太陽(yáng)能是一種什么樣的能源，它和地球上的其他能源有什么關(guān)系？它有哪些用途？我們應(yīng)該怎樣利用它？

【專家解說】：太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)分析(2011-02-07 11:34:37)轉(zhuǎn)載標(biāo)簽： 日本太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)能電池尚德電力p型半導(dǎo)體財(cái)經(jīng) 2007年下旬，國(guó)際油價(jià)已上升至100美元一桶；雖說美元疲軟、中東政局不穩(wěn)是其中不可輕視的誘因，但世界能源日益短缺是更不能逃避的問題！有研寒報(bào)告指出：石油會(huì)在41年后枯竭，天然氣會(huì)在67年后耗盡；煤礦是比較豐富的資源，還可用192年；但煤卻是三者之中二氧化碳排放量最多的，是溫室效應(yīng)的最大元兇。 其實(shí)能源短缺已不是今天才發(fā)生的事，具有遠(yuǎn)見的國(guó)家，例如日本及德國(guó)，它們居安思危，除了意識(shí)到能源枯竭的問題外，更考慮到石油這種資源是地區(qū)性的：地球上只在有限的幾個(gè)地區(qū)才擁有石油這種珍貴的資源，而這種珍貴的能源其實(shí)是掌握在某幾個(gè)國(guó)家手中的。為了盡早擺脫依賴產(chǎn)油國(guó)的狀況，它們?cè)缭跀?shù)十年前已著手開發(fā)新能源，并選擇了再生能源②為發(fā)展的重點(diǎn)。到了近20年，各國(guó)在研究再生能源上都取得了成果，其中太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更是一日千里。所謂太陽(yáng)能發(fā)電，就是把光能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)。太陽(yáng)能發(fā)電或許在現(xiàn)今還未能十分普及，但我們發(fā)現(xiàn)，它有著無限的潛力?，F(xiàn)今的石化能源價(jià)格日漸昂貴，加上石化能源所排放的污染物正不斷威脅我們居住的環(huán)境；而太陽(yáng)能用之不竭，幾乎不產(chǎn)生任何污染。我們預(yù)計(jì)太陽(yáng)能在未來將會(huì)是其中一種最有效及最常用的能源。 從2000年開始，基于太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的日趨成熟，人們生態(tài)環(huán)保的意識(shí)亦漸漸增強(qiáng)，加上各國(guó)政府政策上的推動(dòng)，太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)正步入高速增長(zhǎng)期。根據(jù)調(diào)查顯示，太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)在過去五年的平均增長(zhǎng)率超過40%！借這個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的春風(fēng)，各國(guó)企業(yè)都如雨后春_般跑到這個(gè)朝陽(yáng)行業(yè)來；其間企業(yè)與企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)、并購(gòu)過程非常激烈。我們對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了仔細(xì)研究，通過剖析原材料生產(chǎn)、加工、制造、裝嵌、推廣以至銷售等等，我們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的行業(yè)本質(zhì)是如何把太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)融入生活。先介紹太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)的概況，然后會(huì)從太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及供應(yīng)鏈管理去詳細(xì)剖析行業(yè)的本質(zhì)——解釋龍頭企業(yè)如何應(yīng)用及發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，從而把太陽(yáng)能帶進(jìn)我們的生活；接著，我們以不同的企業(yè)去印證太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)的本質(zhì)；最后，我們將為這個(gè)行業(yè)的研究做個(gè)總結(jié)。 一、太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)勢(shì) 太陽(yáng)能屬于再生能源。目前常見的再生能源主要有風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能和地?zé)幔渲?，太?yáng)能是總體上最可利用的再生能源。與風(fēng)能相比，太陽(yáng)能穩(wěn)定性較強(qiáng)，受季節(jié)、季風(fēng)影響較小。與水能相比，太陽(yáng)能地理位置局限性較小。地?zé)岣芤粯?，受到位置的局限性，而且有足夠的地?zé)峥梢园l(fā)電地方并不多。 太陽(yáng)能發(fā)電還有以下優(yōu)點(diǎn)：屬于可再生能源，不必?fù)?dān)心能源枯竭。太陽(yáng)能本身并不會(huì)給地球增加熱負(fù)荷。運(yùn)行過程穩(wěn)定、低污染、無噪聲。所產(chǎn)生的電力既可供家庭單獨(dú)使用，也可并入電網(wǎng)供大眾使用。太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)品用途廣泛，例如，可安裝于建筑物、衣服和運(yùn)輸工具上使用。 二、太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的歷史及現(xiàn)狀 利用太陽(yáng)能的發(fā)展自2000年起慢慢起步，過去5年世界平均年增長(zhǎng)超過40%。其中日本的發(fā)展尤為迅速，太陽(yáng)能的利用在該國(guó)受到很大的重視。 在20世紀(jì)90年代初期，全世界太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量在100MW之下。當(dāng)時(shí)日本已經(jīng)是全球最大的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)國(guó)，1990年的年產(chǎn)量為16.8MW，占全球產(chǎn)量的：36.1%，緊隨其后的是美國(guó)和歐洲，分別占全球產(chǎn)量的31.8%及21.9%。我們可以推斷，早在20年前，日本已大力推廣太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)了。到了20世紀(jì)90年代末，太陽(yáng)能電池的全球產(chǎn)量已飆升至287.7MW，比1990年的產(chǎn)量足足增長(zhǎng)了6倍，年均增長(zhǎng)率達(dá)20%！更驚人的是，從2000年至2006年這6年間，太陽(yáng)能電池的年產(chǎn)量又增加了9倍：從2000年的287.7MW到2006年的2500MW，年均增長(zhǎng)率超過40%！要留意的是，時(shí)至今日，日本依然是全球最大的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)國(guó)，在2006年占全球產(chǎn)量的37.1%。由此可見，日本仍保持著20年前的領(lǐng)先地位，而且其領(lǐng)先地位更加穩(wěn)固了，與其他國(guó)家相比，優(yōu)勢(shì)愈來愈大。相比之下，美國(guó)就給人以原地踏步的感覺：1990年它的市場(chǎng)占有率為31.8%，到了2006年已縮減至8.1％。從這個(gè)現(xiàn)象我們可以知道，各國(guó)政府對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)有著不同的態(tài)度和目標(biāo)。而事實(shí)上，在國(guó)家政策上，我們發(fā)現(xiàn)日本的資助計(jì)劃的確比美國(guó)更加全面。日本在太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位可以說是毋庸置疑。 太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈分上、中、下游三個(gè)部分。上游事業(yè)包括提煉太陽(yáng)能級(jí)硅、制造硅棒和硅碇、切割硅片；中游企業(yè)負(fù)責(zé)制造電池；下游則著重裝嵌電池模塊及銷售太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)是典型的金字塔模式：即上游的企業(yè)數(shù)量比較少，從事中游業(yè)務(wù)的企業(yè)數(shù)量比上游多，而下游企業(yè)的數(shù)目也最多。原因很簡(jiǎn)單：在產(chǎn)業(yè)的上、中、下游三個(gè)部分中，上游業(yè)務(wù)所需要的技術(shù)、成本都是最高的。正因?yàn)槿绱?，進(jìn)人上游業(yè)務(wù)的門坎相對(duì)中游及下游業(yè)務(wù)要高得多。圖3-3顯示了典型的金字塔模式。 在最頂?shù)牟糠质蔷w硅（在這里我們用多晶硅來做例子）的制造，屬于最上游的業(yè)務(wù)。從事多晶硅提煉的企業(yè)全球大概有8家，而其中前5強(qiáng)的企業(yè)產(chǎn)量占整個(gè)行業(yè)的85%！從事硅片制造的企業(yè)大概有18家，其中前5強(qiáng)的企業(yè)產(chǎn)量占整個(gè)行業(yè)的60%。太陽(yáng)能電池制造商超過85家，前5強(qiáng)企業(yè)的產(chǎn)量占全行業(yè)的55%。太陽(yáng)能電池模塊制造商更多，超過130家，前5強(qiáng)企業(yè)的產(chǎn)量占整個(gè)行業(yè)的比例只有50%。最后，系統(tǒng)安裝商無疑最多，可達(dá)數(shù)百家。所以，我們說太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的確是典型的金字塔模式。 就提煉太陽(yáng)能級(jí)硅來說，美國(guó)HSC和挪威REC是其中的佼佼者；硅棒和硅碇制造及硅片切割的代表則有日本京瓷（Kyocem）和日本夏普（SHARP）；而日本夏普更是制造太陽(yáng)能電池的龍頭企業(yè)，緊隨其后的是德國(guó)Q-Cells和日本京瓷。而下游的市場(chǎng)則比較分散，除了德國(guó)SMA占整個(gè)下游的不足20%外，其余企業(yè)的市場(chǎng)占有率都不太突出。我們會(huì)集中討論中游部分：太陽(yáng)能電池制造商。 根據(jù)2006年的資料，太陽(yáng)能電池制造商五強(qiáng)依次是日本夏普、德國(guó)Q-Cells，日本京瓷、中國(guó)尚德電力（Suntech Power）及日本三洋（Sanyo）。我們看到，2006年的五強(qiáng)中日本企業(yè)占了3家，這正印證了日本在太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)群雄的地位。我們以日本夏普、德國(guó)及中國(guó)尚德電力作為本章的重點(diǎn)案例。為了集中討論世界的太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)，而不要變成只研究日本太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)的報(bào)告，我們把日本京瓷公司的內(nèi)容從本章剔除。而我們的確從不同國(guó)家的企業(yè)身上找到它們符合行業(yè)本質(zhì)的線索，而這就是它們從競(jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)中脫穎而出的原因。日本夏普的業(yè)務(wù)涉及硅棒、硅碇的制造，太陽(yáng)能電池的制造及裝嵌；德國(guó)Q-Cells把資源集中在太陽(yáng)能電池的制造；而中國(guó)尚德電力則主要是制造太陽(yáng)能電池及模塊裝嵌。我們會(huì)仔細(xì)研究它們?cè)谄髽I(yè)策略上的取向，了解它們成功之處。在本章的最后部分，我們將以日本夏普、中國(guó)尚德電力及德國(guó)Q-Cells作為案例，讓讀者能從案例中了解太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)的本質(zhì)。 三、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù) 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電力的技術(shù)。當(dāng)太陽(yáng)光照射在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間時(shí)，基于物理效應(yīng)，電極之間就會(huì)產(chǎn)生電壓。只要把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體連接起來，就能把得到的電流傳送到其他地方（即發(fā)電）。雖說太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)日新月異，但硅系太陽(yáng)能電池都是運(yùn)用了這一基本原理。電池主要分為數(shù)層，其中最要緊的是N型及P型半導(dǎo)體，其他的涂層主要作用是保護(hù)、支持電池。目前，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用有聯(lián)網(wǎng)和離網(wǎng)兩類。聯(lián)網(wǎng)意即與地方電網(wǎng)連接，將所產(chǎn)生之電力供應(yīng)給地方電網(wǎng)。這使得依賴太陽(yáng)能發(fā)電的地方需要24小時(shí)運(yùn)作，因?yàn)橥黹g沒有陽(yáng)光，用電可向地方電網(wǎng)購(gòu)買。這可解決太陽(yáng)能技術(shù)在沒有陽(yáng)光時(shí)的難題。離網(wǎng)意即不與地方電網(wǎng)連接，通過與蓄電池連接，可將日間產(chǎn)生的電力儲(chǔ)蓄起來供晚間使用。離網(wǎng)主要應(yīng)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)或固定電網(wǎng)未能到達(dá)的地區(qū)，這可使當(dāng)?shù)厝诉^上擁有電力的生活。離網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)對(duì)中國(guó)偏遠(yuǎn)農(nóng)村發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)具有重要意義。 國(guó)際能源處的數(shù)據(jù)顯示，2006年世界前十大太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商中，日本生產(chǎn)商占4名、德國(guó)生產(chǎn)商占3名、中國(guó)占2名、英國(guó)占1名。這說明，在太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)上，日本和德國(guó)占有領(lǐng)導(dǎo)地位。廠商方面，日本夏普占全世界生產(chǎn)份額的17.4%、德國(guó)Q-Cells占10.1%。中國(guó)尚德電力是唯一能進(jìn)入前10名的中國(guó)內(nèi)地公司。在2006年，它的市場(chǎng)份額占全世界的6.3%。到了今天，雖說太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)正步人強(qiáng)勁的增長(zhǎng)期，但太陽(yáng)能還不能取代傳統(tǒng)石化能源，原因是太陽(yáng)能發(fā)電成本太高。以我國(guó)為例：以煤發(fā)電，每度電成本為0.2～0.3元人民幣；水力發(fā)電每度電成本為0.2元人民幣；太陽(yáng)能發(fā)電每度電成本為2元人民幣，故降低成本是推廣太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵。 行業(yè)本質(zhì) 太陽(yáng)能行業(yè)的本質(zhì)是融入生活。在解釋行業(yè)本質(zhì)前，讓我們先了解這個(gè)行業(yè)特別的產(chǎn)業(yè)鏈在整條產(chǎn)業(yè)鏈上，各廠商利用整合生產(chǎn)開發(fā)（IPD）和整合供應(yīng)鏈（ISC）去追隨這個(gè)行業(yè)的本質(zhì)，最終達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的地位。現(xiàn)以整合生產(chǎn)開發(fā)和整合供應(yīng)鏈兩方面去分析行業(yè)本質(zhì)及其重要性。 —、整合生產(chǎn)開發(fā)（IPD）1.IPD的概念 首先我們看看什么是整合生產(chǎn)開發(fā)（Integrated Product Development，IPD）。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程當(dāng)中，各部門各自運(yùn)作。產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門開發(fā)出來的產(chǎn)品不一定完全符合市場(chǎng)需要，釆購(gòu)部門對(duì)新產(chǎn)品所需的材料不一定有完善的供應(yīng)計(jì)劃，生產(chǎn)部對(duì)于新產(chǎn)品不一定有一套完整的工序。產(chǎn)品設(shè)計(jì)部設(shè)計(jì)出來的“新”產(chǎn)品，到了消費(fèi)者手中，可能已是一種完全不同的產(chǎn)品了。IPD的概念在美國(guó)最先興起，目的是為了優(yōu)化開發(fā)新產(chǎn)品的流程。IPD針對(duì)各部門在開發(fā)新產(chǎn)品中不協(xié)調(diào)的情況，把產(chǎn)品開發(fā)的程序與市場(chǎng)需要、企業(yè)策略以及材料供應(yīng)相結(jié)合。推行IPD首先確認(rèn)市場(chǎng)需要，如以太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)為例，各企業(yè)認(rèn)定市場(chǎng)的要求是融入生活；然后制定企業(yè)策略，如日本夏普推行自家的技術(shù)研究，德國(guó)Q-Cells則著重與其他企業(yè)合作或通過并購(gòu)取得技術(shù)；最后把生產(chǎn)程序以及材料供應(yīng)等等元素加入設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的過程當(dāng)中，從而使新產(chǎn)品面世后既能符合市場(chǎng)需要，又能以最短的時(shí)間生產(chǎn)并拿到消費(fèi)者手中。 2.太陽(yáng)能發(fā)電的困難及未來 讓我們想一想，太陽(yáng)能發(fā)電至今為止都需要政府進(jìn)行各種補(bǔ)貼，其中一個(gè)最大的原因是發(fā)電成本極高。如前所述，在現(xiàn)今國(guó)內(nèi)，太陽(yáng)能發(fā)電的平均成本為每度電2元人民幣，水電及火電每度電卻只需要0.2～0.3元人民幣。消費(fèi)者現(xiàn)在所付出的電費(fèi)為0.6～0.8元人民幣。太陽(yáng)能發(fā)電需要如此巨大的成本，如果沒有政府的補(bǔ)貼，消費(fèi)者到底要付多少錢呢？ 雖說各國(guó)政府已意識(shí)到發(fā)展新能源的迫切性，并實(shí)行了一系列的補(bǔ)貼計(jì)劃以推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電。但歸根結(jié)底，太陽(yáng)能發(fā)電之所以尚未普及，很大程度上是因?yàn)榧夹g(shù)不夠成熟，發(fā)電成本還不足以使太陽(yáng)能發(fā)電融入社會(huì)每個(gè)階層的生活。在太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的每一個(gè)階段、每一個(gè)制造程序，尤其是屬于上游的硅材料提煉階段，成本仍然偏高。成功的太陽(yáng)能發(fā)電企業(yè)當(dāng)然意識(shí)到這個(gè)癥結(jié)所在，于是為了降低成本，各大企業(yè)研發(fā)的研發(fā)，并購(gòu)的并購(gòu)，務(wù)求在最短的時(shí)間里得到最新的技術(shù)，在眾多的企業(yè)中領(lǐng)先其他對(duì)手，以獲得支配整個(gè)行業(yè)的地位。以下，我們把太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)、困難以及未來逐一進(jìn)行探討。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)可分為四代，簡(jiǎn)介如下：第一代為硅系太陽(yáng)能電池，現(xiàn)有產(chǎn)品為單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換效率（即將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電力的效率）最高。由于第一代電池的發(fā)展技術(shù)已相當(dāng)成熟，故現(xiàn)在市場(chǎng)上超過90%之太陽(yáng)能發(fā)電均使用第一代技術(shù)。 第二代為多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池，現(xiàn)有產(chǎn)品為：非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、碲化鎘、砷化鎵III-V化合物和銅銦鎵硒。由于其厚度比傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池薄，故原料需求量少。由于這是新技術(shù)，故普及程度不高。 第三代太陽(yáng)能電池包括：聚合物多層修飾電極型電池、光電化學(xué)電池、聚合物、納米晶、染料敏化太陽(yáng)能電池。此技術(shù)的特點(diǎn)是不依賴于傳統(tǒng)的PN結(jié)分離光生電荷，但相比第二代技術(shù)，第三代技術(shù)的普及程度更低。 第四代太陽(yáng)能電池包括：納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池、多光譜太陽(yáng)能電池。多光譜太陽(yáng)能電池能吸收紅外線光譜部分熱量使太陽(yáng)能電池更有效。但此新技術(shù)仍在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段。 （1）第一代太陽(yáng)能電池的問題 第一代的太陽(yáng)能電池主要以硅為材料，而硅料則是由石英砂提煉而成。第一個(gè)步驟是把石英砂通過數(shù)個(gè)程序制成晶硅。晶硅主要可分為單晶硅及多晶硅，在提煉過程中進(jìn)行晶體提拉可形成單晶硅，進(jìn)行晶體鑄造可形成多晶硅。單晶硅和多晶硅兩者都是硅，只是晶體間的排列方式不同罷了。單晶硅的組成原子均按照一定的規(guī)則周期性地排列；多晶硅的硅原子堆積方式不止一種，它是由多種不同排列方向的單晶所組成。制成晶硅以后，再加熱把晶硅制成晶圓、硅錠，然后進(jìn)行切割切成一塊塊薄薄的硅片。有了硅片，就有了太陽(yáng)能發(fā)電的基礎(chǔ)。太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商把薄薄的硅片加以排列、加工、合成以制成太陽(yáng)能電池。到了這里，以后的程序就比較簡(jiǎn)單了。模塊生產(chǎn)商把太陽(yáng)能電池組成不同的排列，加上轉(zhuǎn)換器等裝置，制成電池模塊。太陽(yáng)能電池模塊已是能獨(dú)立運(yùn)作的“小型系統(tǒng)”了，如果把大量的小型系統(tǒng)連合起來，就是用來發(fā)電的大型聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。這個(gè)制造流程是現(xiàn)今最常見、最成熟的生產(chǎn)技術(shù)，可以說是第一代的太陽(yáng)能電池制造技術(shù)。但它的缺點(diǎn)就是太陽(yáng)能電池不能普及的最大障礙：提煉成本昂貴！ 為什么昂貴呢？在生產(chǎn)“晶硅”的過程當(dāng)中，需要加熱至1900℃以加速相應(yīng)的化學(xué)作用；接下來的晶圓制造，亦需要額外加熱至1400℃。單單是頭兩個(gè)工序已經(jīng)極其消耗能源！以現(xiàn)今技術(shù)來說，一片晶圓直徑大概為200μm（微米），即0.0002m。但當(dāng)中只有2μm有發(fā)電的效應(yīng)。換句話說，一片晶圓中只有1%的硅材料有用，其余99%的硅材料都是浪費(fèi)掉的！此外，太陽(yáng)能電池模塊體積又大又笨重，由此可見，太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用范圍亦會(huì)比較狹窄。在種種不同的條件限制下，加上不斷上升的硅材料價(jià)格，第一代太陽(yáng)能電池的制造成本居高不下。 （2）第一代太陽(yáng)能電池的演變 看過了第一代太陽(yáng)能電池的制造流程，我們發(fā)現(xiàn)，如要減低成本，可以從三方面著手：減低在生產(chǎn)太陽(yáng)能電池過程中所損耗的材料；改善太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)以提升轉(zhuǎn)換效率；研發(fā)新的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)。A.減少耗材發(fā)電效應(yīng)只在晶圓表面2μm的地方進(jìn)行，所以晶圓厚度愈少，所浪費(fèi)的硅材料也就愈少。根據(jù)德國(guó)Q-Cells的年報(bào)，它們的晶圓厚度已由2003年的300μm，改進(jìn)到2006年的200μm。而在未來數(shù)年，晶圓的厚度可望進(jìn)一步減少。其次是使用新研發(fā)的技術(shù)減少硅材料的消耗。例如德國(guó)Q-Cells通過與Evergreen Solar合組企業(yè)EverQ GmbH，獲得了的絲帶狀硅晶提拉技術(shù)。如前文提及，常規(guī)生產(chǎn)硅片技術(shù)是基于能源密集型鑄造、加工和切割大型硅塊的技術(shù)，制造過程并不環(huán)保而且會(huì)消耗硅材料。絲帶狀硅晶提拉技術(shù)可幫助減低在加熱時(shí)所消耗的能源及硅料的浪費(fèi)。它的制造工藝是從一個(gè)小型硅熔爐（圖3-8的下部）中提拉硅片，從而制成200μm～300μm厚的晶硅薄片，然后再切成小段硅片。故此，省去了硅棒切片的步驟，顯然，這種新研發(fā)的技術(shù)可減少硅材料的損失。況且此技術(shù)只需小規(guī)模加熱即可，因此可以減少能源消耗。 絲帶狀硅晶技術(shù)是源自自然科學(xué)的“表面張力”概念。簡(jiǎn)單來說，制作一個(gè)絲帶狀硅晶就像制作一個(gè)肥皂泡——水的表面張力將冼劑液制成泡泡。Evergreen Solar用兩條耐熱平行金屬線垂直通過一個(gè)小型硅溶爐，其中間形成一層薄的硅晶，并向上提拉。過程是連續(xù)的，提拉出來的絲帶狀硅晶可切成小段，然后進(jìn)一步加工成太陽(yáng)能電池。這是小型硅熔爐實(shí)際情況，兩片絲帶狀硅晶正在提拉中。提拉速度是每分鐘約1英寸。將來提高產(chǎn)能的發(fā)展是可同時(shí)提拉多條硅晶帶。 B.提升太陽(yáng)能發(fā)電轉(zhuǎn)換效率 另一項(xiàng)有效減低成本的方法便是改善太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)，繼而提升太陽(yáng)能發(fā)電的效率。例如中國(guó)尚德電力研究出了專利“PLUTO”技術(shù)。在2006年測(cè)試生產(chǎn)中，單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)18%～19%，并可望于2008年達(dá)到20%，與實(shí)驗(yàn)室中的極限25%愈來愈近。然而，轉(zhuǎn)換效率的提升如何幫助太陽(yáng)能電池融入生活當(dāng)中？作為最終使用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的終端客戶，要使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)安置到我們家中，最直接的方法是讓我們消費(fèi)者能夠清楚計(jì)算出太陽(yáng)能發(fā)電可替我們節(jié)省多少金錢。畢竟，能否節(jié)省金錢對(duì)消費(fèi)者來說最容易理解，亦最有說服力！在此我們首先介紹還付期的計(jì)算，并從轉(zhuǎn)換效率對(duì)還付期進(jìn)行靈敏度分析去證明轉(zhuǎn)換效率的重要性?！斑€付期”是指一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)需要運(yùn)作多少年時(shí)間，才能讓節(jié)省下來的電費(fèi)總和與整個(gè)系統(tǒng)的安裝成本相等。方程式是這樣的： 還付期=太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)成本/每年節(jié)省的電費(fèi)舉個(gè)例子：美國(guó)加州舊金山某住宅的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)價(jià)格為16357美元，每年所節(jié)省的電費(fèi)為1070美元。那么還付期大約是15年。由于目前已運(yùn)作的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率普遍為15%，因此我們從15%的轉(zhuǎn)換效率開始分析，如轉(zhuǎn)換效率每增加1%，在其他條件保持不變的情況下，還付期會(huì)有怎樣的改變呢？這代表當(dāng)轉(zhuǎn)換效率在增加的時(shí)候，還付期是會(huì)相對(duì)減少的。如果太陽(yáng)能電池制造商能把轉(zhuǎn)換效率由15%提升至化％，那還付期則可減少0.9年。所以中國(guó)尚德電力利用“PLUTO”技術(shù)把太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率由15%增加至20%，那還付期便能由15年縮減至11.3年，下降達(dá)25%。如果轉(zhuǎn)換效率由15%增強(qiáng)至30%，那么還付期會(huì)減少50%，從15年縮短至7.5年。如未來有技術(shù)突破，能把能量轉(zhuǎn)換效率提升至50%，那么，還付期更能驟減至4.5年！根據(jù)研究所得，消費(fèi)者一般可以接受3至5年的還付期。無可置疑，還付期的減少是吸引更多的消費(fèi)者使用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵。另一方面，利用光學(xué)技術(shù)也能提升轉(zhuǎn)換效率至35%。我們將簡(jiǎn)略介紹這方面的技術(shù)。 在太陽(yáng)能電池頂部加上菲涅爾透鏡，將80%～90%的太陽(yáng)光線聚焦于太陽(yáng)能電池上，使每個(gè)太陽(yáng)能電池能接受更多光能，而太陽(yáng)能電池則使用了一種被稱為“III-V化合物”的材料去增加轉(zhuǎn)換效率。太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率高達(dá)35%，相比普通太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率增加了2倍。因?yàn)樾略龅耐哥R是普通光學(xué)玻璃，所以額外增加的成本是非常低的。這種技術(shù)可以有效地提升轉(zhuǎn)換效率。然而，這技術(shù)亦有弊端，它不能使用分散的陽(yáng)光，即是它要求光線垂直射于菲涅爾透鏡上。為了使太陽(yáng)能電池能持續(xù)并直接接受太陽(yáng)光的照射，它需要一個(gè)機(jī)械跟蹤系統(tǒng)使太陽(yáng)能電池系統(tǒng)能調(diào)整到能與太陽(yáng)精確對(duì)應(yīng)的位置。這將增加整個(gè)系統(tǒng)的維修成本和造成額外的維修問題。另一方面，當(dāng)太陽(yáng)能電池在高能量光線下工作的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生高溫，因此需要散熱片去說明散熱，但這額外裝置將令成本進(jìn)一步增加。同時(shí)，由于太陽(yáng)能電池長(zhǎng)時(shí)間在高溫之下運(yùn)作，令電池加速老化，對(duì)電池的可靠性造成問題，這將顯著減低太陽(yáng)能電池的壽命。所以說，沒有更新的技術(shù)突破，提高太陽(yáng)能發(fā)電轉(zhuǎn)換效率是不容易的。 C.研發(fā)新技術(shù) 第一代太陽(yáng)能電池技術(shù)是硅片型太陽(yáng)能電池，如前所述，所需的能源和材料都很多。因?yàn)榻旯枇系臅簳r(shí)短缺，迫使廠商利用其他可減少使用硅的技術(shù)，甚至是不用硅做原料的太陽(yáng)能電池技術(shù)。因而我們開始使用第二代太陽(yáng)能電池技術(shù)——薄膜技術(shù)。 a.薄膜太陽(yáng)能電池 薄膜太陽(yáng)能電池是在便宜的基板上（如廉價(jià)的玻璃、不銹鋼或塑料）沉積一層可產(chǎn)生太陽(yáng)能發(fā)電效應(yīng)的薄膜，厚度只需數(shù)微米。目前薄膜太陽(yáng)能電池從材料上可分為三類：硅基薄膜電池、化合物半導(dǎo)體薄膜電池和染料敏化的光化學(xué)太陽(yáng)能電池。其中又只有非晶硅（a-Si）、碲化鎘（CdTe）和銅銦鎵硒（CIGS）已商業(yè)化。非晶硅（a-Si）是硅基薄膜電池，而碲化鎘（CdTe）和銅銦鎵硒則是化合物半導(dǎo)體薄膜電池。非晶硅在眾多薄膜技術(shù)中研究時(shí)間最長(zhǎng)，市場(chǎng)占有率達(dá)64%，市場(chǎng)份額最大。在其余的兩種化合物薄膜技術(shù)中，碲化鎘有26%的市場(chǎng)份額并正在急劇增加。銅銦鎵硒也占有10%的份額市場(chǎng)。但銦及碲是稀有金屬，蘊(yùn)藏量有限；鎘是有毒物質(zhì)，并且研究時(shí)問尚短，故采用這兩種技術(shù)的電池制造商很少。 類型 2005年薄膜市場(chǎng)份額 特點(diǎn) 非晶硅（a-S） 64% 它的研究進(jìn)行時(shí)間最長(zhǎng)，可能是3個(gè)技術(shù)中最為人所能理解的材料，商業(yè)化的時(shí)間也是最長(zhǎng)的。碲化鎘（CdTe） 26% 雖然鎘是有毒的，但其市場(chǎng)份額正在急劇增加。該產(chǎn)品商業(yè)化的時(shí)間也較長(zhǎng)。銅銦鎵硒（CIGS） 10% 在理論上是最具潛力的，轉(zhuǎn)換效率也較髙，但現(xiàn)階段技術(shù)掌握不足，因此開發(fā)商較少非晶硅是指硅原子的排列非常紊亂，它是以電漿式化學(xué)氣相沉積法，在玻璃等的基板上成長(zhǎng)厚度約1μm的非晶硅薄膜。它對(duì)于可見光譜的吸光能力很強(qiáng)，所以只需要薄薄的一層非晶硅就可以把光子的能量有效地吸收。第一代傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池所用的晶圓厚度要200～300μm，非晶硅太陽(yáng)能電池硅材料節(jié)省達(dá)200倍！可是非晶硅的太陽(yáng)能發(fā)電轉(zhuǎn)換效率非常低，只有6%～7%，而且長(zhǎng)時(shí)間光照會(huì)令轉(zhuǎn)換效率大幅降低，導(dǎo)致電池可靠性不高。不過，以多結(jié)式（Mulitjunction）結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池可改善非晶硅太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn)。 如今，日本夏普就在制造多結(jié)式薄膜太陽(yáng)能電池。夏普在傳統(tǒng)迭式兩層薄膜電池（一層非晶硅加上一層微晶硅）的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)了新的迭式三層薄膜電池（兩層非晶硅加上一層微晶硅），并能大量生產(chǎn)。這新結(jié)構(gòu)令薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率從11%增加到13%，模塊轉(zhuǎn)換效率從8.6%增加到10%。另一方面，碲化鎘和銅鋼鎵硒并不是以硅作原材料，它們都是化合物半導(dǎo)體。碲化鎘目前在實(shí)驗(yàn)室中的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)16%，而商業(yè)成品的轉(zhuǎn)換效率大約是11%。但是因碲的天然蘊(yùn)藏量有限，未必能支持太陽(yáng)能電池的需求量。鎘是各國(guó)管制的高污染性重金屬，因此，該技術(shù)的發(fā)展受到限制。銅銦鎵硒在實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)換效率亦很高，可達(dá)19%。但與碲一樣，銦的天然蘊(yùn)藏量也很有限。 薄膜技術(shù)不僅具有減少甚至不倚賴硅料的優(yōu)點(diǎn)，而且不需要經(jīng)過高耗能的提煉過程，亦可以減少能源的損耗。關(guān)于耗能，在太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)中，很多時(shí)候都用EPBT（能源回收期，Energy Pay-Back Time）來量化制造太陽(yáng)能電池所損耗的能源。EPBT的意思是，需要多少年的時(shí)間才可讓該太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量與制造該系統(tǒng)所消耗的能量相等。 太陽(yáng)能電池技術(shù) EPBT/年 系統(tǒng)生產(chǎn)能源比制造該系統(tǒng)所需能源/倍 單晶硅 2.7 10 多晶硅 2.2 12 絲帶晶硅 1.7 16 碲化鎘 1 27 如果各類電池所能生產(chǎn)的能源都是相同的，那么最短的能源回收期是碲化鎘薄膜電池，為期1年。而最長(zhǎng)則是單晶硅的能源回收期，為2.7年。第三列的數(shù)字代表該系統(tǒng)可產(chǎn)生的能源是制造該系統(tǒng)所需能源的多少倍。單晶硅的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)可生產(chǎn)的全部能量只是制造該系統(tǒng)所用能量的10倍；而碲化鎘最高可達(dá)27倍。這代表制造碲化鎘的能源消耗是最少的，而制造單晶硅的能源所需是最多的。這是因?yàn)?，單晶硅在提煉硅料及提拉晶體時(shí)都要耗費(fèi)大量能源。 薄膜技術(shù)還有其他好處，它能以卷動(dòng)的形式生產(chǎn)大面積太陽(yáng)能電池。如圖3-12，薄膜技術(shù)以好像是打印的方式將感光材料沉積在大面積的塑料上，因而可生產(chǎn)大面積的太陽(yáng)能電池，幾乎可以滿足任何形態(tài)的產(chǎn)品使用。如可在不銹鋼上噴上薄膜；將之安裝在汽車外殼；也可把薄膜涂在玻璃上，既作裝飾，又能發(fā)電；更廣泛的應(yīng)用是把薄膜配搭在建筑物料上或?qū)⑵漕A(yù)先融入建筑物料中。圖3-13顯示的是太陽(yáng)能電池結(jié)合地面磚照明（MPV）。雖然它的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)比第一代硅系太陽(yáng)能電池低，基于薄膜太陽(yáng)能電池的種種優(yōu)點(diǎn)，仍有不少研究單位和廠商在進(jìn)行新材料或生產(chǎn)流程的研發(fā)，期望能改善薄膜技術(shù)種種的缺點(diǎn)。無論如何，它的用途及靈活性足以使它成為未來太陽(yáng)能發(fā)展的新方向。 b.第三代和第四代太陽(yáng)能電池 第三代和第四代太陽(yáng)能電池多在研究階段，還未能夠完全商業(yè)化。但第三代及第四代的太陽(yáng)能電池的概念卻非常清楚：把太陽(yáng)能發(fā)電效應(yīng)推廣至更多材料中，使得太陽(yáng)能發(fā)電不受原料限制，能將其融入社會(huì)不同階層的生活中。 C.各大企業(yè)的技術(shù)取向 我們知道提升太陽(yáng)能電池技術(shù)是產(chǎn)業(yè)本質(zhì)，可大大幫助減低成本，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電的低價(jià)格化，使更多消費(fèi)者愿意利用太陽(yáng)能發(fā)電。但怎樣達(dá)到提升技術(shù)的目標(biāo)，各大企業(yè)卻各顯神通：業(yè)界的龍頭日本夏普自行研發(fā)客戶所需技術(shù)，例如BIPV，把薄膜技術(shù)融入到建筑材料里。德國(guó)Q-Cells著重從控制及并購(gòu)其他公司而得到不同的技術(shù)，例如和瑞典Silbro AB合組公司取得銅銦鎵硒薄膜技術(shù)。而中國(guó)尚德電力集中資源去提升太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率：發(fā)展“PLUTO”專利技術(shù)，期望單晶硅的發(fā)電效率在2008年達(dá)至20%。各大企業(yè)的取向或許不一樣，但殊途同歸，都是為了提高太陽(yáng)能電池技術(shù)，把太陽(yáng)能發(fā)電成本降低，爭(zhēng)取讓太陽(yáng)能發(fā)電融入生活。 二、整合供應(yīng)鏈（ISC） 前面，我們談過了太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的IPD，并得出這樣的結(jié)論：技術(shù)改進(jìn)是最重要的。但在太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)里，除了技術(shù)的穩(wěn)固，還需要供應(yīng)鏈的靈活性以實(shí)踐融入生活。整合供應(yīng)鏈便是從整個(gè)供應(yīng)鏈中選取最重要的步驟并加以管理，提高工作效率從而使企業(yè)得益.