光伏发电的实践问题
来源： 作者： 发布时间：2014-11-24 15:30:02 浏览量：
一、机电换能效率
自然界存在多种天然能源，这些能源包括热能、风能、水能、核能、太阳能、势能、潮汐能等等，统称为自然能，用W自然能表示。
在用自然能进行发电的过程中，动力机先把自然能变成机械能，发电机再把机械能变成电能：
W自然能 → η1 → W机械能 → η2 → W电能
由于发电机换能效率很高，一般在99.5%以上，最高可达99.8%，这样η2近似为1，换能效率就可以简化表达为：W自然能 → η → W电能 。
动力机包括水轮机，汽轮机，风力机，以及光伏板等等，它们对天然能的利用系数差别很大，所以研究能源转换效率，主要是研究动力机把自然能转换为机械能的效率问题。而机械能转换成电能的效率近似为100%。
下面是各种天然能转换为电能效率的比较：
1） 水电机组：小型机70%--85%；
中型机75%--85%；
大型机85%--95%；（三峡机组效率可达90%以上）
2） 火电机组：目前平均效率大约为34%；（西门子燃煤成套机组最好效率达40%）
3） 风电机组：最大风能利用系数CPMAX可达59%，6m/s风速下三翼典型值为36%；
4） 光伏机组：单晶硅量产水平18%，最高水平25%；
多晶硅量产水平13%，最高水平18%；
多结硅量产水平32%，最高水平40%。
（注：最高水平通常指实验室水平，并且还在不断进步。）
光伏机组的转换效率，从实用化量产水平来看，目前的转换效率是最低的。但由于是绿色可再生能源，无燃料成本，有利于温室气体减排，受到政府鼓励。但商业化生存讲的是效益，要成为其它能源的替代，必须依靠技术进步来降低成本，才有出路。
二、光伏发电的种种难题
光伏电厂的装机容量，是指在标准条件（输入光功率为1000W/M2，AM为1.5，温度为250C）下，机组输出的最大电功率，称为峰瓦，表示为Wp。
一定装机容量的光伏电站，其最大输出电功率将达到标称装机容量。因此，当我们说一个光伏电站的装机容量为100MW时，它在最好条件下的输出电功率就能达到100MW（10万千瓦），相当于一台小型的火电机组。所不同的是，火电机组完全受调度人员控制，可以使其平稳输出指定功率。光伏机组则是受天气的控制，在晴好天气，一天中能够以接近装机容量输出的时段不会超过一两个小时。
从上面我们看到，与其它各种自然能发电机组相比，光伏机组的转换效率是最低的，即使最先进的大型光伏电站，其效率也不会超过20%，保守核算一般都在15%以下。就是说，有八成以上的太阳光能没有转换为电能。所以，提高转换效率，降低组件成本，是未来光伏产业的最重大课题。然而，这前者与后者又是矛盾的，高效率的组件价格肯定高，低成本的组件价格就便宜，鱼和熊掌不可兼得，这样就导致向两个方向发展，一种是在技术上追求高转换率，比如多结硅，价格高的问题留待后面通过技术的进步来解决；另一种是大力降低价格，做到易安装，综合成本更低，比如薄膜电池。就当前的技术导向看，还分不出优劣，企业则肯定是随着经济指标的指挥棒走。
单晶硅组件通常比多晶硅转换效率高5%左右，相对于多晶硅，在同样条件下单晶硅将多发35%的电能，这是非同小可的。然而，当前组件市场仍然以多晶硅为主，因为生产成本差的太多，综合经济指标还是多晶硅占优。即使前瞻技术进步，单晶硅也不可能替代多晶硅，原因是单晶硅的提纯对杂质浓度的要求非常高。请想想，单晶硅是用来做CPU的，那么小的一粒芯子就要卖上千块，与其用来做光伏电池，不如拿去做CPU。
但多晶硅也遇到了严峻挑战，对手是薄膜电池。薄膜电池虽然转换效率仅为7%左右，但其生产成本很低，而且安装方便，不一定要用硬支架，做成窗帘挂在窗户上也能发电。诸如薄膜大棚、屋顶河滩、荒坡野山，摊开就发电，晚上卷起来。其核心优势就是价格低廉，不到多晶硅的一半，加上安装简单，综合成本更低。
所以从长远看，多晶硅和薄膜电池，是大规模光伏战场上的两支劲旅。其余各路可能会在应用场合的不同上找出路，比如太空电池板，稳定可靠、高的转换效率是首要，价格则是第二位的，那么多结硅就可能入选。
多结硅目前的实验室水平能达到40%的转换效率，是因为它通吃了太阳光谱的所有频段。
我们知道绿色植物也是通过光伏发电去生产淀粉和糖类的，但其转换效率超低，只有0.2%，那是因为它只接受太阳光谱中很窄的一个频段---绿色光，其余光能都没有利用，当然，其它频段的热能效应在保持环境温度方面，对合成淀粉也是有贡献的，但就光电转换而言，它的效率很低。
多结硅的原理，是反绿色植物之道而行之。它在同一片基上分几层针对不同光谱进行光电转换，相当于一个芯片上装了几个电池。目前通常为三结，就是一片顶三片，加起来效率当然就高了。但它遇着与单晶硅同样的制造成本问题。那么多结要在基片上把籽晶、二氧化硅蒸发沉淀上去，技术强度堪比硅平面工艺，制造成本自然不低，但它是目前技术最先进、转换效率最高的一根标杆。
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