2010-3-3

太阳能光伏技术是利用半导体材料的光电效应将太阳能直接转化为电能的一种技术形式，是太阳能利用的一种重要形式。光伏发电技术近年来发展很快，成本持续下降。据EPIA、Greenpeace和德意志银行的预测，到2015年左右，光伏发电就可以做到每度电15美分，达到“平价上网”，即与常规发电成本相一致。届时，光伏发电的市场将会迅速增长。

　　一、光伏发电是未来世界的能源支柱

　　2007年全球人口65亿，能源需求折合成装机为15TW；到2050年全世界人口大概将达100亿，能源需求装机达40-60TW，届时人类对能源的需求只能依靠可再生能源来解决。但是，世界上潜在水能资源4.6TW，经济可开采资源只有0.9TW；风能实际可开发资源2TW；生物质能3TW。核能的争议很大，如果按照目前核裂变技术，受资源最多可以开发3TW。人类掌握可控核聚变技术预计还要100年。因此，只有太阳能是惟一能够保证人类能源需求的能量来源，其潜在资源120000TW，实际可开采资源高达600TW。

　　太阳光伏发电优势明显，具体表现为以下几点：体积小、重量轻，单位重量比功率为50-1000W/kg；寿命长：20-50年（工作25年，效率下降20%）；零排放：无燃料消耗，无噪声，无污染；发电不用水（高倍聚光电池也如此），可在荒漠地区建设；运行可靠，无机械转动部件，使用安全，免维护，无人值守；太阳能资源永不枯竭（至少50亿年），各地区差异不大，可实现分布式电站；生产资料丰富，硅材料储量丰富，为地壳上除氧之外的丰度排列第二，达到26%之多；不单独占地：可以安装到建筑上；规模大小皆宜，可为10W-100GW，可以“搭积木”式建设和安装；安装容易，建设周期短，安装成本低；能量回收期短，只有0.8-3.0年，能量增值效应明显，达8-30倍；规律性强，可预测，调峰效果明显，调度比风力发电容易；降价潜力大。

　　因此，太阳光伏发电具有最广阔的发展前景，是各国最着力发展的可再生能源技术之一。欧洲联合研究中心（JRC）对光伏发电的未来发展作出如下预测：2020年世界太阳能发电的发电量占世界总能源需求的1%，2050年占到20%，2100年则将超过50%。

　　最近国外的研究报告指出，几年内我国将成为温室气体量排放最多的国家。世界银行估计，2020年我国由于空气污染造成的环境和健康损失将达到GDP总量的13%。为此，我国积极努力，承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。根据我国可再生能源中长期发展规划给出的数据，看出我国未来的能源和电力来源将是太阳能。

　　二、国内外光伏发电的市场发展

　　世界光伏产业和市场在严峻的能源形势和人类生态环境（地球变暖）形势压力下，自1990年代后半期起进入了快速发展时期，世界太阳电池产量逐年增长，过去10年的平均年增长率达到40%，超过了IT产业，已经成为世界上发展最快的产业之一。2008年世界太阳电池的产量更是高达7.9GW，比2007年增长将近100%。我国太阳电池的发货量已经连续两年（2007年、2008年）位居世界第一。

　　世界前30家太阳电池生产企业中我国有10家，有5家。我国2008年太阳电池总产量约为2600MW，占世界总产量的32.9%，总产量约为900MW，占世界总产量的11.4%，合计3500MW，占2008年世界太阳电池产量的44.3%，是世界太阳电池第一大生产国。

　　2000年以来，德国率先实施“上网电价”法，要求电网公司以40-50欧分/kWh的电价全额收购光伏电量。有了这样的法律，安装光伏发电的用户可以通过销售绿色电力获得收益；银行的贷款可以如数回收；光伏生产厂家通过销售太阳电池赚钱；达到了推行清洁能源的目的；电力公司通过销售绿电购买绿电，经济上不亏损（取之于民用之于民），还完成了减排义务；通过媒体的广泛宣传，使那些自愿购买绿色电力的自愿为保护环境和能源的可持续发展做出贡献。

　　该项的实施大大拉动了德国国内光伏市场，连续多年光伏发电的安装量居世界第一。继德国之后，欧洲其他国家也都前后开始实施“上网电价”法，使得整个欧洲的光伏市场迅速上升，2007和2008年，欧洲的光伏市场都占到世界光伏市场的80%。值得注意的是西班牙取代德国成为2008年世界最大的光伏市场，全年安装2500MW，占世界市场的46%。

　　Solat Plaza和Solar Outlook都对未来几年的世界光伏发电市场作出了近乎相同的预测：2009年世界光伏发电市场将会有一个明显的下滑，2010和2011将保持在一个稳定的水平，光伏市场的复苏将是在2012年以后。从2009年中国光伏产业的情况看，市场需求并没有下滑，几个主要企业的产量都超过2008年，从其全球光伏产量看，比2008年还略有增长。

　　三、我国光伏发电的技术现状和发展趋势

　　光伏发电目前发展的最大制约因素是成本太高，太阳电池占光伏发电系统价格的60%以上，因此开发廉价、高效、高可靠、高稳定、长寿命的太阳电池就成为世界各国攻关的焦点。目前太阳电池的研究开发主要围绕已经商业化的晶体硅太阳电池、非晶硅太阳电池、碲化镉太阳电池、铜铟镓硒太阳电池以及聚光太阳电池进行，对于目前尚未商业化的太阳电池，或称其为下一代的太阳电池，各国也都投入了很大的资金和研究力量，包括晶体硅薄膜太阳电池、染料敏化电池、有机薄膜电池、纳米电池、分光吸收电池等。

　　我国太阳电池的研究开发始于1958年，1971年就成功地将自主研发的太阳电池首次应用于我国发射的东方红二号卫星上，于1973年开始将太阳电池用于地面。自1981年开始，太阳电池及其应用开始列入国家的科技攻关计划，通过“六五”（1981-1985年）到“十一五”（2006-2010年）六个五年计划，在太阳电池器件和应用技术方面取得了可喜的成绩；2000年以后国家科技部又启动了国家“863”计划和“973”计划，分别对光伏发电的产业化技术和基础性研究给予支持。重点科技创新成果介绍如下：

　　（一）多晶硅材料

　　高纯多晶硅材料的供给一直是我国光伏产业发展的瓶颈，2005年以前，无论是半导体级硅材料还是太阳能级硅材料全部依赖进口，而这项技术国外也对我国进行封锁。高纯多晶硅材料的制备技术列入了“十五”科技攻关计划，对西门子法、流化床法以及冶金法等各条技术路线进行了探索和攻关，同时还对解决多晶硅材料生产中的废料、废气排放和环保问题也给予了科技攻关经费的支持，使我国在高纯多晶硅材料的制备技术和清洁生产技术发面取得了突破性进展。目前，我国几家主要高纯多晶硅生产企业的生产技术已达到国际平均水平，产量也在逐年增长，相信通过进一步的科技投入和攻关，我国多晶硅制备的单位能耗、产品质量和纯度以及清洁生产等方面一定都会达到世界先进水平，其产量也将能够满足国内太阳电池生产的需求。

　　（二）晶体硅太阳电池

　　从“六五”开始，晶体硅太阳电池就一直是科技攻关的重点，对单晶硅太阳电池技术、多晶硅铸锭技术、高效电池技术、晶体硅太阳电池产业化技术以及特殊太阳电池组件（BIPV）的开发注入了大量资金和人力，取得了可喜的进展。单晶硅太阳电池的实验室效率最高达到20.4%，产业化单晶硅太阳电池的最高效率已经超过18%；多晶硅铸锭炉的开发在“七五”期间达到40kg级，“十五”期间达到160kg级，现在我国已经能够自主制造500kg级的多晶硅铸锭炉；多晶硅太阳电池的实验室效率最高达到18%，产业化多晶硅太阳电池的效率普遍达到16.5%。

　　（三）薄膜太阳电池

　　由于薄膜太阳电池的成本优势，始终是我国在光伏发电方面重点支持的领域，早在“七五”期间，国家科委就投入2000多万元，在北京有色金属研究院建成年产100kW非晶硅太阳电池生产线。进入21世纪，国家通过科技攻关计划、“863”计划、“973”计划以及各项创新计划，对薄膜太阳电池的研究开发和产业化给予大力支持，使我国在非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒、染料敏化以及微晶/非晶太阳电池等诸多方面距均取得了很好的进展，为我国薄膜太阳电池的产业化打下了良好的基础。

　　（四）光伏发电系统和关键部件

　　“六五”至“九五”期间的国家科技攻关计划主要围绕光伏发电系统进行，先后完成太阳能户用电源、光伏电站及其控制器和逆变器的攻关及产品开发，建设完成很多太阳能光伏应用示范工程，遍及太阳能户用电源、村落电站、广播、通信、石油、气象、光伏水泵、太阳能学校等各个领域。“十五”和“十一五”则将光伏发电的重点逐渐转移到并网光伏系统的部件研究和系统开发，已经在系列并网逆变器、光伏建筑一体化、大型并网光伏电站以及光伏阵列自动跟踪系统方面取得了可喜的进展。以下是一些光伏发电系统和部件方面典型的科技创新成果：

　　1.光伏和风/光互补电站及装备。“七五”至“十五”期间，我国科技计划对运行光伏发电技术进行了持续支持，掌握了系统集成设计技术、核心设备研发生产技术，自主开发出从几十瓦到上百千瓦的运行光伏系统及风/光互补系统的控制、逆变设备，并已实现规模化推广。在此基础上，我国在“十五”期间针对西部省份无电居民，大规模推广应用运行光伏发电技术，先后建成运行光伏和风/光互补电站1000余座，推广光伏和风/光户用系统数10万套，解决了近400万无电居民的生活用电问题。

　　2.并网光伏发电成套设备开发及工程示范。国家在“十五”和“十一五”期间将并网光伏发电的设备开发和工程示范作为科技攻关的重点。“十五”以来，已经在系列并网光伏逆变器、并网光伏建筑一体化和大型并网荒漠电站的工程开发上取得了突破性进展。在并网光伏逆变器上，开发出主要用于光伏建筑一体化上的3-100kVA系列中小功率逆变器和主要用于大型荒漠电站的100-500kVA系列大功率并网逆变器；在光伏建筑一体化（BIPV）上，开发出光伏屋顶、光伏幕墙、光伏围栏、光伏遮阳棚等多种类型与建筑结合的形式，并已成功在奥运场馆上得到应用；在大型荒漠光伏电站中成功开发出多种光伏阵列跟踪系统，使我国在光伏应用领域达到国际先进水平。

　　四、我国光伏发电市场

　　（一）光伏发电市场发展

　　进入21世纪，我国的光伏市场在的推动下开始有了比较快的发展，先后实施了“无电县建设”、“我国光明工程”、“阿里光电计划”、“送电到乡工程”以及“无电地区电力建设”等国家计划。“九五”至“十一五”期间，又开展了多项城市并网光伏发电和大型并网荒漠电站的工程示范。我国还争取了国际援助，开展了多项国际合作计划，大大推动了光伏发电在农村电气化方面的应用推广。我国的“可再生能源法”已于2006年生效，各部门（、科技部、建设部、财政部、信息产业部、农业部等）都积极推动光伏发电的应用推广，启动了多个光伏发电项目。奥运申办成功后，为了“绿色奥运”的承诺，北京市已经建成多项光伏建筑一体化工程和太阳能路灯13.5万盏，总功率10MW。

　　根据招标网的统计，2008年全国通过公开招标的光伏发电项目共计175个，已经完成安装的光伏项目的总功率达到30MW，估计未公开招标的光伏项目功率约为10MW，2008年国内光伏系统安装量合计约为40MW。截至2008年底，我国光伏发电的累积装机已经达到140MW。我国光伏发电自1980年以来的市场发展见表1。

　　虽然我国的太阳电池产量连续2年居世界第一，但是98%出口，国内安装量仅占2%，我国的光伏产业完全依赖国际市场。我国目前急需开拓国内市场。

　　（二）我国光伏发电的潜在市场

　　1.农村电气化的潜在市场

　　截至2005年底，我国还有大约270万户，1200万无电人口，其中有100无电户需要在2020年以前采用光伏和风光互补发电系统解决用电问题。如果按照脱贫标准（每户装机200Wp，每年每户用电200kWh）估算，预计总装机容量为200MWp；如果按边远地区城市用电标准（每年每户用电1000kWh）估算，则潜在市场容量是1000MWp（1GWp）。

　　2.与建筑结合的光伏发电系统（BIPV）

　　现在，全世界大约70%以上的太阳电池用于并网发电系统，主要是以与建筑结合的方式（BIPV）安装在城市建筑上。按照我国中长期发展规划，到2010年，我国BIPV的太阳电池累计安装量要达到50MWp；到2020年要达到1000MWp。我国现有大约有屋顶面积40亿m2，加上南立面可利用面积大约为50亿m2，如果20%用来安装太阳电池，可以装100GWp。

　　3.大规模光伏（LS-PV）荒漠电站

　　根据我国可再生能源中长期发展规划，在2010年以前将在甘肃、和内蒙古建立多座1-10MWp的沙漠试验电站（总装机50MWp）。2010-2020年期间将得到进一步推广，到2020年底累计大型荒漠光伏电站装机将达到200MWp。

    我国12%的国土面积为不能用于耕作的荒漠和滩涂，总面积为120万km2。我国的荒漠资源主要分布在光照资源丰富的西北地区，其年总辐射在1600kWh/m2以上。如果用2%的荒漠来安装太阳电池，装机容量就将达到1000GWp，是我国2006年全国电力装机的2倍。

作者：国家发展改革委员会能源研究所 王斯成 来源：《中国电力发展与改革研究》2009年第12期

责任编辑：张路红 下载本文