光伏新能源到底是什么概念？

【專家解說】：光伏產(chǎn)業(yè)概述

目前人類能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，石油、煤炭、天然氣、鈾等礦物資源占到了人類能源供給量的80％以上。但常規(guī)礦物質(zhì)能源儲量有限，如果無節(jié)制的開采，全球?qū)⒑芸烀媾R能源短缺危機(jī)。另外常規(guī)礦物質(zhì)能源使用后排放大量的CO2、SO2、核廢料等威脅著人類生存環(huán)境。近年來，全球性的氣候變暖，兩極冰川融化，海平面上升，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，生物多樣性消失，酸雨范圍越來越廣，高空臭氧層空洞擴(kuò)大等現(xiàn)象，都是因為人類大量使用并依賴傳統(tǒng)能源所造成。

資料來源：中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研討會論文集
圖表1 世界及中國主要能源資源使用年限
發(fā)展環(huán)?？稍偕茉词墙鉀Q上述問題的最有效途徑，也是人類能否在地球上永續(xù)生存下去的關(guān)鍵要素。在諸多可再生能源中，太陽能是唯一可以大量替代傳統(tǒng)能源的能源。而在太陽能產(chǎn)業(yè)中，光伏產(chǎn)業(yè)由于其具有的諸多優(yōu)點，是可再生能源中發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)，無疑也是最具有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。

資料來源：IEA（國際能源署）報告《Renewable Information2010》
圖表2 1990～2008年世界可再生能源供給的年增長率
一、光伏產(chǎn)業(yè)的特點
太陽能是唯一能夠保證人類未來需求的能量來源。光伏發(fā)電是利用太陽能將光子轉(zhuǎn)化為電子的一個純物理過程，轉(zhuǎn)化過程不排放任何有害物質(zhì)，其特點如下：
充足性：據(jù)美國能源部報告（2005年4月）世界上潛在水能資源4.6TW（1TW＝1012W），經(jīng)濟(jì)可開采資源只有0.9TW；風(fēng)能實際可開發(fā)資源2～4TW；生物質(zhì)能3TW；海洋能不到2TW；地?zé)崮艽蠹s12TW；太陽能潛在資源120000TW，實際可開采資源高達(dá)600TW。
安全性：運(yùn)行可靠、使用安全；發(fā)電規(guī)律性強(qiáng)、可預(yù)測（調(diào)度比風(fēng)力發(fā)電容易）。
廣泛性：生產(chǎn)資料豐富（地殼中硅元素含量位列第二）、建設(shè)地域廣（荒漠、建筑物等）、規(guī)模大小皆宜。
免維護(hù)：使用壽命長（20～50年、工作25年效率下降20%）、免維護(hù)、無人值守。
清潔性：無燃料消耗、零排放、無噪聲、無污染、能量回收期短（0.8～3.0年）。
二、光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程
世界上最早開始研究太陽能要追溯于1839年法國物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)，并由愛因斯坦在1904年對其做出了理論解釋，且很快得到實驗證實；1954年美國貝爾實驗室制成第一個單晶硅光伏電池；1959年第一個光電轉(zhuǎn)換效率為5％的多晶硅光伏電池問世； 1960年，晶硅光伏電池發(fā)電首次并入常規(guī)電網(wǎng)；1969年世界上第一座光伏發(fā)電站在法國建成；1975年美國制作出非晶硅光伏電池；1980年代初，光伏電池開始規(guī)?；a(chǎn)；1983年美國在加州建立了當(dāng)時世界上最大的光伏電廠；1983年世界光伏組件產(chǎn)量達(dá)21.3MW（1MW＝106W），光伏產(chǎn)業(yè)顯露雛形。1990年以后，在能源危機(jī)和全球氣候變暖的壓力下，可再生能源越來越受到關(guān)注，德、美、日等國政府相繼提出了光伏發(fā)電的“光伏屋頂計劃”、“新陽光計劃”等，在政府的政策法規(guī)和行動計劃推動下，全球光伏產(chǎn)業(yè)以一個朝陽產(chǎn)業(yè)的面貌高速成長，同時太陽能光伏發(fā)電被譽(yù)為世界十種能源中發(fā)展最快的能源。
1990年以后全球光伏市場的發(fā)展和轉(zhuǎn)移經(jīng)過三個階段。第一階段，1996年之前，美國光伏市場占全球市場份額達(dá)32.1%，年復(fù)合增長率達(dá)25%，當(dāng)之無愧地成為世界光伏市場中心。第二階段，1996～2002年間，日本光伏市場保持了35%的年均增長，一躍成為光伏市場最大消費(fèi)國，近年日本市場小幅回落，但銷售的存量仍位居世界前列，2007年光伏電站存量達(dá)1GW（109W）左右。第三階段，2003至今，歐盟成為絕對的市場主力，這得益于德國和西班牙等國的光伏補(bǔ)貼政策，快速刺激了歐盟市場中心的形成，目前我國有近80%的光伏產(chǎn)品出口至歐盟地區(qū)。

資料來源：EPIA（歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會，世界規(guī)模最大的太陽能光伏行業(yè)協(xié)會）
圖表3 2009年光伏產(chǎn)品按地區(qū)安裝比例
三、光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢
目前已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化競爭的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)按電池技術(shù)路線分類主要分為晶體硅光伏電池、薄膜光伏電池和聚光光伏電池。其中晶體硅光伏電池是目前發(fā)展最成熟的在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。
太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，還可分為：硅光伏電池、多元化合物薄膜光伏電池、聚合物多層修飾電極型光伏電池、納米晶光伏電池、有機(jī)光伏電池等。

圖表4 光伏電池分類及規(guī)模化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率
1．多元化合物薄膜光伏電池
多元化合物薄膜光伏電池材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜光伏電池等。
硫化鎘、碲化鎘薄膜光伏電池的效率較非晶硅薄膜光伏電池效率高，成本較晶體硅光伏電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此并不是最理想的光伏電池。
砷化鎵（GaAs）III-V族化合物光伏電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)40%。GaAs 化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了GaAs電池的普及。
銅銦硒薄膜光伏電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率也較高。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為今后發(fā)展光伏電池的一個重要方向。唯一問題是材料來源，銦和硒都是稀有元素，因此這類電池的發(fā)展必然受到限制。
2．聚合物多層修飾電極型光伏電池
聚合物多層修飾電極型光伏電池以有機(jī)聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個光伏電池制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備光伏電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是晶體硅光伏電池相比。能否發(fā)展成為具有實用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。
3．納米晶光伏電池和有機(jī)光伏電池
納米晶光伏電池轉(zhuǎn)化效率可達(dá)10%，有機(jī)光伏電池轉(zhuǎn)化效率可達(dá)6%，轉(zhuǎn)換效率還比較低，這兩類電池還處于研究探索階段，短時間內(nèi)不可能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
4．聚光太陽電池
聚光光伏電池最大優(yōu)點就是高轉(zhuǎn)換效率（30%～40%），以及較小的占地面積。聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由高效聚光太陽電池、高性能的聚光跟蹤系統(tǒng)、有效的電池散熱系統(tǒng)組成。由于高效聚光光伏電池的技術(shù)路線尚未定型，聚光光伏發(fā)電規(guī)?；a(chǎn)業(yè)鏈也未形成，高性能的聚光跟蹤系統(tǒng)和有效的電池散熱系統(tǒng)的成本控制難度大，因而聚光光伏發(fā)電暫無優(yōu)勢可言。
5．晶體硅光伏電池和薄膜光伏電池
關(guān)于“晶硅”和“薄膜”孰優(yōu)孰劣的討論也很多。從市場表現(xiàn)來看，05年起“薄膜”市場份額開始不斷增加，到09年達(dá)到了18%（數(shù)據(jù)來源：Solarbuzz），趨勢相當(dāng)可觀。而且正是從09年開始，發(fā)展“薄膜”的呼聲也越來越高：一方面硅晶電池剛剛經(jīng)歷了“硅”價巨幅波動的事件導(dǎo)致各大廠家受損；另一方面，美國的FirstSolar公司異軍突起，把薄膜電池推上了新高度。2010年，國內(nèi)很多地方都上了薄膜項目，而一旦開始生產(chǎn)薄膜電池，問題也就暴露出來。
首先是技術(shù)門檻問題?！熬Ч琛奔夹g(shù)經(jīng)歷了多年發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入成熟期，國內(nèi)幾個大型企業(yè)已經(jīng)熟練掌握了晶硅電池的技術(shù)，并且有了自己的技術(shù)創(chuàng)新和突破。而薄膜電池則不同，技術(shù)仍在不斷發(fā)展變化，特別是非硅薄膜電池技術(shù)，材料和工藝上都有很多技術(shù)難關(guān)，國內(nèi)的大多數(shù)企業(yè)并不具備足夠的水平，還都只是探索階段，卻要面臨在薄膜電池技術(shù)領(lǐng)先的FirstSolar公司和已經(jīng)技術(shù)成熟的晶硅電池雙重壓力，發(fā)展困難可想而知。
其次是資金門檻問題。薄膜電池的設(shè)備投入比晶硅電池大，而且所有配套設(shè)備都依靠進(jìn)口。隨著薄膜電池技術(shù)不斷發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備也隨之更新?lián)Q代，很容易造成設(shè)備投資上的浪費(fèi)。
近年來晶硅組件價格一路走低，與薄膜組件的價格已經(jīng)很接近，薄膜組件的價格優(yōu)勢已不再明顯。但“晶硅”對比“薄膜”仍然存在高的轉(zhuǎn)換效率和較長的使用壽命的優(yōu)勢。事實上，一些原打算開展薄膜電池項目的企業(yè)，現(xiàn)在也都把項目放緩（尚德、英利），所以薄膜電池想要真的發(fā)展，還是需要一定的時間。
單晶硅光伏電池與多晶硅光伏電池相比轉(zhuǎn)化效率高（單晶18～20%、多晶16～18%）、成本高，由于其成本控制難度大，全面勝出的可能性不大。
6．太陽能光熱發(fā)電
除光伏發(fā)電外達(dá)到工程應(yīng)用水平的還有太陽能光熱發(fā)電。太陽能光熱發(fā)電的建設(shè)和運(yùn)行門檻很高，我國在太陽能光熱發(fā)電部件研發(fā)上還幾乎是空白：曲面反光鏡，高溫真空管，有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電機(jī)組，斯特林發(fā)電機(jī)組等。此外，與光伏發(fā)電不同，光熱發(fā)電對于環(huán)境也有更高要求：必須直射光，而且需要水冷卻，這樣在荒漠地區(qū)，就無法滿足。我國目前太陽能光熱發(fā)電尚處于研究示范階段，光熱發(fā)電與常規(guī)電廠結(jié)合成互補(bǔ)電站，獨立穩(wěn)定工作的不多（示范項目：江蘇江寧縣70kW示范電站，863計劃北京延慶1MW實驗電站）。由于技術(shù)障礙，我國在5～10年內(nèi)都會處于試驗示范階段，光熱發(fā)電不會成為主導(dǎo)潮流。
結(jié)論
從技術(shù)成熟度、轉(zhuǎn)化效率及材料來源幾方面綜合判斷，未來5～10年太陽能發(fā)電技術(shù)占主流的仍為晶體硅（以多晶硅為主）和非晶硅薄膜光伏技術(shù)。目前市場占有率：多晶硅電池52%，單晶硅電池38%，非晶硅薄膜電池8%，其他化合物薄膜電池2%。發(fā)展非晶硅薄膜光伏技術(shù)，還不宜盲目擴(kuò)大規(guī)模，還是應(yīng)該重點放在研究上，深入掌握核心技術(shù)。