鄭州磨料磨具磨削研究所  王光祖 

1引言

　　太陽能光伏產業是世界上發展速度最快的行業之一。為實現能源和環境可持續發展，世界各國均將太陽光伏發電作為新能源與可再生能源發展,的重點。

　　最近，世界各國已經普遍將可再生能源的開發提高至戰略地位，其中綠色光伏發電技術已成為實現可持續發展重中之重。這無疑源于兩方面：(1).太陽能資源的取之不盡，用之不竭，隨處可開發利用’(2) 光伏發電技術對環境保護的積極作用[1]。

　　光伏發電是利用半導體面的光生伏特效應，將光能直接轉變為電能的技術。該技術的推廣應用將擺脫傳統發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。其發展已經歷了三代發展：,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%。

　　數據顯示，近年來薄膜電池的市場份額出現強勁增長勢頭。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世界光伏產業發展趨勢[3]

　　3.1 光伏產業持續高速發展

　　2002～2009年世界太陽能電池產量持續增加，如表1所示。

　　表1  2002～2009年世界各地區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電的平均增長率最快，達到60%以上，并網光伏發電正日益發揮替代的作用，見圖4。

　　圖4  1995～2009年發電方式的年發電增長量

　　世界光伏產業發展的一個顯著特點是并網比例迅速卻增加，并將成為未來發電的主趨勢。圖9給出了光伏并網發電占總裝機容量的比值。實踐證明，并網太陽能發電站可以對電網調峰，提高電網末端的電壓穩定性，改善電網功率因素和有效消除電網雜波，具有很多優越性。

　　3.2發展趨勢

　　3.2.1近期發展趨勢

　　據Solar Annual對2007～2011年內太陽電池產量仍將持續增長，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年光伏發電可實現平價上網，美國對光伏發電成本下降的預測相當樂觀，認為2015年前后光伏發電成本將與常規發電成本相一致。

　　3.2 中期發展趨勢

　　按照歐洲2020年光伏新發展計劃，到2020年，PV裝機容量為400GW，發電量達到12.0%。按照奧巴馬政府2020年的宏偉發展目標將實現裝機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電發展路線圖  GW

　　3.3 遠期發展趨勢

　　根據歐盟委員會聯合研究中心(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，太陽能發電將在世界電力供應總量中占到60%以上。

　　4 光伏發電的現狀與未來[4]

　　光伏發電技術始于20世紀50年代，并隨著傳統礦物資源日益枯竭而近年得到迅速發展，特別是得益于德、日、美等發達國家政策扶持而迎來了一個美好的春天。

　　光伏發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模不斷擴大、自動化程度持續提高、技術水平逐步改進，及光伏市場的有效開拓促使光伏發電成本不斷降低。目前，太陽電池單廠生產規模已經由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電成本約為$0.57/W，2005年不足$0.25/W，發電成本下降了一倍，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電成本現狀及預測

　　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電價格的預測

　　近30年來，光伏市場蓬勃發展，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，目前光伏發電成本較傳統能源發電來說，成本相對較高，單純市場的拉動不可能使光伏產業發展如此迅猛，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，太陽能是光伏發電將占到60%以上，并顯示出其重要的戰略地位。

圖10 2004年歐盟聯合中心預測

　　5 結語

　　5.1 世界光伏產業和市場的蓬勃發展，使得光伏發電在世界能源消費中占據了越來越重要的席位。根據歐盟聯合研究中心的預測，太陽能光伏發電在不遠的將來不但要替代部分常規能源，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，效率也不斷攀升，但現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生根本改變。但是，進一步發展高轉換效率和低成本的太陽電池成為光伏領域必然發展趨勢[6,7]。

　　5.3 中國光伏產業經過最近幾年的發展，已經躍升至全球最大光伏產業制造基地，產能占到全球一半以上，然而光伏產業嚴重依賴國外巿場，出口比例甚至高達90%，原材料也有一半來自國外市場，給整個行業的健康發展帶來了不安定因素，因此，開發光伏產業的國內應用市場已經是迫在眉睫！

　　5.4 世界光伏產業規模現中、日、德三鼎立格局，中國光伏電池產量并不具備絕對優勢，特別是中國光伏產業鏈的上游發展比較滯后，一度需要大規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光伏產業的可持續高速發展，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展空間。

　　參考文獻：

　　1  李曉華，中國光伏產業與太陽能熱利用產業的發展模式比較[J]中外能源，2011，16(2)：29～34

　　2 周衛紅，蔣榮華等，具有全球競爭力的中國光伏產業[J]新材料產業，2011，1：18～29

　　3 趙玉文，光伏產業戰略前景與政策思考[J]有色冶金節能，2010，6：1～5

　　4 陳諾夫，白一嗚，光伏發電與資源環境[J]電力技術，2010，19(2)：17～25

　　5 李曉剛，馮紹瑞，中國光伏產業發展的技術經濟分析[J]工業技術經濟，2007，26(7)：120～124

　　6 W J Wang，Y Xu，H Shen，Polycrystalline Silicon thin-film solar cells on Various substrates[J]Phys.Stat.Sol(a)，2006：203,721

　　7 MA Green，Consolidation of Thin-film photovoltaic Technology：The Coming Decade of Opportunity[M]Pro.Phoiovolt.Res.Appl，2006，14，383～392