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①光發(fā)電。在實際應(yīng)用中，通常指太陽能向電能的轉(zhuǎn)換，即光伏（photovoltaics，PV）。光伏發(fā)電方式又分為集中式發(fā)電和分散式發(fā)電。
②熱發(fā)電。主要是把太陽的能量聚集在一起，產(chǎn)生高溫來驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，即聚熱發(fā)電（concentrated solar power，CSP）。聚熱發(fā)電方式都是集中式發(fā)電，目前，聚熱發(fā)電占太陽能發(fā)電中的比例很小。
起初，光伏發(fā)電只是單家獨戶屋頂應(yīng)用，隨著光伏發(fā)電成本降低以及政府補(bǔ)貼，利用數(shù)量大增并聯(lián)網(wǎng)，并促使分散式電力交易，推進(jìn)了能源互聯(lián)網(wǎng)的建立。光伏發(fā)電正在迅速成為廉價的低碳的可利用的再生能源。商業(yè)性集中式太陽能發(fā)電出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。
根據(jù)BP《Statistical Reviewof World Energy，2016》的數(shù)據(jù)制成表1。當(dāng)前電力市場仍然被化石燃料發(fā)電（主要是燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電）霸占，其次是大型水力發(fā)電和核能發(fā)電。盡管太陽無償?shù)亟o地球輸送能源，在地球上形成太陽能、風(fēng)能、水能、海洋能、生物質(zhì)能等，但是人類要獲取能源卻要付出代價，不存在能源零成本社會。哪種能源付出的價格夠數(shù)，這種能源就得到發(fā)展。由于太陽能發(fā)電成本仍然高于化石燃料發(fā)電，所以目前太陽能發(fā)電占全球發(fā)電總量很小，見表1。
表1太陽能發(fā)電占全球總發(fā)電量的比例
一、最大的光伏電站年變化
光伏電站是指與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。從1982年起已經(jīng)有了全球最大的光伏電站，而且每年都是變化的。中國龍羊峽水光互補(bǔ)并網(wǎng)光伏電站于2015年躍居全球最大的光伏電站。
表2世界上最大的光伏電站進(jìn)展年表
二、世界上最大的光伏電站
全球最大的光伏電站隨著時間的推移，也隨之發(fā)生變化。這里是2015年世界上最大的光伏電站。
1、中民投寧夏（鹽池）新能源綜合示范區(qū)電站
全球最大的光伏電站隨著時間的推移，也隨之發(fā)生變化。這里是2015年世界上最大的光伏電站。
1、中民投寧夏（鹽池）新能源綜合示范區(qū)電站
按照寧夏的光照條件，這一2000MW項目建成后，年平均上網(wǎng)電量289419萬度。以該發(fā)電量計算，與火電相比，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤101萬噸。該示范區(qū)還將建設(shè)風(fēng)、光、生物質(zhì)、儲能多元互補(bǔ)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、綠色現(xiàn)代牧業(yè)養(yǎng)殖示范基地、綠色現(xiàn)代牧草種植示范基地、全球最大光伏旅游基地等項目。
2、龍羊峽水光互補(bǔ)光伏電站
龍羊峽水光互補(bǔ)并網(wǎng)光伏電站位于青海省海南州共和縣塔拉灘黃河公司產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，共劃分9個光伏發(fā)電生產(chǎn)區(qū)，總裝機(jī)容量為850MWp，2013年Ⅰ期320MW竣工，2015年Ⅱ期530MW竣工占地面積20.40km2，是目前全球建設(shè)規(guī)模最大的水光互補(bǔ)并網(wǎng)光伏電站。投產(chǎn)以來，電站每年將824GWh綠色能源輸送到西北電網(wǎng)。
所謂“水光互補(bǔ)”，就是把光伏發(fā)電站和水電站組合成一個電源。龍羊峽水光互補(bǔ)光伏電站最大的優(yōu)勢就是水電與光伏發(fā)電協(xié)調(diào)運行，利用水光互補(bǔ)，通過水電調(diào)節(jié)后送入電網(wǎng)，從電源端起，解決了光伏發(fā)電穩(wěn)定性差的問題。
3、太陽星I和II
所謂“水光互補(bǔ)”，就是把光伏發(fā)電站和水電站組合成一個電源。龍羊峽水光互補(bǔ)光伏電站最大的優(yōu)勢就是水電與光伏發(fā)電協(xié)調(diào)運行，利用水光互補(bǔ)，通過水電調(diào)節(jié)后送入電網(wǎng)，從電源端起，解決了光伏發(fā)電穩(wěn)定性差的問題。
3、太陽星I和II
太陽星I和II位于美國加利福尼亞州羅莎蒙德，裝機(jī)容量579MWAC，2015年6月竣工。太陽星I：318MWAC或397.8MWDC；太陽星II：279MWAC或349.5MWDC，2015年6月19日聯(lián)網(wǎng)。它是目前世界上裝機(jī)容量為第二位的太陽能電站，采用了170萬塊太陽能電池板，鋪散在面積為13km2的土地上。
4、黃玉光伏電站
4、黃玉光伏電站
5、沙漠陽光光伏電站
沙漠陽光光伏電站位于美國加利福尼亞州沙漠中心莫哈韋沙漠，裝機(jī)容量550MWAC，年發(fā)電量1287GWh。2013年Ⅰ期300MW建成，2015年1月最終建成550MW電站，占地16km2。采用美國第一太陽能公司薄膜技術(shù)制造的880萬塊CdTe光伏模塊。
6、黃河格爾木光伏電站
此外，龍源電力2011年在格爾木建立了多個20兆瓦太陽能產(chǎn)業(yè)園。在格爾木沙漠區(qū)光伏總量已經(jīng)達(dá)570MW，2012年估計已達(dá)500MW。
7、銅山光伏電站
銅山光伏電站位于美國內(nèi)華達(dá)州博爾德城，裝機(jī)容量458MWp，1期于2010年12月份建成，2期于2013年1月份建成，3期于2015年初完工，4期建造97MW，計劃在2015年開始，2016年底完成。建造費用1.41億美元，采用平板光伏電池板，有775000塊第一太陽能公司產(chǎn)電池板，產(chǎn)權(quán)歸Sempra Generation擁有。裝機(jī)容量458MW，年發(fā)電量約770GWh，容量因數(shù)24%。
8、查拉恩卡光伏電站
8、查拉恩卡光伏電站
9、塞斯塔光伏電站
塞斯塔光伏電站位于法國塞斯塔村，由25塊12MWp組成，裝機(jī)容量300兆瓦（MWp），它是歐洲最大的光伏電站。2015年10月份建成，設(shè)施在波爾多附近，占地250公頃，年發(fā)電量380GWh。
10、阿瓜克萊恩特太陽能項目
10、阿瓜克萊恩特太陽能項目
為了閱讀比較的方便，把以上數(shù)據(jù)匯總一下，見表3。
表3 2015年全球最大的光伏電站
三、中國的光伏組件與電站
除了歐洲以外，中國是最大的太陽能市場，占全球太陽能市場的8%。中國2011年太陽能累積裝機(jī)容量為3300MW，猛增到2014年的28199MW，三年間增加了8倍。到2020年中國計劃安裝太陽能裝機(jī)容量約50000MW。從2010年起，中國對再生能源投資達(dá)450億美元，以減少對煤的依賴。
中國擁有豐富的太陽能資源，接收陽光的地區(qū)主要在農(nóng)村和遠(yuǎn)離國家電網(wǎng)的地區(qū)。有17%陸地接收太陽輻射達(dá)1750kWh/m2以上，約40%以上的陸地在1400～1750kWh/m2。中國戈壁沙漠面積130萬km2，如果都覆蓋著太陽能板，那么潛在的裝機(jī)容量可達(dá)17TW。
中國已經(jīng)成為全球最大的太陽能板（電池）的制造商，僅在2010年太陽能板生產(chǎn)超過10GW。中國太陽能模塊95%供出口。全球有10家公司控制著全球太陽能模塊生產(chǎn)量的一半以上，其中4家公司即尚德、晶奧、英利綠色能源和天合光能都在中國。
中國是太陽能組件出口到美國的最大出口商，僅2011年出口太陽能電池達(dá)28億美元。2008年中國企業(yè)生產(chǎn)的太陽能電池平均銷售價格為4美元每瓦，即為全球平均價格的2倍。僅隔2年價格降至1.80美元每瓦，低于全球平均價格的30美分。
表4中國運行中的光伏電站統(tǒng)計
除了歐洲以外，中國是最大的太陽能市場，占全球太陽能市場的8%。中國2011年太陽能累積裝機(jī)容量為3300MW，猛增到2014年的28199MW，三年間增加了8倍。到2020年中國計劃安裝太陽能裝機(jī)容量約50000MW。從2010年起，中國對再生能源投資達(dá)450億美元，以減少對煤的依賴。
中國擁有豐富的太陽能資源，接收陽光的地區(qū)主要在農(nóng)村和遠(yuǎn)離國家電網(wǎng)的地區(qū)。有17%陸地接收太陽輻射達(dá)1750kWh/m2以上，約40%以上的陸地在1400～1750kWh/m2。中國戈壁沙漠面積130萬km2，如果都覆蓋著太陽能板，那么潛在的裝機(jī)容量可達(dá)17TW。
中國已經(jīng)成為全球最大的太陽能板（電池）的制造商，僅在2010年太陽能板生產(chǎn)超過10GW。中國太陽能模塊95%供出口。全球有10家公司控制著全球太陽能模塊生產(chǎn)量的一半以上，其中4家公司即尚德、晶奧、英利綠色能源和天合光能都在中國。
中國是太陽能組件出口到美國的最大出口商，僅2011年出口太陽能電池達(dá)28億美元。2008年中國企業(yè)生產(chǎn)的太陽能電池平均銷售價格為4美元每瓦，即為全球平均價格的2倍。僅隔2年價格降至1.80美元每瓦，低于全球平均價格的30美分。
表4中國運行中的光伏電站統(tǒng)計
單位裝機(jī)容量產(chǎn)生的電力與光伏電站所處的日照位置有關(guān)。按照臺灣的平均日照，1kW可以產(chǎn)生1250kWh，而日本平均產(chǎn)生1000kWh。
我國寧夏鹽池縣高沙窩鎮(zhèn)有豐富的太陽能資源，平均日照在1640～1700kWh/m2，因此計劃擬建光伏電站，裝機(jī)容量2000MW，占地40km2，總投資150億元人民幣。建成后將成為世界上最大的光伏電站之一。
四、太陽能板可以用在哪？
由于太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率低，一般只有20%以下，最高不超過25.6%，因此太陽能電池數(shù)量巨大，占地面積大，并且都處于荒涼貧瘠和人口稀少的地方。因此，增加太陽能電池的落腳處有兩個方案：
1、浮式太陽能發(fā)電站。太陽能發(fā)電站漂浮在水面上，像閃耀在水面上的藍(lán)色寶石！近年來，由于陸地上大規(guī)模土地難尋，利用閑置的水面來架設(shè)太陽能板，這項創(chuàng)舉重新定義了太陽能電池板的落腳處。只要是水面波動但水位落差不大的水面，都適合發(fā)展浮式太陽能發(fā)電站。
我國寧夏鹽池縣高沙窩鎮(zhèn)有豐富的太陽能資源，平均日照在1640～1700kWh/m2，因此計劃擬建光伏電站，裝機(jī)容量2000MW，占地40km2，總投資150億元人民幣。建成后將成為世界上最大的光伏電站之一。
四、太陽能板可以用在哪？
由于太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率低，一般只有20%以下，最高不超過25.6%，因此太陽能電池數(shù)量巨大，占地面積大，并且都處于荒涼貧瘠和人口稀少的地方。因此，增加太陽能電池的落腳處有兩個方案：
1、浮式太陽能發(fā)電站。太陽能發(fā)電站漂浮在水面上，像閃耀在水面上的藍(lán)色寶石！近年來，由于陸地上大規(guī)模土地難尋，利用閑置的水面來架設(shè)太陽能板，這項創(chuàng)舉重新定義了太陽能電池板的落腳處。只要是水面波動但水位落差不大的水面，都適合發(fā)展浮式太陽能發(fā)電站。
圖1日本千葉縣山倉水庫上的浮式光伏電站
浮式太陽能發(fā)電站的優(yōu)點是：
⑴租用池塘或水庫的閑置水面的價格較為低廉，可節(jié)省營運成本。
⑵水面溫度可以降溫太陽能板，與設(shè)置在陸地和屋頂上的太陽能板比較，約可高出11%的發(fā)電效率。
⑶太陽能板可遮蔽陽光，不直接照射在水面上，降低池水的蒸發(fā)率和池塘內(nèi)的藻類繁殖，改善水質(zhì)，有利于水池的維護(hù)。
世界上最大的浮式光伏電站預(yù)計將于2018年在日本千葉縣山倉水庫建成。該項目設(shè)計發(fā)電功率3330MWh，建成后它將是世界上同類型發(fā)電站中發(fā)電功率最大的水上漂浮光伏發(fā)電站。這一電站的建成預(yù)計將為極大緩解日本東電公司在東京地區(qū)的供電緊缺問題。
2、太陽能道路。新一波道路革命即將展開，2015年12月法國正式宣布，將在未來5年內(nèi)修建1000公里太陽能道路。歐美國家致力于研發(fā)太陽能道路，英國和荷蘭打造太陽能自行車道，比利時也曾建造過一條3.6公里長的實驗性公路，將馬路變成再生能源的生產(chǎn)基地。
太陽能公路不需要重建既有的公路，只是將太陽能板以聚合樹脂制成厚度僅有0.7厘米的小塊太陽能磚塊，像地磚一樣鋪設(shè)在原來的道路表面，同時在太陽能板上涂覆透明保護(hù)層增加了顆粒結(jié)構(gòu)，讓路面的摩擦力與傳統(tǒng)公路相當(dāng)，以確保行車安全。目前已進(jìn)行100萬次的車輛通行測試。
太陽能板上內(nèi)建的LED照明，能夠在路面上發(fā)亮，顯示道路標(biāo)線和路況訊息，并隨時依據(jù)道路狀況而進(jìn)行調(diào)整。
太陽能板產(chǎn)生的電流由隱蔽在地下的蓄電裝置輸送到城市電力網(wǎng)。根據(jù)法國《環(huán)境與能源控制署》計算，1公里的太陽能道路發(fā)電量，足以支持規(guī)模5000人小城鎮(zhèn)的日常公共照明用電。
⑴租用池塘或水庫的閑置水面的價格較為低廉，可節(jié)省營運成本。
⑵水面溫度可以降溫太陽能板，與設(shè)置在陸地和屋頂上的太陽能板比較，約可高出11%的發(fā)電效率。
⑶太陽能板可遮蔽陽光，不直接照射在水面上，降低池水的蒸發(fā)率和池塘內(nèi)的藻類繁殖，改善水質(zhì)，有利于水池的維護(hù)。
世界上最大的浮式光伏電站預(yù)計將于2018年在日本千葉縣山倉水庫建成。該項目設(shè)計發(fā)電功率3330MWh，建成后它將是世界上同類型發(fā)電站中發(fā)電功率最大的水上漂浮光伏發(fā)電站。這一電站的建成預(yù)計將為極大緩解日本東電公司在東京地區(qū)的供電緊缺問題。
2、太陽能道路。新一波道路革命即將展開，2015年12月法國正式宣布，將在未來5年內(nèi)修建1000公里太陽能道路。歐美國家致力于研發(fā)太陽能道路，英國和荷蘭打造太陽能自行車道，比利時也曾建造過一條3.6公里長的實驗性公路，將馬路變成再生能源的生產(chǎn)基地。
太陽能公路不需要重建既有的公路，只是將太陽能板以聚合樹脂制成厚度僅有0.7厘米的小塊太陽能磚塊，像地磚一樣鋪設(shè)在原來的道路表面，同時在太陽能板上涂覆透明保護(hù)層增加了顆粒結(jié)構(gòu)，讓路面的摩擦力與傳統(tǒng)公路相當(dāng)，以確保行車安全。目前已進(jìn)行100萬次的車輛通行測試。
太陽能板上內(nèi)建的LED照明，能夠在路面上發(fā)亮，顯示道路標(biāo)線和路況訊息，并隨時依據(jù)道路狀況而進(jìn)行調(diào)整。
太陽能板產(chǎn)生的電流由隱蔽在地下的蓄電裝置輸送到城市電力網(wǎng)。根據(jù)法國《環(huán)境與能源控制署》計算，1公里的太陽能道路發(fā)電量，足以支持規(guī)模5000人小城鎮(zhèn)的日常公共照明用電。
圖2太陽能道路面
五、光伏成本價格大幅度降低
光伏發(fā)電成本因各國的生產(chǎn)成本、地理位置和政策而異，但均有大幅度降低。根據(jù)美國能源情報署（EIA）2015年度能源展望報告(AEO2015)預(yù)測，光伏發(fā)電成本約為125美元/MWh（0.125美元/kWh），仍然高于常規(guī)能源發(fā)電如燃煤發(fā)電、核能發(fā)電、水力發(fā)電和天然氣發(fā)電。
表5美國2020年度電成本估計（單位：$/MWh）
光伏發(fā)電成本因各國的生產(chǎn)成本、地理位置和政策而異，但均有大幅度降低。根據(jù)美國能源情報署（EIA）2015年度能源展望報告(AEO2015)預(yù)測，光伏發(fā)電成本約為125美元/MWh（0.125美元/kWh），仍然高于常規(guī)能源發(fā)電如燃煤發(fā)電、核能發(fā)電、水力發(fā)電和天然氣發(fā)電。
表5美國2020年度電成本估計（單位：$/MWh）
再看歐洲光伏發(fā)電成本的變化，見圖3。從2010年到2020年的十年間降低了一半。
圖3歐洲光伏度電價格降低
六、光伏發(fā)電面臨一場大革新
太陽能電池怎么把陽光轉(zhuǎn)化為電能的？
太陽能電池材料中的電子各自位于所屬的原子中，光照之前，沒有電流流過，但陽光照射到電池時，就會使電子釋放出。這些受激發(fā)的電子具有能量，歪歪斜斜地在晶格中四處游走，最后從太陽電池的一端離開形成電流。電子在游走途中遇到障礙物或陷阱，使能量轉(zhuǎn)化成熱能后散逸。晶格品質(zhì)越好，使電子脫離行徑的缺陷就越少。
硅電池通常需要加熱到攝氏900度以上，以除去這些缺陷，鈣鈦礦的制作僅需攝氏100度左右，因此鈣鈦礦受激發(fā)時，盡管電子攜帶的能量與硅電池差不多，但制作卻方便許多。
太陽能電池把陽光中的能量轉(zhuǎn)換成電能的效率是有限的。電子受激發(fā)所需的最低能量稱為“帶隙”。陽光中包含各種波長的光，但只有特定波長可讓電子跨越帶隙，帶隙越低，電池可吸收的陽光光譜范圍越大。
鈣鈦礦電池在太陽能電池市場的出現(xiàn)，有其受到重視的理由。優(yōu)點：
1、鈣鈦礦的成分來源相當(dāng)充裕，可輕易把這些結(jié)合，并制造出具有高度結(jié)晶化結(jié)構(gòu)的太陽能薄膜。
2、鈣鈦礦電池的制作過程可在低溫下進(jìn)行且成本低廉，這個薄且具彈性的材料，不像硅晶體又厚又硬，未來可由特殊印刷機(jī)制造出重量極輕、可撓曲，甚至是具有各種色彩的超薄太陽能板和鍍膜。
發(fā)展鈣鈦礦電池可以調(diào)整成分比例，借以改變帶隙，提高效率，也可以把帶隙不同的鈣鈦礦電池疊加在一起。雙層鈣鈦礦電池的效率可望達(dá)到46%，將突破目前最佳的硅電池效率25.6%的極限。
業(yè)界大多把太陽能板的保用期限定為25年，相當(dāng)于持續(xù)在充足陽光下運作54000小時，找出溫度范圍大，使用時間長的高效率防水層是相當(dāng)重要的任務(wù)，另外，鈣鈦礦電池需要妥善封裝，以隔絕水分，而鈣鈦礦的配方中含有少量的鉛，鉛是毒性物質(zhì)，市場會特別要求鈣鈦礦電池能夠永久密封，保證發(fā)電安全，因此，研究人員在太陽能電池密封和苛刻的產(chǎn)品測試中，尋求鈣鈦礦難題的方法，以消除水解和擴(kuò)散的疑慮。
鈣鈦礦電池生產(chǎn)成本低，轉(zhuǎn)化效率高，富有商業(yè)吸引力，即將面世，使單位光伏發(fā)電占地面積縮小，發(fā)電成本將會降低，光伏發(fā)電將會有一場大變革。
太陽能電池怎么把陽光轉(zhuǎn)化為電能的？
太陽能電池材料中的電子各自位于所屬的原子中，光照之前，沒有電流流過，但陽光照射到電池時，就會使電子釋放出。這些受激發(fā)的電子具有能量，歪歪斜斜地在晶格中四處游走，最后從太陽電池的一端離開形成電流。電子在游走途中遇到障礙物或陷阱，使能量轉(zhuǎn)化成熱能后散逸。晶格品質(zhì)越好，使電子脫離行徑的缺陷就越少。
硅電池通常需要加熱到攝氏900度以上，以除去這些缺陷，鈣鈦礦的制作僅需攝氏100度左右，因此鈣鈦礦受激發(fā)時，盡管電子攜帶的能量與硅電池差不多，但制作卻方便許多。
太陽能電池把陽光中的能量轉(zhuǎn)換成電能的效率是有限的。電子受激發(fā)所需的最低能量稱為“帶隙”。陽光中包含各種波長的光，但只有特定波長可讓電子跨越帶隙，帶隙越低，電池可吸收的陽光光譜范圍越大。
鈣鈦礦電池在太陽能電池市場的出現(xiàn)，有其受到重視的理由。優(yōu)點：
1、鈣鈦礦的成分來源相當(dāng)充裕，可輕易把這些結(jié)合，并制造出具有高度結(jié)晶化結(jié)構(gòu)的太陽能薄膜。
2、鈣鈦礦電池的制作過程可在低溫下進(jìn)行且成本低廉，這個薄且具彈性的材料，不像硅晶體又厚又硬，未來可由特殊印刷機(jī)制造出重量極輕、可撓曲，甚至是具有各種色彩的超薄太陽能板和鍍膜。
發(fā)展鈣鈦礦電池可以調(diào)整成分比例，借以改變帶隙，提高效率，也可以把帶隙不同的鈣鈦礦電池疊加在一起。雙層鈣鈦礦電池的效率可望達(dá)到46%，將突破目前最佳的硅電池效率25.6%的極限。
業(yè)界大多把太陽能板的保用期限定為25年，相當(dāng)于持續(xù)在充足陽光下運作54000小時，找出溫度范圍大，使用時間長的高效率防水層是相當(dāng)重要的任務(wù)，另外，鈣鈦礦電池需要妥善封裝，以隔絕水分，而鈣鈦礦的配方中含有少量的鉛，鉛是毒性物質(zhì)，市場會特別要求鈣鈦礦電池能夠永久密封，保證發(fā)電安全，因此，研究人員在太陽能電池密封和苛刻的產(chǎn)品測試中，尋求鈣鈦礦難題的方法，以消除水解和擴(kuò)散的疑慮。
鈣鈦礦電池生產(chǎn)成本低，轉(zhuǎn)化效率高，富有商業(yè)吸引力，即將面世，使單位光伏發(fā)電占地面積縮小，發(fā)電成本將會降低，光伏發(fā)電將會有一場大變革。
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