存在问题和展望
尽管太阳能光伏在最近几十年得到了长足的进步,但目前仍有一些问题需要克服,以更好地推动太阳能光伏的推广应用。主要有以下几个问题。
(1)太阳电池的效率还不够高
目前的太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜太阳电池这几种。商品化的晶硅太阳电池的转换效率在12%~17%,非晶硅太阳电池的转换效率为5%~10%,薄膜太阳电池的转换效率为2%~5%。由于太阳电池的转换效率低,因此光伏发电的功率密度低,在实际使用时受空间的约束就很大。由于光电转换控制的技术限制,实际的太阳能利用效率更低,通常只有5%~7%。提高太阳电池的光电转换效率已经成为太阳能普及使用的关键。
(2)太阳电池成本下降不够
由于光伏发电的利用效率较低,所以需要大量的太阳电池板。2003年晶硅太阳电池的价格约36~40元/ W ,已下降到18~20元/ W ,但相比目前的火电和水电,光伏发电的成本仍高很多。因此目前制约太阳能应用快速普及发展的一个重要原因是成本高。
(3)光伏发电受气候环境的影响大
由于太阳辐射到地面能量受气候变化的影响较大,光伏发电稳定性较差,在目前的太阳电池效率下,对设备运行影响较大。另外大气中的灰尘对太阳电池的影响也很大,灰尘颗粒物降落在太阳电池上减少了阳光的照射,降低太阳辐射到太阳电池的光通量,使发电量降低,变相降低转换效率。另外个别点灰尘的大量吸附容易产生孤岛效应,使太阳电池的使用寿命降低。
(4)晶硅材料的能源消耗大
尽管硅材料是地球上十分丰富的原料,但主要以矿石形态存在(SiO2),从矿石中将硅加工成多晶硅和单晶硅需要经过很多化学和物理工序,需要消耗较多的能量,这是光伏技术碳排放的主要来源。制造非晶硅太阳电池消耗的能量要少很多,但光电转换效率和寿命要差很多。如何提高太阳电池的转换效率和降低制造能量的消耗是降低光伏发电技术碳排放的关键。
随着科技发展,未来光伏发电成本会继续降低。各种相关技术如晶体硅、薄膜及其他的太阳电池将逐步提高性能,模块的转换效率将进一步提高。若光伏模块的能源转换率达到30%~50%,可以使太阳辐射能高效地使用,安装设计的成本会进一步降低,有利于太阳能的普及使用。尽管未来几十年,传统能源仍将是主要的能源,但可再生能源的使用比例会不断增加,发挥重要作用。由于光伏发电具有节约成本的优势,太阳能将成为首选。
