太阳能光伏发电理念与推测范文

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光伏发电应用领域与发展态势

1光伏发电应用的领域

光伏发电应用的领域日益扩大，从上世纪60年代最初太空应用开始，发展到以建筑结合的分布式发电和大型并网光伏电站应用为主流、光伏电站在微型电网的应用成为未来发展方向的新局面，见图1．

2光伏产业发展迅猛

近十几年来，随着产业政策和市场推动，全球光伏产业迅猛发展。以太阳电池产量为代表，世界光伏产业最近10年平均年增长率为48．5%(，虽经2008年金融危机，但最近5年平均年增长率为55．2%，2009年世界太阳电池产量达到10．66GWp，比上年增长35%。经过金融危机的洗礼，光伏发电前景愈显突出和重要。表3为2002～2009年中国大陆太阳电池超过4GWp，占世界产量的37．6%，显居世界首位;我国2007年已跃居太阳电池第一大生产国，预计2010年将接近世界产量50%。图2给出了各类光伏电池的产量及份额，从中可以看出，晶硅电池至今仍然是光伏市场的主导技术，其市场份额超过80%。薄膜电池技术显示出增长趋势，特别是CdTe电池近年发展迅速，见图3。表4为2009年世界太阳电池产量前15位的电池制造商及其产量。除首位Firstsolar生产CdTe薄膜电池外，其余全部为晶硅电池，而尚德(suntech)为晶硅电池的第一大生产商。在前15家生产商中，中国9家(大陆5家，台湾4家)

中国光伏产业发展近况

1太阳能电池世界第一

多晶硅材料基本自给，太阳能电池和组件80～90%出口，我国出口约70%产品在欧洲市场其次是美国市场。中国的光伏产业在2004年前太阳电池产量还占世界产量1%的份额，2004年后飞速发展，连续5年的年增长率超过100%，2001～2009年连续3年的太阳能电池产量居世界第一，见图4。2010年产量4011MWp，占世界产量37．6%，目前国内已经有海外上市的光伏公司12家，国内上市的光伏公司13家，行业年产值超过2000亿元，就业人数20万人。可是，近来美国金融危机和欧债危机催生了贸易保护主义重新抬头，对我国光伏产品发动“双反”调查，美国于2012年10月终裁拟课以重税，欧盟正启动反倾销调查，打压中国光伏企业，出口骤减，沉重地把中国光伏产业推向灾难的边缘。因此，只好转向内销，促使国内光伏发电加快发展。

2核心技术具有自主知识产权

主要表现为多晶硅规模化生产技术取得突破，初步不再依赖进口，基本可以自给。中国晶体硅太阳能电池的生产已占有技术和成本的绝对优势，2009年的产量占全世界产量的40%，主要光伏生产设备的国产化率不断提升，薄膜电池等新型技术水平也不断提高。

3多晶硅生产技术有重大突破

千吨级多晶硅规模化生产技术取得重大突破，初步实现循环利用和环境无污染，节能减排生产。在三氯氢硅合成提纯技术及装置、还原炉制造技术自动电控技术及装置、尾气干法回收、四氧化硅氧化技术等方面有了较大提升，打破了国际上对其生产技术的垄断。还原炉由9对棒发展到12、18和24对棒;生产工艺由常压生产到加压生产，个别企业还实现了四氯化硅冷氢化闭环生产，使综合能耗和成本大为降低，彻底解决了四氯化硅的排放和污染问题。

4晶体硅电池质量与成本世界领先

中国企业已在产品质量和成本上成为世界领先。无锡尚德的冥王星(Pluto)技术将单晶硅太阳能电池的有效面积转化效率提高到18．8%，多晶硅17．2%，多晶硅电池的全光照面积的转化率已达到了16．53%，世界第一。冥王星电池组件比传统技术能多输出约12%的电量。南京中电的赵建华博士至今保持着单晶硅太阳电池实验室效率的世界纪录(25%)，他所开发的发射结钝化技术使批量生产的电池效率均超过18%。保利英利，常州天合、苏州阿特斯、河北晶澳、江苏林洋等国际化公司也都拥有各自的专利技术，电池的转换效率均达到世界一流水平，平均每瓦光伏电池的高纯硅材料的用量从世界平均水平的9g/W下降到6g/W，大大降低了制造成本。

5光伏设备制造业已成规模

设备制造已成规模，为产业发展提供了强大支撑，在晶硅太阳能电池生产线的十几种主要设备中，6种以上国产设备已在国内生产线中占据主导，其中单晶炉、扩散炉等离子刻蚀机、清洗剂绒设备，组件层压机、太阳模拟仪等已达到或接近国际先进水平，性价比优势十分明显，多晶硅铸锭炉多线切割机等设备制造技术取得了重大进步，打破国外垄断。

6多晶硅材料依赖进口有所改善

2004年前后，国际上太阳能电池需求爆炸式增长造成全球多晶硅紧缺，中国光伏产业经历了多晶硅材料受控于人的艰难处境，连续多年多晶硅材料依赖进口，2007年我国多晶硅的产量仅有1100t，需求11000t，90%依赖进口，2008年我国多晶硅的产量4500t，需求20000t，仍有80%以上依赖进口。由于市场紧缺，多晶硅材料价格暴涨，最高达到$400/kg(成本只有$30～40/kg)，多晶硅材料的短缺和行业暴利，极大地激发了我国其产业的投资热潮，根据PhoroInternational的统计，国内2009年在建的多晶硅厂有48家。

光伏发电国外近况

1光伏发电发展迅猛

近十几年来随着产业政策和市场的推动，世界光伏产业，百花齐放，技术创新和规模扩大，太阳能发电成本愈来愈低，其应用领域愈来愈大，全球光伏产业规模迅猛发展，竞争愈烈，向规模化与多元化格局发展。虽经过了2008年世界金融危机，但2009年世界光伏发电装机容量达7900MWp，同比增长27%，2010年达12200MWp，同比增长65%。

2光伏电平价上网趋势日增

近来，有些国家和地区已经率先实现光电平价上网，而且平价上网将在全世界形成蔓延之势。在意大利，光伏系统全生命周期光伏发电成本为0．24欧元/kW．h而2009年意大利的民用零售平均电价为0．26欧元/kW．h。意大利事实上基本实现了上网平价，美国部分地区、日本、西班牙等国上网电价亦已临价。

3全球光伏市场简况

当前，全球光伏市场主要还是欧洲。2009年，全球光伏装机容量达到7．9GW，其中欧洲占80%，北美占7．0%，亚洲占9．8%，其他占3．1%。欧洲的70%来自德国。所以，德国仍然是目前光伏市场的主体，尤其在2010年，仅德国的装机容量就达到了7GW以上。据欧洲光伏产业协会(EPIA)统计报告显示:2011年全球安装量突破27．7GW，同比2010年增长70%，创历史新高。意大利和德国成为全球安装量最高的国家。占全球市场60%。欧洲仍继续统领全球光伏市场与全球市场75%，同比2010年下降5%。2011年全球累计安装量达67．4GW，较2010年底的39．7GW增长70%。意、德、中、美、法和日在2011年安装量超过1GW。2011年新装量:中国2GW，美国1．6GW，日本1GW，澳700MW，印度300MW，2011年发电量约80亿kW．h，足以满足20万家庭需求。并网光伏发电发展最快，占光伏应用市场的80%并逐步发挥着替代常规能源的作用，受到全球的关注。

光伏产业是世界性的产业，然而有些国家的政府考虑对其制造贸易壁垒，频频制造反倾销，反补贴，贸易保护主义，国与国的竞争十分激烈。其实完全没有必要，经数据分析，可看到，处于光伏产业最上游的多晶硅制造，30%来自美国，18%来自欧洲，实际上来自于中国仅占18%，大部分原材料依然来自于欧美，而电池和组件的制造，则主要来自于中国大陆和台湾地区。可见，当前国际光伏的高端产业链的分布仍然在欧美，我国光伏产业两头仍在国外，风险特大。

我国光伏发电近况

2009年装机容量约160MWp，截止2009年底，累计装机容量约300MWp(图5)，光伏市场发展十分缓慢。尽管2009年装机容量超出此前的累计安装量，但与产量相比，只是当年产量的4%。因此开拓市场仍然是我国光伏发电产业中存在的重大问题。近几年，国家积极推广建设，特别在2012年上半年以来，美国对我国光伏产品发动“双反”调查以来，中国光伏界在忐忑不安中等待调查结果，美国“双反”尚未终裁，欧盟效仿美国再次发难，把中国光伏产业企业推向灾难的边缘。因而，转向国内市场，降低出售，使国内市场快速增长，装机容量从2011年西部地区开始掀起建设高潮，将延续至2012年以后。全联新能源商会的《2011—2012中国新能源产业年度报告》最新统计数据称，2011年我国光伏安装量达到2．89GW，首次突破GW级，成为世界第三大光伏安装国，我国只用五年时间，就成为光伏产业制造大国，根据目前发展状况，完全可能在未来5～10年成为光伏应用大国。Solarpraxis公司对我国大规模光伏设施的项目开发，融资，建设运营和监测表明，在2011年中国2．89GW光伏装机容量投运后，预计2012年仍要安装4～5GW。

我国光伏发电对平价上网的预测

1太阳电池组件成本下降

2009年以来，中国太阳电池的成本持续下降，国际竞争力增强。太阳电池的成本主要取决于工厂的初始投资、生产规模、材料成本、人工、税收和管理等多种因素。随着多晶硅材料价格的下降，太阳电池的组件价格随之降低，根据PacificEpoch2009年12月公布的调查结果，中国市场上光伏用多晶硅材料的价格在2008年10月份的365．8美元/kg，下降到2009年12月份的51．9美元/kg;而晶体硅太阳电池组件的售价也由2008年10月份的3．55美元/Wp(人民币25元/Wp)下降到2009年12月份的1．78美元/Wp(人民币12元/Wp)。金融危机来临，多晶硅材料的价格直线下降，2009年底已经降到50～60美元/kg，太阳电池的成本随之大幅度下降，中国2009年底太阳电池的成本仅有$1．2～1．4/Wp(相当人民币7～10元/Wp)，大约比欧美太阳电池的平均价格低30%。

中国的太阳电池组件之所以可以做到如此低廉的价格，除了中国光伏企业在非硅生产环节努力降低成本的努力外，还得益于生产设备的国产化。过去从国外引进全套太阳电池生产线，引进一条25MW的太阳电池生产线大约需要人民币5000～6000万元，而一条国产设备的生产线却只需要2000～3000万元，比进口生产线低了50%以上。关键生产设备也是如此，例如一台8英寸的单晶炉，进口设备需要人民币80万元/台，国产设备的价格仅是进口价格的50%;一台270kg的多晶硅铸锭炉进口价格大约130万美元，而国产设备只需要人民币130万元。

2光伏发电“平价上网”预测

按照中国光伏产业目前的发展趋势，随着技术进一步提升和装备的全面国产化，到2015年初投资有望达到1．0万元/kW，发电成本小于0．6元/kW．h，首先在发电侧达到平价上网是完全有可能实现的。经过努力，2020年初投资达到0．7万元/kW，发电成本达到0．4元/kW．h，在配电侧达到平价上网也是有可能的。

国际上对光伏发电成本下降的预测

美国太阳能先导计划(SAI，2006年公布)对于光伏发电达到“平价上网”的预测最为激进，认为到2015年光伏电价将低于10美分/kW．h(相当于人民币0．7元/kW．h)。

图6中的Residential:一家一户的光伏系统，者指居民用电，SAI预测2015年在这一市场的光伏电价将下降到8～10美分/kW．h;Commercial:公共、商业和工业建筑用光伏，或者指商业用电，SAI预测2015年在这一市场的光伏电价将下降到6～8美分/kW．h;Utility:公共电力规模的光伏，或者指上网电价，SAI预测2015年在这一市场的光伏电价将下降到5～7美分kW．h。德意志银行经过细致的成本测算，预计光伏发电到2015年，即可达到15美分/kW．h，相当于人民币1元/kW．h。

日本政府(NEDO)2004年在“PVRoadmap2030”中预测:光伏电价2020年达到14日元/kW．h，2030达到7日元/kW．h。2009年日本政府(NEDO)了新的光伏发展线路图，重新调整了预测:2017年达到14日元/kW．h，2025达到7日元/kW．h，将2004年的预测提前了3～5年。太阳能光伏发电的快速增长将使大型项目的投资成本朝着$3/W。在技术政策和制造过程等多方突破后，将于2017年达到美国能源部的Sunshot目标:$1/W。

美第一太阳能公司的制造成本，从2004年$2．94/W，降至2011年$75分/W，该公司还使薄膜和玻璃太阳能电池效率从2009年的10%提高到2011年的11．2%。该公司的路线图要求到2014年成本降低至$64美分/W。美GE公司认为，由于创新，在3～5年内太阳能发电将比化石燃料和核发电更廉价。如太阳能发电售价能达到$15分/kW．h，将会有很多人使用太阳能发电。据美技术推进协会(IEEE)预测光伏发电成本在10年内可望低于化石燃料发电，这必须要求太阳能行业使光伏电池效率提升，并实现规模经济性。EPIA于2011年9月6日公布主要欧洲电力市场分析显示，光伏发电至少于2013年可实现某些细分市场达竞争力程度，所有市场将于2020年达到竞争程度。

国内外光伏发展目标

1国际上对于光伏发展目标的展望

欧洲2009年12月，欧洲光伏工业协会EPIA公布了“Setfor2020”，对光伏发电的目标分三种情况，对2020年欧洲的光伏累计装机进行了分析和预测:基本发展模式，100GW;加速发展模式，200GW;理想发展模式，400GW。分别占欧洲电力总需求的4%、6%和12%。2010年10月，EPIA“日照充足国家的光伏潜力”研究报告，认为占全球74%的国家日照充足(148个国家)，包括印度、中国、中东、非洲、澳大利亚等。这些国家的光伏市场到目前为止尚未开发，具有很大的发展潜力。预计到2030年理想发展模式下，光伏在这些国家的装机应达到1100GW(11亿kW)，占到这些国家供电需求的12%，届时光伏发电的标准价格(LCOE)将达到4～8欧分/kW．h，届时光伏发电将能够同所有常规电力相竞争，包括火力发电。最近欧盟还通过了一项建筑能耗特性导则(en-ergyperformanceofbuildingdirective)，要求到2020年所有新建建筑基本达到零能耗。这项导则在2012年欧盟成员国中推行，届时光伏将发挥主要作用。欧洲建筑总占地22000km2，40%的屋顶和15%的南立面，可以安装15亿kW(1500GW)光伏系统，年发电量高达14000亿kW．h，占2020年整个欧洲电力需求的40%。今后10年建筑集成光伏(BIPV)和建筑附加光伏(BAPV)将成为欧洲光伏市场的主流。

美国美国太阳能工业协会(SEIA)在哥本哈根会议上宣布:美国到2020年光伏将提供全部电力需求的10%，太阳能利用提供的热水、采暖和制冷将替代电力需求的3%，太阳能热发电将提供电力需求的2%。光伏到2020年将提供67．6万个工作岗位，每年减排3．8亿tco2。按照1MWh光伏电力减排1tco2，则2020年美国的光伏累计装机将达到300GW。2010年7月，美国参议院批准了千万屋顶计划(10millionsolarroofs)，该项目计划10年内在美国全国推广40GW太阳能发电系统，使美国成为世界最大的太阳能发电市场。日本日本2008年6月9日，福田康夫首相发表了电视演说，计划在目前的基础上到2030年前再增加40倍太阳电池装机量。执行部门又进一步细化为在2020年达到累计装机容量为2005年(1．4GW)的20倍即28GW，2030年为40倍，即56GW。

印度印度2009年公布“SolarPowerPlan”，计划到2020年，光伏发电在印度的累计装机要达到20GW。

2我国的光伏发展目标

按照集中开发与分布式利用相结合的原则，积极推进太阳能的多元化利用，鼓励在太阳能资源优良，无其它经济利用价值土地多的地区建设大型光伏电站，同时支持建设以“自发自用”为主的分布式光伏发电，积极支持利用光伏发电解决偏远地区用电和缺电的问题，开展太阳能热发电产业化示范。到2015年，太阳能年利用量相当于替代化石燃料5000万t标准煤。太阳能发电装机达到2100万kW，其中光伏电站装机1000万kW，热发电装机100万kW，并网和离网的分布式光伏发电系统安装容量达1000万kW，太阳能热利用累计集热面积达4亿m2。到2020年，太阳能发电装机达到5000万kW，太阳能热利用累计集热面积达到8亿m2。太阳能发电建设布局见表5。

结束语

a．发展太阳能产业是解决能源短缺，缓解供需矛盾，减少环境污染，应对全球气候恶化，减少温室气体———碳排放和人类社会可持续发展最有效途径之一。

b．全球都在积极发展太阳能产业，据预测到2040年太阳能发电中的光伏发电将达到全球发电量的25%。根据国际能源(IEA)的预测太阳能在不到20年内占世界能源需求的5%，比2012年增加49倍。c．近十几年来，全球光伏产业迅猛发展，最近十几年来，市场增长率在50%左右。经过2008年金融危机的洗礼，光伏产业前景愈显重要。2009年世界超过10GWp，中国大陆超过4GW，从2007年起已跃居太阳能电池世界第一生产大国。

d．2009年以前我国光伏发电装机容量较小(累计140MWp)，光伏市场发展缓慢，尽管2009年装机容量约160MWp超出此前的累计安装量，但与产量相比，只是当年产量的4%。近几年，有很大改变，受欧债危机和美国贸易壁垒“双反”反倾销，反补贴，光伏产品出口大受影响，中国光伏产业必须转向国内，经国家大力支持积极推广，国内市场快速增长，装机容量从2011年西部地区掀起了建设高潮，将拓展全国，延续至2012年，届时，估计我国累计装机量达5000MWp以上。

e．十二五”光伏发电建设规模:并网光伏电站1，000万kW，分布式光伏发电系统，1000万kW，合计2000万kW。

f．光伏发电“平价上网”预测，由于光伏产业市场国外受到挑战，受“双反”贸易保护主义，国外市场倍受打击，转向国内，光伏组件大幅下降，估计到2015年初投资，有望达到1万元/kW以下，发电成本0．6元/kW．h，发电侧有望达到平价上网可能。经过努力，2020年初投资达到0．7万元/kW，发电成本达到0．4元/kW．h，在配电侧有望达到平价上网的可能。

作者：钟史明单位：东南大学能源与环境学院