太陽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...

【專家解說】：太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)分析(2011-02-07 11:34:37)轉(zhuǎn)載標(biāo)簽： 日本太陽能發(fā)電太陽能電池尚德電力p型半導(dǎo)體財經(jīng) 2007年下旬,國際油價已上升至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!有研寒報告指出：石油會在41年后枯竭,天然氣會在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.其實能源短缺已不是今天才發(fā)生的事,具有遠(yuǎn)見的國家,例如日本及德國,它們居安思危,除了意識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是掌握在某幾個國家手中的.為了盡早擺脫依賴產(chǎn)油國的狀況,它們早在數(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.到了近20年,各國在研究再生能源上都取得了成果,其中太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更是一日千里.所謂太陽能發(fā)電,就是把光能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù).太陽能發(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.現(xiàn)今的石化能源價格日漸昂貴,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；而太陽能用之不竭,幾乎不產(chǎn)生任何污染.我們預(yù)計太陽能在未來將會是其中一種最有效及最常用的能源.從2000年開始,基于太陽能發(fā)電技術(shù)的日趨成熟,人們生態(tài)環(huán)保的意識亦漸漸增強(qiáng),加上各國政府政策上的推動,太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)正步入高速增長期.根據(jù)調(diào)查顯示,太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)在過去五年的平均增長率超過40%!借這個太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的春風(fēng),各國企業(yè)都如雨后春_般跑到這個朝陽行業(yè)來；其間企業(yè)與企業(yè)之間的競爭、并購過程非常激烈.我們對太陽能發(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)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的行業(yè)本質(zhì)是如何把太陽能發(fā)電技術(shù)融入生活.先介紹太陽能發(fā)電行業(yè)的概況,然后會從太陽能發(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)展太陽能發(fā)電技術(shù),從而把太陽能帶進(jìn)我們的生活；接著,我們以不同的企業(yè)去印證太陽能發(fā)電行業(yè)的本質(zhì)；最后,我們將為這個行業(yè)的研究做個總結(jié).一、太陽能發(fā)電的優(yōu)勢太陽能屬于再生能源.目前常見的再生能源主要有風(fēng)能、水能、太陽能和地?zé)?其中,太陽能是總體上最可利用的再生能源.與風(fēng)能相比,太陽能穩(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.太陽能發(fā)電還有以下優(yōu)點：屬于可再生能源,不必?fù)?dān)心能源枯竭.太陽能本身并不會給地球增加熱負(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使用,也可并入電網(wǎng)供大眾使用.太陽能發(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、太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的歷史及現(xiàn)狀利用太陽能的發(fā)展自2000年起慢慢起步,過去5年世界平均年增長超過40%.其中日本的發(fā)展尤為迅速,太陽能的利用在該國受到很大的重視.在20世紀(jì)90年代初期,全世界太陽能電池的產(chǎn)量在100MW之下.當(dāng)時日本已經(jīng)是全球最大的太陽能電池生產(chǎn)國,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能發(fā)電技術(shù)了.到了20世紀(jì)90年代末,太陽能電池的全球產(chǎn)量已飆升至287.7MW,比1990年的產(chǎn)量足足增長了6倍,年均增長率達(dá)20%!更驚人的是,從2000年至2006年這6年間,太陽能電池的年產(chǎn)量又增加了9倍：從2000年的287.7MW到2006年的2500MW,年均增長率超過40%!要留意的是,時至今日,日本依然是全球最大的太陽能電池生產(chǎn)國,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,與其他國家相比,優(yōu)勢愈來愈大.相比之下,美國就給人以原地踏步的感覺：1990年它的市場占有率為31.8%,到了2006年已縮減至8.1％.從這個現(xiàn)象我們可以知道,各國政府對太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)有著不同的態(tài)度和目標(biāo).而事實上,在國家政策上,我們發(fā)現(xiàn)日本的資助計劃的確比美國更加全面.日本在太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位可以說是毋庸置疑.太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈分上、中、下游三個部分.上游事業(yè)包括提煉太陽能級硅、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能發(fā)電系統(tǒng).太陽能發(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.原因很簡單：在產(chǎn)業(yè)的上、中、下游三個部分中,上游業(yè)務(wù)所需要的技術(shù)、成本都是最高的.正因為如此,進(jìn)人上游業(yè)務(wù)的門坎相對中游及下游業(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)量占整個行業(yè)的60%.太陽能電池制造商超過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,我們說太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的確是典型的金字塔模式.就提煉太陽能級硅來說,美國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能電池的龍頭企業(yè),緊隨其后的是德國Q-Cells和日本京瓷.而下游的市場則比較分散,除了德國SMA占整個下游的不足20%外,其余企業(yè)的市場占有率都不太突出.我們會集中討論中游部分：太陽能電池制造商.根據(jù)2006年的資料,太陽能電池制造商五強(qiáng)依次是日本夏普、德國Q-Cells,日本京瓷、中國尚德電力（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、德國及中國尚德電力作為本章的重點案例.為了集中討論世界的太陽能發(fā)電行業(yè),而不要變成只研究日本太陽能發(fā)電行業(yè)的報告,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,而這就是它們從競爭激烈的行業(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,太陽能電池的制造及裝嵌；德國Q-Cells把資源集中在太陽能電池的制造；而中國尚德電力則主要是制造太陽能電池及模塊裝嵌.我們會仔細(xì)研究它們在企業(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、中國尚德電力及德國Q-Cells作為案例,讓讀者能從案例中了解太陽能發(fā)電行業(yè)的本質(zhì).三、太陽能發(fā)電技術(shù)太陽能發(fā)電技術(shù)是將太陽能轉(zhuǎn)化為電力的技術(shù).當(dāng)太陽光照射在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間時,基于物理效應(yīng),電極之間就會產(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）.雖說太陽能電池的設(shè)計日新月異,但硅系太陽能電池都是運(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).這使得依賴太陽能發(fā)電的地方需要24小時運(yùn)作,因為晚間沒有陽光,用電可向地方電網(wǎng)購買.這可解決太陽能技術(shù)在沒有陽光時的難題.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)太陽能發(fā)電技術(shù)對中國偏遠(yuǎn)農(nóng)村發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)具有重要意義.國際能源處的數(shù)據(jù)顯示,2006年世界前十大太陽能電池生產(chǎn)商中,日本生產(chǎn)商占4名、德國生產(chǎn)商占3名、中國占2名、英國占1名.這說明,在太陽能發(fā)電技術(shù)上,日本和德國占有領(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Q-Cells占10.1%.中國尚德電力是唯一能進(jìn)入前10名的中國內(nèi)地公司.在2006年,它的市場份額占全世界的6.3%.到了今天,雖說太陽能發(fā)電行業(yè)正步人強(qiáng)勁的增長期,但太陽能還不能取代傳統(tǒng)石化能源,原因是太陽能發(fā)電成本太高.以我國為例：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能發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵.行業(yè)本質(zhì)太陽能行業(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)計部門開發(fā)出來的產(chǎn)品不一定完全符合市場需要,釆購部門對新產(chǎn)品所需的材料不一定有完善的供應(yīng)計劃,生產(chǎn)部對于新產(chǎn)品不一定有一套完整的工序.產(chǎn)品設(shè)計部設(shè)計出來的“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)市場需要,如以太陽能發(fā)電行業(yè)為例,各企業(yè)認(rèn)定市場的要求是融入生活；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Q-Cells則著重與其他企業(yè)合作或通過并購取得技術(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需要,又能以最短的時間生產(chǎn)并拿到消費(fèi)者手中.2.太陽能發(fā)電的困難及未來讓我們想一想,太陽能發(fā)電至今為止都需要政府進(jìn)行各種補(bǔ)貼,其中一個最大的原因是發(fā)電成本極高.如前所述,在現(xiàn)今國內(nèi),太陽能發(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?雖說各國政府已意識到發(fā)展新能源的迫切性,并實行了一系列的補(bǔ)貼計劃以推動太陽能發(fā)電.但歸根結(jié)底,太陽能發(fā)電之所以尚未普及,很大程度上是因為技術(shù)不夠成熟,發(fā)電成本還不足以使太陽能發(fā)電融入社會每個階層的生活.在太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)價值鏈中的每一個階段、每一個制造程序,尤其是屬于上游的硅材料提煉階段,成本仍然偏高.成功的太陽能發(fā)電企業(yè)當(dāng)然意識到這個癥結(jié)所在,于是為了降低成本,各大企業(yè)研發(fā)的研發(fā),并購的并購,務(wù)求在最短的時間里得到最新的技術(shù),在眾多的企業(yè)中領(lǐng)先其他對手,以獲得支配整個行業(yè)的地位.以下,我們把太陽能發(fā)電的技術(shù)、困難以及未來逐一進(jìn)行探討.太陽能發(fā)電技術(shù)可分為四代,簡介如下：第一代為硅系太陽能電池,現(xiàn)有產(chǎn)品為單晶硅和多晶硅太陽能電池,其轉(zhuǎn)換效率（即將太陽能轉(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)在市場上超過90%之太陽能發(fā)電均使用第一代技術(shù).第二代為多元化合物薄膜太陽能電池,現(xiàn)有產(chǎn)品為：非晶硅薄膜太陽能電池、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、染料敏化太陽能電池.此技術(shù)的特點是不依賴于傳統(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.第四代太陽能電池包括：納米晶化學(xué)太陽能電池、多光譜太陽能電池.多光譜太陽能電池能吸收紅外線光譜部分熱量使太陽能電池更有效.但此新技術(shù)仍在實驗室試驗階段.（1）第一代太陽能電池的問題第一代的太陽能電池主要以硅為材料,而硅料則是由石英砂提煉而成.第一個步驟是把石英砂通過數(shù)個程序制成晶硅.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,就有了太陽能發(fā)電的基礎(chǔ).太陽能電池生產(chǎn)商把薄薄的硅片加以排列、加工、合成以制成太陽能電池.到了這里,以后的程序就比較簡單了.模塊生產(chǎn)商把太陽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.太陽能電池模塊已是能獨立運(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能電池制造技術(shù).但它的缺點就是太陽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,太陽能電池模塊體積又大又笨重,由此可見,太陽能發(fā)電的應(yīng)用范圍亦會比較狹窄.在種種不同的條件限制下,加上不斷上升的硅材料價格,第一代太陽能電池的制造成本居高不下.（2）第一代太陽能電池的演變看過了第一代太陽能電池的制造流程,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)太陽能電池過程中所損耗的材料；改善太陽能電池設(shè)計以提升轉(zhuǎn)換效率；研發(fā)新的太陽能發(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Q-Cells的年報,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)保而且會消耗硅材料.絲帶狀硅晶提拉技術(shù)可幫助減低在加熱時所消耗的能源及硅料的浪費(fèi).它的制造工藝是從一個小型硅熔爐（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.簡單來說,制作一個絲帶狀硅晶就像制作一個肥皂泡——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)一步加工成太陽能電池.這是小型硅熔爐實際情況,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)展是可同時提拉多條硅晶帶.B.提升太陽能發(fā)電轉(zhuǎn)換效率另一項有效減低成本的方法便是改善太陽能電池的設(shè)計,繼而提升太陽能發(fā)電的效率.例如中國尚德電力研究出了專利“PLUTO”技術(shù).在2006年測試生產(chǎn)中,單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)18%～19%,并可望于2008年達(dá)到20%,與實驗室中的極限25%愈來愈近.然而,轉(zhuǎn)換效率的提升如何幫助太陽能電池融入生活當(dāng)中?作為最終使用太陽能發(fā)電技術(shù)的終端客戶,要使太陽能發(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)者能夠清楚計算出太陽能發(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算,并從轉(zhuǎn)換效率對還付期進(jìn)行靈敏度分析去證明轉(zhuǎn)換效率的重要性.“還付期”是指一個太陽能發(fā)電系統(tǒng)需要運(yùn)作多少年時間,才能讓節(jié)省下來的電費(fèi)總和與整個系統(tǒng)的安裝成本相等.方程式是這樣的：還付期=太陽能發(fā)電系統(tǒng)成本/每年節(jié)省的電費(fèi)舉個例子：美國加州舊金山某住宅的太陽能發(fā)電系統(tǒng)價格為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)作的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中,太陽能電池轉(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,還付期會有怎樣的改變呢?這代表當(dāng)轉(zhuǎn)換效率在增加的時候,還付期是會相對減少的.如果太陽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.所以中國尚德電力利用“PLUTO”技術(shù)把太陽能電池轉(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%.我們將簡略介紹這方面的技術(shù).在太陽能電池頂部加上菲涅爾透鏡,將80%～90%的太陽光線聚焦于太陽能電池上,使每個太陽能電池能接受更多光能,而太陽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.太陽能電池轉(zhuǎn)換效率高達(dá)35%,相比普通太陽能電池轉(zhuǎn)換效率增加了2倍.因為新增的透鏡是普通光學(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光,即是它要求光線垂直射于菲涅爾透鏡上.為了使太陽能電池能持續(xù)并直接接受太陽光的照射,它需要一個機(jī)械跟蹤系統(tǒng)使太陽能電池系統(tǒng)能調(diào)整到能與太陽精確對應(yīng)的位置.這將增加整個系統(tǒng)的維修成本和造成額外的維修問題.另一方面,當(dāng)太陽能電池在高能量光線下工作的時候,會產(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,由于太陽能電池長時間在高溫之下運(yùn)作,令電池加速老化,對電池的可靠性造成問題,這將顯著減低太陽能電池的壽命.所以說,沒有更新的技術(shù)突破,提高太陽能發(fā)電轉(zhuǎn)換效率是不容易的.C.研發(fā)新技術(shù)第一代太陽能電池技術(shù)是硅片型太陽能電池,如前所述,所需的能源和材料都很多.因為近年硅料的暫時短缺,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能電池技術(shù).因而我們開始使用第二代太陽能電池技術(shù)——薄膜技術(shù).a.薄膜太陽能電池薄膜太陽能電池是在便宜的基板上（如廉價的玻璃、不銹鋼或塑料）沉積一層可產(chǎn)生太陽能發(fā)電效應(yīng)的薄膜,厚度只需數(shù)微米.目前薄膜太陽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)中研究時間最長,市場占有率達(dá)64%,市場份額最大.在其余的兩種化合物薄膜技術(shù)中,碲化鎘有26%的市場份額并正在急劇增加.銅銦鎵硒也占有10%的份額市場.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年薄膜市場份額 特點非晶硅（a-S） 64% 它的研究進(jìn)行時間最長,可能是3個技術(shù)中最為人所能理解的材料,商業(yè)化的時間也是最長的.碲化鎘（CdTe） 26% 雖然鎘是有毒的,但其市場份額正在急劇增加.該產(chǎn)品商業(yè)化的時間也較長.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厚度約1μm的非晶硅薄膜.它對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)太陽能電池所用的晶圓厚度要200～300μm,非晶硅太陽能電池硅材料節(jié)省達(dá)200倍!可是非晶硅的太陽能發(fā)電轉(zhuǎn)換效率非常低,只有6%～7%,而且長時間光照會令轉(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)的太陽能電池可改善非晶硅太陽能電池的缺點.如今,日本夏普就在制造多結(jié)式薄膜太陽能電池.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.碲化鎘目前在實驗室中的轉(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,未必能支持太陽能電池的需求量.鎘是各國管制的高污染性重金屬,因此,該技術(shù)的發(fā)展受到限制.銅銦鎵硒在實驗室的轉(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,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,在太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)中,很多時候都用EPBT（能源回收期,Energy Pay-Back Time）來量化制造太陽能電池所損耗的能源.EPBT的意思是,需要多少年的時間才可讓該太陽能發(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.這是因為,單晶硅在提煉硅料及提拉晶體時都要耗費(fèi)大量能源.薄膜技術(shù)還有其他好處,它能以卷動的形式生產(chǎn)大面積太陽能電池.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顯示的是太陽能電池結(jié)合地面磚照明（MPV）.雖然它的太陽能轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)比第一代硅系太陽能電池低,基于薄膜太陽能電池的種種優(yōu)點,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.無論如何,它的用途及靈活性足以使它成為未來太陽能發(fā)展的新方向.b.第三代和第四代太陽能電池第三代和第四代太陽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能電池的概念卻非常清楚：把太陽能發(fā)電效應(yīng)推廣至更多材料中,使得太陽能發(fā)電不受原料限制,能將其融入社會不同階層的生活中.C.各大企業(yè)的技術(shù)取向我們知道提升太陽能電池技術(shù)是產(chǎn)業(yè)本質(zhì),可大大幫助減低成本,實現(xiàn)太陽能發(fā)電的低價格化,使更多消費(fèi)者愿意利用太陽能發(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Q-Cells著重從控制及并購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).而中國尚德電力集中資源去提升太陽能電池轉(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,都是為了提高太陽能電池技術(shù),把太陽能發(fā)電成本降低,爭取讓太陽能發(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)鏈的靈活性以實踐融入生活.整合供應(yīng)鏈便是從整個供應(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.