太阳能发展动态

太阳能的利用给人类提供了诱人的前景，但太阳能利用的发展历程与煤、石油、核能完全不同，人们对其认识差别大，一方面太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模利用；另一方面太阳能利用还受矿物能源供应、政治和战争等因素的影响，发展道路比较曲折。本文旨在介绍我国和世界的太阳能发展动态。

全球能源形势日益紧张，因石油、煤类过度使用而造成的全球气候变暖，严重威胁社会经济发展和人民生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展。太阳能具有清洁、方便、经济、安全、环保，取之不尽、用之不竭等优势，成为今后能源关注的重点。[1]

一、太阳能的利用

太阳每秒钟向外发射的能量约为3.74×1026J，相当于每秒钟燃烧1.28×1016t标准煤所放出的能量。尽管太阳所辐射出来的总能量中只有二十二亿分之一到达地球大气层上界，但其能量可不小，约为1.73×1017W，相当于1.73亿个百万千瓦级电厂发出的总功率。太阳辐射进入地球表面时强度显著减弱，大概只剩下4亿分之一的太阳热量达到地面。但还是比目前人类每年所用的各种类型的能源总和大许多倍。我国的太阳能资源丰富且各地区分布不一。下表为中国太阳能辐射分布。

太阳能利用形式有光热转换、光电转换、光化学转换、光生物转换，目前应用的主要形式是光热转换和光电转换。
1. 光热利用

光热利用原理是用太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。其中又可分为低中温利用和高温利用。低中温利用目前应用较多的有太阳能热水器、太阳房、太阳能空调、太阳能海水淡化等；高温利用目前应用较多的有太阳灶、太阳能高温发电和太阳能冶金等。其中光热发电系统就是太阳能热发电即利用太阳辐射产生的热能发电，一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电，可分为：太阳能槽式发电系统、太阳能塔式发电系统和太阳能蝶式发电系统。
2. 光伏利用

太阳能光伏发电的基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，即当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被太阳能材料吸收，光子激发电子跃迁至导带成为自由电子。于是不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生了电位差。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流。太阳光光伏发电过程其实就是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程。光伏电池分类：晶体硅电池和薄膜电池。

晶体硅太阳能电池包括单晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池，其中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有三种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）。
3. 光化学利用

太阳能光化学利用主要是指光化学转换，其关键部位是太阳能光化学电池，由太阳能光化学电池将太阳光辐射能转换为电能供用户使用。太阳能光化学利用转换的效率较高。太阳能光化学电池包括染料敏化太阳电池和量子点电池。

这种电池一般把染料或硒化镉、砷化镓等量子点材料附着于二氧化钛等适合作载体的半导体上。当适当波长的光子达到敏化剂形成的“敏化层”上时，敏化层放出电子进入二氧化钛的导带，电子接着移动到导电层的底部电极，如果接入负载则会有电流形成。[2,3]

二、世界太阳能发展动态

1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及其产业异军突起，成为能源工业的一支生力军。从而使许多

国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”。

70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。[4]

而由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》，《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。

进入21世纪后，世界各国，尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性，各国专家都看好太阳能等可再生能源，尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话，那么21世纪则是可再生能源的世纪，太阳能的世纪。据权威专家估计，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的3/5，燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中，太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%的比例，次于核能居第二位，21世纪末太阳能将取代核能居第一位。壳牌石油公司经过长期研究得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更乐观地估计，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。正如世界观察研究所的一期报告所指出：正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。

各国对太阳能的开发利用给予了极大关注，突出表现在各国政府推出的光伏计划，如德国的“千顶计划”，日本的“朝日七年计划”以及美国的“百万屋顶计划”等。以色列在其房屋太阳能热水器安装率达80%的情况下，更是明文规定，凡新建房屋必须配置太阳能热水器。[5]

太阳能光伏发电市场因政府的奖励措施推动而不断扩张，已成为应用广泛的清洁能源。光伏行业不总是平稳的，随着市场的起伏，各国的光伏政策也随之变化。有的国家经过一段时间的扶持之后取消对光伏的优待，有的国家上调补贴。

其中2014年4月9日，欧盟委员会发布新规，宣布逐步取消对太阳能、风能、生物能等可再生能源产业的国家补贴。根据新规，欧盟所有28个成员国都需要逐步取消对可再生能源产业的特别补贴政策，以确保"更具成本效益的"可再生能源发展。近年来可再生能源产业的成本已经大幅下降，欧盟范围内对可再生能源普遍实施补贴的制度"造成了市场的乱象，增加了消费者的支出"。新规则更倾向于让市场占据主导地位，以试图降低电价，增强可再生能源产业本身的竞争力。同时作为该行业的领先者,日本也对上网电价补贴费率进行了下调。

与之相反的，同时，美国能源部将出资1500万美元帮助家庭、企业和社区发展太阳能项目。美国环保局也宣布其绿色能源合作计划承诺，十年内使包括太阳能在内的可再生能源使用增加一倍。据悉，未来几个月，美国能源部还将为企业安装使用太阳能和获取清洁能源融资出台技术指导手册。此前，美国能源部已宣布计划为太阳能创新应用项目提供至少25亿美元贷款担保，以完善太阳能分布式发电系统。

三、中国太阳能发展动态

70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国产生了巨大影响。一些有远见的科技人员，纷纷投身太阳能事业，积极向政府有关部门提建议，出书办刊，介绍国际上太阳能利用动态；在农村推广应用太阳灶，在城市研制开发太阳能热水器，空间用的太阳电池开始在地面应用。

1975年，在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”，进一步推动了我国太阳能事业的发展。这次会议之后，太阳能研究和推广工作纳入了我国政府计划，获得了专项经费和物资支持。一些大学和科研院所，纷纷设立太阳能课题组和研究室，有的地方开始筹建太阳能研究所。当时，我国也兴起了开发利用太阳能的热潮。[6]

而受80年代国际上太阳能低落的影响，我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太阳能利用投资大、效果差、贮能难、占地广，认为太阳能是未来能源，主张外国研究成功后我国引进技术。虽然，持这种观点的人是少数，但十分有害，对我国太阳能事业的发展造成不良影响。这一阶段，虽然太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目还进展较大，而且促使人们认真地去审视以往的计划和制定的目标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。[7]

1992年，受世界召开的“世界环境与发展大会”影响，世界环发大会之后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定了《中国21世纪议程》，进一步明确了太阳能重点发展项目。

1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发

展纲要》 (1996~2010年)，最终明确提出我国在1996-2010年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施。这些文件的制定和实施，对进一步推动我国太阳能事业发挥了重要作用。[8]

在光热转换方面，截至2007年底，中国太阳能热水器产量达2300万平方米，总保有量达1.08亿平方米，占世界的55％，成为全球太阳能热水器生产和使用第一大国，且拥有完全自主知识产权，技术居国际领先水平。这种迹象表明，我国正在向太阳能时代迈进！为了促进太阳能热水系统的推广应用，国家制定的可再生能源发展规划明确提出了太阳能热水系统发展目标，2010年太阳能热水系统运行保有量要达到1.5亿平方米，2020年要达到3亿平方米。

在光伏发电方面，我国光伏产业正以每年30%的速度增长，2005年底国内光伏电池生产能力已达200MW以上，实验室光伏电池的效率已达21%，可商业化光伏组件效率达14~15%，电池效率10~13％。太阳能光伏电池生产成本随之逐年大幅下降，这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用。到2005年，国内光伏发电的总装机达到了7万千瓦。[9]

四、发展趋势

宇宙太阳能发电。众所周知，光伏发电受天气因素约束，虽可以在日照充足的沙漠地带建造发电站，在夜间并不能发电，因而光伏发电有很大的局限性。为弥补这一缺陷，早在1968年，美国航空航天局格雷加博士就提出宇宙太阳能发电站(SPS)的设想，基本思路是把太阳能发电卫星发射到空间轨道，在太空中将太阳能转换成直流电，通过微波传送到地面接收站后即可投入使用。据国际宇航科学院发布的报告显示，在未来30年内可将此项技术转化为应用，届时，宇宙太阳能发电可能会成为现实。目前，国内宇宙太阳能电站研究尚处于起步阶段。在空间太阳能电站发展技术研讨会上，专家提出了我国空间太阳能电站发展蓝图:预计2050年可研制出第一个商业化空间太阳能电站系统，实现空间太阳能电站商业运行，运行寿命30年以上。

对于世界来说，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。

而我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76%，已成为我国大气污染的主要来源。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。