太阳能利用技术

第33卷增刊2012年12月

0096（2012）增刊-0047-10文章编号：0254-

太阳能学报

ACTAENERGIAESOLARISSINICA

Vol．33Suppl

2012Dec.，

太阳能利用技术及其应用

闫云飞

摘

1，2

22

，张智恩1，，张力1，，代长林2

（1.低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室（重庆大学），重庆400030；2.重庆大学动力工程学院，重庆400030）

要：结合太阳能利用技术及应用领域的最新进展，介绍了太阳能资源的优缺点及其在中国的分布状况，系统地

综述了太阳能主要利用技术的研究进展和应用，详细论述了太阳能在国内外的开发利用情况，指出我国加快发展太阳能产业应采取的措施。

关键词：太阳能；光热利用；光电利用；应用中图分类号：TK519

文献标识码：A

0引言

马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究表明，

太阳能在21世纪初进入了一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%，21世纪末将取仅次于核能，代核能跃居首位。因此，太阳能的大力开发和利用将成为未来能源利用的主流。

太阳能作为一种可再生的新能源，具有清洁、环

保、持续、长久等优势，已成为应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一，其大规模利用可有效减少对化石能源的依赖，其发展前景被各国看好。美国、欧盟和日本将太阳能等可再生能源作为2030年以后能源供应安全的重点，如美国的“百万屋顶，计划”德国的“千顶计划”与日本的“朝日七年计

“十二五”划”等。中国在《国家战略性新兴产业发展规划》中，也将新能源作为七大战略性新兴产业

之一，未来将重点发展核电、风电、太阳能和生物质能四大产业。从该规划和相关政策的导向来看，中“十二五”期间新能源产业将呈现出核电和风电国

平稳发展，太阳能和生物质能迅猛发展的趋势。联合国环境规划署2008年全球可持续能源投2007年全受高油价等因素影响，资趋势报告显示，

球新能源领域的投资比2006年猛增60%，达到1484亿美元，其中太阳能投资增速最快，增幅为254%，为286亿美元。2009年，哥本哈根世界气候大会增强了人们对环境问题的危机感，使低碳经济与民用太阳能发电再次成为焦点。在世界能源结构转换中，太阳能也处于突出位置。被誉为“世界太

·格林指出，阳能之父”的诺贝尔环境奖获得者马丁目前光伏太阳能在全世界能源结构中的比重只占

0.02%，在未来20年，很可能提升到25%。美国的

1

1.1

太阳能资源的优势与不足

太阳能资源的优点

与常规能源相比，太阳能资源的优点主要有：1）储量丰富。每年到达地球表面的太阳辐射

能约为130亿t标准煤，约为目前全球耗能总和

4

的2×10倍。

2）长久性。太阳辐射源源不断供给地球，按目前太阳产生的核能速率估算，氢储量可维持上百亿年，而地球寿命约为几十亿年，所以，太阳能对人类来说是取之不尽的。

3）普遍性。相对于其他能源来说，太阳辐射能分布在地球上大部分地区，可就地取用，对解决偏远地区的供能问题有极大的优越性。

4）洁净安全。太阳能素有“洁净能源”和“安全能源”之称。太阳能几乎不产生任何污染，远比常规能源清洁，也远比核能安全。5）经济性。太阳能的长期发电成本低，是21世纪最清洁、最廉价的能源。1.2

太阳能资源的不足

太阳能资源虽然具有常规能源无法比拟的优

08-07收稿日期：2012-基金项目：重庆市自然科学基金重点项目（CSTC2009BA6067）

通讯作者：闫云飞（1978—），男，博士、副教授，主要从事催化燃烧、微能源动力系统、能源利用及转换、系统节能、多相流动与环

境保护方面的研究。yunfeiyan@cqu．edu．cn

点，但也存在着固有的缺点和问题：

1）分散性。虽然到达地球表面的太阳辐射能的总量很大，但能流密度却很低，地面处的能流密度

2

仅约为0.5kW/m。

2）间断性和不稳定性。太阳辐射能不仅有随季节、纬度和海拔等因素的规律性变化，还有昼夜、

受天气影响的随机性变化。

3）效率低和成本高。虽然目前太阳能利用在某些方面理论上可行，技术也相对成熟，但其设备运行效率较低且成本偏高，所以经济性仍不能与常规能源相抗衡。

低值中心都处在北纬22°～35°一带，高值中心在青藏

高原，低值中心在四川盆地；西部年辐射总量高于东部，且除西藏、新疆外，基本上北部高于南部；因南方多数地区云雾雨多，在北纬30°～40°地区，太阳能随纬度增加而增长，与一般的太阳能随纬度变化的规律相反。

2

a），全国各地太阳年辐射总量达3350～8370MJ/（m·

2［1］

太阳年辐射平均值为5860MJ/（m·a）。按太阳能年辐射总量的大小，中国大致划分为五类地区，如

表1

［2］

。

根据太阳能资源年总量的大小，可将全国划分为资源丰富带、资源较富带、资源一般带及资源贫乏带等四个带。由于太阳能资源受到气候环境条件的制约，其分布具有明显的地域性，但大部分地区仍有很大的可利用性

［4］

［3］

2中国太阳能资源及其分布状况

中国太阳能资源分布有如下特点：太阳能的高、

表1

Table1

区域划分年总辐射量

2

/MJ·m－·a－1

。

中国太阳能资源及其分布状况

Chinesesolarenergyresourceanditsdistribution

二类地区5860～67003000～3200河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部和青海东部等地

三类地区5020～58602200～3000山东、河南、河北东南

部、山西南部、吉林、辽长江中下游、福宁、云南、陕西北部、广建、浙江和广东东南部、福建南部、江苏部分地区北部和安徽北部等地

四川、贵州两省

四类地区4190～50201400～2200

五类地区3350～41901000～1400

一类地区6700～83703200～3300青藏高原、甘肃北部、

·a日照时间/h

－1

地域宁夏北部和新疆南部等地

太阳能资源最丰富的地区。特别是西藏，太阳辐射总量最高值达9210MJ/（m·a），仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位

2

太阳能资源中等区，面

太阳能资源较丰富区

积较大，具有利用太阳能的良好条件

春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以

太阳能资源最少的地区，仍有一定利用价值

特点

3太阳能利技术

单晶硅电池与选择性太阳吸收涂层两项技术的

突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志，也是人类能源利用技术又一次变革的基础。目前世界能源结构向高效、清洁、低碳或无碳的天然气、核能、太阳能、风能等方向转变，预计在2050年替换化石能源。欧洲联合研究中心对全球能源构成

［5］

2030年后，变化的预测见图1。从图1中可知，光至2050

年将约伏及太阳热能发电将得到快速发展，

Fig．1

图1

全球能源构成变化的预测

Theforecastofglobalenergyconstitutionchanges

占世界能源消费结构30%的比例，逐步取代传统能源。

表2为世界知名城市太阳能利用技术

［6］

巴黎和伦敦等太阳能利用较好的城市，国内部东京、

分地区也多停留在对太阳能热水器的应用，而其他太阳能技术应用涉及较少。

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