摘要 1引言太陽能光伏產業(yè)是世界上發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。為實現(xiàn)能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展,世界各國均將太陽光伏發(fā)電作為新能源與可再生能源發(fā)展,的重點。最近,世界各國已經普遍將可再生能源的開發(fā)...
1引言
太陽能光伏產業(yè)是世界上發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。為實現(xiàn)能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展,世界各國均將太陽光伏發(fā)電作為新能源與可再生能源發(fā)展,的重點。
最近,世界各國已經普遍將可再生能源的開發(fā)提高至戰(zhàn)略地位,其中綠色光伏發(fā)電技術已成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展重中之重。這無疑源于兩方面:(1).太陽能資源的取之不盡,用之不竭,隨處可開發(fā)利用’(2) 光伏發(fā)電技術對環(huán)境保護的積極作用[1]。
光伏發(fā)電是利用半導體面的光生伏特效應,將光能直接轉變?yōu)殡娔艿募夹g。該技術的推廣應用將擺脫傳統(tǒng)發(fā)電方式對煤炭能源的依賴。
2 太陽能電池分類及其巿場份額
太陽能電池的分類如圖1所示。其發(fā)展已經歷了三代發(fā)展:,笫一代為單晶硅太陽能電池;第二代為多晶硅、非晶硅等太陽能電池;第三代是銅銦鎵(CIGS)薄膜太陽能電池[2]。

圖1 太陽能電池的分類
不過從目前市場構成來看,晶體硅電池仍然是目前太陽能光伏電池的主流。晶體硅電池主要應用于太陽能屋頂電站,是目前技術最成熟、應用最廣泛的太陽能光伏產品,所占世界光伏市場份額超過80%。數(shù)據顯示,近年來薄膜電池的市場份額出現(xiàn)強勁增長勢頭。有專家預測,短期末來,預計到2012年薄膜電池的產量份額將達到32%,見圖2

圖2 2012年光伏電池產量份額市場預測
3世界光伏產業(yè)發(fā)展趨勢[3]3.1 光伏產業(yè)持續(xù)高速發(fā)展
2002~2009年世界太陽能電池產量持續(xù)增加,如表1所示。

表1 2002~2009年世界各地區(qū)和國家太陽能電池產量 MWp
2007~2009年,中國太陽電池產量增幅居世界之首。最近10年世界太陽電池產量平均增長率為48.5%(至2009年),最近5年平均增長率為55.2%(至2009年)。2009年太陽電池產量達到約10.7GWp,比上年增長35%,其中,中國太陽電池產量市場份額占據全球市場份額的49%,見圖3。
圖3 各地區(qū)和國家太陽電池產量市場份額
2000~2009年,可再生能源中并網光伏發(fā)電的平均增長率最快,達到60%以上,并網光伏發(fā)電正日益發(fā)揮替代的作用,見圖4。

圖4 1995~2009年發(fā)電方式的年發(fā)電增長量
世界光伏產業(yè)發(fā)展的一個顯著特點是并網比例迅速卻增加,并將成為未來發(fā)電的主趨勢。圖9給出了光伏并網發(fā)電占總裝機容量的比值。實踐證明,并網太陽能發(fā)電站可以對電網調峰,提高電網末端的電壓穩(wěn)定性,改善電網功率因素和有效消除電網雜波,具有很多優(yōu)越性。
3.2發(fā)展趨勢
3.2.1 近期發(fā)展趨勢
據Solar Annual對2007~2011年內太陽電池產量仍將持續(xù)增長,且仍以晶硅太陽電池為主,見圖5。

圖5 2007~2011年太陽電池發(fā)展預測
太陽電池組件隨著成本迅速降價,高純硅材料價格從2008年10月的3.55美元/Wp,降低到2009年12月的1.78美元/Wp。

圖6 多晶硅材料價格走勢
2011~2013年光伏發(fā)電可實現(xiàn)平價上網,美國對光伏發(fā)電成本下降的預測相當樂觀,認為2015年前后光伏發(fā)電成本將與常規(guī)發(fā)電成本相一致。
3.2 中期發(fā)展趨勢
按照歐洲2020年光伏新發(fā)展計劃,到2020年,PV裝機容量為400GW,發(fā)電量達到12.0%。按照奧巴馬政府2020年的宏偉發(fā)展目標將實現(xiàn)裝機350GW。這些計劃都遠遠超過世紀初路線圖。

表2 本世紀初世界光伏發(fā)電發(fā)展路線圖 GW
3.3 遠期發(fā)展趨勢
根據歐盟委員會聯(lián)合研究中心(JRC)預測,到2030年可再生能源將在世界能源結構中占30%以上,太陽能光伏發(fā)電在世界電力供應總量中占到10%以上;2040年可再生能源將占世界能源消費總量的50%以上,太陽能光伏將在世界電力供應總量中占到20%以上;到21世紀末,可再生能源將在世界能源結構中占到80%以上,太陽能發(fā)電將在世界電力供應總量中占到60%以上。
4 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與未來[4]
光伏發(fā)電技術始于20世紀50年代,并隨著傳統(tǒng)礦物資源日益枯竭而近年得到迅速發(fā)展,特別是得益于德、日、美等發(fā)達國家政策扶持而迎來了一個美好的春天。
光伏發(fā)電成本的降低是推動光伏技術進入能源市場的主要動力。經過近30年的努力,太陽電池廠的生產規(guī)模不斷擴大、自動化程度持續(xù)提高、技術水平逐步改進,及光伏市場的有效開拓促使光伏發(fā)電成本不斷降低。目前,太陽電池單廠生產規(guī)模已經由20世紀80年代的幾MW上升到目前的幾百MW,且商業(yè)化電池效率也得以顯著提高。
圖7給出了自1955年至今,不同種類太陽能電池成本對比曲線,并對未來十年光伏發(fā)電成本進行了預測,由圖7可見,2000年晶體硅太陽能電池的發(fā)電成本約為$0.57/W,2005年不足$0.25/W,發(fā)電成本下降了一倍,而未來十年還會有顯著的下降。在各種太陽能電池中,聚光太陽能電池成本是最低的。

圖7 不同種類太陽能電池發(fā)電成本現(xiàn)狀及預測
圖8給出了美國能源部對光伏價格的預測結果,其中SAI為美國太陽能先導計劃。從這個圖可以看出,政策的扶持對光伏發(fā)電成本的降低有十分顯著的作用[5]。

圖8 美國能源部對光伏發(fā)電價格的預測
近30年來,光伏市場蓬勃發(fā)展,特別是最近10年,太陽電池及組件生產的年平均卻增長率達到33%,最近5年的年平均增長率達到43%[6]。
圖9給出了世界太陽能電池歷年產量的柱形圖,可以看出光伏發(fā)電已經從“候補能源”逐步向“替代能源”過渡,這其中離不開政策的扶持。眾所周知,目前光伏發(fā)電成本較傳統(tǒng)能源發(fā)電來說,成本相對較高,單純市場的拉動不可能使光伏產業(yè)發(fā)展如此迅猛,這主要得益于德國、日本、美國和西班牙各國的鼓勵政策。

圖9 世界太陽能電池歷年產量柱形圖
如圖10,所示,到2030年可再生能源在總能源結構中將占30%以上,太陽能光伏發(fā)電在世界總電力的供應中將達到10%以上;2040年可再生能源將占總能耗的50%以上,太陽能發(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀末可再生能源在能源結構中將占到80%以上,太陽能是光伏發(fā)電將占到60%以上,并顯示出其重要的戰(zhàn)略地位。

圖10 2004年歐盟聯(lián)合中心預測
5 結語
5.1 世界光伏產業(yè)和市場的蓬勃發(fā)展,使得光伏發(fā)電在世界能源消費中占據了越來越重要的席位。根據歐盟聯(lián)合研究中心的預測,太陽能光伏發(fā)電在不遠的將來不但要替代部分常規(guī)能源,而且將成為世界能源供應的主體。
5.2 盡管各種新概念太陽能電池不斷涌現(xiàn),效率也不斷攀升,但現(xiàn)階段進入民用領域的太陽電池主要是晶體硅太陽電池,占目前產量的90%以上,并且可以確定這種情況短期內不會發(fā)生根本改變。但是,進一步發(fā)展高轉換效率和低成本的太陽電池成為光伏領域必然發(fā)展趨勢[6,7]。
5.3 中國光伏產業(yè)經過最近幾年的發(fā)展,已經躍升至全球最大光伏產業(yè)制造基地,產能占到全球一半以上,然而光伏產業(yè)嚴重依賴國外巿場,出口比例甚至高達90%,原材料也有一半來自國外市場,給整個行業(yè)的健康發(fā)展帶來了不安定因素,因此,開發(fā)光伏產業(yè)的國內應用市場已經是迫在眉睫!
5.4 世界光伏產業(yè)規(guī)模現(xiàn)中、日、德三鼎立格局,中國光伏電池產量并不具備絕對優(yōu)勢,特別是中國光伏產業(yè)鏈的上游發(fā)展比較滯后,一度需要大規(guī)模進口多晶硅以滿足光伏電池生產的需要,即使近幾年上游多晶硅的產能擴張很快,但在技術水平,環(huán)境治理方面與世界先進水平仍存在較大差距。
5.5在福島格核泄事故發(fā)生后,2022年,德國核電站全部關閉,將成為全球首個放棄枝核電的國家。預計在6月提出議案,它包括大力發(fā)展風能、太陽能和生物能以及改造新型智能電網等。這是一個非常值得注意的動向。
5.6光伏產業(yè)的可持續(xù)高速發(fā)展,將為包括金剛石線鋸在內的,用于晶體硅材料加工的金剛石工具提供巨大的發(fā)展空間。
參考文獻:
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