鄭州磨料磨具磨削研究所  王光祖 

1引言

　　太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，世界各國(guó)均將太陽(yáng)光伏發(fā)電作為新能源與可再生能源發(fā)展,的重點(diǎn)。

　　最近，世界各國(guó)已經(jīng)普遍將可再生能源的開(kāi)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(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展重中之重。這無(wú)疑源于兩方面：(1).太陽(yáng)能資源的取之不盡，用之不竭，隨處可開(kāi)發(fā)利用’(2) 光伏發(fā)電技術(shù)對(duì)環(huán)境保護(hù)的積極作用[1]。

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

　　2 太陽(yáng)能電池分類及其巿場(chǎng)份額

　　太陽(yáng)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(yáng)能電池;第二代為多晶硅、非晶硅等太陽(yáng)能電池;第三代是銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池[2]。

圖1 太陽(yáng)能電池的分類

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

　　數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)薄膜電池的市場(chǎng)份額出現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭。有專家預(yù)測(cè)，短期末來(lái)，預(yù)計(jì)到2012年薄膜電池的產(chǎn)量份額將達(dá)到32%，見(jiàn)圖2

　　圖2  2012年光伏電池產(chǎn)量份額市場(chǎng)預(yù)測(cè)

　　3世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)[3]

　　3.1 光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展

　　2002～2009年世界太陽(yáng)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(guó)家太陽(yáng)能電池產(chǎn)量  MWp

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

圖3  各地區(qū)和國(guó)家太陽(yáng)電池產(chǎn)量市場(chǎng)份額

2000～2009年，可再生能源中并網(wǎng)光伏發(fā)電的平均增長(zhǎng)率最快，達(dá)到60%以上，并網(wǎng)光伏發(fā)電正日益發(fā)揮替代的作用，見(jiàn)圖4。

　　圖4  1995～2009年發(fā)電方式的年發(fā)電增長(zhǎng)量

　　世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)是并網(wǎng)比例迅速卻增加，并將成為未來(lái)發(fā)電的主趨勢(shì)。圖9給出了光伏并網(wǎng)發(fā)電占總裝機(jī)容量的比值。實(shí)踐證明，并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電站可以對(duì)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(shì)

　　3.2.1近期發(fā)展趨勢(shì)

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

　　圖5  2007～2011年太陽(yáng)電池發(fā)展預(yù)測(cè)

　　太陽(yáng)電池組件隨著成本迅速降價(jià)，高純硅材料價(jià)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(jià)格走勢(shì)

　　2011～2013年光伏發(fā)電可實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，美國(guó)對(duì)光伏發(fā)電成本下降的預(yù)測(cè)相當(dāng)樂(lè)觀，認(rèn)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(shì)

　　按照歐洲2020年光伏新發(fā)展計(jì)劃，到2020年，PV裝機(jī)容量為400GW，發(fā)電量達(dá)到12.0%。按照奧巴馬政府2020年的宏偉發(fā)展目標(biāo)將實(shí)現(xiàn)裝機(jī)350GW。這些計(jì)劃都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)世紀(jì)初路線圖。

　　表2  本世紀(jì)初世界光伏發(fā)電發(fā)展路線圖  GW

　　3.3 遠(yuǎn)期發(fā)展趨勢(shì)

　　根據(jù)歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心(JRC)預(yù)測(cè)，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(yáng)能光伏發(fā)電在世界電力供應(yīng)總量中占到10%以上;2040年可再生能源將占世界能源消費(fèi)總量的50%以上，太陽(yáng)能光伏將在世界電力供應(yīng)總量中占到20%以上;到21世紀(jì)末，可再生能源將在世界能源結(jié)構(gòu)中占到80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電將在世界電力供應(yīng)總量中占到60%以上。

　　4 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與未來(lái)[4]

　　光伏發(fā)電技術(shù)始于20世紀(jì)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(dá)國(guó)家政策扶持而迎來(lái)了一個(gè)美好的春天。

　　光伏發(fā)電成本的降低是推動(dòng)光伏技術(shù)進(jìn)入能源市場(chǎng)的主要?jiǎng)恿?。?jīng)過(guò)近30年的努力，太陽(yáng)電池廠的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大、自動(dòng)化程度持續(xù)提高、技術(shù)水平逐步改進(jìn)，及光伏市場(chǎng)的有效開(kāi)拓促使光伏發(fā)電成本不斷降低。目前，太陽(yáng)電池單廠生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)由20世紀(jì)80年代的幾MW上升到目前的幾百M(fèi)W，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(yáng)能電池成本對(duì)比曲線，并對(duì)未來(lái)十年光伏發(fā)電成本進(jìn)行了預(yù)測(cè)，由圖7可見(jiàn)，2000年晶體硅太陽(yáng)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(lái)十年還會(huì)有顯著的下降。在各種太陽(yáng)能電池中，聚光太陽(yáng)能電池成本是最低的。

　　圖7 不同種類太陽(yáng)能電池發(fā)電成本現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)

　　圖8給出了美國(guó)能源部對(duì)光伏價(jià)格的預(yù)測(cè)結(jié)果，其中SAI為美國(guó)太陽(yáng)能先導(dǎo)計(jì)劃。從這個(gè)圖可以看出，政策的扶持對(duì)光伏發(fā)電成本的降低有十分顯著的作用[5]。

　　圖8  美國(guó)能源部對(duì)光伏發(fā)電價(jià)格的預(yù)測(cè)

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

　　圖9給出了世界太陽(yáng)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(bǔ)能源”逐步向“替代能源”過(guò)渡，這其中離不開(kāi)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(lái)說(shuō)，成本相對(duì)較高，單純市場(chǎng)的拉動(dòng)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(guó)、日本、美國(guó)和西班牙各國(guó)的鼓勵(lì)政策。

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圖9  世界太陽(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電在世界總電力的供應(yīng)中將達(dá)到10%以上;2040年可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽(yáng)能發(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀(jì)末可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽(yáng)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(yù)測(cè)

　　5 結(jié)語(yǔ)

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

　　5.2 盡管各種新概念太陽(yáng)能電池不斷涌現(xiàn)，效率也不斷攀升，但現(xiàn)階段進(jìn)入民用領(lǐng)域的太陽(yáng)電池主要是晶體硅太陽(yáng)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(huì)發(fā)生根本改變。但是，進(jìn)一步發(fā)展高轉(zhuǎn)換效率和低成本的太陽(yáng)電池成為光伏領(lǐng)域必然發(fā)展趨勢(shì)[6,7]。

　　5.3 中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)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(yán)重依賴國(guó)外巿場(chǎng)，出口比例甚至高達(dá)90%，原材料也有一半來(lái)自國(guó)外市場(chǎng)，給整個(gè)行業(yè)的健康發(fā)展帶來(lái)了不安定因素，因此，開(kāi)發(fā)光伏產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)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(guó)光伏電池產(chǎn)量并不具備絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，特別是中國(guó)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(jìn)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(kuò)張很快，但在技術(shù)水平，環(huán)境治理方面與世界先進(jìn)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(guó)核電站全部關(guān)閉，將成為全球首個(gè)放棄枝核電的國(guó)家。預(yù)計(jì)在6月提出議案，它包括大力發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物能以及改造新型智能電網(wǎng)等。這是一個(gè)非常值得注意的動(dòng)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(xiàn)：

　　1  李曉華，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)與太陽(yáng)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(jìng)爭(zhēng)力的中國(guó)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(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J]工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2007，26(7)：120～124

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