鄭州磨料磨具磨削研究所  王光祖 

1引言

　　太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是世界上發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。為實現(xiàn)能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，世界各國均將太陽光伏發(fā)電作為新能源與可再生能源發(fā)展,的重點。

　　最近，世界各國已經(jīng)普遍將可再生能源的開發(fā)提高至戰(zhàn)略地位，其中綠色光伏發(fā)電技術(shù)已成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展重中之重。這無疑源于兩方面：(1).太陽能資源的取之不盡，用之不竭，隨處可開發(fā)利用’(2) 光伏發(fā)電技術(shù)對環(huán)境保護的積極作用[1]。

　　光伏發(fā)電是利用半導體面的光生伏特效應，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。該技術(shù)的推廣應用將擺脫傳統(tǒng)發(fā)電方式對煤炭能源的依賴。

　　2 太陽能電池分類及其巿場份額

　　太陽能電池的分類如圖1所示。其發(fā)展已經(jīng)歷了三代發(fā)展：,笫一代為單晶硅太陽能電池;第二代為多晶硅、非晶硅等太陽能電池;第三代是銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池[2]。

圖1 太陽能電池的分類

　　不過從目前市場構(gòu)成來看，晶體硅電池仍然是目前太陽能光伏電池的主流。晶體硅電池主要應用于太陽能屋頂電站，是目前技術(shù)最成熟、應用最廣泛的太陽能光伏產(chǎn)品，所占世界光伏市場份額超過80%。

　　數(shù)據(jù)顯示，近年來薄膜電池的市場份額出現(xiàn)強勁增長勢頭。有專家預測，短期末來，預計到2012年薄膜電池的產(chǎn)量份額將達到32%，見圖2

　　圖2  2012年光伏電池產(chǎn)量份額市場預測

　　3世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[3]

　　3.1 光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展

　　2002～2009年世界太陽能電池產(chǎn)量持續(xù)增加，如表1所示。

　　表1  2002～2009年世界各地區(qū)和國家太陽能電池產(chǎn)量  MWp

2007～2009年，中國太陽電池產(chǎn)量增幅居世界之首。最近10年世界太陽電池產(chǎn)量平均增長率為48.5%(至2009年)，最近5年平均增長率為55.2%(至2009年)。2009年太陽電池產(chǎn)量達到約10.7GWp，比上年增長35%，其中，中國太陽電池產(chǎn)量市場份額占據(jù)全球市場份額的49%，見圖3。 

圖3  各地區(qū)和國家太陽電池產(chǎn)量市場份額

2000～2009年，可再生能源中并網(wǎng)光伏發(fā)電的平均增長率最快，達到60%以上，并網(wǎng)光伏發(fā)電正日益發(fā)揮替代的作用，見圖4。

　　圖4  1995～2009年發(fā)電方式的年發(fā)電增長量

　　世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個顯著特點是并網(wǎng)比例迅速卻增加，并將成為未來發(fā)電的主趨勢。圖9給出了光伏并網(wǎng)發(fā)電占總裝機容量的比值。實踐證明，并網(wǎng)太陽能發(fā)電站可以對電網(wǎng)調(diào)峰，提高電網(wǎng)末端的電壓穩(wěn)定性，改善電網(wǎng)功率因素和有效消除電網(wǎng)雜波，具有很多優(yōu)越性。

　　3.2發(fā)展趨勢

　　3.2.1近期發(fā)展趨勢

　　據(jù)Solar Annual對2007～2011年內(nèi)太陽電池產(chǎn)量仍將持續(xù)增長，且仍以晶硅太陽電池為主，見圖5。

　　圖5  2007～2011年太陽電池發(fā)展預測

　　太陽電池組件隨著成本迅速降價，高純硅材料價格從2008年10月的3.55美元/Wp，降低到2009年12月的1.78美元/Wp。

　　圖6  多晶硅材料價格走勢

　　2011～2013年光伏發(fā)電可實現(xiàn)平價上網(wǎng)，美國對光伏發(fā)電成本下降的預測相當樂觀，認為2015年前后光伏發(fā)電成本將與常規(guī)發(fā)電成本相一致。

　　3.2 中期發(fā)展趨勢

　　按照歐洲2020年光伏新發(fā)展計劃，到2020年，PV裝機容量為400GW，發(fā)電量達到12.0%。按照奧巴馬政府2020年的宏偉發(fā)展目標將實現(xiàn)裝機350GW。這些計劃都遠遠超過世紀初路線圖。

　　表2  本世紀初世界光伏發(fā)電發(fā)展路線圖  GW

　　3.3 遠期發(fā)展趨勢

　　根據(jù)歐盟委員會聯(lián)合研究中心(JRC)預測，到2030年可再生能源將在世界能源結(jié)構(gòu)中占30%以上，太陽能光伏發(fā)電在世界電力供應總量中占到10%以上;2040年可再生能源將占世界能源消費總量的50%以上，太陽能光伏將在世界電力供應總量中占到20%以上;到21世紀末，可再生能源將在世界能源結(jié)構(gòu)中占到80%以上，太陽能發(fā)電將在世界電力供應總量中占到60%以上。

　　4 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與未來[4]

　　光伏發(fā)電技術(shù)始于20世紀50年代，并隨著傳統(tǒng)礦物資源日益枯竭而近年得到迅速發(fā)展，特別是得益于德、日、美等發(fā)達國家政策扶持而迎來了一個美好的春天。

　　光伏發(fā)電成本的降低是推動光伏技術(shù)進入能源市場的主要動力。經(jīng)過近30年的努力，太陽電池廠的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大、自動化程度持續(xù)提高、技術(shù)水平逐步改進，及光伏市場的有效開拓促使光伏發(fā)電成本不斷降低。目前，太陽電池單廠生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)由20世紀80年代的幾MW上升到目前的幾百MW，且商業(yè)化電池效率也得以顯著提高。

　　圖7給出了自1955年至今，不同種類太陽能電池成本對比曲線，并對未來十年光伏發(fā)電成本進行了預測，由圖7可見，2000年晶體硅太陽能電池的發(fā)電成本約為$0.57/W，2005年不足$0.25/W，發(fā)電成本下降了一倍，而未來十年還會有顯著的下降。在各種太陽能電池中，聚光太陽能電池成本是最低的。

　　圖7 不同種類太陽能電池發(fā)電成本現(xiàn)狀及預測

　　圖8給出了美國能源部對光伏價格的預測結(jié)果，其中SAI為美國太陽能先導計劃。從這個圖可以看出，政策的扶持對光伏發(fā)電成本的降低有十分顯著的作用[5]。

　　圖8  美國能源部對光伏發(fā)電價格的預測

　　近30年來，光伏市場蓬勃發(fā)展，特別是最近10年，太陽電池及組件生產(chǎn)的年平均卻增長率達到33%，最近5年的年平均增長率達到43%[6]。

　　圖9給出了世界太陽能電池歷年產(chǎn)量的柱形圖，可以看出光伏發(fā)電已經(jīng)從“候補能源”逐步向“替代能源”過渡，這其中離不開政策的扶持。眾所周知，目前光伏發(fā)電成本較傳統(tǒng)能源發(fā)電來說，成本相對較高，單純市場的拉動不可能使光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展如此迅猛，這主要得益于德國、日本、美國和西班牙各國的鼓勵政策。

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圖9  世界太陽能電池歷年產(chǎn)量柱形圖

　　如圖10,所示，到2030年可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占30%以上，太陽能光伏發(fā)電在世界總電力的供應中將達到10%以上;2040年可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能發(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀末可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能是光伏發(fā)電將占到60%以上，并顯示出其重要的戰(zhàn)略地位。

圖10 2004年歐盟聯(lián)合中心預測

　　5 結(jié)語

　　5.1 世界光伏產(chǎn)業(yè)和市場的蓬勃發(fā)展，使得光伏發(fā)電在世界能源消費中占據(jù)了越來越重要的席位。根據(jù)歐盟聯(lián)合研究中心的預測，太陽能光伏發(fā)電在不遠的將來不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應的主體。

　　5.2 盡管各種新概念太陽能電池不斷涌現(xiàn)，效率也不斷攀升，但現(xiàn)階段進入民用領(lǐng)域的太陽電池主要是晶體硅太陽電池，占目前產(chǎn)量的90%以上，并且可以確定這種情況短期內(nèi)不會發(fā)生根本改變。但是，進一步發(fā)展高轉(zhuǎn)換效率和低成本的太陽電池成為光伏領(lǐng)域必然發(fā)展趨勢[6,7]。

　　5.3 中國光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過最近幾年的發(fā)展，已經(jīng)躍升至全球最大光伏產(chǎn)業(yè)制造基地，產(chǎn)能占到全球一半以上，然而光伏產(chǎn)業(yè)嚴重依賴國外巿場，出口比例甚至高達90%，原材料也有一半來自國外市場，給整個行業(yè)的健康發(fā)展帶來了不安定因素，因此，開發(fā)光伏產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)應用市場已經(jīng)是迫在眉睫！

　　5.4 世界光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)?，F(xiàn)中、日、德三鼎立格局，中國光伏電池產(chǎn)量并不具備絕對優(yōu)勢，特別是中國光伏產(chǎn)業(yè)鏈的上游發(fā)展比較滯后，一度需要大規(guī)模進口多晶硅以滿足光伏電池生產(chǎn)的需要，即使近幾年上游多晶硅的產(chǎn)能擴張很快，但在技術(shù)水平，環(huán)境治理方面與世界先進水平仍存在較大差距。

　　5.5在福島格核泄事故發(fā)生后，2022年，德國核電站全部關(guān)閉，將成為全球首個放棄枝核電的國家。預計在6月提出議案，它包括大力發(fā)展風能、太陽能和生物能以及改造新型智能電網(wǎng)等。這是一個非常值得注意的動向。

　　5.6光伏產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)高速發(fā)展，將為包括金剛石線鋸在內(nèi)的，用于晶體硅材料加工的金剛石工具提供巨大的發(fā)展空間。

　　參考文獻：

　　1  李曉華，中國光伏產(chǎn)業(yè)與太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式比較[J]中外能源，2011，16(2)：29～34

　　2 周衛(wèi)紅，蔣榮華等，具有全球競爭力的中國光伏產(chǎn)業(yè)[J]新材料產(chǎn)業(yè)，2011，1：18～29

　　3 趙玉文，光伏產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略前景與政策思考[J]有色冶金節(jié)能，2010，6：1～5

　　4 陳諾夫，白一嗚，光伏發(fā)電與資源環(huán)境[J]電力技術(shù)，2010，19(2)：17～25

　　5 李曉剛，馮紹瑞，中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)經(jīng)濟分析[J]工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟，2007，26(7)：120～124

　　6 W J Wang，Y Xu，H Shen，Polycrystalline Silicon thin-film solar cells on Various substrates[J]Phys.Stat.Sol(a)，2006：203,721

　　7 MA Green，Consolidation of Thin-film photovoltaic Technology：The Coming Decade of Opportunity[M]Pro.Phoiovolt.Res.Appl，2006，14，383～392