第二章 太阳能光电产业发展状况及趋势
第一节 太阳能光电发展状况
太阳能光电已成为全球发展最快的能源。50年代第一块实用的硅太阳电池的问世，揭开了光电技术的序幕，也揭开了人类利用太阳能的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来，太阳能光电技术发展迅猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出，利用太阳能获取电力已成为全球发展最快的能量补给方式。报告说，1990年以来，全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均16%的幅度递增，目前总发电能力已达800MW，相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能。
提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键。当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中，太阳能光 电仍是花费最高的一种形式，因此，发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率。近年来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低， 应用领域不断扩大。目前，世界太阳电池年产量已超过150MW，是1944年产量的两倍还多， 如表4所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%，澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已达24.4%；多晶硅太阳电池效率也达14%，实验室最大效率为19.8%；非晶硅太阳电池的稳 定效率，单结6～9%，实验室最高效率为12%，多结电池为8～10%，实验室最高效率为11.83 %.。为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于生产规模的扩大，生产工艺的改进，晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3～3.5美元/Wp，售价也相应降到4~5美元/Wp；非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元，多结售价为4～5 美元/Wp。与十年前相比，太阳光电池价格普遍降低了20%。最近，瑞士联邦工学院M•格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池，其光电转换率高达33%，并成功地采用了一种无定形有机材料代替电解液，从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少，使用起来也更加简便。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，光电池成本及售价将会大幅下降，为地面用光伏组件成本/价格的预测结果，表6为美国国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计。对比表5，表6，可以看出，2010年以后，由于太阳能电池成本的下降，可望使光伏技术进入大规模发展时期。
表4 世界光电组件的产量及年增长率
表5 太阳能电池组件成本/价格预测(美元)
表6 太阳能电池成本与市场的关系
表7商品化光伏直流组件效率预测(%)
[DividePage:NextPage]
第二节 光伏新技术发展趋势
光伏技术发展的趋势，近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各种新型太阳能光电池的发展。近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速，日新月异。晶体硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转换效率的主要技术障碍有：
电池表面栅线遮光影响；
表面光反射损失；
光传导损失；
内部复合损失；
表面复合损失。
针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有：
单双层减反射膜；
激光刻槽埋藏栅线技术；
绒面技术；
背点接触电极克服表面栅线遮光问题；
高效背反射器技术；
光吸收技术。
随着这些新技术的应用，发明了不少新的电池种类，极大地提高了太阳能电池的转换效率，如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%，他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池，约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5～8美分/kWh。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但其成本难以大幅度下降，而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年前，澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%，为此，澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究，并希望10年内使该项技术商业化。
高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，近年来，一些新型高效电池不断问世。专家推断，只要有一二种取得突破，就会使光电池局面得到极大的改观。
(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池：1974年CIS电池在美国问世，1993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%，由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%，多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点，各国都在争相研究开发，并积极探索大面积 应用的批量生产技术。
(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕：通过非晶硅与窄禁带材料的层叠，是有效利用 长波太阳光，提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明，把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。
(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕：Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率，这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作，并能以低于1美元/Wp的成本获得超 高效率。
(4)大面积光伏纳米电池：1991年瑞士博士领导的研究小组，用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料，和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出微晶颜料敏感太阳能电池，简称纳米电池。计算表明，可制造出转换效率至少为12%的低成本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。
第三节 国外光伏市场发展现状与趋势
随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。
欧洲太阳光伏产业拥有35MWp／a的生产能力。光电产品年营业额约折合31. 2亿元人民币，占太阳能产品年营业额的63％。欧洲每年安装约12MWp，其余用于出口。目前欧洲太阳光伏产业正向10～100MW级规模和自动化方向发展，改进生产工艺、提高转换效率是降低太阳电池成本的技术基础，扩大生产规模和提高生产自动化程度，是降低电池成本的技术经济手段，欧洲各国制造商现正纷纷扩大或建立更大规模的生产厂。目前在建规模为10～50MWp／a，同时进行500MWp／a生产能力的可行性研究。其分析结果表明500MWp／a规模可使光伏组件成本降低到1美元／Wp左右。光电应用初期的重点是为电网未覆盖的农村及边远地区供电。
近年来，由于非联网系统基于饱和，对联网系统的兴趣有所增加。一些光电联网系统的示范项目在奥地利、丹麦、德国、荷兰以及瑞士建成。德国到1995年底，已完成了2000个（平均功率2～64kWp）系统的安装。1996－1997年，德国太阳电池装置的发电容量几乎增加了50％，从23MWp增加到34MWp，同期世界市场也增加了30％。至1995年底，瑞士也已安装了7MWp作为执行示范项目的成果。并网集中光伏发电厂已在某些国家进行示范，目前世界上最大的3．3MWp的光伏发电系统在意大利建成运行。希腊能源部已经与美国Amoco／Enron Solar公司签订合同，在Crete岛建造50MWp的光伏发电站。该发电站将于2003年建成，其发电量是目前最大光伏发电系统的15倍。
光电与建筑集成以及并网发电是目前欧洲光电应用的重要方向和热点，它的快速发展代表太阳光伏技术进入了一个新的历史阶段，标志着光电开始从补充能源的地位向替代能源过渡。欧洲已经成为世界光伏应用研究与组件生产增长最快的地区之一。
1德国:巴伐利亚州将建成大型太阳能发电场
太阳能发电技术位居世界前列的德国，在巴伐利亚州法兰哥尼亚地区的阿恩施泰因建成大型的太阳能发电场，其发电功率为12.4兆瓦，可以同时满足3500户家庭的用电需要。这座太阳能发电场占地77公顷，将拥有1500套太阳能发电装置。它由两家私人企业联合策划，建成后发电功率是目前世界上最大的5兆瓦风力发电站的两倍多。这两家企业计划完全通过私人购买的方式，筹集建场所需的7500万欧元。个人购买套太阳能发电装置的需要先投资1.44万欧元。据调查，这种集资建太阳能发电场的全新途径在德国有着广阔的发展前景。
生产可再生能源的现代科学技术在德国一直广受欢迎。德国环境部委托该国Forsa市场调查机构于2005年5月初进行调查，调查结果显示，接近62%的德国人认为应该增加在可再生能源方面的投入。大部分受访者支持利用风力发电，并赞同努力在未来20至25年内实现。利用海上风力发电站，可满足该国15%的电力需求。
在未来20年至30年内，太阳能是另一个将获得长足发展的能量来源。调查结果还显示，有85%的德国民众将太阳能视为替代传统能源的理想选择。
2.日本：自家发电还能卖给政府
1973年第一次石油危机的爆发对日本产生了重大影响，石油危机终结了日本经济高速增长的时代。此后，日本政府提倡节省能源，加强新能源开发，放宽能源限制，大力开发新能源，采用太阳能、风能、燃料电池、氢能、超导能等。日本正在极力谋求多角度、全方位的能源安全措施，通过这些努力来保护环境，构筑新层次的可持续发展的社会。在替代能源和节能技术的研发上，日本舍得投入，力图确保未来能源科技的制高点，推出"新阳光计划"，每年拨款570多亿日元研究再生能源技术、能源输送与储存技术等。
在日本，太阳能发电是非常普及的。在家庭方面，太阳能发电普及的难点就是费用非常高。购买太阳能发电装置的费用能否比电费合算是关键，这在以前也是做不到的。当时的太阳能发电装置很难卖出去，正是因为卖的数量少，所以不能大规模批量生产。
现在，家庭购买这种装置，一半的费用由政府来补贴，所以现在卖出去的越来越多，价格也随之降低了。据了解， 10年前，日本3千瓦的发电设备价格约为600万日元，这大概够交几十年的电费，而现在的市场价格降低了一半。折合成人民币，约从40万元降到了20万元左右。
在日本使用太阳能发电装置还有一个独特的好处：白天不用电，而是发电卖给电力公司或者政府，而后者也积极收购，这样得到的收入可以用来抵消部分电费。根据统计资料可以看到一个有意思的情况--在普及了太阳能发电装置的家庭，节电工作反而做的更好。
经过多年的苦心经营，日本成为世界上能源利用效率最高的国家之一（为美国的2.75倍）。日本的太阳能技术全球独领风骚，2002年日本的太阳能发电量占全球总量的46%。
3.韩国：2006年将建设世界最大太阳能电厂
韩国全罗南道政府日前称，他们将于4月份与美国公司一起建设世界最大太阳能电厂，发电量17兆瓦。
该电厂发电量远远超过德国同类型电厂5兆瓦发电量，目前属世界最大的太阳能发电厂。
早些时候，全罗南道政府与美资全资拥有的Kore集团达成项目协议，该项目注入外资１．５亿美元。
该协议是根据地区政府与美国公司2004年谅解备忘录（MOU）在朝鲜半岛木浦市建设太阳能发电厂。MOU明确Kore集团为项目提供资金并实施监督。
4.以色列：立法推动太阳能开发
众所周知，以色列是一个日照充足、太阳能资源条件较好的国家，在太阳能利用技术的研究与开发方面，不但受到政府主管部门、研究机构和企业的高度重视，同时，还与美国、欧洲、澳洲等国家和地区有广泛的合作关系，从而使以色列在此领域一直处于世界领先行列。
一座占地1000英亩、发电功率为50万千瓦的世界最大的太阳能发电厂，将在以色列南部内盖夫沙漠中建设。该太阳能电厂一期发电能力将达10万千瓦，到2012年工程全部完工时，发电能力将达到50万千瓦，发电量约占以全国电力生产的5% 。长期以来，以色列一直重视对太阳能技术的研究与开发，国内著名的研究机构在太阳能开发技术领域取得了许多重要成果，使以色列在开发和利用太阳能技术方面保持世界领先水平。但由于太阳能发电成本居高不下，极大地制约着以色列太阳能的开发和利用。这座电站是以色列的第一座太阳能电站。
目前已建成多座兆瓦级光伏电站，最大的是位于美国加州的光伏电站，容量为6.5MW.p，现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站，容量为50MW.p，估计2003年可建成供电，总投资1775万美元。而在美国准备建造的另一座电站规模将达到100MW.p，已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外，一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目，显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年，德国政府率先推出的“千顶计划”，至1997年已完成近万套屋顶光伏系统，每套容量1～5kW.p，累计安装量已达33MW.p，远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝日七年计划”，计划到2000年安装16.2万套屋顶系统，总容量达185MW.p，1997年又再次 宣布实施“七万屋顶计划”，每套容量扩大到4kW.p，总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶计划”，总投入5500亿里拉，总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”，计划从1997年开始至2010年，将在百万个屋顶上，安装总容量达到3025MW.p的光伏系统，并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋顶计划的实施，将有力地促进太阳能光电的应用普及，使太阳能光电进入千家万户。
与此相呼应，当前世界上实力雄厚的10家光伏公司，虽然目前的生产能力都不大，但都有雄 心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为：Kyocera公司和夏普公司60MW，BP太阳能公司50MW ，西门子公司和Solarex公司30MW，壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW，Photo wott公司，AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测，2003年世界光电池的生产能力将达到350MW，而2010年的光电池组件交易量将达到700～4000MW/年。
[DividePage:NextPage]
第四节 太阳能光电应用
1.太阳能光伏电站
光伏发电在世界范围内受到高度重视，发展很快。从远期看，光伏发电终将以分布式电源进入电力市场，并部分取代常规能源：从近期看，光伏发电可以作为常规能源的补充，解决特殊应用领域和边远无电地区民用生活用电需求。预测到2050年左右，太阳能光伏发电将达到世界总发电量的10～20%，成为人类的基础能源之一。
2.太阳能光电制氢
70年代科学家发现：在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体，可对水的电解提供所需能量，并析出O2和H2，从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展，使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳选择。
1995年，美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压，通过固定两个光粒子床的方法，来解决水的光催化分离问题取得成功。近来，美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该装置的太阳能转换率为12.5%，效率比水的二步电解法提高一倍，制氢成本也只有电解法的大约1/4。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极，电解质为硝酸钾，在太阳光照射下制得了氢，光能利用效率为15%左右。
在太阳能制氢产业方面，1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂，沙特阿拉伯已建成 发电能力为350kW的太阳能制氢厂。印度于1995年推出了一项制氢计划，投资4800万美元，在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢，用光伏-电解系统制得的氢，以金属氧化物的形式贮存起来，保证运输的安全。自90年代以来，德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久，最近用SH作为汽车燃料-压缩天然气的一种添加剂，使SH在高价值利用方面获得成功，为氢燃料汽车的实用化提供了重要基础。其他，在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。
由于氢是一种高效率的含能体能源，它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品质纯净、贮存便捷等许多优点，因此，随着太阳能制氢技术的发展，用氢能取代碳氢化合物能源将是21世纪的一个重要发展趋势。
3.太阳能汽车
根据能源供求和环保形势分析，开发和推广太阳能汽车以替代燃油车具有非常重要的战略意义。
太阳能汽车是以车载太阳能电池为动力能源的一种新型绿色交通工具，通过太阳能电池板将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中，再通过高能蓄电池中的直流电转换成交流电，驱动电机旋转从而带动汽车行驶。太阳能汽车具有零排放、低噪声、能源可就地补充、来源广、可再生，取之不尽等诸多优势，是当今最清洁、最有发展前景的绿色环保汽车，受到世界各国的广泛重视，是国际节能环保汽车发展的主攻方向。
太阳能汽车代表了汽车发展的新水平，因此被人们称为“未来汽车”。太阳能汽车的研究和应用将成为汽车工业的一个"热点"。
太阳能汽车包括太阳能游览观光车，太阳能高尔夫车，太阳能警用巡逻车，太阳能休闲车，太阳能赛车，太阳能拖车、货车等。随着我国经济的快速发展和各类产业的提升，如房地产、旅游景区、医院、公园、大型商场和大型卖场、机场、运动场所、大型工厂、邮局、火车站、码头都将是太阳能汽车的用武之地，太阳能汽车的市场需求将越来越大，前景非常诱人。
第三章 发展太阳能产业的意义及作用
1.发展阳光经济，建设节能社会
全球性的能源危机已经成为世界各国不得不面对的现实，各国都开始为寻找新的能源解决方案而努力。我国近年来面临着严重的“电荒”，全国24个省区出现了“拉闸限电”， 能源匮乏的严峻形势下，寻找能源解决方案已迫在眉睫。事实证明，用太阳能替代常规能源，是目前我国缓解能源危机和电荒压力切实可行的途径。
新能源的开拓与发展，是关系民族产业可持续发展的关键，能源可持续是国家可持续发展的关键。
2.未雨绸缪，应对“后石油时代”
在过去的一个半世纪里，石油产业堪称人类现代文明的物质基础。但是石油作为不可再生能源不可避免地濒临枯竭，由于油价高涨，导致石油的综合使用效益较之其他能源丧失比较优势，石油在能源构成中的主导地位将发生根本性变化，以石油为驱动的经济形态不再代表人类社会的发展方向。石油时代的终结已隐约可见，人类社会正在走向“后石油时代”。
世界石油业界对全球石油储量的估计一直存有争论。按2005年底全球石油剩余探明储量1770．6亿吨、日产8250万桶、并且抛开世界经济增长对石油需求增加的因素估算，全球石油至多够开采45年。越来越多的地质学家认为，过去30年人类的地质知识有了巨大飞跃，经过严密物探、钻探排查，几乎不可能存在尚未发现的大油田，最乐观的估计认为全球石油剩余储量仅够开采50年—60年。
随着国际油价的节节攀升，能源问题严重制约我国经济的可持续发展。我们理应未雨绸缪，积极扶植、发展太阳能产业，主动迎接“后石油时代”的到来。
京公网安备 11011202001138号
