王 曉

（許昌職業(yè)技術(shù)學院，河南 許昌 461000）

我國太陽能資源及其發(fā)電基地探討

王 曉

（許昌職業(yè)技術(shù)學院，河南 許昌 461000）

太陽能作為可再生資源中最重要的一種，已被人類發(fā)現(xiàn)并研究利用。其在日常工作中發(fā)揮著非常重要的作用，目前已經(jīng)成為各國新的研究課題。文章從太陽能在我國的資源分布狀況、太陽能光伏發(fā)電、荒漠太陽能發(fā)電基地等幾個方面作了分析。

太陽能；光伏發(fā)電；荒漠太陽能基地

這些年來，世界已經(jīng)開始向可持續(xù)能源系統(tǒng)過渡積極努力。預(yù)期在21世紀形成初始的新能源體系框架，發(fā)展各種大規(guī)?？稍偕茉词菍崿F(xiàn)這一預(yù)期的主要措施之一?？稍偕茉赐ǔ０L能、水能、太陽能、地熱能、海洋能等。目前，大規(guī)?？稍偕茉吹拈_發(fā)、利用、研究集中在常見的太陽能、風能。近40年來，我國太陽能、風能技術(shù)與應(yīng)用已經(jīng)取得了可喜的進展。目前我國太陽能熱水器的應(yīng)用已居世界首位。

1　太陽能資源

太陽能是資源最豐富的可再生能源，具有非常獨特的優(yōu)勢和相當巨大的開發(fā)利用潛能。我國陸地每年能接受的太陽輻射能達1.7萬億噸標煤，是最主要的可再生能源。大概統(tǒng)計，我國大約有超過三分之二的地區(qū)太陽能資源較豐富，特別是青藏高原和甘肅、新疆、內(nèi)蒙古一帶，太陽能的可利用條件尤其有利。根據(jù)各地區(qū)接受太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為4類地區(qū)，如圖1所示。

圖1　豐富的太陽能資源分布

1.1太陽能資源的分布特點

（1）太陽能資源最好的地區(qū)以及最差的地區(qū)，基本上分布在北緯22°～35°區(qū)域內(nèi)。青藏高原的太陽能資源尤其豐富，是我國太陽能資源最豐富的地區(qū)，年輻射量達190～210Kcal/cm2。而四川盆地因為處在南北兩股冷暖氣流交匯處，雨水天氣多，形成了太陽能資源的低值中心。

（2）在北緯30°～40°之間，太陽能資源會隨緯度增加而增加。

（3）北緯40°以上，太陽能資源自東向西會逐漸增加。

（4）新疆地區(qū)太陽能資源的分布特征是由東南向西北逐漸減少。

（5）臺灣地區(qū)太陽能資源由東北向西南逐漸增加，海南島地區(qū)的太陽能資源分布特點和臺灣基本相當。

2　太陽能光伏發(fā)電

我國太陽能資源豐富，取之不盡，用之不竭，同其它技術(shù)，如風力發(fā)電、小水電、紫油發(fā)電等相比，雖然光伏發(fā)電的成本在目前來說還比較高，但由于光伏發(fā)電資源豐富，開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積輕小、運行維護簡單、無噪聲、清潔安全、壽命長、可靠性高、經(jīng)濟性有優(yōu)勢。無論從能源安全的長遠規(guī)劃角度出發(fā)，還是從優(yōu)化調(diào)整能源結(jié)構(gòu)需求考慮，全力發(fā)展光伏發(fā)電都是保障我國新能源安全的重要戰(zhàn)略措施之一。

中國電力科學院的研究數(shù)據(jù)表明，在考慮到充分開發(fā)水電、核電和煤電的情況下，2010年和2020年電力供需的缺口仍然分別為6.4%和10.7%，如圖2所示。這個缺口數(shù)據(jù)正是需要用可再生新能源發(fā)電進行補充的。而太陽能光伏發(fā)電可能在未來中國市場的能源供應(yīng)中占據(jù)主要位置。

圖2　2010年和2020年中國電力形勢

通過光電轉(zhuǎn)化設(shè)備直接將光能轉(zhuǎn)化為電能稱之為“太陽能發(fā)電”或者“光伏發(fā)電”。

太陽輻射的光子具有相當數(shù)量的能量，根據(jù)量子力學中能量量子化理論可知，光子能量E=hν=ω，=h/2π稱作約化普朗克常數(shù)，其中h為普朗克常數(shù)ν和分別為光子的頻率和圓頻率，二者的數(shù)值與光子的波長成反比，因此光子的能量是光子波長的函數(shù)，波長越短，能量越高；波長越長，能量越低。

到目前為止，光伏發(fā)電技術(shù)的主流是以硅基太陽電池為主的半導體發(fā)電技術(shù)，其主要工作原理是照射到半導體上的光子能夠激發(fā)半導體價帶中的電子至導帶，在PN結(jié)內(nèi)建立電場作用力的驅(qū)動下，電子—空穴會自動分開，從而形成可以被外部負載利用的高能熱電子。

目前太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍然比較低，不能充分滿足商業(yè)化要求，就硅太陽電池而言，導致其效率低主要有3方面原因：第一，光電池的半導體材料的禁帶寬度一般由材料決定，然而太陽光譜有廣泛的波長分布，根據(jù)能量守恒原理，能量低（小于Eg）的光子不能激發(fā)價帶電子到達導帶，只會被散射或者穿過體材，這部分光子對光電轉(zhuǎn)換效率是沒有用的。第二，高能光子（遠大于Eg）雖然會激發(fā)產(chǎn)生熱電子，但是依據(jù)能量守恒定律，必然還有△E=ω-Eg的能量可以以聲子的形式傳遞給晶格，最終會以熱能的形式耗散掉，雖然這部分高能光子的能量對光電轉(zhuǎn)換效率是有用的，但是也遠達不到100%。第三，雖然價帶電子已經(jīng)被激發(fā)至導帶，即使沒有其他電子或者負離子及時補充，給價帶中留下空穴，那么價帶中的熱電子也會因為電子—空穴間的庫倫作用力而容易躍遷回價帶，從而大大降低了電池的電流I，又因P=IV，η=P/ P（AM1.5），故對光電轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生了很大的消極影響。

3　荒漠太陽能發(fā)電基地

我國沙漠和荒漠地區(qū)主要位于甘肅、西北新疆和內(nèi)蒙古地區(qū)，上述地區(qū)按30平方公里可分布100萬kW光伏發(fā)電裝置的容量估算，我國沙漠面積足夠滿足我國2050年及以后相當長時間內(nèi)對太陽能光伏發(fā)電的需求。所以建議在我國北方內(nèi)蒙古、甘肅荒漠地區(qū)規(guī)劃建設(shè)大規(guī)模光伏發(fā)電電站，將內(nèi)蒙古、甘肅地區(qū)的荒漠作為太陽能光伏發(fā)電能源基地的首選地點。我國荒漠太陽能輻射分布如圖3所示。

圖3　我國荒漠太陽能輻射分布

近期根據(jù)中央電視臺的相關(guān)報道稱，歐洲已有多個國家聯(lián)手，在撒哈拉沙漠進行大規(guī)模的荒漠太陽能發(fā)電。據(jù)報道，撒哈拉沙漠里所有太陽能資源的0.3%就可以供整個歐洲使用，所以推算，撒哈拉沙漠太陽能資源的2%可供全球使用。

太陽能屬于清潔能源，可以認為是用之不竭，取之不盡的能源。作為可再生的新能源，太陽能會成為重要來源。而沙漠地區(qū)少雨干旱，日照充分，作為太陽能利用的理想場所，我國亦應(yīng)該學習西方國家，開發(fā)荒漠地區(qū)的太陽能。我國最大的沙漠塔克拉瑪干沙漠面積多達33萬平方公里，如果能夠利用塔克拉瑪干沙漠太陽能資源的三十分之一，就可以滿足整個中國能源的供應(yīng)需求。所以應(yīng)科學合理地利用荒漠太陽能資源。

4　結(jié)語

太陽能資源豐富，其發(fā)電技術(shù)是一種非常有發(fā)展前途的新能源技術(shù)，故太陽能光伏發(fā)電有望在未來的能源結(jié)構(gòu)中占有重要的地位，而荒漠大規(guī)模光伏發(fā)電基地的研究和建設(shè)將是下一步探討的重點。在我國以后的近幾十年里，要大力開發(fā)荒漠光伏發(fā)電。

［1］嚴陸光.我國荒漠地區(qū)大規(guī)模太陽能的開發(fā)利用應(yīng)該起步［J］.干旱區(qū)地理，2005（4）：419-423.

［2］嚴陸光.對我國能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思考［J］.中國科學院院刊，2006（4）：280-286.

The Exploration of Domestic Solar Resource and Its Power Generation Base

Wang Xiao （Xuchang Vocational Technical College， Xuchang 461000，China）

As one of the most important role in renewable resources， solar resource has been developed and utilized. The development of solar resource plays a prominent part in the renewable resources utilization and becomes a new subject in every country. This paper gives a plain analysis of the solar resource distribution， solar photovoltaic power generation and desert solar power base.

solar resource； photovoltaic power generation；desert solar power base

王曉（1982-），女，河南許昌。