光伏新能源到底是什么概念

熱心網(wǎng)友：光伏產(chǎn)業(yè)概述目前人類(lèi)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(lèi)能源供給量的80％以上。但常規(guī)礦物質(zhì)能源儲(chǔ)量有限，如果無(wú)節(jié)制的開(kāi)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(lèi)生存環(huán)境。近年來(lái)，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(lái)越廣，高空臭氧層空洞擴(kuò)大等現(xiàn)象，都是因?yàn)槿祟?lèi)大量使用并依賴(lài)傳統(tǒng)能源所造成。資料來(lái)源：中國(guó)可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)論文集圖表1 世界及中國(guó)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(wèn)題的最有效途徑，也是人類(lèi)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(yáng)能是唯一可以大量替代傳統(tǒng)能源的能源。而在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)中，光伏產(chǎn)業(yè)由于其具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，是可再生能源中發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)，無(wú)疑也是最具有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。資料來(lái)源：IEA（國(guó)際能源署）報(bào)告《Renewable Information2010》圖表2 1990～2008年世界可再生能源供給的年增長(zhǎng)率一、光伏產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)太陽(yáng)能是唯一能夠保證人類(lèi)未來(lái)需求的能量來(lái)源。光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能將光子轉(zhuǎn)化為電子的一個(gè)純物理過(guò)程，轉(zhuǎn)化過(guò)程不排放任何有害物質(zhì)，其特點(diǎn)如下：充足性：據(jù)美國(guó)能源部報(bào)告（2005年4月）世界上潛在水能資源4.6TW（1TW＝1012W），經(jīng)濟(jì)可開(kāi)采資源只有0.9TW；風(fēng)能實(shí)際可開(kāi)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(yáng)能潛在資源120000TW，實(shí)際可開(kāi)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(cè)（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(zhǎng)（20～50年、工作25年效率下降20%）、免維護(hù)、無(wú)人值守。清潔性：無(wú)燃料消耗、零排放、無(wú)噪聲、無(wú)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(kāi)始研究太陽(yáng)能要追溯于1839年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)，并由愛(ài)因斯坦在1904年對(duì)其做出了理論解釋?zhuān)液芸斓玫綄?shí)驗(yàn)證實(shí)；1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一個(gè)單晶硅光伏電池；1959年第一個(gè)光電轉(zhuǎn)換效率為5％的多晶硅光伏電池問(wèn)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(guó)建成；1975年美國(guó)制作出非晶硅光伏電池；1980年代初，光伏電池開(kāi)始規(guī)?；a(chǎn)；1983年美國(guó)在加州建立了當(dāng)時(shí)世界上最大的光伏電廠(chǎng)；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(lái)越受到關(guān)注，德、美、日等國(guó)政府相繼提出了光伏發(fā)電的“光伏屋頂計(jì)劃”、“新陽(yáng)光計(jì)劃”等，在政府的政策法規(guī)和行動(dòng)計(jì)劃推動(dòng)下，全球光伏產(chǎn)業(yè)以一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的面貌高速成長(zhǎng)，同時(shí)太陽(yáng)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(chǎng)的發(fā)展和轉(zhuǎn)移經(jīng)過(guò)三個(gè)階段。第一階段，1996年之前，美國(guó)光伏市場(chǎng)占全球市場(chǎng)份額達(dá)32.1%，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)25%，當(dāng)之無(wú)愧地成為世界光伏市場(chǎng)中心。第二階段，1996～2002年間，日本光伏市場(chǎng)保持了35%的年均增長(zhǎng)，一躍成為光伏市場(chǎng)最大消費(fèi)國(guó)，近年日本市場(chǎng)小幅回落，但銷(xiāo)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(duì)的市場(chǎng)主力，這得益于德國(guó)和西班牙等國(guó)的光伏補(bǔ)貼政策，快速刺激了歐盟市場(chǎng)中心的形成，目前我國(guó)有近80%的光伏產(chǎn)品出口至歐盟地區(qū)。資料來(lái)源：EPIA（歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，世界規(guī)模最大的太陽(yáng)能光伏行業(yè)協(xié)會(huì)）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(shì)目前已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)按電池技術(shù)路線(xiàn)分類(lèi)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(yáng)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(lèi)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(wú)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(huì)對(duì)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(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)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(jiǎn)稱(chēng)CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問(wèn)題，轉(zhuǎn)換效率也較高。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展光伏電池的一個(gè)重要方向。唯一問(wèn)題是材料來(lái)源，銦和硒都是稀有元素，因此這類(lèi)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(wú)機(jī)材料是剛剛開(kāi)始的一個(gè)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(lái)源廣泛，成本底等優(yōu)勢(shì)，對(duì)大規(guī)模利用太陽(yáng)能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備光伏電池的研究?jī)H僅剛開(kāi)始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無(wú)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(shí)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(lèi)電池還處于研究探索階段，短時(shí)間內(nèi)不可能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。4．聚光太陽(yáng)電池聚光光伏電池最大優(yōu)點(diǎn)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(yáng)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(xiàn)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(wú)優(yōu)勢(shì)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(chǎng)表現(xiàn)來(lái)看，05年起“薄膜”市場(chǎng)份額開(kāi)始不斷增加，到09年達(dá)到了18%（數(shù)據(jù)來(lái)源：Solarbuzz），趨勢(shì)相當(dāng)可觀(guān)。而且正是從09年開(kāi)始，發(fā)展“薄膜”的呼聲也越來(lái)越高：一方面硅晶電池剛剛經(jīng)歷了“硅”價(jià)巨幅波動(dòng)的事件導(dǎo)致各大廠(chǎng)家受損；另一方面，美國(guó)的FirstSolar公司異軍突起，把薄膜電池推上了新高度。2010年，國(guó)內(nèi)很多地方都上了薄膜項(xiàng)目，而一旦開(kāi)始生產(chǎn)薄膜電池，問(wèn)題也就暴露出來(lái)。首先是技術(shù)門(mén)檻問(wèn)題。“晶硅”技術(shù)經(jīng)歷了多年發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入成熟期，國(guó)內(nèi)幾個(gè)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(guó)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(mén)檻問(wèn)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(lái)晶硅組件價(jià)格一路走低，與薄膜組件的價(jià)格已經(jīng)很接近，薄膜組件的價(jià)格優(yōu)勢(shì)已不再明顯。但“晶硅”對(duì)比“薄膜”仍然存在高的轉(zhuǎn)換效率和較長(zhǎng)的使用壽命的優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，一些原打算開(kāi)展薄膜電池項(xiàng)目的企業(yè)，現(xiàn)在也都把項(xiàng)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(shí)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(yáng)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(yáng)能光熱發(fā)電。太陽(yáng)能光熱發(fā)電的建設(shè)和運(yùn)行門(mén)檻很高，我國(guó)在太陽(yáng)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(duì)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(wú)法滿(mǎn)足。我國(guó)目前太陽(yáng)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(chǎng)結(jié)合成互補(bǔ)電站，獨(dú)立穩(wěn)定工作的不多（示范項(xiàng)目：江蘇江寧縣70kW示范電站，863計(jì)劃北京延慶1MW實(shí)驗(yàn)電站）。由于技術(shù)障礙，我國(guó)在5～10年內(nèi)都會(huì)處于試驗(yàn)示范階段，光熱發(fā)電不會(huì)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(lái)源幾方面綜合判斷，未來(lái)5～10年太陽(yáng)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(chǎng)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(diǎn)放在研究上，深入掌握核心技術(shù)。

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