太阳能光伏产业发展战略研究报告（摘要)1

太阳能光伏产业发展战略研究报告（摘要）作者：信息产业部电子科技委《太阳能光伏产业发展战略研究》课题组中国集成电路 年6期 字数：
　　1前言
　　
　　1839年首次发现光伏（PV）效应，爱因斯坦在1904年对其做出了理论解释，并很快得到实验证实。太阳能电池巨大的潜在用途刺激了各国研究机构和公司争相开展光伏效应及其应用技术的研究开发工作，首先是在空间技术中的应用，各种材料的太阳能电池相继问世。1970年代，出现了针对地面商用的太阳能电池和系统的公司。1983年世界光伏组件产量达21.3MW，光伏产业显露雏形。1990年以后，在能源危机和全球气候变暖的压力下，可再生能源越来越受到关注，德、美、日等国政府相继提出了光伏发电的“光伏屋顶计划”、“新阳光计划”等，在政府的政策法规和行动计划推动下，全球光伏产业以一个朝阳产业的面貌高速成长。1996~2006年的十年间，年安装量猛增16.5倍。据国际能源署预测，太阳能光伏发电将逐步发展成为未来能源的主体。
　　我国对光伏技术的研发与应用可以追溯到1958年，最早用于空间技术和边远地区，未形成产业。从2002年起，随着国际光伏市场的迅速扩大，无锡尚德等企业迅速壮大，我国光伏产业快速发展，2006年太阳能电池产量超过美国居全球第三位。
　　党和政府非常重视太阳能光伏发电的开发。胡锦涛同志在对“关于支持我国太阳能自主创新关键技术的建议”报告的重要批示中指出：“太阳能是重要可再生能源之一。推进科技创新，解决太阳能发电高成本问题是大规模开发利用太阳能的关键”。信息产业部电子科技委把《太阳能光伏产业发展战略研究》列为2007年的研究课题，其目的是研究太阳能光伏发电的优势，国内外太阳能光伏技术、产业现状和发展趋势，提出我国产业发展重点、发展战略和产业政策的建议。课题组先后完成了《专题汇报材料》、《调研报告》，以及《太阳能光伏产业发展战略研究报告》。
　　
　　2光伏发电在可再生能源中的
　　地位和发展前景
　　
　　 全球性的能源短缺、环境污染、气候变暖正日益严重地困扰着人类社会。“寻求绿色替代能源，实现可持续发展”已成为世界各国面临的共同课题。据2004年底统计，按目前的需求计算，全球石油、天然气、煤、铀储量的利用年限分别为40、50、200、60年。常规能源排放大量CO2 和SO2 、核废料，对环境形成巨大压力。许多国家都鼓励发展水电、太阳能、风能、生物质能、地热和海洋能等可再生能源。预测，在2040~2050年全球可再生能源将取代常规能源，占主导地位。太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性等优势，是理想的替代能源。美、欧、日等都将太阳能光伏发电作为今后国家能源安全的重点。
　　
　　 （1） 太阳能光伏发电可再生能源的优势
　　太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位，因为它具有清洁、安全、广泛、长寿命和免维护、初步的实用、资源充足及潜在的经济性等无可比拟的优点。太阳能光伏发电不排放CO2 和SO2，无噪音及其他有害废物。欧洲光伏工业协会（EPIA）预测，随着光伏系统安装量的快速增加，在2010、2020和2030年，全球CO2排放量将分别减少1500万吨、1.92亿吨、10.81亿吨。
　　
　　图1 世界能源发展趋势
　　
　　（2） 太阳能光伏发电发展前景
　　21世纪以来，在德国和日本政府政策的推动下，2000~2006年全球光伏系统安装量年均增长49.1%，光伏发电成为产业和市场发展速度最快的可再生能源技术之一。根据国际能源署预测，2050年太阳能光伏在全球能源的比重将达到25%，在能源结构中起主导作用，2100年将达到64%，可见光伏产业将是一个长期的朝阳产业。详见表1。
　　随着太阳能电池技术水平的提高，光电转换效率的提升，多晶硅原料消耗降低，生产规模扩大，光伏发电成本将不断下降；特别是太阳能电池薄膜技术的突破，光伏系统的制造能耗和发电成本将大幅度下降。预测2020年前后，民用光伏系统的电价就可与常规能源的电价相持平。
　　
　　表1 可再生能源、太阳能、太阳能发电在未来能源结构中的比例
　　
　　（3） 我国应将太阳能光伏发电作为可再生能源优先发展
　　我国常规能源预测储量低于世界平均水平（图2）。目前，我国能源消费以煤为主，CO2排放量占世界13.6％，居美国之后排名第二，SO2排放量占世界15.1％，排名第一，环境压力很大，必须大力发展可再生能源以保证我国能源安全和保护生态环境。
　　
　　图2 世界和中国主要常规能源储量预测
　　
　　 党和政府非常重视太阳能光伏发电的开发。胡锦涛同志在对“关于支持我国太阳能自主创新关键技术的建议”报告的重要批示中指出：“太阳能是重要可再生能源之一。推进科技创新，解决太阳能发电高成本问题是大规模开发利用太阳能的关键。”我国制定了可再生能源的重点和规模（表2）。
　　
　　表2 2020年可再生能源的重点和规模
　　
　　我国的水力资源毕竟有限，大量燃烧生物质能将逐渐淘汰，风力发电受到地域限制。太阳能以其优势，应优先发展。
　　截至2006年，国内太阳能电池的累计装机仅为8万千瓦，太阳能发电只占可再生能源5‰，主要受成本高、制造能耗高等问题困扰，因此，当前中国光伏产业界，要按照胡锦涛同志的重要批示，积极配合国家制定长期发展规划，加快科技创新，降低成本。呼吁国家制定相关激励政策，尽快启动国内市场，使太阳能光伏发电成为中国可再生能源主流。
　　
　　3对太阳能光伏产业提出的几个问题
　　
　　 （1） 光伏发电的特点是什么？
　　光伏发电是基于光电效应，把太阳能转换为电力的发电方式。太阳能是重要的可再生能源之一，取之不尽，用之不竭。光伏发电绿色环保、没有运动部件、不产生废弃物，光伏组件的所有组成部分均可循环利用，废电池片本身可以重新回炉成为新硅片的原料，铝框架、玻璃及电缆也可回收利用。
　　
　　 （2） 太阳能集热器与光伏发电系统有何不同？
　　目前太阳能利用技术主要有太阳能热电技术、太阳能热水技术、太阳能光伏技术三大技术。太阳能热水技术常用于为家庭及建筑提供热水，使用方便、成本低，但能量利用形式单一，不能传输。目前我国太阳能热水器应用规模居世界首位。太阳能热电技术是聚集太阳能，以加热工质，驱动汽轮发电机发电，目前尚处于商业化前夕，而且投入成本太大。光伏发电系统方便传输和使用，安装灵活。
　　
　　 （3）光伏产业近十年为何发展如此迅猛？
　　全球能源需求的快速增长、传统化石能源（煤、石油、天然气等）日益减少及其引起的严重环境污染、全球气候变暖对生态的压力，促使人们对使用可再生能源的重视。太阳能是最具开发和应用前景的可再生能源之一，光伏发电是利用太阳能的最佳途径之一。光伏技术的进步和世界各国政府（如德、日、美）法规、政策的推动，使光伏发电成本降低、市场急剧扩大，全球光伏产业成为近十年来成长最快的产业部门之一，2000~2006年全球光伏产量以年均复合增长率40%以上的速率增长。其中，德国的进展尤为引人注目，如图3所示。
　　
　　图3 1991～2006年德国PV市场的进展
　　
　　 （4）光伏发电在成本上有竞争力吗？
目前，光伏发电在有些场合（特别是公用电网不能到达的地方）已有成本优势，但与常规发电比较，成本仍过高，成为推广应用的壁垒。随着技术进步与生产规模扩大，光伏组件价格不断下降，根据光照地区的不同，光伏发电成本可望在2015~2020年与常规发电匹敌。经验表明，光伏产量每增加一倍，成本下降20%。1997~2006年成本降40%，今后5年还要降20%。特别要指出的是，燃煤燃油发电需要付出环境成本，而光伏发电则是绿色发电。
　　
　　 （5）光伏系统在其使用寿命内能产生制造它所需的能量吗？
　　在南方日照情况下，先进的晶硅光伏系统可以在2年内产生制造它所需的能量；薄膜光伏系统这一时间约为1年。考虑到光伏系统的寿命有20~25年，能量再生比分别约为10~12.5；20~25。技术的进步将会使能量返还时间（EPBT）进一步减少。
　　
　　 （6）光伏组件的寿命有多长？
　　目前许多制造商给出的组件使用寿命为20~25年。国外对晶硅组件室外现场使用的跟踪测试表明，20多年后仍具有良好的使用性能，大多数组件仍在使用，且具有92%以上的额定功率。
　　
　　 （7）光伏并网发电系统与离网发电系统有何不同？
　　并网发电系统能将光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合公共电网要求的交流电，除了供给交流负载外，剩余电力送入公共电网。在光伏阵列产生的电能不能满足负载需求时由电网供电。系统不用配置蓄电装置。离网（独立）发电系统不与电网相连，需配备储电装置储存电力，供需要时使用。这两种光伏系统还可与其他供电源（如风电、柴油发电等）组成互为补充的混合发电系统，配以控制器、逆变器，综合利用各种能源，配备储电装置则可进一步提高系统的负载供电保障率。
　　
　　 （8）安装家庭屋顶PV系统所需空间
　　采用晶硅组件，1kW系统约需7平方米安装空间，以一个家庭屋顶光伏发电系统3kW计，需23平方米朝南的斜屋顶。
　　
　　4太阳能光伏技术的现状与发展趋势
　　
　　1839年首次发现光伏效应。1959年第一个光电转换效率为5%的多晶硅太阳能电池问世；1960年，硅太阳能电池发电首次并入常规电网；1975年美国制作出非晶硅太阳能电池；1980年代初，太阳能电池开始规模化生产。1990年代以来，在能源危机和全球气候变暖的压力下，各国对太阳能电池的科研和产业投入不断增加，太阳能电池效率不断提高，奠定了规模化工业生产的技术基础。全球的太阳能光伏产业以一个朝阳产业的面貌高速成长。
　　
　　 （1）太阳能电池分类
　　按技术开发成熟度，太阳能电池分以下三类：
　　 1）晶硅太阳能电池
　　其制作工艺从成熟的微电子工艺转化而来，具有硅材料和工艺技术成熟、转换效率高、性能稳定等优点。规模生产的单晶硅电池的转换效率可达16%~17%，实验室最高可达24.4%。规模生产的多晶硅电池的转换效率可达14~15%以上，实验室最高可达16.6%。但同常规能源相比，它们存在成本高、制造能耗较高等问题。
　　 2）薄膜太阳能电池
　　 薄膜太阳能电池是在玻璃、不锈钢、塑料基板上沉积几微米厚的薄膜而构成。其种类主要有薄膜非晶硅（a-Si）电池、碲化镉（CdTe）电池、铜铟镓硒（CIGS）电池、铜铟硒（CIS）电池、III-V族化合物电池、非晶硅及微晶硅叠层电池等。它们具有成本低、能耗低、单片电池面积大等优点，便于工业化大规模生产。目前薄膜太阳能电池的转换效率还低于晶硅太阳能电池。薄膜非晶硅太阳能电池存在光致衰退的问题，仍有待解决。
　　 3）下一代新型太阳能电池
　　采用新材料、新结构和新工艺制造下一代新型太阳能电池目前正围绕提高光电转换效率和降低生产成本两大目标展开研发，主要有量子点、多层多结、染料敏化太阳能电池、有机聚合物电池等。
　　
　　图4 晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、下一代新型太阳能电池应用生命曲线图
　　
　　目前，晶硅电池是太阳能电池的主流产品，市场占有率为85%，2010年后市场增长速度将减慢；薄膜电池是当前技术开发的重点，市场占有率为10%，发展速度迅猛，到2013年将占市场主导地位；下一代新型太阳能电池技术正在加紧研发之中。
　　
　　 （2）国外太阳能电池技术发展趋势
　　回顾太阳能产业发展历程，在2000年以前是“早期开发”阶段，虽有多家厂商投入，但因技术和商业环境不成熟，仅有少数公司能够维持；而2000~2005年间，是“初期获利”阶段，一些公司幸存并开始获利；随着能源问题的升温，现在太阳能产业已进入“淘金热”阶段，许多业者积极投入。
　　 1）晶硅电池追求降低成本与制造能耗
　　目前，太阳能电池主流产品仍是晶硅电池。
　　 ① 新一代多晶硅工艺技术研究空前活跃——降低成本和生产能耗
　　除传统工艺技术升级外，还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术，主要有：改良西门子法进一步降低成本；冶金法从金属硅中提取高纯度硅；高纯度SiO2直接制取法；熔融析出法；还原或热分解工艺；无氯工艺技术，Al－Si溶体低温制备太阳能级硅；熔盐电解法等。
　　
　　表3 晶硅、薄膜太阳能电池比较  
　　

[ 本帖最后由 wmingen 于 2008-10-15 23:16 编辑 ]

②继续向高效化、薄型化和大面积方向前进——降低每瓦成本
　　● 转换效率越来越高：14％→18％→20%；
　　● 硅片面积越来越大：从103mm×103mm→125mm×125mm→156mm×156mm（目前主流），未来二年将达到210mm×210mm；
　　● 硅片越来越薄：300μm→270μm→210μm→180μm。100μm的厚度正在研发。
　　 ③生产设备由半自动化向自动化、智能化过渡——提高生产效率
　　● 提高单机自动化水平、增加批次装片量、提高单机生产效率；
　　● 生产线设备间自动传送、在线检测、提高整线生产效率。
　　 2）薄膜太阳能电池在未来5年将成为主流
　　为了适应太阳能电池高效率、低成本、大规模生产发展的需要，最有效的办法是直接采用薄膜材料，即开发薄膜太阳能电池。1970年代开始，国际上发展了许多类型的薄膜太阳能电池，例如：CuInSe（CIS）、CdTe薄膜和有机薄膜等。
　　薄膜电池具有安全、可折叠、方便连接、轻巧、抗热性能好、不易破损等特点。目前规模生产的薄膜非晶硅电池的转换效率已达8%左右，CIS的转换效率已达10-11%，实验室转换效率超过20%。
　　目前，世界上至少有40个国家正在开展低成本、大面积、高效率的薄膜电池的实用化技术研究。市场预测，近期薄膜电池的需求增长速度将是晶硅电池的两倍。国际著名咨询公司Gartner预测，今后2~5年内，薄膜电池将成为主流。见图5黑框部分。
　　最近，世界太阳能巨头日本Sharp公司预测：2013年之前薄膜硅和晶硅电池都在发展，但2013年后薄膜硅电池将成主流。目前，多家公司把发展薄膜太阳能电池作为重点，开始兴建大尺寸的薄膜电池工厂，Sharp斥资100亿日元，将年产能从15MWp扩增至200MWp，德国Q-Cells购买了Calyxo和Brilliant等薄膜技术公司；应用材料（Applied materials）、日本真空、瑞士商欧瑞康（Oerlikon）、Nano PV、EPV等设备厂家也积极布局设备研发与生产。
　　
　　
　　图5 各类主流技术应用的时间节点
　　
　　 3）基于新材料、新结构和新工艺等下一代新型太阳能电池不断涌现
　　围绕降低成本、降低生产能耗，提高光电转换效率、提高能源再生比例等问题，新型太阳能电池正不断涌现，如量子点电池、量子阱电池、染料敏化电池、热光伏电池及有机薄膜电池等。
　　
　　 （3） 我国太阳能电池技术与国外先进水平差距
　　经过多年的发展，我国在太阳能电池硅材料生产、电池和组件生产、专用设备等方面取得了很大进步。多晶硅提炼技术取得很大进步，单位能耗得到降低，晶硅太阳能电池制作技术已经达到国际先进水平。国产的晶硅太阳能电池及组件生产线关键设备取得了很大进步，如8英寸扩散炉、等离子刻蚀机、低温烘干炉、高温烧结炉、清洗机、层压机等相继在国内生产线上替代进口设备得到广泛应用。
　　在973、863等高技术计划的支持下，我国在碲化镉和铜铟硒薄膜电池、敏化太阳能薄膜电池、多晶硅薄膜电池以及应用系统方面取得了很大的科研进展。我国薄膜电池产业化步伐也在加快。无锡尚德在上海成立了薄膜太阳能研发中心，预计2009年产能可达50MW；河北新奥引进全球领先水平的Sunfab薄膜太阳能电池全套自动化生产线；南开大学正在福建泉州合作开发非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池产业化技术。尽管我国太阳能电池技术取得了较大进展，然而与国际先进技术相比，仍有很大差距，主要体现在以下三点：
　　 1）多晶硅提炼技术与先进水平有很大差距
　　多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等国家中，形成了对我国的技术封锁、市场垄断的局面。目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80％，短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。与国际先进水平的差距主要体现在：能耗高；纯度低；原材料利用率低等。
　　 2）薄膜太阳能电池产业化和应用技术有很大差距
　　目前存在的主要问题是：对薄膜电池技术发展前景认识不足，研发投入不足，缺乏自主技术创新，特别是规模生产技术。与国外相比，产业发展迟缓。国外多家公司已经开始规模生产薄膜太阳能电池，而国内只有尚德等2~3家企业开始产业布局。
　　 3）晶硅电池高端设备和薄膜电池制造设备有很大差距
　　美、欧、日等先进设备的特征为产能高、自动化程度高而国内设备的自动化程度不高。高端设备如晶硅电池全自动丝网印刷机和自动测试分捡机等依赖进口。薄膜电池设备还没有起步。
　　
　　5太阳能光伏电池市场和产业
　　
　　 （1）应用特点和领域
　　 1）应用特点
　　● 绿色环保。太阳光能 “取之不尽、用之不竭”不排放污染物。
　　 ● 安装方便。不受场地、自然条件、资源条件等限制，有阳光照射的地方均可安装，采用模块化安装，应用灵活。
　　 ● 灵活多样。太阳能电池体积小、安装灵活、功率小的特性，决定它可以应用的领域很多，包括消费品、移动基站、海岛、边远农村地区等等。
　　 ● 运营、维护费用低。光伏系统一经安装便可自我运行，没有运动部件的磨损，很少需要维护，而且能够维持至少20~25年的使用寿命。
　　 2）应用领域
　　 ● 消费产品和服务。太阳能电池或组件可广泛用于手表、袖珍计算器、玩具、手机等消费产品，以及为道路标志、照明及电话箱等提供电力服务。
　　 利用车顶上廉价的光伏系统为汽车空调供电是一种典型的新应用。既保持了车厢内恒温，又可以节约昂贵的汽车保温材料。
　　2006年用于消费产品与服务的光伏系统大约占全球安装量的2%。随着移动电源需求量的增加，特别是薄膜太阳能电池等低成本发电技术的应用，将推动消费品和服务市场继续成长。
　　 ● 并网发电。光伏组件代替屋顶、窗户和建筑外墙形成屋顶系统和建筑一体化光伏系统（BIPV）是目前并网发电主要应用之一。这种光伏系统与建筑材料的集成产品既作为建材，又利用绿色太阳能资源发电，还具有无需配套蓄电池、无需额外占用土地、调节峰值电力供应、电能损耗低等一系列优点。
　　并网发电是当前光伏应用的主要市场。1994年并网发电系统只占新增安装量的20%，到2006年已增长到85%。并网发电系统特别适合建在土地廉价的地方，沙漠地区是潜在的理想太阳能光伏发电场，如美国西南部、非洲、我国新疆等，一旦模组价格下降，其竞争优势明显，但目前应用规模还不大，即使在欧洲也仅占其市场的10%。
　　 ● 农村电气化。据估计，世界上约有17亿人口还没有实现正常的电力供应，主要原因是建网费用太高或技术上无法实现，这些地区80%为农村。
　　太阳能离网发电系统具有灵活、安装方便的特点，已成为边远农村电气化的首选方案之一，与柴油发电机或其它独立的发电系统相比，有很多优势：无需燃料、维护量小、更可靠、无噪音。按这种系统的使用寿命计算，它们在大多数情况下是最经济的。
　　根据世界生组织估计，每天全球约有10000儿童死于水传播疾病。采用光伏系统供电的水净化系统和水泵，是提供清洁引用水的重要工具。
　　在2006年，大约7%的全球光伏系统专用于农村电气化。随着各国对不发达地区的重视与开发，预期在未来几十年内，这块市场规模将迅速壮大。
　　 ● 离网工业应用。在电信领域（基站、中继站）的应用是最常见的离网工业应用，特别适于连接偏远农村地区与发达地区的通信网，以印度为例，约有1/3以上的光伏系统是专门用于电信业。
　　利用离网发电系统实现海水淡化具有美好的应用前景，其他应用还包括交通信号、海上导航设备、保安电话、天气或污染监测器、遥控灯光、公路标志及废水处理厂，以及太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统、卫星、航天器、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备等。
　　2006年，这一应用的市场份额大约占全球光伏市场的7%。在未来几年，离网型工业光伏系统的应用空间将继续扩大，特别是在持续增长的电讯业，例如：为中继站、移动电话供电的光伏或光伏/柴油混合动力系统具有很大的发展潜力。
　　
　　 （2）全球光伏市场现状及趋势
　　 1）全球光伏市场继续保持高速增长态势
　　2000~2006年全球光伏系统安装量年均复合增长速度高达49.1%。2006年全年新增光伏系统安装容量达到1870.4MW，比2005年增长35%。
　　
　　表4 2000～2006年全球各国/地区光伏电池安装量及增长率（单位MW）
　　
　　 2）在德国光伏屋顶计划示范推动下，多元化需求局面已经出现
　　多年来德国一直是全球最大的光伏市场，在德国光伏屋顶计划示范的影响下，西班牙、意大利、葡萄牙、挪威等国纷纷效仿，这些国家的市场已经兴起，其中西班牙的增长率超过200%；在亚洲，除日本外，韩国的安装量2007年也将达到两位数以上；在美国，2006年通过的加利福尼亚州“百万太阳能屋顶计划”进一步刺激了美国的市场需求。
　　 3）细分市场需求渐旺，并网发电依然占市场需求主体
　　在德、日、美三个世界最大的光伏应用市场中，光伏屋顶并网发电市场占据了绝对的市场份额，尤其日本和德国近几年光伏年度安装几乎全部是并网应用。同时，消费产品与服务、农村电气化、离网工业应用等细分市场也逐渐壮大。
　　 4）光伏与建筑一体化将成为未来发展趋势

光伏与建筑一体化（BIPV）提出了“建筑物产生能源”的新概念，即通过建筑物，主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来，使建筑物自身利用绿色、环保的太阳能资源生产电力。
　　联合国能源机构的调查报告显示，BIPV将成为21世纪城市建筑节能的市场热点，太阳能建筑业将是21世纪最重要的新兴产业之一。
　　
　　 （3）我国光伏市场现状及趋势
　　 1）市场规模较小，“送电到乡”工程、各类照明示范工程等为主要需求
　　“送电到乡”工程、各类照明示范工程、2004年深圳世博园建设、2008北京奥林匹克运动会场馆建设、2010上海世界博览会场馆建设是近几年国内需求的主要工程项目。自2001年起，在7个省区实施“送电到乡”工程，总投资达26亿元，光伏组件安装量达到16.5MWp，极大地推动了中国光伏产业和市场的发展。但同国外发达国家相比，我国的市场需求较小。到2006年全国累计安装量为80MW。
　　 2）市场应用慢慢起步，光伏产品主要用于边远地区
　　全国累计80MW的装机容量中，边远地区农村电气化占总装机量的42.9%，工业应用和消费产品共占52.8%，城市并网发电只占4%。
　　
　　 （4）全球光伏产业现状及趋势
　　在过去15年中，全球光伏产业以25%的年均增长率成长。2003年以来欧洲光伏市场的迅速启动，使得2004年、2005年市场曾经一度出现供不应求的局面。随后各大厂商纷纷加大产能，尽管原料紧张，2006年世界光伏电池产量仍然达到2501MW，比2005年增加了42.2%。
　　
　　图6 我国太阳能电池年装机量和累计装机量
　　
　　到2010年，随着硅材料短缺情况的缓解，每瓦太阳能电池产品晶硅能耗的不断降低、新型高效晶硅电池和薄膜电池技术的进一步成熟以及太阳能电池应用范围不断扩大，将推动2007~2010年世界太阳能电池产业步入持续发展的高峰时期。到2010年全球光伏电池产出预测如图7所示。
　　
　　 （5）我国光伏产业现状及趋势
　　自2002年起我国太阳电池制造业高速发展，年均增长率达180％。据不完全统计，全国光伏产品生产企业逾500家。2006年我国光伏电池的产量369.5MW，同比增长145.0%，已超过美国，成为全球第三大光伏电池生产国，占全球产量的14.8%。
　　
　　图7 全球光伏产出预测（单位:GW）
　　
　　尽管从2004年起，国际光伏市场硅材料严重短缺，但中国的光伏生产企业数仍在迅速增加，2006年产能已达1640MW。预计2007年电池总产能将达到2700MW。根据在建和拟建太阳能电池生产线的情况预测，到2010年产能将达到4600MW。
　　
　　图8 2002～2006年我国光伏电池产量（单位：MW）
　　
　　6光伏发电的成本与竞争力
　　
　　目前，光伏发电的成本确实尚不能与常规发电竞争，但是在评估其竞争力时，应考虑下列因素：
　　 ● 光伏应用的类型与场合，光伏发电与什么竞争，有无替代品；
　　 ● 光伏系统安装地理位置、初始投入成本及预期寿命；
　　 ● 常规发电的成本并没有计入其引起的环境污染、气候变暖和其他影响的“额外”成本（据测算，每吨CO2的治理成本为20.7-52.9美元）；
　　 ●光伏技术的进步和生产规模的扩大正逐步降低光伏发电的成本。
　　在无公共电网的边远地方，离网光伏发电与柴油发电或电网延伸费用相比，显然在成本上具有竞争力。它不需要燃油费用，且可靠性高、寿命长、维护费用也低，弥补了其初始的高投资成本。光伏发电是实现边远农村、牧区、海岛电气化的正确选择。
　　并网光伏发电系统是市场前景最好的应用方面，其能量返还时间短（能量再生比高），不用蓄电池，能平抑峰值用电。但其发电成本尚不能与居民电价竞争，这就是德、日、美等国家用政策支持（补助税制、上网电价法、净电量计量法等），使得光伏发电系统使用者的实际电价可以与常规电网电价相比有竞争力，从而大大地开拓了光伏市场，推动了光伏产业的发展，激励了光伏技术的进步，形成了良性循环。过去的价格数据表明，光伏产量（以MW计）每增加一倍，产品单元（Wp）成本就下降20%。EPIA预测，在日照量为1800h/a的南欧，光伏电价在2010年前就可与当地的峰值电价竞争；在日照量为900h/a的北欧，这一时间约为2020年，见图9。
　　太阳能电池进入商用以来，生产电池、组件和相关系统的成本已大大下降。推动成本下降的主要因素是：技术创新和进步、光伏电池与组件性能提高、光伏系统工作寿命增长以及规模生产。我国太阳能组件价格不断下降，但仍然较高（表5），目前约为25~30元/Wp。国际市场价格在1980年为21.83美元/Wp，1990、2005年分别为6.07、2.70美元/Wp。
　　
　　图9 光伏电价下降趋势
　　
　　特别值得提出的是薄膜太阳能电池技术的进步和产业化的进展，薄膜技术可以减少材料使用量，简化生产工艺，减少加工过程需要的人员和能耗，提高规模生产效率等。近十年来，薄膜技术在改进电池的光电转换效率、降低成本方面进展迅猛，非晶硅电池已工业化生产，非晶硅/微晶硅和铜铟镓硒光伏电池的制造近年来已由中试生产向工业化规模生产转化，已开发出专门的加工工艺、生产技术和专用制造设备，很快切入市场。两种目前进展迅速、最具市场前途的薄膜电池是：非晶硅/微晶硅（αSi/μSi）叠层电池和铜铟镓硒（CIGS）电池。美国Nanosolar公司将CIGS“墨水”直接印刷在专用衬底上，制造CIGS薄膜电池。基于七项创新专利，用卷筒式印刷制造技术，工艺简单可靠，工艺流程比真空淀积要快一个数量级以上，材料成本降低，可以达到前所未有的生产规模。这种电池的光电转换效率＞12%，成本为0.36美元/Wp，组件价格为1美元/Wp。
　　
　　表5 我国历年太阳能组件的售价
　　
　　7太阳能电池制造能耗
　　和能量返还时间（EPBT）
　　
　　制造太阳能光伏组件并将其与配套部件（BOS）一起安装成光伏发电系统所消耗的能量在系统运行过程中需多长时间才能返还，返还后还能产生多少净能量？深入研究这个问题有助于正确评估发展光伏发电事业的意义，也为光伏系统制造各个环节（原料、电池片、组件、配套件以及安装使用等）的研发从能量的投入/产出方面指出方向。
　　假定制造PV组件（或系统）所需投入的能量为EI kWhm-2，该组件（或系统）在单位时间(以年计)把太阳能转化成电能的速率为EO kWhm-2·yr-1，则能量返还时间（Energy Pay-Back Time，EPBT）为：
　　 EPBT = EI/EO 。
　　它指的是返还制造PV组件（或系统）投入能量所需的时间。EI 取决于光伏组件的类型及制造技术，还与系统的安装结构、并网与否和配套部件（如逆变器，控制器、蓄电池等）有关。它包括所用材料及设备所需投入的能量、加工过程用去的能量以及运输、安装及劳力需投入的能量等。EO取决于光伏组件（或系统）的转换效率、使用地的平均日照量（kWhm-2·yr-1）。

我们还可用能量再生比Re，即光伏组件（或系统）在其工作寿命Ts内产生的能量与制造其所消耗的能量之比，来表征光伏组件（或系统）的能效：
　　 Re = Ts/ EPBT
　　因决定EPBT（或Re）的因素很多，加之研究角度不同，各文献的数据差异也很大。下面介绍国外研究的一些主要结果，有助于我们认识这个问题。
　　1998年7月，E.A.Alsema等人分析计算的结果如表6所示（2007年数据为预计值）。
　　 由表可见，并网系统的能量返还时间预测在2007年将为1.2~2.2年（考虑到组件框架的能量投入则为1.8~2.8年）。家庭独立系统的能量返还时间仍将有7年左右，这是由于其系统配套部件（特别是蓄电池）的能量投入居高不下的缘故。
　　
　　表6 三种主要光伏应用系统的能量返还时间（年）
　　
　　2000年K.E.Knapp等人对Siemens公司的型号为SP75的单晶硅（sc-Si）电池组件和型号为ST40的薄膜铜铟硒（CIS）电池组件的EPBT进行了研究，他们采用生产中实际的设备、材料和能量消耗记录数据，研究发现， SP75制造中的能量需求：硅锭占59%，电池片占22%，组件制造占18%； ST40制造中的能量需求：电池片占45%，组件制造占35%，其他占20%。在日照强度为1700kWhm-2yr-1时，单晶硅（SC-Si）组件和CIS组件的能量返还时间分别为3.3年和1.8年（见图10）。
　　
　　图10 单晶硅组件和CIS组件的能量返还时间
　　
　　2006年12月，A.Der Minassians对一个2.5kWp的集聚器太阳能发电系统SolFocus Gen1 system 的EPBT作了详细的分析。SolFocus Gen1 system由效率为～35%的III-V多结半导体电池组件、三级光学集聚器、双轴跟踪装置等部分组成。在考虑到制造过程中的能量需求、使用材料所隐含的能量消耗以及运输、安装与劳动力的能耗后，该系统安装在加州伯克莱与亚利桑那州凤凰城的EPBT分别为1.5年与1.3年。这一差别主要是由于二地日照量的不同和生产地至安装地运输距离的不同引起的。
　　可见，PV系统的EPBT远远低于其预期寿命（20~30年），随着技术的进步（硅片厚度减小，电池转换效率提高，薄膜技术应用等）及优化规模生产过程（生产规模扩大，制造流程简约化等），并网PV系统的能量返还时间完全可能降到2年以下或更短。其能量再生比可达10~15以上。
　　值得指出的是，薄膜太阳能电池由于用的硅量只有硅片电池的1/100左右，有的不用硅材料（如CIGS，CdTe薄膜电池），加工工艺简化，可以大大缩短能量返还时间，提高能量再生比。如美国Nanosolar 公司开发的卷筒印刷CIGS薄膜电池技术，预计的能量返还时间仅为2个月。其年产能为430MW的薄膜电池工厂将于明年投产。
　　
　　8我国太阳能电池产业存在的
　　问题与政策建议
　　
　　 （1）存在的问题
　　 1）产业无序发展严重，亟待政府规划
　　在利益的驱动下，大量投资者一哄而上纷纷布局光伏产业，产业布局处于无序状态。据不完全统计，全国光伏企业有500多家，其中已在海外上市企业有10家，产能在5MW以上的企业仅20多家，多数企业规模小、技术水平低，尚未达到经济规模，造成资源严重浪费和无序竞争。
　　多晶硅项目无序发展的现象也十分严重。据不完全统计，国内已有10多个省市，20多家企业正在建设或者拟建设多晶硅项目，合计产能达6万吨，比全球主要厂商（不包括我国企业）2010年预期产能的总和还多1万吨，这一数字远大于2010年国内电池预计产能的多晶硅需求量。但现在各地还在积极建设太阳能电池项目，如此多的产能依靠国外市场的消化，存在极大的市场风险。
　　产业发展中存在这些过热和无序的现象，急需产业管理部门介入，亟待政府加强规划和管理。
　　 2）研发投入不足，薄膜太阳能等先进技术发展缓慢
　　近年来，我国太阳能电池产业发展很快，晶硅太阳能技术已经达到国际先进水平，但多晶硅生产技术牢牢掌控在国外大公司手中，晶硅电池用高档制造设备仍需进口。特别是薄膜太阳能电池技术水平（包括制造设备）与国外差距很大，产业化步伐缓慢，一旦国外薄膜太阳能电池大规模产业化，将对国内光伏产业造成十分严重的后果。
　　 3）国内市场培育和发展缓慢
　　国内光伏市场发展缓慢。到2006年全国累计装机容量仅为80MW。2006年全国光伏电池的安装量为10MW，占全年369.5MW产量的3.7%，国内市场仅占全球市场（1744MW）的0.6%。
　　国内市场培育力度不够。从全球来看，太阳能电池需求的短期成长动力主要来自于各国政府对太阳能电池产业的政策扶持和价格补贴。同国外发达国家相比，我国政府支持光伏发电的政策体系还不够完整，经济激励力度弱，相关部门之间协调不够，没有形成支持光伏发电持续发展的长效机制。
　　
　　表7 2001～2006我国太阳能电池产量与安装量
　　
　　 4）产业链各环节发展失衡
　　前一阶段产业发展两头在外。我国的光伏企业大都集中在电池片制造和组装等价值较低的产业链中间环节，组装企业约占全行业的70%，产业基础极其不稳。从上游原材料来看，企业所需多晶硅90%以上需要进口；从下游市场来看，由于国内市场发展缓慢，国内生产的电池组件95%以上出口。
　　近两年国内多晶硅产能无序扩张，远超过国内需求，核心技术受制于人，存在潜伏危险。
　　 5）发展环境有待进一步改善
　　政策环境有待进一步完善。我国2006年生效的《可再生能源法》是一部关于可再生能源的基本政策法，关于太阳能光伏发电尚无具体的配套法规措施和行动计划。从国际光伏市场的发展和德国、日本、美国培育开发本国光伏市场的经验看，政府必须制定明确的可执行的鼓励政策和措施，启动、扩展潜力巨大的国内市场。
　　同时，我国的标准制修订工作明显滞后，标准的技术内容不能满足现有产品的要求；有些标准是依据国际标准转化而来，存在适用性问题。
　　
　　 （2）政策建议
　　 1）统一认识，明确光伏发电在我国能源产业中的战略地位
　　认真落实胡锦涛同志关于“太阳能是重要的可再生能源之一”的重要指示，充分认识太阳能光伏发电的战略重要性。当前，光伏发电蓬勃发展，21世纪中期将是最有希望的替代能源之一。我们既要分析当前存在的主要问题，也要看到发展前景，要看到光伏产业的突破将对能源产业带来革命性变化，对太阳能光伏发电一定要做出长远的部署，制定出科学、合理的路线图。
　　 2）加快技术创新，把降低光伏发电成本和能耗作为研发工作的主要目标，特别是要抓好薄膜太阳能电池开发和产业化
　　晶硅太阳能电池是当前产业的主体，研发的重点是硅片的薄型化和光电转换效率的提高，要研发高效低成本多晶硅原料提纯技术，加快高端太阳能光伏电池生产和测试设备的国产化；重点突破高效率、低成本的薄膜太阳能光伏电池技术和产业化；开展下一代太阳能电池的前瞻性技术研究。
　　加大科研投入。一方面，企业要加大对光伏发电的研发投入，另一方面，各级政府要加强对研发和产业化支持的力度。例如，973、863计划对研发的支持，信息产业部电子发展基金对产业发展的支持等。
　　 3）加强产业管理，对各类企业制定进入门槛，培育具有国际竞争力的大型企业
　　信息产业部作为太阳能光伏产业的主管部门，应努力加强产业管理，规范产业发展。对太阳能光伏企业，特别是多晶硅制备企业和晶硅太阳能电池制造企业，制定进入门槛：根据产能、能耗、技术等，制定淘汰、限制、鼓励的标准。引导企业的整合，培育具有国际竞争力的大型企业。
　　加强太阳能光伏产业标准化工作，制定和完善我国太阳能电池的产品标准和检测标准，建立国家级质量检测机构。
　　 4）建立和完善鼓励太阳能光伏产业发展的激励政策与机制
　　借鉴国外有关可再生能源的法规，制定太阳能光伏发电的返税和回购政策；落实《可再生能源法》中太阳能电池的配套政策；建立鼓励自愿购买绿色能源制度；鼓励地方试点。
　　建立和完善鼓励太阳能光伏产业发展的激励政策与机制。通过建立和完善贷款优惠政策、政府直接补贴政策、收购光伏发电等激励政策与机制，鼓励使用光伏发电。
　　 5）加快培育国内光伏发电市场
　　实行政府采购政策。鼓励各级政府采购光伏产品及服务，如利用财政性资金建设道路照明、政府大楼太阳能供热供电系统以及边远缺电地区太阳能发电设施等工程。
　　发达地区实施屋顶光伏并网发电推广示范。开展重点城市光伏并网发电示范项目，以示范项目带动产业的发展，促进产品的推广。鼓励发达地区城市建立与建筑结合的并网光伏发电系统（BIPV）示范工程，启动光伏发电市场。
　　
　　表8 德、美、日等国培育国内光伏市场的激励政策与措施
　　
　　在西部日照资源和荒漠资源充足的省份建立大型荒漠并网光伏电站的工程示范，拉动国内市场。建议在西部边远欠发达地区实施离网光伏系统建设和租用措施，鼓励私人建设荒漠光伏电站。
　　充分发挥光伏产品安装体积小、安装方便、绿色清洁等特点，培育在通讯和工业供电、户外照明、农村电气化等应用领域的发展。
　　 6）明确产业主管部门，建立统一的协调机制
　　虽然光伏发电在应用上属于能源范围，但技术上和上下游产业链均属半导体产业，信息产业部作为行业主管部门，应该加强产业管理，改变当前“行业管理缺位”的局面。同时，加强与发改委、科技部、建设部、电力和电网管理部门的协调，指导全国光伏产业的发展。
　　为了加强太阳能光伏行业自律管理，建议从产业的角度，在已有社团基础上，组建太阳能光伏行业社团。
　　

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