太陽每秒鐘照射到地球上的能量,相當(dāng)于燃燒500萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤,因此太陽能被認(rèn)為是最為廉價的可再生能源。目前太陽能發(fā)電有兩種利用途徑,一是在荒漠地帶建設(shè)大規(guī)模的太陽能電站,利用高壓輸電線向城市輸電;二是和建筑結(jié)合,直接滿足家庭或小區(qū)用電。專家認(rèn)為,第二種利用方式更符合時代趨勢。
太陽能符合用電峰谷規(guī)律
傳統(tǒng)能源的短缺及其使用所造成的環(huán)境污染,正在給世界各國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來極大壓力,太陽能作為技術(shù)最成熟的可再生能源利用方式,近年來引起了各國科學(xué)家的高度重視。中國可再生能源學(xué)會常務(wù)理事、英利集團(tuán)首席戰(zhàn)略官馬學(xué)祿在接受《環(huán)球時報》記者采訪時,用一組數(shù)字說明了太陽能的巨大開發(fā)潛力:人類一年消耗的能源是130萬億千瓦時,而地球接受的太陽能每年是120萬萬億千萬時,幾乎是人類耗能的一萬倍,其中可以利用的約6000萬億千瓦時,約是人類能耗的50倍。
太陽能之所以清潔,不僅因?yàn)闊o污染,還有一個很少被人們提及、但同樣非常重要的原因,是它恰好符合用電峰谷規(guī)律。馬學(xué)祿介紹稱,人們的用電峰谷以24小時為一個周期,其中上午、下午和前半夜是用電高峰,下半夜則是用電低谷,中國的峰谷差達(dá)到50%-60%。對于中國這樣仍以火電為主要能源的國家來說,由于火力發(fā)電啟動周期為48-72小時,火電廠在用電低谷期仍然無法“關(guān)機(jī)”,需要繼續(xù)消耗燃料,因此耗費(fèi)了大量能源。而太陽能發(fā)電的高峰是在白天,夜間則停止發(fā)電,基本和用電峰谷符合,不會浪費(fèi)產(chǎn)能。
直接入戶將減少電網(wǎng)建設(shè)
我國太陽資源極為豐富, 全國2/3 國土年平均日照2000 小時以上, 僅84 萬平方公里沙漠的太陽能就有8400 億千瓦時,為發(fā)展永久的太陽能技術(shù)提供了廣闊的空間。不過,盡管我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,世界第一大太陽能發(fā)電國卻是國土面積中等、全年約2/3時間是陰天的德國。這既得益于德國大規(guī)模的太陽能電站建設(shè),也離不開德國不遺余力地在獨(dú)棟別墅、體育館、學(xué)校、工業(yè)園區(qū)中推廣和建筑結(jié)合的小型太陽能發(fā)電裝置。
2009年8月,德國在東部勃蘭登堡州建設(shè)了該國最大的利伯羅澤太陽能電站,占地162公頃,其中太陽能發(fā)電模塊約70萬塊,總面積50萬平方米,年發(fā)電量達(dá)到5200萬千瓦時,可滿足約1.5萬戶家庭的清潔電能需求。為了鼓勵大型太陽能電站建設(shè),德國政府最近還通過了1億歐元的太陽能產(chǎn)業(yè)研發(fā)經(jīng)費(fèi)。
德國境內(nèi)不僅有利伯羅澤太陽能電站這樣的大電站,還有不少小型太陽能發(fā)電設(shè)施,分散布局在居民建筑和公共設(shè)施中。德國政府于1999年啟動了“十萬太陽能屋頂計劃”,鼓勵居民在建筑頂部鋪設(shè)太陽能發(fā)電裝置并安裝雙向電表。德國政府規(guī)定以高于市價的價格收購居民的太陽能電力并匯入總電網(wǎng),另外,還給予居民3%的貼息貸款用于購買安裝太陽能發(fā)電設(shè)備。這一政策極大地推動了太陽能發(fā)電在德國家庭的普及。
建設(shè)大型太陽能電站和小型太陽能電站各有利弊。大型電站容易形成規(guī)模效益,進(jìn)一步降低發(fā)電成本。不過,大型電站的弊端也是明顯的。比如美國大自然保護(hù)協(xié)會在2009年發(fā)布一份報告,指責(zé)大型太陽能電站單位發(fā)電量低,占用了過多土地,破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)。不過,馬學(xué)祿分析稱,這種情況在中國并不存在,因?yàn)橹袊拇笮吞柲茈娬径嘟ㄔ谖鞑炕哪貛,不存在濫用土地問題,大規(guī)模的太陽能發(fā)電板還給沙漠打了一把大傘,有利于涵養(yǎng)水土。
建設(shè)荒漠太陽能電站的最大難題仍是技術(shù)上的,其中最突出的是高壓電網(wǎng)建設(shè)問題。中國科學(xué)院院士、北京交通大學(xué)簡水生教授在接受《環(huán)球時報》記者采訪時說,人們普遍認(rèn)為太陽能發(fā)電一定要建立大型發(fā)電站、要并網(wǎng)發(fā)電,這是一個誤區(qū)。太陽能是一種不穩(wěn)定的能源,很難調(diào)度,需要建設(shè)配套的大型儲能設(shè)施,而荒漠和城市距離遙遠(yuǎn),鋪設(shè)高壓電網(wǎng)的成本也過高。
而和建筑相結(jié)合的小型太陽能發(fā)電設(shè)備如“屋頂電站”,則規(guī)避了電能輸送問題,對儲能設(shè)備的容量要求也較低,可以直接向建筑輸送電能。除德國外,美、日等國也紛紛將推廣小型太陽能電站列為國家能源戰(zhàn)略目標(biāo)。日本已經(jīng)決定在2030年前實(shí)現(xiàn)1/3的家庭使用屋頂電站滿足日常用電需求。對于我國這樣能耗以火電為主、需要西電東送的國家而言,在建筑周邊直接建造太陽能設(shè)施更是將大大減輕電網(wǎng)壓力,并減少電力在輸送過程中的消耗。
不過,由于中國城市家庭多居住于公寓建筑,無法像國外居民一樣方便地在獨(dú)棟住宅上安裝太陽能發(fā)電裝置,“屋頂電站”在中國的推廣暫時面臨一些問題,但是隨著技術(shù)的進(jìn)步,該項(xiàng)目的前景仍是光明的。而且,農(nóng)村地區(qū)非常適合發(fā)展太陽能,在新農(nóng)村建設(shè)過程中,政府可以進(jìn)行很好的謀劃設(shè)計!
革新技術(shù)降低成本
太陽能電池分為單晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜三種。但是,單晶硅和非晶硅薄膜存在轉(zhuǎn)化效率不高、原材料稀少、價格過高的難題,阻礙了普通家庭使用太陽能發(fā)電。專家介紹說,目前國際上晶體硅研發(fā)朝著降低晶硅電池的成本和提高光電轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展,具體的措施包括:電池的大面積薄片化及相關(guān)技術(shù),使硅片厚度小于100 微米以減少硅材料的用量;規(guī);a(chǎn)技術(shù);新型的工藝路線制造高效電池組件的技術(shù)研究等。這些技術(shù)已經(jīng)或正在用于晶體硅電池的生產(chǎn)。
針對家庭太陽能發(fā)電設(shè)施,美英等國也著力進(jìn)行改進(jìn),將大規(guī)模電站使用的技術(shù)移植到家用電站上來。比如總部設(shè)在美國加州蒙羅維亞市的Soliant能源公司發(fā)明了太陽能“聚光桶”,這種太陽能聚光器由6個“桶”狀設(shè)備排列組成,其前部安裝有反射器,能隨著陽光發(fā)生傾斜和旋轉(zhuǎn),將捕捉到的陽光收集在其尾部的太陽能電池中,有效提高了發(fā)電效率。
馬學(xué)祿認(rèn)為,隨著轉(zhuǎn)換效率的提高,成本的降低,每一個建筑物接受太陽能并把它轉(zhuǎn)化為電能、熱能是完全可以實(shí)現(xiàn)的。而太陽能技術(shù)的推廣離不開政策的支持,如加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè),向居民收購太陽能電力!