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欧美中等世界各国加速研发力度全球太阳能产业日益红火


已被浏览{J_Hit}次 发布日期:2009-2-7

美国加利福尼亚州政府近日宣称,今年2月已启动一项“屋顶太阳能工程”,旨在提高当地利用可再生能源的能力。按照计划,南加州部分商业楼房的房顶上将率先安装先进的太阳能光伏发电装置,安装面积将达6500万平方英尺。工程建成后,这些设施的发电功率将达250兆瓦,能满足南加州16.2万个家庭的生活用电。据悉,加州已通过了一项推广使用太阳能的法律,根据这项法律,加州将在2018年前在100万座房屋的屋顶安装太阳能发电装置。这项预计耗资29亿美元的计划完成后,太阳能发电功率将达3000兆瓦。

全球发展最快的新能源

美国佛罗斯特—沙利文市场咨询公司最近发表的调查报告说,在世界各国和地区普遍面对能源紧缺的形势下,太阳能已经成为全球发展最快的新能源。英国石油公司的一项预测显示,随着发展中国家近10亿人口开始使用电力,以及日本等发达国家减少燃料进口,亚洲地区的太阳能销售量将迅速增长。预计2016年前,亚洲市场太阳能销售量每年的增长速度有望达到50%,而目前年增长幅度为30%。

事实上,石油、天然气和煤炭等价格的上涨已经成为推动可再生能源需求增长的重要动力。而随着这一趋势的加强,亚洲将会取代德国成为太阳能生产行业的主要增长点,尤其是中国的表现令人瞩目。目前中国太阳能市场每年的供应量为20兆瓦,到2020年,中国计划将太阳能的供应量提升到每年1000兆瓦,这一数字相当于目前全球太阳能供应量的3/4。韩国、印度、泰国、马来西亚等也是亚洲发展太阳能极具潜力的国家。

发展速度超乎想象

全球能源短缺,不仅促使很多国家和地区都把寻找替代能源当作一项能源发展战略,而且进展之快超乎想象。

2007年9月5日,全球最大的太阳能发电厂在德国南部巴伐利亚州正式投入使用。这家太阳能发电厂投资7000万欧元,占地77公顷,发电总容量达12兆瓦,能够为3500多个家庭供电。该发电厂拥有1400多个可移动太阳能吸热发电板,这些发电板能够随着太阳的移动而自动旋转,从而最大限度吸收太阳热能。这项技术使这家发电厂的发电能力比普通太阳能发电厂高出35%。

2008年5月,日本产业技术综合研究所宣布研制出了目前世界上太阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池,其转换率已达到现有有机薄膜太阳能电池的四倍。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间加入一种混合薄膜,变成三层构造,这样就增加了产生电能的分子之间的接触面积,从而大大提高了太阳能转换率。

此外,铜铟硒薄膜太阳能电池可实现低成本高效率,由于其具有低于目前占主流地位的结晶系Si太阳能电池成本优势,因而有望作为下一代太阳能电池。同时,这种太阳能电池对宇宙射线的耐受性比其他电池高,是一种成本低、质量轻的宇宙用太阳能电池,可作为人造卫星的电源等。

澳大利亚国家太阳能中心近日宣称,到2020年太阳能可以供应整个澳大利亚的用电。今年2月,在澳大利亚国家太阳能中心,安装了一座塔式太阳能发电系统。这是南半球最大的太阳能装置,由200面大镜子和一个铁塔组成。镜子将反射的太阳光集中在一起,温度高达1000多摄氏度。在铁塔里,将所获热量与天然气、水进行一系列复杂的融合后,其发电效率提高了26%,发电容量高达20万千瓦。

有机太阳能电池崛起

有机太阳能电池是近年来崛起的新技术,目前已在欧洲推广。德国已有8家公司向市场推出了以普通有机聚合物为核心的太阳能电池。

目前的太阳能电池主要依靠硅或稀有金属合金制成的面板实现光电转换,其昂贵的价格妨碍了太阳能电池的普及。为此,德国奥尔登堡大学、德累斯顿大学、弗劳恩霍夫太阳能研究所等科研机构经过研究发现,普通PVC聚合塑料颗粒就可以实现光电转换。

研究人员发现,当聚合塑料粒子受阳光照射的时候,其表面碳原子的电子振动明显加快,振幅加大,但返回碳原子轨道的速度却慢得多,这样在若干微秒的时段内就形成了“电子—空穴对”。

为了使这种“电子—空穴对”形成电流,研究人员制成了一个“夹层”,它一面是金属铝,另一面是锌—铟金属氧化物,中间填充塑料粒子。这样的“夹层”本身在两层之间就存在电场,聚合塑料粒子起到了绝缘层的作用。但是当阳光照射的时候,由于聚合有机物的碳原子产生“电子—空穴对”,带负电的电子向铝金属层流动,而带正电的“空穴”向锌—铟金属氧化物层流动,结果就形成了电流。

据领导该项研究的弗拉基米尔·迪亚科夫称,有机太阳能电池板目前能产生800毫伏的电压和每平方厘米5毫安的电流,稳定的光电转换效率约为2%。他说,这种电池产生的电流是硅太阳能电池板的五分之一至八分之一,但经过改进后可提高10倍。目前研究人员正在设法提高有机太阳能电池的工作稳定性。

薄膜太阳能电池受青睐

日本第三大汽车制造商本田汽车公司目前已经开始大规模生产太阳能电池,该公司将在九州岛熊本市的轿车工厂内再建立一座专门生产太阳能电池的工厂,一旦新工厂年产能达到预定的27.5兆瓦,就可满足8000户家庭的日常电能需求,而公司则每年能从太阳能电池的销售中获得7000万美元的收入。

尽管本田公司未公开生产太阳能电池所用的材料,但业内权威人士相信使用的是不含有硅的铜铟硒(CIS)薄膜,这种太阳能电池是从20世纪80年代初发展起来的多晶薄膜电池。CIS电池以其廉价、高效、接近于单晶硅太阳能电池的稳定性和较强的空间抗辐射性而成为本世纪最具有前途的太阳能电池之一,是目前国内外众多科研机构及行业专家的研究热点。与以硅为原料制成的传统太阳能电池相比,铜铟硒薄膜在生产过程中所消耗的能量仅为其一半,而排放的二氧化碳也会相应减少50%。

去年10月已向市场推出一系列覆有太阳能薄膜的商品,包括太阳能无线电耳机和33厘米宽的发电塑料卷。另一家卡纳卡公司已开发出能发电的衣服和白天徒步旅行用的背包,这种背包嵌有很轻的光敏塑料充电器,能给手机和iPod充电。

美国的太阳能“样板工程”

作为世界能源消耗大国,美国政府正在积极开发绿色环保新能源,大力推广太阳能房屋就是措施之一。通过在房屋顶部安装太阳能转换系统,可以把吸收到的太阳能直接转换成电能,用于支持家庭的日常能源消耗。不仅如此,用户还可以把存储下来的多余电能直接卖给电力公司。

美国新泽西州的迈克尔·斯崔斯基最近住进了一幢300平方米的新房。房屋里全年启用空调恒温,室内家电齐全,宽屏电视、调温浴盆一个都不少,但斯崔斯基却不用支付一分钱的电费。这是怎么回事呢?原来,斯崔斯基的房子是美国第一个完全通过太阳能来运作的“样板工程”,斯崔斯基所在的新泽西州希望通过这项工程推动该州的环保能源发展。

近10年来,美国许多州都在实施太阳能住宅工程。在新泽西、田纳西和加州,居民可以因为使用太阳能获得额外的奖金。这三个州也是目前全美太阳能推广效果最好的地区。据统计,2006年,全美73%的新太阳能系统都安装在加州。这里阳光充足,是利用太阳能的理想地点。根据2005年底通过的加州太阳能计划,加州政府将在今后10年内拿出32亿美元,用于补贴购买和使用太阳能的居民。该计划被认为是美国迄今为止规模最大的由政府支持的太阳能普及计划。此外,加州还推出了居民用电净计量项目,该项目只需要用户支付使用电量和自产电量的差额,如果用户生产的电量超过了使用电量,用户不但不用支付电费,还可以把多余的电能卖给电力公司。

但是,推广太阳能并不容易,在美国的各种能源消耗比例中,太阳能只占0.1%。高额的建造成本一直是推广太阳能房屋的一大难题。尽管没有了电费的负担,但斯崔斯基设计的这个“样板工程”耗资高达50万美元,遭到了不少非议。对于一些美国家庭来说,安装一套太阳能发电系统的成本有可能相当于一家住户十几年的能源消耗总成本,如此高的成本令人望而却步。不仅如此,用于太阳能转换的主要材料———硅,也相当昂贵。

为了吸引更多家庭使用太阳能,美国各级政府在政策和资金上都给予了大幅度倾斜。其中推出的福利之一就是2005年的能源政策法案,同意为安装太阳能电池板的家庭一次性减税30%。根据美国太阳能工业协会的统计,自2002年以来,安装太阳能转换系统的住户数量已经增加了3倍。全美2006年安装的太阳能电池板数量增加了20%,与此同时,电池板的制作费用正以每年7%的速度递减。

新泽西州虽然不算大,但该州2006年安装太阳能的用户数量占到了全美总数的13%。这个州的节能政策是根据居民自产能量大小提供相应补助,也就是说,居民的太阳能系统采集到的能源越多,得到的政府补助数额也就越高。田纳西州则为安装太阳能系统的居民一次性提供500美元的补助,并且高价购买居民生产的多余电能。

商业性开发进展迅速

时下,太阳能产业如日中天,成为许多国家高科技产业的宠儿,不仅科研资金雄厚,而且技术成果层出不穷,有力地推动了太阳能电池的升级换代。

目前,世界上至少有40个国家正在开展对下一代低成本、高效率薄膜太阳能电池实用化的研究开发。2007年10月,日本昭和壳牌石油公司创下了铜铟硒薄膜太阳电池光电转换效率的最高世界纪录。面积为864平方厘米的转换效率为14.3%,面积为3560平方厘米的转换效率为13.4%。由于该公司已经使用这种太阳能电池制成日本第一个10千瓦太阳能发电系统,从而使该太阳能电池的实用化向前迈进了一大步。

在全球10家最大的太阳能企业中,德国就占了4个,从而使德国在这一领域位居世界前列。3年前德国推出了“十万屋顶”的计划,在建筑物顶部大规模铺设太阳能发电装置,希望借助于能源调整举措大力促进实施可持续发展战略,德国联邦政府提出的目标是,到2010年,包括太阳能在内的各种新能源在所有发电总量中占据的比例由目前的6.25%提高到12.5%,2050年这一比例达到50%。

日前,美国劳伦斯—伯克利国家实验室的研究人员向外界公布了他们的一项科研成果。他们利用开发出的新型半导体材料将使太阳能电池吸收更多的太阳光能,进而能转化成更多的电能。实验证明,在太阳能电池中混合进3种不同的材料,就有可能将30%的太阳能转化成电能。但在目前的技术条件下这样做成本非常昂贵,操作起来也有很大的困难,因此这种混合性的半导体材料目前只用于人造卫星等设备上。长久以来,科学家虽然在理论上认为单一性的半导体材料可以吸收更多的太阳光能,但却无法制造出这样的产品。

不过,劳伦斯—伯克利国家实验室的研究人员在单一性半导体材料吸收更多光能的问题上已经取得了最新的进展。他们制造出了由锌、锰及碲组成的合金。这种材料能够同时吸收3种不同波长的太阳光线。该实验室研究人员表示,利用他们发明的新型半导体材料,有可能将太阳能的利用率提高到45%至50%的水平。

降低生产成本是推广太阳能电池的关键。德国太阳能技术研究所历经10年努力,成功开发出了一种新型薄膜太阳能电池技术,该项技术采用连续电沉积工艺,制备出在铜箔上形成薄膜太阳能电池的带卷,然后通过特殊的封装工艺组装成柔软的太阳能电池组件。目前,这种电池的实验室效率已达到9.2%,理论效率高达30%,并且由于材料消耗少、工艺简单,预期最终成本将低于每瓦0.6欧元。
专家认为,未来五年内薄膜太阳能电池成本将大幅降低,届时这种电池将广泛用于手表、计算器、窗帘甚至服装。