調研公司共同發布的報告預計，到2016年美國占全球太陽能板市場的份額將由2011年7%提升至15%。屆時，美國與中國可能將成為全球兩大領先的太陽能市場。

太陽能光伏發電是利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。光伏發電系統主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中太陽能電池是光伏發電系統的關鍵部分，太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。太陽能電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池兩類，前者包括單晶硅電池、多晶硅電池兩種，后者主要包括非晶體硅太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池和碲化鎘太陽能電池。

單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，最高可達23％，在太陽能電池中光電轉換效率最高，但其制造成本高。單晶硅太陽能電池的使用壽命一般可達15年，最高可達25年。多晶硅太陽能電池的光電轉換效率為14%到16%，其制作成本低于單晶硅太陽能電池，因此得到大量發展，但多晶硅太陽能電池的使用壽命要比單晶硅太陽能電池要短。

提高太陽能發電競爭力的途徑，就是要提高其光電轉換效率，降低生產成本。因此，硅太陽能電池的研發主要圍繞以下兩個方面進行：一是提高太陽光輻照能轉化為電能的光電轉換效率；二是大幅度降低單瓦成本。

2010年美國能源部啟動了“太陽計劃”，旨在降低太陽能發電的均化成本，計劃到2020年在沒有補貼的前提下將其降為每千瓦50到60美元。就公用事業電站項目的太陽能發電而言，其安裝成本必須降至每瓦1美元，其中太陽能電池模塊的成本為每瓦0.5美元，并入常規電網的成本為每瓦0.1美元，軟性成本（包括安裝、許可證的獲取和其他成本等）為每瓦0.4美元。據美國SunRun發布的一份報告顯示，地方審批流程這一項就使每戶住宅的光伏安裝成本增加2500多美元，降低這類軟性成本也有利于提高太陽能的競爭優勢，而“太陽計劃”的目標之一就是致力于降低軟性成本以降低模塊成本。

由于產能過剩、全球經濟不景氣，以及工程和制造技術的創新，硅太陽能模塊的售價自2008年第2季度以來大幅降低：從原來的每瓦4美元降為每瓦1美元。隨著未來技術創新步伐的加快，其售價將會降為每瓦0.8美元，2020年將降為每瓦0.5美元。相比之下，軟性成本的降幅不大。

薄膜太陽能電池是用硅、硫化鎘、砷化鎵等薄膜為基體材料的太陽能電池。薄膜太陽能電池可以使用質輕、價低的基底材料（如玻璃、塑料、陶瓷等）來制造，形成可產生電壓的薄膜厚度不到1微米，便于運輸和安裝。然而，沉淀在異質基底上的薄膜會產生一些缺陷，因此現有的碲化鎘和銅銦鎵硒太陽能電池的規模化量產轉換效率只有12%到14%，而其理論上限可達29%。如果在生產過程中能夠減少碲化鎘的缺陷，將會增加電池的壽命，并提高其轉化效率。這就需要研究缺陷產生的原因，以及減少缺陷和控制質量的途徑。太陽能電池界面也很關鍵，需要大量的研發投入。

此外，也需要設計一套在線監測和控制系統，以改進生產質量控制，并將之作為一種長期性措施。目前，碲化鎘薄膜太陽能板的成本最低（大約為每瓦0.7美元）。未來20到25年，所有新型太陽能發電技術都將受惠于財政貼息政策，因此光伏發電技術必將有相當大的發展空間，這將增強該項技術的市場競爭力。如果能夠將光電轉化率從17%提高到20%，太陽能電板的成本和某些軟性成本將會大幅度降低，這將會給未來的市場帶來變革性的重大影響，其影響可以與將多晶硅太陽能電池的光電轉化效率提高到18%以上相媲美。

高效多結太陽能電池技術也非常引人注目。高效多結太陽能電池是指針對太陽光譜，在不同的波段選取不同帶寬的半導體材料做成多個太陽能子電池，最后將這些子電池串聯形成多結太陽能電池。

太陽能光伏發電技術競爭異常激烈，從經濟性的角度考慮，任何一項技術只有在商業化規模上能將太陽電池板的成本降為每瓦0.5美元，才有實際應用價值。

太陽熱能發電是利用集熱器將太陽輻射能轉換為熱能，并通過熱力循環過程進行發電，其均化成本可以降為每千瓦時50到60美元。太陽熱能發電系統有三類：拋物槽式聚焦系統、塔式聚焦系統和碟式系統，轉換效率大約為30%到35%。聚焦式太陽能熱發電系統的傳熱工質主要是水、水蒸汽和熔鹽等，這些傳熱工質在接收器內可以加熱到攝氏450度然后用于發電。此外，該發電方式的儲熱系統可以將熱能暫時儲存數小時，以備用電高峰時之需。

拋物槽式聚焦系統是利用拋物柱面槽式發射鏡將陽光聚集到管形的接收器上，并將管內傳熱工質加熱，在熱換氣器內產生蒸汽，推動常規汽輪機發電。塔式太陽能熱發電系統是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚集到一個固定塔頂部的接收器上以產生高溫。

為了實現均化成本為每千瓦時50到60美元的目標，必須提高熱機的效率。這需要將傳熱工質的溫度加熱到攝氏600度，需要研制性能更好的拋物柱面太陽能反射鏡和發電塔。此外，也需要研發太陽能聚熱器使用的低成本、耐高溫新型材料。如果能將太陽聚熱器內傳熱工質的溫度加熱到攝氏600度以上，太陽熱能發電將能與天然氣混合循環發電技術相媲美。

另一個有潛力的途徑是將太陽能光伏發電和熱能發電有機地結合起來。可將聚光太陽輻射中的可見光譜過濾出來用于光伏發電，其余光譜用于熱能發電；此外，由于太陽熱能發電極少能完全利用聚光太陽輻射，這也為光伏發電和太陽能聚熱器的有機整合提供了可能性。

利用太陽熱能發電需要及時準確預測太陽輻射量的變化情況，以適應計劃配電的需要。同時還需要開發相應的電力儲能技術，以克服太