我國太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)趨勢探討
作者：趙玉文
編者按
人類(lèi)能源消費的劇增、化石燃料的匱乏至枯竭以及生態(tài)環(huán)境的日趨惡化，逼使人們不得不思考人類(lèi)社會(huì )的能源問(wèn)題。國民經(jīng)濟的可持續發(fā)展，依仗能源的可持續供給，這就必須研究開(kāi)發(fā)新能源和可再生能源。太陽(yáng)能是最好的可再生能源之一，也是地球人類(lèi)取得的最原始的能源，它隨處可得，但又極分散，品位低，用它來(lái)發(fā)電，有許許多多的技術(shù)難題：光電轉換效率低，受天氣、時(shí)刻的變化影響大，很不穩定；轉換裝置的光伏電池制造工藝復雜，成本高，使得光伏發(fā)電成本遠高于常規發(fā)電等等。但是，為了可持續發(fā)展，人類(lèi)必須攻克這些技術(shù)難題，推動(dòng)光伏發(fā)電工程項目的建設，利用可再生能源。
時(shí)至今日，世界上已建筑了許多大大小小的光伏電站，人們也逐漸掌握了光伏發(fā)電的技術(shù)，一些國家相繼出臺有關(guān)這方面的扶持政策，我國也在其中，但是和發(fā)達國家相比，起步晚了一點(diǎn)，水平低了一些。鑒于此，本刊于本期特開(kāi)辟 “光伏技術(shù)專(zhuān)欄”請幾位專(zhuān)家、學(xué)者、工程師和管理者撰文介紹有關(guān)光伏發(fā)電的現狀、技術(shù)進(jìn)展、前景等，供讀者參考，旨在為推動(dòng)我國光伏事業(yè)發(fā)展助一臂之力。
摘 要 本文從全球能源發(fā)展的概況和趨勢，探討了太陽(yáng)能光伏發(fā)電在21世紀能源結構中的戰略地位，指出我國太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰和發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能 能源形勢 光伏產(chǎn)業(yè) 政策法規
Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｓｏｌａｒ ＰＶ
Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎ Ｏｕｒ Ｃｏｕｎｔｒｙ
by Zhao Yuwen*
Ａｂｓｔｒａｃｔ Discussed strategy position of solar PV industry in energy structure of 21 century through the general situation and trend in the development of global energy in the paper. Pointed out to challenge and development trend of solar PV industry in our country.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ solar energy energy situation PV industry policy and code
0 引言
盡管太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本高達普通煤電成本的6～8倍，但近10年來(lái)仍以25%～40%的年增長(cháng)率高速發(fā)展，這是因為人類(lèi)能源結構在本世紀將發(fā)生根本性的變革，世界正處在常規化石燃料能源開(kāi)采和使用高峰到來(lái)的前夜，作為最具可持續發(fā)展理想特征的太陽(yáng)能光伏發(fā)電將進(jìn)入人類(lèi)能源結構并成為基礎能源的重要組成部分。就世界而言，對于大力發(fā)展太陽(yáng)能等可再生能源和新能源產(chǎn)業(yè)的必要性認識已經(jīng)沒(méi)有根本性的分歧，但對于緊迫性的認識則并不十分明確。本文在說(shuō)明必要性的基礎上，著(zhù)重強調了緊迫性，并闡明國家制定鼓勵性政策法規是大力發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的根本性措施。
1 我國光伏產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)發(fā)展概況
1973年3月太陽(yáng)電池首次應用于我國第二顆人造衛星上，從此開(kāi)始了我國太陽(yáng)電池在空間的應用歷史。同一年，太陽(yáng)電池首次在海港浮標燈上應用，開(kāi)始了我國太陽(yáng)電池地面應用的歷史。在世界太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，1979年初到80年代中，我國一些半導體器件廠(chǎng)，如云南、寧波、開(kāi)封和北京的一些器件廠(chǎng)等，開(kāi)始利用半導體工業(yè)廢次單晶硅和半導體器件工藝來(lái)生產(chǎn)單晶硅太陽(yáng)電池，我國光伏工業(yè)進(jìn)入萌發(fā)時(shí)期。80年代中后期，寧波太陽(yáng)電池廠(chǎng)和開(kāi)封太陽(yáng)電池廠(chǎng)引進(jìn)國外關(guān)鍵設備，云南半導體廠(chǎng)、秦皇島華美廠(chǎng)和深圳大明廠(chǎng)引進(jìn)成套單晶硅電池和組件生產(chǎn)設備，哈爾濱-克羅拉和深圳宇康廠(chǎng)引進(jìn)非晶硅電池生產(chǎn)線(xiàn)，使我國光伏電池/組件總生產(chǎn)能力達到4.5MW，我國光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。90年代初中期，我國光伏產(chǎn)業(yè)處于穩定發(fā)展時(shí)期，生產(chǎn)量逐年穩步增加。90年代末我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，設備不斷更新，各地又建立一些組件封裝廠(chǎng)，生產(chǎn)能力和實(shí)際生產(chǎn)量有了較快增加。無(wú)錫尚德于2002底建成10MW多晶硅電池生產(chǎn)線(xiàn)，使生產(chǎn)能力在該年有了較大幅度增加，目前旨在向更大規模擴展。到2003年底，我國光伏產(chǎn)業(yè)總的生產(chǎn)能力達到38MW，其中晶硅電池/組件35MW，非晶硅電池3MW。此外，寧波中意公司和保定英利分別于“九五”和最近建成2MW和6MW多晶硅鑄錠和硅片生產(chǎn)線(xiàn)。2003年我國太陽(yáng)電池/組件的實(shí)際生產(chǎn)量達到13MW(其中非晶硅3MW)，大部分出口。
最近10年太陽(yáng)電池和組件生產(chǎn)平均年增長(cháng)率25%(從1992年的0.65MW到2002年的6MW)，如圖1所示。電池和組件性能不斷提高，商業(yè)化電池效率由80年代的10%～12%提高到12%～14%。太陽(yáng)電池組件成本20年來(lái)不斷降低，售價(jià)由80年代初的65～70元/Wp降到2003年的26～30元/Wp。
在市場(chǎng)方面，截至2003年底我國光伏系統累計裝機容量達到45MW(圖2)。歷年來(lái)光伏系統裝機容量的變化如圖2所示。2002年國家計委起動(dòng)了西部7省“送電到鄉”工程，投資20個(gè)億，共計20MW，使裝機容量大幅度增加(圖2)，該工程將于2004年中全部竣工。
深圳、汕頭、廣州和浙江等地，大量出口太陽(yáng)能庭院燈，年銷(xiāo)售額達5億之多。電池片通常進(jìn)口，然后用膠封裝，工藝簡(jiǎn)單。所用電池片每年達6MW之多，是太陽(yáng)電池的一個(gè)應用大戶(hù)(這部分未入統計)。
我國光伏產(chǎn)業(yè)20年來(lái)從無(wú)到有、持續不斷地健康穩步發(fā)展，在滿(mǎn)足國內市場(chǎng)需要和提高邊遠無(wú)電地區人民的生活水平及特殊工業(yè)應用中發(fā)揮了重要作用。另一方面，我國光伏產(chǎn)業(yè)與發(fā)達國家相比還存在相當大的差距，這些差距表現在：①生產(chǎn)規模小，自動(dòng)化水平低。規?；б鏇](méi)有充分發(fā)揮出來(lái)；②專(zhuān)用原材料國產(chǎn)化程度不高。專(zhuān)用材料國產(chǎn)化品種不全，性能有待進(jìn)一步改進(jìn)。這些差距使我國光伏組件的成本比國際市場(chǎng)高，在國際競爭中處于不利地位，特別是在加入WTO后的零關(guān)稅情況下，我國光伏產(chǎn)業(yè)在國內外市場(chǎng)上面臨著(zhù)非常嚴峻的考驗。
2 全球光伏發(fā)電概況和趨勢
光伏產(chǎn)業(yè)是20世紀80年代以后世界上增長(cháng)最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。最近10年的平均年增長(cháng)率為25%(從1992年的57.9MW增加到2002年的540MW)，最近5年的年平均增長(cháng)率為34%(從1997年的125.8MW增加到2002年的540MW)，為快速、增速發(fā)展勢頭，圖3給出1988～2002年間的增長(cháng)情況。光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度不斷提高，生產(chǎn)規模向100～200MW發(fā)展：大企業(yè)集團參與并占主導地位，世界前10名廠(chǎng)商(Sharp，BP，Kyocera，Shell，Astrpower，RWE，Sanyo，Isofoton，Mitsubishi，Photowatt)2002年生產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的89%。充分體現了現代化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特征。
20年來(lái)，光伏組件成本下降了兩個(gè)數量級。2003年世界上一些主要廠(chǎng)商的光伏組件成本已經(jīng)下降到2～2.3 US$/Wp，如圖4所示。預計2010～2015年光伏組件成本可以下降到1US$/Wp。2002年世界光伏系統的總裝機容量達到2 000MW；特別值得提出的是，并網(wǎng)發(fā)電和光伏建筑集成發(fā)展迅速，2001年并網(wǎng)發(fā)電占總光伏應用的50.4%(并網(wǎng)市場(chǎng)1999年為38%，2000年42%，2001年50.4%)，已成為最大的光伏市場(chǎng)，如圖5所示。這一事實(shí)具有劃時(shí)代的意義，它標志著(zhù)光伏發(fā)電由邊遠地區和特殊應用向城市過(guò)渡，由補充能源向替代能源過(guò)渡，由大型集中電站向分布式供電模式過(guò)渡，人類(lèi)社會(huì )向可持續發(fā)展的能源體系過(guò)渡。
3 21世紀太陽(yáng)能光伏發(fā)電的戰略地位
3.1 全球能源形勢及太陽(yáng)能的未來(lái)地位
1）從人類(lèi)能源演化史看本世紀能源變革和再生能源未來(lái)替代地位的必要性和緊迫性
圖6為人類(lèi)能源演化進(jìn)程，可分為三個(gè)階段：
●前工業(yè)化時(shí)代：社會(huì )財富和能源消耗水平均低，薪柴等生物質(zhì)能源為主要能源；
●工業(yè)化時(shí)代：化石燃料和工業(yè)革命結合創(chuàng )造了人類(lèi)歷史上輝煌的文明時(shí)代，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，物質(zhì)財富空前增加，并孕育了下一個(gè)更高的文明時(shí)代。但同時(shí)造成資源極大浪費，生態(tài)環(huán)境惡化和破壞；
●后工業(yè)化時(shí)代：這是人類(lèi)更高的新文明時(shí)代，其特征為：?jiǎn)挝荒芎牡奈镔|(zhì)財富極大增加，生態(tài)環(huán)境得到恢復和改善，可持續發(fā)展是一切社會(huì )活動(dòng)的準則，人和大自然友好相處，干凈、可再生、分布式新能源為能源結構主體。
圖6中點(diǎn)線(xiàn)、深色線(xiàn)和淺色線(xiàn)分別為總能耗、化石燃料能源和可再生能源及新能源?？梢钥闯?，化石燃料能源由于資源有限和不可再生，最終將耗盡，因此必然存在一個(gè)開(kāi)采高峰，而且最終將被可再生能源和新能源替代。在化石燃料能源開(kāi)采峰值之后，能源結構將發(fā)生根本性的變革，與此同時(shí)，人類(lèi)將進(jìn)入一個(gè)更高的新文明時(shí)代。這個(gè)能源結構的根本性變革將發(fā)生在本世紀。
一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題是：高峰在什么時(shí)間？離現在還有多遠？留給可再生能源和新能源技術(shù)開(kāi)發(fā)的時(shí)間足夠嗎？
為了找出高峰位置，我們來(lái)觀(guān)察世界上的幾個(gè)預測。
●圖7為日本的預測(1860～2060)，自天然氣起，以下為化石燃料，可以看出其峰值在2020～2030年之間；
●圖8為Shell公司的預測(1980～2060)，化石燃料峰值同樣在2020～2030年之間。
世界油氣資源的開(kāi)采峰值對化石燃料開(kāi)采峰值有決定性影響，因此我們再觀(guān)察幾個(gè)對油氣資源開(kāi)采峰值的預測。
●2002年石油開(kāi)采峰值研究協(xié)會(huì )(ASPO-Association for Study of Peak Oil)預測，如圖9，油氣開(kāi)采峰值位于2012年；
●BP公司在2001年Davos世界能源論壇上給出預測，油氣開(kāi)采峰值位于2010年,并將在30～40之后消耗盡；
●2000年華盛頓世界資源研究所(World Resources Institute in Washington)預測的油氣峰值位于2019年。
這些油、氣開(kāi)采峰值的預測再一次有力地驗證了化石燃料開(kāi)采峰值位于2020～2030年之間是可信的。
綜合上述預測，表示于圖10。由圖可以看出，本世紀人類(lèi)能源結構將發(fā)生根本性變革?；剂祥_(kāi)采峰值距今只有十幾到二十幾年，對于能源結構變化來(lái)說(shuō)是太逼近了。因此開(kāi)發(fā)可再生能源和新能源技術(shù)不但是非常必要的，而且是非常緊迫的。
2）國外對可再生能源和太陽(yáng)能未來(lái)戰略地位的預測
根據圖8和圖9的信息，可估計出可再生能源和太陽(yáng)能在未來(lái)能源結構中的比例，如表1所示。到本世紀中葉(2050年)，可再生能源在能源結構中的比例將大于50%，太陽(yáng)能在能源結構中的比例約在13%～15%之間。由此充分說(shuō)明可再生能源和太陽(yáng)能在未來(lái)世界能源中的重要戰略地位。
3.2 我國能源形勢及發(fā)展太陽(yáng)能利用技術(shù)的緊迫性
1）我國的能源形勢
圖11是我國各種一次能源資源的探明剩余儲量(以?xún)?采比表示)與世界的比較?？梢钥闯?，除太陽(yáng)能外，我國各種一次能源資源量均低于世界平均水平，能源形勢比世界平均水平更加嚴峻。我國是最大的發(fā)展國家，要在占世界人口1/5的國家里建設可持續發(fā)展的小康社會(huì )，可再生能源和太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用理應比世界其它國家更加重要和迫切。
2）我國能源的結構性矛盾及環(huán)境問(wèn)題
表2是1998年我國一次商品能源消耗結構與世界的比較。我國煤炭比例高達2/3以上，油氣以及核能和水電比例都很低，與世界形成鮮明對照，反映我國能源的結構性矛盾特別突出。這種不合理的能源結構不但造成煤的過(guò)分開(kāi)采和資源浪費，而且煤的直接燃燒是造成我國大氣污染的主要原因。我國能源消費占世界8%～9%，但SO2排放量占世界15.1%，為世界第一；CO2排放占世界13.6%，為世界第二。因煤炭燃燒而排放的SO2、CO2、NOx和煙塵分別占全國相應排放量的87%、71%、67%和60%。因此可以說(shuō)，我國大氣污染的主要原因是由于能源結構不合理和能源利用技術(shù)水平低造成的。開(kāi)發(fā)利用可再生能源和太陽(yáng)能技術(shù)，改變能源結構是我國能源戰線(xiàn)上十分艱巨而緊迫的任務(wù)。
4 我國光伏產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰
4.1 世界各國的宏偉發(fā)展計劃
新千年伊始，許多國家紛紛制定雄心勃勃的發(fā)展規劃，推動(dòng)光伏技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展。日本通產(chǎn)省(MITI)第二次新能源分委會(huì )宣布了光伏、風(fēng)能和太陽(yáng)熱利用計劃，2010年光伏發(fā)電裝機容量達到5GW；歐盟的可再生能源白皮書(shū)及相伴隨的“起飛運動(dòng)”是驅動(dòng)歐洲光伏發(fā)展的里程碑，總目標是2010年光伏發(fā)電裝機容量達到3GW；美國能源部制定了從2000年1月1日開(kāi)始的新5年國家光伏計劃和2020～2030年的長(cháng)期規劃，以實(shí)現美國能源、環(huán)境、社會(huì )發(fā)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導地位的戰略目標，按照預計的發(fā)展速度，2010年美國光伏發(fā)電裝機容量達到4.7GW；澳大利亞計劃于2010年使光伏發(fā)電的裝機容量達到0.75GW；發(fā)展中國家多年來(lái)一直保持在世界光伏組件生產(chǎn)產(chǎn)量的10%左右，預計未來(lái)10年仍會(huì )占據10%甚至更高的比例，2010年將達到1.5GW（約10.6%）以上。因此，世界光伏系統累計安裝容量到2010年將達到14～15GW。這些計劃的實(shí)現意味著(zhù)未來(lái)10年(2000～2010)世界光伏產(chǎn)業(yè)將以平均28.5%的年增長(cháng)速率高速發(fā)展，屆時(shí)世界的光伏電池和組件的年產(chǎn)量將達到3.2GW，累計裝機容量達到14～15GW，光伏系統成本約3美元/Wp，發(fā)電成本約0.1美元/kWh。
4.2 國外強有力的政策、法規支持案例
1）德國10萬(wàn)屋頂光伏計劃
德國10萬(wàn)屋頂光伏計劃于1999年開(kāi)始執行，原計劃6年完成，共計安裝300MW光伏系統。由于缺乏相應的政策法規支持，1999年的18MW安裝計劃只完成了10MW。1999年10月德國出臺了新的可再生能源法，并于2000年開(kāi)始執行，規定光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)0.99馬克/kWh(成本約0.5馬克/kWh),該計劃政府補貼總計11億馬克，零貸款利率，10年償還；2000年1季度申請安裝光伏系統數就達到70MW，遠遠超出原計劃的27MW，政府不得不把原來(lái)6年計劃修改成5年完成，如表3所示。新能源法和補貼政策大大推動(dòng)了10萬(wàn)屋頂計劃的執行和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2）日本光伏屋頂計劃
日本是目前世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快、市場(chǎng)最大的國家，這與日本在發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)上的鼓勵政策有關(guān)。93、94年，政府對安裝光伏系統的補貼達70%以上，到90年代末隨著(zhù)成本的下降，補貼逐漸降低到50%。補貼政策和其它配套政策使日本的光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。表4是1993～1999年期間日本光伏屋頂計劃的實(shí)施情況?？梢钥闯?，光伏系統安裝量每年以翻一番的速度發(fā)展。日本目前是世界太陽(yáng)電池/組件的最大生產(chǎn)國，世界10大廠(chǎng)商中占了4個(gè)(Sharp, Kyosero, Sanyo, Mitsubishi)，2002年日本的光伏電池/組件產(chǎn)量達到260MW，占世界產(chǎn)量的48%，見(jiàn)表4，充分說(shuō)明政策法規對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大作用。
3）英國可再生能源法
英國可再生能源法于2002初生效。該法強制所有持照的電力供應商至少在3年內(2003年3月)用可再生能源提供3%的電力,到2010年，使可再生能源電力達到10.4%，并提出10億英鎊發(fā)展可再生能源技術(shù)的建議。
綜上所述，在推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各種措施中，政府的政策法規是最具影響力和最具決定性的因素。
4.3 加入WTO對我國光伏產(chǎn)業(yè)的沖擊和機遇
加入WTO后，在激烈的國際競爭中處于不利地位的我國光伏產(chǎn)業(yè)遇到了前所未有的沖擊。在這種沖擊下，我國光伏產(chǎn)業(yè)界的競爭意識驟然增強，紛紛更新設備、擴大規模、改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本以提升競爭能力；加入WTO后帶來(lái)的沖擊增加了政府決策者的緊迫意識，會(huì )加速政策、法規的出臺進(jìn)程。我們相信，中國光伏產(chǎn)業(yè)會(huì )在挑戰面前積極應對，在國際大環(huán)境中尋找發(fā)展機遇，為我國可持續發(fā)展戰略作出重大貢獻。
5 結語(yǔ)
我國光伏產(chǎn)業(yè)20年來(lái)從無(wú)到有，持續不斷地健康穩步發(fā)展，在滿(mǎn)足國內市場(chǎng)需要和提高邊遠無(wú)電地區人民的生活水平及特殊工業(yè)應用中發(fā)揮了重要作用。但同發(fā)達國家相比還存在一定差距。
本世紀人類(lèi)能源結構將發(fā)生根本性的變革，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將作為最具可持續發(fā)展理想特征的能源技術(shù)進(jìn)入能源結構，其比例將愈來(lái)愈大，并成為能源主體構成之一；
我國光伏產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)正處在發(fā)展時(shí)期，加入WTO給我國光伏產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的挑戰和機遇，政府應盡快制定強有力的政策法規，使我國光伏產(chǎn)業(yè)在激烈競爭中持續健康發(fā)展，以滿(mǎn)足我國可持續發(fā)展戰略的需要。
