一篇文章看懂全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　能源轉(zhuǎn)型劍指人類使用的化石燃料朝向清潔能源的過(guò)渡，其中太陽(yáng)能發(fā)電是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵因素之一。太陽(yáng)能發(fā)電（Solarpower）是將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，可以分為：

　?、俟獍l(fā)電。在實(shí)際應(yīng)用中，通常指太陽(yáng)能向電能的轉(zhuǎn)換，即光伏（photovoltaics，PV）。光伏發(fā)電方式又分為集中式發(fā)電和分散式發(fā)電。

　?、跓岚l(fā)電。主要是把太陽(yáng)的能量聚集在一起，產(chǎn)生高溫來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，即聚熱發(fā)電（concentrated solar power，CSP）。聚熱發(fā)電方式都是集中式發(fā)電，目前，聚熱發(fā)電占太陽(yáng)能發(fā)電中的比例很小。

　　起初，光伏發(fā)電只是單家獨(dú)戶屋頂應(yīng)用，隨著光伏發(fā)電成本降低以及政府補(bǔ)貼，利用數(shù)量大增并聯(lián)網(wǎng)，并促使分散式電力交易，推進(jìn)了能源互聯(lián)網(wǎng)的建立。光伏發(fā)電正在迅速成為廉價(jià)的低碳的可利用的再生能源。商業(yè)性集中式太陽(yáng)能發(fā)電出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。

　　根據(jù)BP《StatisticalReview of World Energy，2016》的數(shù)據(jù)制成表1。當(dāng)前電力市場(chǎng)仍然被化石燃料發(fā)電（主要是燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電）霸占，其次是大型水力發(fā)電和核能發(fā)電。盡管太陽(yáng)無(wú)償?shù)亟o地球輸送能源，在地球上形成太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、海洋能、生物質(zhì)能等，但是人類要獲取能源卻要付出代價(jià)，不存在能源零成本社會(huì)。哪種能源付出的價(jià)格夠數(shù)，這種能源就得到發(fā)展。由于太陽(yáng)能發(fā)電成本仍然高于化石燃料發(fā)電，所以目前太陽(yáng)能發(fā)電占全球發(fā)電總量很小，見(jiàn)表1。

表1 太陽(yáng)能發(fā)電占全球總發(fā)電量的比例

　　隨著太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)進(jìn)步，成本降低，促使光伏發(fā)電進(jìn)展很快，根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）2014年估計(jì)，到2050年光伏發(fā)電和聚熱發(fā)電分別占全球電力消費(fèi)量的16%和11%。太陽(yáng)能發(fā)電將成為世界上電力的重要來(lái)源，其中中國(guó)和印度兩國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展最快。

　　一、最大的光伏電站年變化

　　光伏電站是指與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。從1982年起已經(jīng)有了全球最大的光伏電站，而且每年都是變化的。中國(guó)龍羊峽水光互補(bǔ)并網(wǎng)光伏電站于2015年躍居全球最大的光伏電站。

表2 世界上最大的光伏電站進(jìn)展年表

　　二、世界上最大的光伏電站

　　全球最大的光伏電站隨著時(shí)間的推移，也隨之發(fā)生變化。這里是2015年世界上最大的光伏電站。

　　1、中民投寧夏（鹽池）新能源綜合示范區(qū)電站

　　中民投寧夏（鹽池）新能源綜合示范區(qū)電站計(jì)劃建設(shè)2GW（1GW=1000MW，1MW=1000KW）光伏發(fā)電項(xiàng)目，占地累計(jì)約6萬(wàn)畝，這是截止目前全球最大的單體光伏電站項(xiàng)目。

　　按照寧夏的光照條件，這一2000MW項(xiàng)目建成后，年平均上網(wǎng)電量289419萬(wàn)度。以該發(fā)電量計(jì)算，與火電相比，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤101萬(wàn)噸。該示范區(qū)還將建設(shè)風(fēng)、光、生物質(zhì)、儲(chǔ)能多元互補(bǔ)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、綠色現(xiàn)代牧業(yè)養(yǎng)殖示范基地、綠色現(xiàn)代牧草種植示范基地、全球最大光伏旅游基地等項(xiàng)目。

　　2、龍羊峽水光互補(bǔ)光伏電站（LongyangxiaDam Solar Park）

　　龍羊峽水光互補(bǔ)并網(wǎng)光伏電站位于青海省海南州共和縣塔拉灘黃河公司產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，共劃分9個(gè)光伏發(fā)電生產(chǎn)區(qū)，總裝機(jī)容量為850MWp，2013年Ⅰ期320MW竣工，2015年Ⅱ期530MW竣工占地面積20.40km2，是目前全球建設(shè)規(guī)模最大的水光互補(bǔ)并網(wǎng)光伏電站。投產(chǎn)以來(lái)，電站每年將824GWh綠色能源輸送到西北電網(wǎng)。

　　所謂“水光互補(bǔ)”，就是把光伏發(fā)電站和水電站組合成一個(gè)電源。龍羊峽水光互補(bǔ)光伏電站最大的優(yōu)勢(shì)就是水電與光伏發(fā)電協(xié)調(diào)運(yùn)行，利用水光互補(bǔ)，通過(guò)水電調(diào)節(jié)后送入電網(wǎng)，從電源端起，解決了光伏發(fā)電穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

　　3、太陽(yáng)星I和II（Solar Star I and II）

　　太陽(yáng)星I和II位于美國(guó)加利福尼亞州羅莎蒙德，裝機(jī)容量579MWAC，2015年6月竣工。太陽(yáng)星I：318MWAC或397.8MWDC；太陽(yáng)星II：279MWAC或349.5MWDC，2015年6月19日聯(lián)網(wǎng)。它是目前世界上裝機(jī)容量為第二位的太陽(yáng)能電站，采用了170萬(wàn)塊太陽(yáng)能電池板，鋪散在面積為13km2的土地上。

　　4、黃玉光伏電站（Topaz Solar Farm）

　　黃玉光伏電站位于美國(guó)加利福尼亞州圣路易斯-奧比斯波縣（SanLuis Obispo County，California），裝機(jī)容量550MW。2011年11月開(kāi)始建造，2013年2月陸續(xù)完工，2014年11月全部竣工。它是世界上第三大的光伏電站。采用美國(guó)第一太陽(yáng)能公司（First Solar）薄膜技術(shù)制造的900萬(wàn)塊CdTe光伏模塊，占地面積25km2，投資25億美元。年發(fā)電量預(yù)計(jì)1301GWh，容量因數(shù)22.8%?？晒┛蔀榧永Ｄ醽喼?6萬(wàn)戶家庭用電。

　　5、沙漠陽(yáng)光光伏電站（Desert Sunlight Solar Farm）

　　沙漠陽(yáng)光光伏電站位于美國(guó)加利福尼亞州沙漠中心莫哈韋沙漠（Mojave Desert），裝機(jī)容量550MWAC，年發(fā)電量1287GWh。2013年Ⅰ期300MW建成，2015年1月最終建成550MW電站，占地16km2。采用美國(guó)第一太陽(yáng)能公司（First Solar）薄膜技術(shù)制造的880萬(wàn)塊CdTe光伏模塊。

　　6、黃河格爾木光伏電站（HuangheHydropower Golmud Solar Park）

　　黃河格爾木光伏電站位于中國(guó)青海格爾木，裝機(jī)容量200MW。2009年8月開(kāi)始建造，2011年10月29日建成。其中80MW由英利綠色能源控股有限公司投資。2012年榮獲中國(guó)電力優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)，年輸出電力317GWh。

　　此外，龍?jiān)措娏Γ↙ongyuan Power）2011年在格爾木建立了多個(gè)20兆瓦太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)園。在格爾木沙漠區(qū)光伏總量已經(jīng)達(dá)570MW，2012年估計(jì)已達(dá)500MW。

　　7、銅山光伏電站（Copper Mountain Solar Facility）

　　銅山光伏電站位于美國(guó)內(nèi)華達(dá)州博爾德城，裝機(jī)容量458MWp，1期于2010年12月份建成，2期于2013年1月份建成，3期于2015年初完工，4期建造97MW，計(jì)劃在2015年開(kāi)始，2016年底完成。建造費(fèi)用1.41億美元，采用平板光伏電池板，有775000塊第一太陽(yáng)能公司（First Solar）產(chǎn)電池板，產(chǎn)權(quán)歸SempraGeneration擁有。裝機(jī)容量458MW，年發(fā)電量約770GWh，容量因數(shù)24%。

　　8、查拉恩卡光伏電站（Charanka Solar Park）

　　查拉恩卡光伏電站位于印度帕坦行政區(qū)（Patan district）查拉恩卡村（Charanka village），它在古吉拉特太陽(yáng)公園內(nèi)占有最大的面積，占地2000公頃（1公頃=10000m2=0.01km2）。2010年開(kāi)始建造，2012年竣工，采用薄膜平板光伏技術(shù)，2016年3月裝機(jī)容量可達(dá)345MW。查拉恩卡光伏電站投資費(fèi)用為2.8億美元。

　　9、塞斯塔光伏電站（Cestas Solar Farm）

　　塞斯塔光伏電站位于法國(guó)塞斯塔村，由25塊12MWp組成，裝機(jī)容量300兆瓦（MWp），它是歐洲最大的光伏電站。2015年10月份建成，設(shè)施在波爾多附近，占地250公頃，年發(fā)電量380GWh。

　　10、阿瓜克萊恩特太陽(yáng)能項(xiàng)目（Agua Caliente Solar Project）

　　阿瓜克萊恩特太陽(yáng)能項(xiàng)目位于美國(guó)亞利桑那州尤馬縣（Yuma County），采用第一太陽(yáng)能公司（First Solar）薄膜技術(shù)生產(chǎn)的CdTe光伏電池塊，520萬(wàn)光伏模塊，裝機(jī)容量290MW。2011年開(kāi)始建造，2014年4月份建成，占地971公頃，年發(fā)電量626GWh，投資費(fèi)用18億美元。

　　為了閱讀比較的方便，把以上數(shù)據(jù)匯總一下，見(jiàn)表3。

表3 2015年全球最大的光伏電站

　　三、中國(guó)的光伏組件與電站

　　除了歐洲以外，中國(guó)是最大的太陽(yáng)能市場(chǎng)，占全球太陽(yáng)能市場(chǎng)的8%。中國(guó)2011年太陽(yáng)能累積裝機(jī)容量為3300MW，猛增到2014年的28199MW，三年間增加了8倍。到2020年中國(guó)計(jì)劃安裝太陽(yáng)能裝機(jī)容量約50000MW。從2010年起，中國(guó)對(duì)再生能源投資達(dá)450億美元，以減少對(duì)煤的依賴。

　　中國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)能資源，接收陽(yáng)光的地區(qū)主要在農(nóng)村和遠(yuǎn)離國(guó)家電網(wǎng)的地區(qū)。有17%陸地接收太陽(yáng)輻射達(dá)1750kWh/m2以上，約40%以上的陸地在1400～1750kWh/m2。中國(guó)戈壁沙漠面積130萬(wàn)km2，如果都覆蓋著太陽(yáng)能板，那么潛在的裝機(jī)容量可達(dá)17TW。

　　中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的太陽(yáng)能板（電池）的制造商，僅在2010年太陽(yáng)能板生產(chǎn)超過(guò)10GW。中國(guó)太陽(yáng)能模塊95%供出口。全球有10家公司控制著全球太陽(yáng)能模塊生產(chǎn)量的一半以上，其中4家公司即尚德（Suntech）、晶奧（JA solar）、英利綠色能源（Yingligreen energy）和天合光能（Trina solar）都在中國(guó)。

　　中國(guó)是太陽(yáng)能組件出口到美國(guó)的最大出口商，僅2011年出口太陽(yáng)能電池達(dá)28億美元。2008年中國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池平均銷售價(jià)格為4美元每瓦，即為全球平均價(jià)格的2倍。僅隔2年價(jià)格降至1.80美元每瓦，低于全球平均價(jià)格的30美分。

表4 中國(guó)運(yùn)行中的光伏電站統(tǒng)計(jì)

　　單位裝機(jī)容量產(chǎn)生的電力與光伏電站所處的日照位置有關(guān)。按照臺(tái)灣的平均日照，1kW可以產(chǎn)生1250kWh，而日本平均產(chǎn)生1000kWh。

　　我國(guó)寧夏鹽池縣高沙窩鎮(zhèn)有豐富的太陽(yáng)能資源，平均日照在1640～1700kWh/m2，因此計(jì)劃擬建光伏電站，裝機(jī)容量2000MW，占地40km2，總投資150億元人民幣。建成后將成為世界上最大的光伏電站之一。

　　四、太陽(yáng)能板可以用在哪？Everywhere！

　　由于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率低，一般只有20%以下，最高不超過(guò)25.6%，因此太陽(yáng)能電池?cái)?shù)量巨大，占地面積大，并且都處于荒涼貧瘠和人口稀少的地方。因此，增加太陽(yáng)能電池的落腳處有兩個(gè)方案：

　　1、浮式太陽(yáng)能發(fā)電站。太陽(yáng)能發(fā)電站漂浮在水面上，像閃耀在水面上的藍(lán)色寶石！近年來(lái)，由于陸地上大規(guī)模土地難尋，利用閑置的水面來(lái)架設(shè)太陽(yáng)能板，這項(xiàng)創(chuàng)舉重新定義了太陽(yáng)能電池板的落腳處。只要是水面波動(dòng)但水位落差不大的水面，都適合發(fā)展浮式太陽(yáng)能發(fā)電站。

　　浮式太陽(yáng)能發(fā)電站的優(yōu)點(diǎn)是：

　　⑴租用池塘或水庫(kù)的閑置水面的價(jià)格較為低廉，可節(jié)省營(yíng)運(yùn)成本。

　　⑵水面溫度可以降溫太陽(yáng)能板，與設(shè)置在陸地和屋頂上的太陽(yáng)能板比較，約可高出11%的發(fā)電效率。

　?、翘?yáng)能板可遮蔽陽(yáng)光，不直接照射在水面上，降低池水的蒸發(fā)率和池塘內(nèi)的藻類繁殖，改善水質(zhì)，有利于水池的維護(hù)。

　　世界上最大的浮式光伏電站預(yù)計(jì)將于2018年在日本千葉縣山倉(cāng)（Yamakura）水庫(kù)建成。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)發(fā)電功率3330MWh，建成后它將是世界上同類型發(fā)電站中發(fā)電功率最大的水上漂浮光伏發(fā)電站。這一電站的建成預(yù)計(jì)將為極大緩解日本東電公司在東京地區(qū)的供電緊缺問(wèn)題。

　　2、太陽(yáng)能道路。新一波道路革命即將展開(kāi)，2015年12月法國(guó)正式宣布，將在未來(lái)5年內(nèi)修建1000公里太陽(yáng)能道路（Solar road）。歐美國(guó)家致力于研發(fā)太陽(yáng)能道路，英國(guó)和荷蘭打造太陽(yáng)能自行車道，比利時(shí)也曾建造過(guò)一條3.6公里長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)性公路，將馬路變成再生能源的生產(chǎn)基地。

　　太陽(yáng)能公路不需要重建既有的公路，只是將太陽(yáng)能板以聚合樹(shù)脂制成厚度僅有0.7厘米的小塊太陽(yáng)能磚塊，像地磚一樣鋪設(shè)在原來(lái)的道路表面，同時(shí)在太陽(yáng)能板上涂覆透明保護(hù)層增加了顆粒結(jié)構(gòu)，讓路面的摩擦力與傳統(tǒng)公路相當(dāng)，以確保行車安全。目前已進(jìn)行100萬(wàn)次的車輛通行測(cè)試。

　　太陽(yáng)能板上內(nèi)建的LED照明，能夠在路面上發(fā)亮，顯示道路標(biāo)線和路況訊息，并隨時(shí)依據(jù)道路狀況而進(jìn)行調(diào)整。

　　太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電流由隱蔽在地下的蓄電裝置輸送到城市電力網(wǎng)。根據(jù)法國(guó)《環(huán)境與能源控制署》計(jì)算，1公里的太陽(yáng)能道路發(fā)電量，足以支持規(guī)模5000人小城鎮(zhèn)的日常公共照明用電。

　　五、光伏成本價(jià)格大幅度降低

　　光伏發(fā)電成本因各國(guó)的生產(chǎn)成本、地理位置和政策而異，但均有大幅度降低。根據(jù)美國(guó)能源情報(bào)署（EIA）2015年度能源展望報(bào)告(AEO2015)預(yù)測(cè)，光伏發(fā)電成本約為125美元/MWh（0.125美元/kWh），仍然高于常規(guī)能源發(fā)電如燃煤發(fā)電、核能發(fā)電、水力發(fā)電和天然氣發(fā)電。

表5 美國(guó)2020年度電成本估計(jì)（單位：$/MWh）

　　再看歐洲光伏發(fā)電成本的變化，見(jiàn)圖。從2010年到2020年的十年間降低了一半。

圖 歐洲光伏度電價(jià)格降低

　　六、光伏發(fā)電面臨一場(chǎng)大革新

　　太陽(yáng)能電池怎么把陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的？

　　太陽(yáng)能電池材料中的電子各自位于所屬的原子中，光照之前，沒(méi)有電流流過(guò)，但陽(yáng)光照射到電池時(shí)，就會(huì)使電子釋放出。這些受激發(fā)的電子具有能量，歪歪斜斜地在晶格中四處游走，最后從太陽(yáng)電池的一端離開(kāi)形成電流。電子在游走途中遇到障礙物或陷阱，使能量轉(zhuǎn)化成熱能后散逸。晶格品質(zhì)越好，使電子脫離行徑的缺陷就越少。

　　硅電池通常需要加熱到攝氏900度以上，以除去這些缺陷，鈣鈦礦的制作僅需攝氏100度左右，因此鈣鈦礦受激發(fā)時(shí)，盡管電子攜帶的能量與硅電池差不多，但制作卻方便許多。

　　太陽(yáng)能電池把陽(yáng)光中的能量轉(zhuǎn)換成電能的效率是有限的。電子受激發(fā)所需的最低能量稱為“帶隙（band gap）”。陽(yáng)光中包含各種波長(zhǎng)的光，但只有特定波長(zhǎng)可讓電子跨越帶隙，帶隙越低，電池可吸收的陽(yáng)光光譜范圍越大。

　　鈣鈦礦電池（PerovskiteSolar Cells）在太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的出現(xiàn)，有其受到重視的理由。優(yōu)點(diǎn)：

　　1、鈣鈦礦的成分來(lái)源相當(dāng)充裕，可輕易把這些結(jié)合，并制造出具有高度結(jié)晶化結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能薄膜。

　　2、鈣鈦礦電池的制作過(guò)程可在低溫下進(jìn)行且成本低廉，這個(gè)薄且具彈性的材料，不像硅晶體又厚又硬，未來(lái)可由特殊印刷機(jī)制造出重量極輕、可撓曲，甚至是具有各種色彩的超薄太陽(yáng)能板和鍍膜。

　　發(fā)展鈣鈦礦電池可以調(diào)整成分比例，借以改變帶隙，提高效率，也可以把帶隙不同的鈣鈦礦電池疊加在一起。雙層鈣鈦礦電池的效率可望達(dá)到46%，將突破目前最佳的硅電池效率25.6%的極限。

　　業(yè)界大多把太陽(yáng)能板的保用期限定為25年，相當(dāng)于持續(xù)在充足陽(yáng)光下運(yùn)作54000小時(shí)，找出溫度范圍大，使用時(shí)間長(zhǎng)的高效率防水層是相當(dāng)重要的任務(wù)，另外，鈣鈦礦電池需要妥善封裝，以隔絕水分，而鈣鈦礦的配方中含有少量的鉛，鉛是毒性物質(zhì)，市場(chǎng)會(huì)特別要求鈣鈦礦電池能夠永久密封，保證發(fā)電安全，因此，研究人員在太陽(yáng)能電池密封和苛刻的產(chǎn)品測(cè)試中，尋求鈣鈦礦難題的方法，以消除水解和擴(kuò)散的疑慮。

　　鈣鈦礦電池生產(chǎn)成本低，轉(zhuǎn)化效率高，富有商業(yè)吸引力，即將面世，使單位光伏發(fā)電占地面積縮小，發(fā)電成本將會(huì)降低，光伏發(fā)電將會(huì)有一場(chǎng)大變革。（【無(wú)所不能特約作者，龐名立，曾在中國(guó)計(jì)量科學(xué)院（北京）和中石油（四川）工作。著有多本石油和天然氣書(shū)籍?！浚?/p>