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太陽(yáng)能發(fā)電
太陽(yáng)能發(fā)電主要分為太陽(yáng)能光伏發(fā)電和太陽(yáng)熱能發(fā)電兩種。2011年全球新增太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量約2800萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)6900萬(wàn)千瓦，當(dāng)年全球太陽(yáng)能產(chǎn)值為930億美元。歐盟在太陽(yáng)能發(fā)電方面居于領(lǐng)先地位，但美國(guó)和中國(guó)的發(fā)展勢(shì)頭迅猛。今年3月美國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)和GTM市場(chǎng)調(diào)研公司共同發(fā)布的報(bào)告預(yù)計(jì)，到2016年美國(guó)占全球太陽(yáng)能板市場(chǎng)的份額將由2011年7%提升至15%。屆時(shí)，美國(guó)與中國(guó)可能將成為全球兩大領(lǐng)先的太陽(yáng)能市場(chǎng)。
太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽(yáng)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(yáng)能電池、銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池和碲化鎘太陽(yáng)能電池。
單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高可達(dá)23％，在太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高，但其制造成本高。單晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為14%到16%，其制作成本低于單晶硅太陽(yáng)能電池，因此得到大量發(fā)展，但多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命要比單晶硅太陽(yáng)能電池要短。
提高太陽(yáng)能發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)力的途徑，就是要提高其光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。因此，硅太陽(yáng)能電池的研發(fā)主要圍繞以下兩個(gè)方面進(jìn)行：一是提高太陽(yáng)光輻照能轉(zhuǎn)化為電能的光電轉(zhuǎn)換效率；二是大幅度降低單瓦成本。
2010年美國(guó)能源部啟動(dòng)了“太陽(yáng)計(jì)劃”，旨在降低太陽(yáng)能發(fā)電的均化成本，計(jì)劃到2020年在沒(méi)有補(bǔ)貼的前提下將其降為每千瓦50到60美元。就公用事業(yè)電站項(xiàng)目的太陽(yáng)能發(fā)電而言，其安裝成本必須降至每瓦1美元，其中太陽(yáng)能電池模塊的成本為每瓦0.5美元，并入常規(guī)電網(wǎng)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(jù)美國(guó)SunRun發(fā)布的一份報(bào)告顯示，地方審批流程這一項(xiàng)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(yáng)能的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而“太陽(yáng)計(jì)劃”的目標(biāo)之一就是致力于降低軟性成本以降低模塊成本。
由于產(chǎn)能過(guò)剩、全球經(jīng)濟(jì)不景氣，以及工程和制造技術(shù)的創(chuàng)新，硅太陽(yáng)能模塊的售價(jià)自2008年第2季度以來(lái)大幅降低：從原來(lái)的每瓦4美元降為每瓦1美元。隨著未來(lái)技術(shù)創(chuàng)新步伐的加快，其售價(jià)將會(huì)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(yáng)能電池是用硅、硫化鎘、砷化鎵等薄膜為基體材料的太陽(yáng)能電池。薄膜太陽(yáng)能電池可以使用質(zhì)輕、價(jià)低的基底材料（如玻璃、塑料、陶瓷等）來(lái)制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度不到1微米，便于運(yùn)輸和安裝。然而，沉淀在異質(zhì)基底上的薄膜會(huì)產(chǎn)生一些缺陷，因此現(xiàn)有的碲化鎘和銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池的規(guī)模化量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率只有12%到14%，而其理論上限可達(dá)29%。如果在生產(chǎn)過(guò)程中能夠減少碲化鎘的缺陷，將會(huì)增加電池的壽命，并提高其轉(zhuǎn)化效率。這就需要研究缺陷產(chǎn)生的原因，以及減少缺陷和控制質(zhì)量的途徑。太陽(yáng)能電池界面也很關(guān)鍵，需要大量的研發(fā)投入。
此外，也需要設(shè)計(jì)一套在線監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，以改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量控制，并將之作為一種長(zhǎng)期性措施。目前，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能板的成本最低（大約為每瓦0.7美元）。未來(lái)20到25年，所有新型太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)都將受惠于財(cái)政貼息政策，因此光伏發(fā)電技術(shù)必將有相當(dāng)大的發(fā)展空間，這將增強(qiáng)該項(xiàng)技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。如果能夠?qū)⒐怆娹D(zhuǎn)化率從17%提高到20%，太陽(yáng)能電板的成本和某些軟性成本將會(huì)大幅度降低，這將會(huì)給未來(lái)的市場(chǎng)帶來(lái)變革性的重大影響，其影響可以與將多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提高到18%以上相媲美。
高效多結(jié)太陽(yáng)能電池技術(shù)也非常引人注目。高效多結(jié)太陽(yáng)能電池是指針對(duì)太陽(yáng)光譜，在不同的波段選取不同帶寬的半導(dǎo)體材料做成多個(gè)太陽(yáng)能子電池，最后將這些子電池串聯(lián)形成多結(jié)太陽(yáng)能電池。
太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，任何一項(xiàng)技術(shù)只有在商業(yè)化規(guī)模上能將太陽(yáng)電池板的成本降為每瓦0.5美元，才有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
太陽(yáng)熱能發(fā)電是利用集熱器將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，并通過(guò)熱力循環(huán)過(guò)程進(jìn)行發(fā)電，其均化成本可以降為每千瓦時(shí)50到60美元。太陽(yáng)熱能發(fā)電系統(tǒng)有三類：拋物槽式聚焦系統(tǒng)、塔式聚焦系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換效率大約為30%到35%。聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱工質(zhì)主要是水、水蒸汽和熔鹽等，這些傳熱工質(zhì)在接收器內(nèi)可以加熱到攝氏450度然后用于發(fā)電。此外，該發(fā)電方式的儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以將熱能暫時(shí)儲(chǔ)存數(shù)小時(shí)，以備用電高峰時(shí)之需。
拋物槽式聚焦系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式發(fā)射鏡將陽(yáng)光聚集到管形的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在熱換氣器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用一組獨(dú)立跟蹤太陽(yáng)的定日鏡，將陽(yáng)光聚集到一個(gè)固定塔頂部的接收器上以產(chǎn)生高溫。
為了實(shí)現(xiàn)均化成本為每千瓦時(shí)50到60美元的目標(biāo)，必須提高熱機(jī)的效率。這需要將傳熱工質(zhì)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(yáng)能反射鏡和發(fā)電塔。此外，也需要研發(fā)太陽(yáng)能聚熱器使用的低成本、耐高溫新型材料。如果能將太陽(yáng)聚熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)的溫度加熱到攝氏600度以上，太陽(yáng)熱能發(fā)電將能與天然氣混合循環(huán)發(fā)電技術(shù)相媲美。
另一個(gè)有潛力的途徑是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電和熱能發(fā)電有機(jī)地結(jié)合起來(lái)�？蓪⒕酃馓�(yáng)輻射中的可見(jiàn)光譜過(guò)濾出來(lái)用于光伏發(fā)電，其余光譜用于熱能發(fā)電；此外，由于太陽(yáng)熱能發(fā)電極少能完全利用聚光太陽(yáng)輻射，這也為光伏發(fā)電和太陽(yáng)能聚熱器的有機(jī)整合提供了可能性。
利用太陽(yáng)熱能發(fā)電需要及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)太陽(yáng)輻射量的變化情況，以適應(yīng)計(jì)劃配電的需要。同時(shí)還需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的電力儲(chǔ)能技術(shù)，以克服太
