OFweek视点：技术前景两相宜 纵览光伏今与昔【图】

　　前言

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何环境污染。在太阳能的有效利用中，太阳能发电是近年来发展最快、最具活力的研究领域，因而深受人们的青睐。

一般来说，太阳能发电可分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器和用户负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，用户负载为系统终端。

从上世纪70年代中期开始地面用太阳电池商品化以来，晶体硅就作为基本的电池材料占据着统治地位。以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶硅太阳电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳电池具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较快；多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换效率。而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池近年有了快速发展，但现在还占不到光伏发电的6%。从目前来看，薄膜电池虽有很好的发展潜质，但单晶硅与多晶硅电池仍是较长时间内的主流产品。太阳能光伏发电技术日新月异，企业转换率已达17%，实验室转换率已达24.7%，每年的平均增长速度超过0.2%以上。

光伏发电产品主要用于三大方面：

　　一是为无电场合提供电源；

二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；

三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。

由于太阳能光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得、无机械转动部件、故障率低、维护简便、无人值守、建站周期短、规模大小随意和无需架设输电线路、方便与建筑物结合等特点，它已成为太阳能发电最基本、最普遍和最有前景的应用形式。

理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。中国国产晶体硅电池效率在15至19％左右，国际上同类产品效率约16至21％。

据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

　　光伏发电系统

　　系统分类

光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。

并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑；不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系统上。

　　系统设备

光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。其部分设备的作用是：

　　太阳能电池方阵

在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。

　　蓄电池组

其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。

　　充放电控制器

是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。

　　逆变器

是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，

而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。

　　太阳跟踪控制系统

由于相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。目前世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备复杂，非专业人士不能够随便操作。河北某太阳能光伏发电企业独家研发出了具有世界领先水平、成本低廉、简单易用、不用计算各地太阳位置数据、无软件、可在移动设备上随时随地准确跟踪太阳的智能太阳跟踪系统。该系统是国内首家完全不用电脑软件的太阳空间定位跟踪仪，具有国际领先水平，能够不受地域和外部条件的限制，可以在-50℃至70℃环境温度范围内正常使用；跟踪精度可以达到±0.001°，最大限度的提高太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率。可以广泛的使用于各类设备的需要使用太阳跟踪的地方，该自动太阳跟踪仪价格实惠、性能稳定、结构合理、跟踪准确、方便易用。把加装了智能太阳跟踪仪的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，智能太阳跟踪仪都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳！

　　光伏发电的工作原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限 制，因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并 网发电，光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器

三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精 炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源 无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系 统和计算器辅助电源等。

光伏发电的优缺点

与常用的火力发电系统相比，光伏发电的优点主要体现在：

①无枯竭危险；②安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦建设周期短，获取能源花费的时间短。

　　缺点：

①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。

　　光伏发电的起源及发展

早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。

1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

20世纪70年代后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势，20世纪80年代后，太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。

20世纪90年代后，光伏发电快速发展，到2006年，世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划，到2003年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国，也纷纷制定光伏发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。

世界光伏组件在1990年——2005年年平均增长率约15%。20世纪90年代后期，发展更加迅速，1999年光伏组件生产达到200兆瓦。商品化电池效率从10%～13%提高到13%～15%，生产规模从1～5兆瓦/年发展到5～25兆瓦/年，并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到3美元/瓦以下。

2006年的光伏行业调查表明，到2010年，光伏产业的年发展速度将保持在30%以上。年销售额将从2004年的70亿美金增加到2010年的300亿美金。许多老牌的光伏制造公司也从原来的亏本转为盈利。

然而，全球光伏设施在2009年呈V字型增长达到最低点。2010年，全球光伏市场安装量达到18.2GW，相较于去年增幅139%。以产值来看，2010年光伏产业全球营收达到820亿美金，相较于2009年营收400亿美金增幅105%。从产量来看，2010年全球太阳能电池产量达到20.5GW，较2009年9.86GW有显着增长，其中薄膜电池产量占据总产量13.5%份额。

　　发展前景

近年来，全球光伏产业发展很快，以年均30%以上的速度快速增长，到2009年年底，全球光伏发电容量已超过2000万千瓦。进入2010年，根据Solarbuzz最新年度光伏市场报告，2010年全球光伏市场安装量达到18.2GW，相较于去年增幅139%。到2011年底全球光伏安装量将累计达到58GW。光伏发电的竞争力不断提高，已成为全球最受重视的新能源发电技术。

在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020 ”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。

据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

　　中国光伏发电的发展

　　发展优势

中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国地处北半球，南北距离和东西距离都在5000公里以上。在中国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米7千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。

　　发展历程

中国太阳电池的研究始于1958年，1959年研制成功第1个有实用价值的太阳电池。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上，1973年太阳电池开始在地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳电池。20世纪90年代中期后光伏发电进入稳步发展时期，太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，21世纪初迎来了快速发展的新阶段。

中国的光伏产业的发展有2次跳跃，第一次是在20世纪80年代末，中国的改革开放正处于蓬勃发展时期，国内先后引进了多条太阳电池生产线，使中国的太阳电池生产能力由原来的3个小厂的几百千瓦一下子上升到6个厂的4.5兆瓦，引进的太阳电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家法改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施的送电到村工程均采用了太阳能光伏发电技术。在这些措施的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗。

到2007年年底，中国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW），从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产能力达到290万千瓦（2900MW），太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为中国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007年是中国太阳能光伏产业快速发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮，但也存在诸如投资盲目、恶性竞争、创新不足等问题。

2008年底，我国太阳能光伏电池年产量已达200万千瓦，占全球市场的30%以上。2009年中国光伏发电装机容量已达750万千瓦，占全球市场的44%，这标志着太阳能光伏发电技术已经进入规模化应用阶段。2009年，中国光伏发电增长迅速。2008年之前，由于国内光伏应用匮乏，90％的光伏电池出口国外。2009年，国家相继出台了“金太阳”示范工程、“屋顶工程”等一系列支持光伏产业发展的政策，有效拉动了国内市场的光伏应用需求，由此带动了我国光伏发电的大规模应用。

2009年6月，由中广核能源开发有限责任公司、江苏百世德太阳能高科技有限公司和比利时Enfinity公司组建的联合体以1.0928元/度的价格，竞标成功我国首个光伏发电示范项目——甘肃敦煌10兆瓦并网光伏发电场项目，1.09元/千瓦时电价的落定，标志着该上网电价不仅将成为国内后续并网光伏电站的重要基准参考价，同时亦是国内光伏发电补贴政策出台、国家大规模推广并网光伏发电的重要依据。

2010年开始，由财政部、科技部、住建部、国家能源局联合发布文件，对“金太阳示范工程和太阳能光电建筑应用示范工程”的有关政策进行了大幅调整，涉及设备招标、项目调整、补贴标准、项目并网等多个关键环节。2010年新增了272MW的项目。此外，宣布在全国建立13个光伏发电集中应用示范园区，以此为依托推动中国光伏产业的的应用。并公开表示力争2012年以后每年国内应用规模不低于1000MW。2010年8月，国家能源局举行了280MW并网光伏发电项目特许权招标，最终中标价格分布在0.7288元/度至0.9907元/度之间，远低于业内预期。中国政府的一系列光伏激励政策促进了中国光伏市场的快速增长。2009年中国年度光伏新增装机量达到160MW，超过了截至2008年底的累计安装总量。2010年实际新增装机量超过500MW。

2010年，中国光伏电池产量已超过全球总产量的50%。目前已有数十家光伏公司分别在海内外上市，据估算，行业年产值超过3000亿元人民币，直接从业人数超过30万人。中国光伏产业走上了快速发展之路，已经掌握了包括太阳能电池制造、多晶硅生产等关键工艺技术，设备及主要原材料逐步实现国产化，产业规模快速扩张，产业链不断完善，制造成本持续下降，具备较强的国际竞争能力。

　　前景规划

根据2007年《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，中国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦），到2050年将达到600GW（百万千瓦）。预计，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。预计2030年之前，中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。

至2010年，我国相继出台了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行方法》和《关于实施金太阳示范工程的通知》等政策，并先后启动了两批总计290MW的光伏电站特许权招标项目。截止2010年，我国累计光伏装机量达到800MW，当年新增装机容量达到500MW，同比增长166%。

　　最新政策

　　标杆电价出台

2011年8月1日，国家发展和改革委员会网站发布《国家发展改革委关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》称，今年7月前核准建设、年底前建成投产且尚未定价的光伏项目，上网电价为1.15元人民币/千瓦时；7月及以后核准的，及7月之前核准但截至年底仍未建成投产的太阳能光伏发电项目，除西藏仍执行每千瓦时1.15元的上网电价外，其余省上网电价均按每千瓦时1元执行。我国的光伏上网电价正式出台。标杆上网电价虽然低于各地标准，但这标志着国内市场真正启动，利好光伏产业发展。

　　十二五规划目标

2011年9月，根据《可再生能源发展“十二五”规划》征求意见稿中数据，太阳能光伏“十二五”装机目标上调为10GW，到2020年的太阳能光伏装机大幅上调至50GW。而去年我国装机容量尚不足500MW。这意味着在今后的几年中，我国每年新增光伏装机容量将达到2GW。国内太阳能光伏市场有望在“十二五”期间大规模启动，太阳能光伏产业也有望借此迎来其黄金发展期。

《规划》并提出我国政府将集中支持骨干光伏企业，提供资金、贷款等方面扶持，将在2015年形成1～2家5万吨级多晶硅企业，2～4家万吨级多晶硅企业；1～2家5G W级太阳能电池企业，8～10家G W级太阳能电池企业；3～4家年销售收入过10亿元的光伏专用设备企业；培育1～2家年销售收入过千亿元的光伏企业，3～5家年销售收入过500亿元的光伏企业。

2011年11月，据有关部门透露，即将出台的《可再生能源发展“十二五”规划》有望将“十二五”期间太阳能发电装机目标上调至1500万千瓦，其中光伏发电目标为1400万千瓦。而此前备受业界关注的可再生能源电价附加，也有望近期提高至8厘/千瓦时。一系列政策动向都弹奏出国内光伏市场即将大规模启动的强音。