太阳能材料及我国太阳能发电的现状

太阳能材料及我国太阳能发电的现状摘要：近几十年来，随着新技术的发展，各种太阳能材料不断出现，太阳能的利用效率不断提高，成本在逐年下降。随着我国经济的快速发展，对于能源的需求在不断增大，新能源的发展在我国备受重视，而太阳能发电凭借着高效清洁、可持续等优点，在我国能源战略中占据着日益重要的地位。本文主要介绍一下太阳能材料的研究动态和发展前景以及我国太阳能发电的发展现状。关键词：太阳能、材料、发电、现状。1、引言太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源,同时也是清洁能源,不产生任何的环境污染。为了充分有效地利用太阳能,人们发展了多种太阳能材料。按性能和用途大体上可分为光热转换材料、光电转换材料和光化学能转换材料。由此而形成太阳能光热利用、光电利用和光化学能利用等相应技术。近十几年来，各国都在太阳能材料的研究和利用方面投入了大量的资金，也取得了一系列的成果。尽管太阳能材料的成本还较高，性能还有待进一步高,但随着材料科学的不断进步,太阳能材料愈来愈显示了诱人的发展前景。我国的地域广阔，蕴藏着丰富的太阳能资源，应用前景广阔。我国的太阳能发电研究及应用起步较晚，但发展迅速，凭借着国家政策的支持，光伏产业蓬勃发展，太阳能发电产品在民众的生活中不断普及，太阳能发电规模不断扩大。虽然近几年来，光伏产业开始出现了产能过剩等问题，但是年增长率仍保持个位数的增长趋势。总的来说，太阳能发电行业仍然是不断发展的、具有广阔前景的朝阳产业。2、太阳能材料2.1简述太阳能材料主要分为光热转换材料、光电转换材料和光化学能转换材料。光热转换材料是指与光热转换技术相关的材料。光电转换材料又称为光伏材料或者太阳能电池材料，是指能够将太阳能直接转换成电能的材料。光化学能转换材料是指能够将太阳能转换成物质的化学能的材料。2.2分类2.2.1光热转换材料光热转换材料按用途可以分为蓄热材料、导热材料和集热材料。①蓄热材料蓄热材料主要包括相变储热材料、显热储热材料等。利用相变材料的固、液或固、固相变潜热来储存热能的潜热蓄热技术，因具有蓄热密度大、储热过程近似等温、过程易控制等优点而成为目前最具实际发展潜力、应用最多和最重要的蓄热方式。典型的有机类相变材料有石蜡、脂酸类、高分子化合物等。这几年主要研究的热存储材料有二醇二硬脂酸盐、十水合硫酸钠、聚乙二醇/4,4二苯基甲烷二异氰酸盐/季戊四醇共聚物、铝镁锌合金、高密度聚乙烯/石蜡混合物等】【1。②导热材料导热材料主要有导热流材料和导热流管道材料，另外蓄热材料在液相或气相状态下也可作为导热流材料，国际研究倾向于在蓄热和导热过程中采用相同的材料,以降低热交换系统的复杂程度，从而达到降低系统成本的目的，未来的重点是新型热传导媒质的研发，如离子流体,以及新型热循环管道材料，如金属化塑胶管等】【1。③集热材料在吸热方面，太阳能一次吸热材料主要有金属、塑料、玻璃等，但实际使用的几乎全是金属,按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料、溴化锂、氯化锂、硫化钠、硅胶、水等。国内外使用得比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。太阳能集热器中利用的选择性涂层材料多是将超细金属颗粒分散在金属氧化物的基体上形成黑色吸收涂层，通常采用电化学、真空蒸发和磁控溅射等工艺来实现，在太阳能热水器上得到广泛应用的太阳能吸热涂层主要有磁控溅射涂层[选择性阳极氧化涂层等。而从最近众多的纳米技术的研究成果来看，玻璃涂层将获得更加长足的发展】【1。2.2.2光电转换材料利用半导体材料光伏效应的光电转换技术是太阳能最主要的利用途径。制作太阳电池的材料要满足如下要求：半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的光电转换效率；材料本身对环境不造成污染；便于工业化生产且性能稳定。符合以上条件的太阳能光伏材料被不断地开发和应用。光电转换材料主要分为硅材料、多元化合物材料、有机物材料和纳米材料等】【2。①硅材料硅材料是目前被最广泛使用的太阳能电池材料，可以分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶硅是目前普遍使用的光伏发电材料，它被用做人造卫星、太阳能汽车的电源以及城市路灯或街头时钟的电源。目前，单晶硅电池工艺已近成熟，在光照充足的最佳角度，单晶硅电池的光电总转换效率可以达到20%～24%，有可能提高到25%。尽管单晶硅电池具有电池转换效率高，稳性好的特点，但由于单晶硅生产工艺复杂，加工工艺繁琐，致使单晶硅电池成本居高不下，因此依靠单晶硅大规模推广太阳能电池是很难的】【2。多晶硅原料是半导体工业和光伏产业共同的上游原材料，太阳电池生产的原料是半导体工业的边角废料。多晶硅光电池的转换效率最高达20.4%，明显不如单晶硅。但与单晶硅电池相比，多晶硅电池材料制备方法更为简单、耗能少，可连续生产】【2。非晶硅是近代发展起来的一种新型的非晶态半导体材料。与晶体硅相比，最明显的特征是组成原子的短程有序、长程无序性。非晶硅的另一个特点是在非晶硅半导体中可以连续物性控制，当连续地改变非晶硅中掺杂元素和掺杂量时可以连续改变其电导率、禁带宽度等，这为获得所需要的新型材料提供了广阔的选择空间】【2。②多元化合物材料应用于太阳能电池的多元化合物材料主要是砷化镓、碲化镉和铜铟镓等利用多元化合物制成的薄膜太阳能电池相比于硅基太阳能电池具有使用材料少、成本低、光电转换效率高、可选用柔性基材等优点。但是由于稳定性能等方面还存在一些问题，大多数的多元化合物太阳能电池还未工业化生产。③有机物材料有机太阳能电池材料大体可分为四大类：小分子太阳能电池材料、大分子太阳能电池材料、D-A体系材料和有机无机杂化体系材料。有机太阳能电池器件中常见的小分子材料主要有并五苯、酞菁、亚酞菁、菁、卟啉、苝和C60等】【3。大分子太阳能电池材料主要有富勒烯衍生物、聚对亚苯基亚乙烯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、含氮共轭聚合物和聚芴及其衍生物等】【3。D-A体系材料是微相分离的互渗双连续网络结构，此类材料能克服混合异质结薄膜的结构缺陷并应用于器件中，有望提高器件的效率】【3。有机无机杂化体系材料可充分利用有机材料和无机材料的优点，即无机材料高的载流子迁移率和有机材料大的光吸收系数，提高器件性能】【3。④纳米材料纳米太阳能电池材料主要是纳米TiO2多孔薄膜，此外还有ZnO、Nd2O5、WO3等。2.2.3光化学能转换材料光化学能转换材料主要是一些光催化剂，包括钽酸盐、铌酸盐、钛酸盐、多元硫化物等。3、我国太阳能发电的现状我国土地辽阔，幅员广大，在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射为3340MJ/m2～8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。从中国太阳能总量的分布来看，西部地区由于地理位置较好，太阳辐射总量很大。除四川盆地以外，全国其他地区的太阳辐射也相当可观。我国发展太阳能发电具有天然的优势】【4。3.1太阳能发电相关技术的发展现状近年来，我国的光伏技术理论研究水平及应用水平明显提高。在国家高技术发展计划（863）及国家重大基础研究计划（973）中，国家将大量的资金投入到太阳能薄膜电池的研发项目中。由四川大学承担的碲化镉薄膜太阳电池研发、南开大学承担的铜铟硒太阳能薄膜电池研发，中科院等离子物理所承担的燃料敏化太阳电池研发等离子物理研究所承担的染料敏化太阳电池研发等均取得了较好的成果，达到或接近世界先进水平，促进了中国薄膜光伏材料、器件及关键设备方面的广泛发展。目前我国实验室光伏电池的效率已达20.4%，可商业化光伏组件效率达14%～15%，一般商业化电池效率10%～13%】【5。3.2光伏行业的发展现状自二十世纪八十年代以来，在国家政策的的支持下，我国的光伏行业快速发展壮，发电规模不断扩大。2011年我国凭借290万千瓦的新增装机规模，成为亚太地区光伏市场主力；2012年新增350万千瓦，累计装机达到700万千瓦，新增市场排名全球第四；2013年我国建成光伏电站规模1479万千瓦，当年发电量是87亿千瓦时，为全国发电总量的0.17%，位列全球光伏电站年度建设第一大国；2014年我国累计光伏电站规模达到2805万千瓦，年发电量250亿千瓦时，已占全国发电总量的0.46%。“十二五”期间，我国光伏发电装机从2010年的89万千瓦起步，到2015年三季度定格3795万千瓦，规模体量实现了超过40倍的扩充。目前，我国的光伏发电规模已居世界前列。然而光伏行业在快速发展的同时，也出现了产能过剩、缺乏核心技术、遭遇贸易保护主义等问题。2011年以来，由于遭遇到美国和欧盟的“双反”调查，加之全球光伏行业产能严重过剩，我国的光伏企业遭遇了严重的困难，巨大的产能难以消化。虽然随着国家一系列利好政策的出台以及全球经济的好转，我国的光伏行业出现了回暖的迹象，光伏企业的盈利有所好转，但仍未从困难中走出来。3、总结太阳能材料是太阳能技术的基础，太阳能材料的研究对太阳能行业起着决定性的作用，我国应该更加重视太阳能基础材料的研究开发，致力于提高太阳能的利用效率。我国光伏企业近几年来遭遇困境的根本原因在于没有掌握核心科技，因此，只有加强自主创新、掌握核心技术，我国的光伏产业才能破除困境，我国的太阳能发电水平才能更上一个层次。参考文献：【1】熊涛，何美凤.光热转换材料及太阳能热水器的现状和发展方向.重庆：材料导报，2010，24（10）：57-60.【2】殷志刚.太阳能光伏发电材料的发展现状.辽宁：可再生能源，2008，26（5）：17-20.【3】朱继平,罗派峰,徐晨曦.新能源材料技术.北京：化学工业出版社，2014.【4】郝钢.我国太阳能发展现状与前景.北京：中国新技术新产品，2010，（16）：13.【5】甄亚,范其丽,冯艳平.我国太阳能发电的现状及存在的问题.四川：经营管理者，2014，（5）：376-377.