太陽能光電技術發(fā)展的現(xiàn)狀及前景

1、太陽能光電技術發(fā)展的現(xiàn)狀及前景自50年代研制成第一塊實用的硅太陽電池、60年代太陽電池進入空間應用、70年代進入了地面應用，太陽能光電技術已歷經(jīng)了半個世紀。發(fā)展到今天，世界太陽電池組件的年產(chǎn)量達200MWP以上，已投入應用的各種太陽能光電系統(tǒng)的累計容量已超過llOOWp。一、國外太陽能光電技術的發(fā)展情況首先，這些年來在太陽電池及其組件的制造枝術方面有了長足的進步。目前占主流的太陽電池是硅太陽電池，它又分單品硅人陽電池、多晶硅太陽電池（總稱晶體硅太陽電池）和非晶硅太陽電池。此外，還有CaAs太陽電池、CdTe太陽電池和CuInSe2（CIS）太陽電池等。單晶硅太陽電池組件的平均效率己達到3%15

2、%,實驗室最高效率已達到2個4%（澳大利亞新南威爾士大學）。多晶硅太陽電池組件的平均效率也有12%14%兒實驗室最高效率己達到198%。由于生產(chǎn)規(guī)模擴大，生產(chǎn)工藝的改進，晶體硅太陽電池組件的制造成本已降到3.035美元/wp，組件的售價也相應降到3.5一4.5美元/Wp左右，光電系統(tǒng)成本約為79美元/Wp對于非晶硅太陽電池由于其穩(wěn)定性問題長期得不到解決，一度曾放慢了開發(fā)速度。然而近來由于引入了引C之類的功能材料和研制成了疊層非晶硅電池，其穩(wěn)定性得到了顯著的改善，重新獲得了人們的重視。目前單結非晶硅太陽電池的光電轉換效率穩(wěn)定值已達到5%7%，實驗室最高效率為13.2人多結電池為7%9%，實驗室最

3、高效率為15.3%單結非晶硅電池組件原材料成本0.3美元/Wp,售價3.0一3.5美元/WP；多結電池組件的成本差別較大，售價為3.54.5Wp。在新型電池方面，瑞+MichelGraetzel博士發(fā)明了有機納米晶太陽電池。這種電池由于具有潛在的高效低造價前景而引起了人們的廣泛關注。然而，就現(xiàn)有的研究趨向來看，光電界的主要興趣仍集中在晶體硅薄膜太陽電池的研究上，并已取得了不同程度的進展。1995毛澳大利亞太平洋能源公共場所司宣稱已研制成一種晶體硅薄膜太陽電池，擬在7年時間內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，建立20MWp生產(chǎn)線，屆時電池成本將降到1澳元/Wp以下。與此同時，太陽能光電技術應用系統(tǒng)方面，在歷經(jīng)了交通信

4、號、通信、管網(wǎng)保護和邊遠無電、缺電地區(qū)的居民家庭供電等方面的特殊場合應用以后，現(xiàn)在正在邁向較向較大規(guī)模的商業(yè)應用。一方面，兆瓦級陽光電站不斷出現(xiàn)，在已建成兆瓦級電站中，最大的已達到6.5MWp（美國加州）。目前正在建造陽光電站規(guī)模達到50MWp（希臘克里特島），而準備建造的更大的陽光電站規(guī)模將達到100MWp（美國）；另一方面，近年來許多國家的政府都非常重視屋頂陽光發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。這些系統(tǒng)以家庭為單位進行安裝供電，同時為了降低造價省去儲能部件（蓄電池），與大電網(wǎng)相聯(lián)，互相補充電能。1990年德國政府率先推出“一千屋頂計劃”，至1997年已完成近萬套屋頂系統(tǒng)，每套容量15KWp，累計安裝量已達3

5、3MWp。1998年德國政府進一步提出了10萬套屋頂計劃，今年將完成0。6萬套。日本政府1994年開始實施“朝陽七年計劃”，到2000年將安裝16.2萬戶屋頂系統(tǒng)，總容量達185MWp，1997年又再次宣布實施“七萬屋頂計劃”,每套容量擴大4KWp,總容量為280MWp。意大利1998年也開始實行“全國太陽能屋頂計劃”，將于2002年完成，總投入5500億里拉，總容量50MWp。甚至印度也于1997年12月宣布在2002年前推廣150萬套太陽能屋頂系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，最典型的是1997所6月美國總統(tǒng)克林頓宣布的美國“百萬太陽能屋頂計劃”，按照這一計劃，到2010年美國將安裝101.4萬套太陽能

6、住宅和建筑光電系統(tǒng)，總安裝量將達到3025MWp。屆時每年CO2排放量將減少351萬噸，其主要指標見下表。表一臭國奮萬屋頂計劃的主耍指峙時河申1997i993200020052010丸陽能住電和建筑若套）：0.29Q.852.3S5.10血70Rl,初突裝光電系婕時總更量（斛丿ke9.5ft亦820.03U25.0安裝成本（莫元/叫）16,05S.074l90丄30d902.00電價（昊分/底22.00316.9i4.e10.6L1毎年減少的cOj放量萬ru山23X7ii.i103,7，廠增加荊就A）0.JLS工snIt.040,0門.5根據(jù)美國世界觀察研究所的研究報告,進入90年代以業(yè),太陽

7、能光電主品的市場銷量以年均16%的輻度遞增,1997年的增同近40%.1998年,增輻雖然有所回落,但仍有29%的增長，太陽電池組件的總銷售量達到157.4MWp,已成了全球發(fā)展速度最快的能源根據(jù)HOTOVOLTAICInsidersReport,自1993年以來，世界光電組件發(fā)貨量的增長情況見表1997年和1998年世界光電組件生產(chǎn)情況見表三.友三設界尢屯繪件生嚴狀爲忑呀12s.i16.聞盤054)3%:小i(3.8)(2.4%)(2,鐘（2.刃）CSiW.?(?0.卿N3.L)g鶴)聚光!cc站(e.i%i(D.對u.n?CdTc他2)(0.1%)e2)(0.IN)據(jù)估計,目前世界太陽電池

8、組件市場的價值已達6億美元以上,而整個光電系統(tǒng)市場的價值為15億美元.自1993年以來,美國太陽能光電技術的發(fā)展,一直處于世界領先地位,1998年總銷售量為58.2MWp,占世界總量的37%.因此美國的發(fā)展計劃具有代表意義，表四列出了美國1996制訂的光電發(fā)展計劃.表四美囲19北年關叭年丸電發(fā)麗計劃199】19952000201&-203D電忻(美謀/扁融40-7525-5(?12-205-147-1715-2:皋炕成采(臭153-71-LS未兔并常(車)-5-1010-2020心75175400-600tG,虻格與成本梭列年美無計卡商削罟械乖象光拽術的越半范根據(jù)加拿大礦物和能源技術中心(CA

9、NMET)的國際太陽能光電市場研究報告預測，到2010年，光電組件總銷售量將達到0.8-1.0GWp(1000MWp).澳大利亞國立大學的一項研究報告預測，世界太陽電池銷售量將保持每年20%的速度增長，到2010年總銷售量將達到1.6GWp此外有人作過更樂觀的估計.在今后十年內(nèi)將以平均30%的速度增長，到2010年將達到4.6GWp,累計容量將達到20GWp.到下世紀中葉，陽光發(fā)電量將占世界總發(fā)電量的15%20%,超過核電，成為人類的基本能源之一。圖一是NREL按太陽電池發(fā)展規(guī)劃所作的1990一2030年太陽能光電j統(tǒng)的電價競爭力。1陽02000J010年S199U-2030年丸陽能光電系統(tǒng)的

10、電價競爭力在這樣的發(fā)展態(tài)勢下，盡管現(xiàn)有的太陽能光電的成本遠高于常規(guī)電源，近期內(nèi)陽光發(fā)電產(chǎn)業(yè)的利潤十分微薄，有的公司甚至賠本經(jīng)營，但下個世紀的市場前景已明確地展現(xiàn)在人j的眼前。一些大的國際對團，如西門子公司、荷蘭殼牌石油公司、英國BP公司、美國阿莫科石油公司、阿料石油公司、安然天然氣公司等都相繼介入這一領域，競相開發(fā)與制造大1電池及其相關產(chǎn)品。其中殼牌公司、BP公司和西門子公司的太陽電池生產(chǎn)能力均己超，10MWp，正在逐步控制世界太陽能光電市場。、國內(nèi)太陽能光電技術的發(fā)展情況我國的太陽能允電技術自70年代以來也有相應的發(fā)展?，F(xiàn)有主要生產(chǎn)廠有六家：寧波太陽能電源廠、云南半導體器件廠，秦皇島華美光電

11、設備總公司、哈爾濱一克羅拉太陽能電力公司，深圳字康電子有限公司。目前國內(nèi)生產(chǎn)的太陽電池組件年銷售量為2.5一3.OMW。，單晶硅太陽電池的效率已達到12一14，實驗室效率最高為20人草結非晶硅電池的穩(wěn)定效率為5.0%55%，實驗室最高效率為8.35%（南開大學），單晶硅太陽電池組件制造成本為3035元/WP,市場售價42叫元/WP；單結非晶硅太陽電池組件的原材料成本約為3元川。，售價為為24元/兒。歷年來太陽能光電系統(tǒng)的總安裝容量在10MW。以上，多數(shù)用于交通信號、通信和陰極保護等方面，糾占60以上，其余用于我國西部和西北部陽光資源比較豐富的迫遠地區(qū)，如新疆、青海、甘肅、西藏和內(nèi)蒙古等省區(qū)供1

12、民家庭用電。這些家用小隸統(tǒng)的功率多在50W。以下，估計生國己有10萬套以上?，F(xiàn)有最大的陽光電站容量為lOOkWp（西藏安多）。并網(wǎng)屋傾光電系繼也已起步，在深圳和北京分別安裝了17kWp和7kWp.根據(jù)電力部制定的19962020年國家太陽能光電（PV）發(fā)展計劃,我國在2000年和2020年太陽能先電總容量將分別達到66MWp和300MWp，其中家用陽光電源分別為15MWp和50Mwp。在聯(lián)網(wǎng)陽光電站建設方面，計劃2000年完成二座500KWp的陽光電站，2020年前建成5座兆瓦級陽光電站以上可見，我國的太陽能光電發(fā)展也相當快，但與國外一些國家相比，其發(fā)展速度實在不盡如人意，1998年，我國太陽

13、電池組件的銷售量為3.0一3.5MWp，僅占當年世界總銷售量的2左右，多晶硅太陽電池及組件的規(guī)模生產(chǎn)尚屬空白。應用系統(tǒng)的商品化程度很憂實驗室的研究工作與國際先進的水平差距正在擴大?？傊?，無論是太陽電池組件，還是陽光發(fā)電應用系統(tǒng)，與國外先進國家相比，在研究和開發(fā)水平、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，商品化程度上上勻有根大的差距。我國有960萬km2白土地，其中有2/3地區(qū)年日照時數(shù)在2200h以上，具有豐富的陽個資源，我國有12.5億人口，其中還有近0.6億人生活在無電地區(qū)。目前我國的年消費量約為15億噸標煤，其中煤炭占75%以上，由于燃煤造成的煙塵排放量和CO2排放量均在2000萬噸左右。至2020年，預測我國能

14、源的年需求量將達到3040億噸標準煤，環(huán)保問題比較突出。因此，無論從當前來看，還是從長遠來看在我國都存在著巨大的太陽能光電市場。出于對全球環(huán)境問題的關心和商業(yè)上市場競爭的需要，世界銀行和國外的一些大公司都熱衷于開拓中國的光電市場。最近在GEF/世界銀行中國可再生能源商業(yè)化發(fā)展促進項目技術討論會上商定：世界銀行將向中囚提供總額相當于1億美元的貸款和總額相當于3500萬美元的GEF信托基金贈款。贈款中的2200萬美元用于補貼光電項目，1000萬美元用于包括光電和風電的技術開發(fā)項目。這一項目經(jīng)國務院批準后，將由國家經(jīng)貿(mào)委組織執(zhí)行。另外，聯(lián)合國開發(fā)計劃署/全球環(huán)境基金加速中國可再生能源商業(yè)化能力建設項

15、目己開始執(zhí)行，該項目的總資金額為1583萬美元。這些年來，日本、美國和歐盟一些國家的政府和公司都以不同的規(guī)模向我國贈送過示范光電系統(tǒng)。毫無疑問，國外這些活動促進了我國光電事業(yè)的發(fā)展，但是，我們應該清醒地看到，如果不積極發(fā)展我國自己的光電產(chǎn)業(yè)，那么我國現(xiàn)有的小得可憐的光電產(chǎn)業(yè)很可能會在激烈的國際競爭中被吞并或淘汰，從而損失掉潛在的巨大的國內(nèi)外市場和商業(yè)利潤。三、幾點建議面對如此嚴峻的挑戰(zhàn)，我們國家該怎么辦？象我國其他行業(yè)一樣，首先人們拌會期望由國家制訂強有力的扶助政策，積極鼓勵我國的一些大對團如國家電力公司和一些石油公司等盡快介入太陽能光電領域，重組現(xiàn)有的光電企業(yè)，引進國外先進設備和技術，建立1

16、0MW級太陽能電池組件生產(chǎn)線，去適應國際競爭的需要。這確是一條途徑，但當前實施起來可能會比較困難，其原因是由于太陽能先發(fā)電成本遠高于常規(guī)能源而不可能在近期內(nèi)有校高的商業(yè)利潤，其真正的得益要等到2010年，甚至2020年以后。再者，根據(jù)現(xiàn)有的技術，陽光發(fā)電設備（主要是太陽電池紐件）的生產(chǎn)成本，其規(guī)模效應非常明顯，沒有5一10MW，以上的生產(chǎn)規(guī)模難以獲利；此外一些配套工業(yè)，如硅原材料生產(chǎn)也需要巨額投資。根據(jù)我們國家現(xiàn)有的能源布局和財力情況，沒有特別的社會發(fā)展（如環(huán)保等）方面的理由，政府和企業(yè)家都很難決策化幾億甚至幾十億元人民幣去組建一個十年甚至二十年后才能有高額回報的企業(yè)。另一種考慮是現(xiàn)有的太陽能

17、光電技術尚存在相當大的缺陷，在太陽電池的光電轉換效率等方面的性能，特別是電池組件的造價和光電系統(tǒng)發(fā)電成本，欲與現(xiàn)有的常規(guī)能源相競爭還有大的差距，這一行業(yè)在技術上遠沒有達到究美成熟的地步。這就給我們一個會，就是說只要我們能另辟奚徑，研制出低造價高性能的新穎丈陽電池和陽光發(fā)電裝置，我們就有可能以較低的投入和較短的時間達到較高的發(fā)展水平。然而，由于某些原因，這種考慮也不現(xiàn)實。目前，比較現(xiàn)實的考慮仍然是延用自“六五”至“九五”所采用的思路，即沿著國外走過的技術路線，發(fā)展我國的太陽能光電技術。以上繼基點，對我國“十五”光電計劃提出以下幾點建議：降低晶體硅太陽能電池的制造成本。目前列論在國際上，還是在我國，晶體硅太陽能電池組件的產(chǎn)量一直占太陽電池組件總產(chǎn)量的80%以上，因此繼續(xù)改進現(xiàn)有晶體硅太陽電池制造技術，降低其造價仍應