太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展與市場(chǎng)

高中勝 朱剛

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)總公司七一二研究所，武漢430064）

1 引言

當(dāng)今世界全球能源供應(yīng)的越來(lái)越緊張，汽油價(jià)格的不斷上漲更是讓人們憂心忡忡，其它不可再生能源的供應(yīng)也在不斷減少，尋找替代能源已經(jīng)成為一個(gè)必然。世界各國(guó)，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)21世紀(jì)的能源問(wèn)題都特別關(guān)注。由于煤、石油、天然氣等能源儲(chǔ)量的有限性和它們的污染性，各國(guó)專家更看好太陽(yáng)能等可再生能源，它永久性的優(yōu)點(diǎn)更是開(kāi)發(fā)它的最有說(shuō)服力的緣由。盡管目前太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)遇到了種種難題，它的利用也僅在世界能源消費(fèi)中占很小的一部分，成本也比其他能源要高出許多?？呻S著太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的改進(jìn)，太陽(yáng)能電池終究會(huì)是利用太陽(yáng)能比較方便、可行的方法，為人類未來(lái)大規(guī)模地利用太陽(yáng)能開(kāi)辟?gòu)V闊的前景。太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用是人類進(jìn)入21世紀(jì)必須解決的難題。太陽(yáng)能電池作為清潔太陽(yáng)能的媒介將有利于緩解世界的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，如果說(shuō) 20世紀(jì)是石油世紀(jì)的話,那么21世紀(jì)則是可再生能源的世紀(jì)，是太陽(yáng)能的世紀(jì)[1]。

2 國(guó)際太陽(yáng)能市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展趨勢(shì)

2.1 太陽(yáng)能電池國(guó)際市場(chǎng)趨勢(shì)

2.1.1 日本市場(chǎng)

2008年8月“富士經(jīng)濟(jì)（Fuji Keizai）”公司公布了最新的全球太陽(yáng)能電池市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告。報(bào)告的提出是基于該機(jī)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)能電池及其材料、發(fā)電所必要的系統(tǒng)設(shè)備等方面多樣化開(kāi)發(fā)技術(shù)以及市場(chǎng)動(dòng)向的調(diào)查。調(diào)查的對(duì)象和范圍是從結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池到下一代太陽(yáng)能電池等10種太陽(yáng)能電池，多晶硅、晶圓等種材料零部件，3種系統(tǒng)設(shè)備，14個(gè)國(guó)家地區(qū)。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省預(yù)計(jì)，由于日本企業(yè)不斷在國(guó)內(nèi)外擴(kuò)大太陽(yáng)能電池生產(chǎn)規(guī)模，到2020年日本制太陽(yáng)能電池在全球市場(chǎng)的占率可望由目前的25%提高至 33%，系企業(yè)太陽(yáng)能發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模也將達(dá)到10兆（100萬(wàn)億）日元大關(guān)，為目前的10倍。為了加速日本太陽(yáng)能發(fā)電的普及化，日本政府推出一系列太陽(yáng)能發(fā)電推廣措施，如擬將家庭剩余的太陽(yáng)能電力每千瓦時(shí)的買回價(jià)格提升2倍至50日元，買回期限則為10年，日本經(jīng)產(chǎn)省計(jì)劃于今后 3～5年將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的導(dǎo)入費(fèi)用減至現(xiàn)行的1/2。

2.1.2 歐洲市場(chǎng)

歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)公布了年度市場(chǎng)數(shù)據(jù)2008年全球光伏市場(chǎng)增長(zhǎng)至少達(dá)到55 GW，2007年為2.4 GW。其中依地區(qū)排名。西班牙名列首位，德國(guó)為第二。另外，到2008年全球太陽(yáng)能累積安裝總量已達(dá)15 GW，而2007年為9 GW。西班牙以2.5 GW幾乎占到2008年新增安裝量的一半，德國(guó)以1.5 GW排在第二，美國(guó)以342 MW排名第三，韓國(guó)以274 MW排名第四，意大利260 MW排名第五，以下依次是捷克葡萄牙，比利時(shí)及法國(guó)。

據(jù)歐洲能源研究中心預(yù)測(cè)，到2050年太陽(yáng)能電池將為人類提供總電量的20%到30%。由此可見(jiàn)，未來(lái)的世界將使得太陽(yáng)能走進(jìn)千家萬(wàn)戶的生活，走進(jìn)所有需要光亮、需要能源的角落。

2.1.3 美國(guó)市場(chǎng)

目前號(hào)稱是世界之最的美國(guó)太陽(yáng)能之星，內(nèi)華達(dá)州奈斯里太陽(yáng)能廠，是由美國(guó)空軍和SunPower聯(lián)手合資的項(xiàng)目（07年12月竣工），據(jù)稱每年的供電量可達(dá) 3000萬(wàn) kWh。以此為例的Swanson曾經(jīng)表示，以當(dāng)前的速度推廣使用太陽(yáng)能電池，到2040年太陽(yáng)能電池所產(chǎn)的電能可以滿足全美的電力需求。鑒于其它可再生能源技術(shù)和新能源也同事不斷涌現(xiàn)（風(fēng)能和太陽(yáng)熱能），到 2050年太陽(yáng)能所能提供的電量增長(zhǎng)將足以降低煤炭發(fā)電所釋放的二氧化碳。

2.2 各種太陽(yáng)能電池近兩年投資

2.2.1 薄膜硅太陽(yáng)能電池

薄膜硅太陽(yáng)能電池 2007年市場(chǎng)規(guī)模為 578億日?qǐng)A，預(yù)計(jì)到 2012年將提高到 2007年的 9.7倍大道5595億日元。由于薄膜太陽(yáng)能電池原料使用量較小、原料成本低、制造工序也少，因此有望今后能大幅度降低成本，投資會(huì)大幅度增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)涉足該領(lǐng)域的廠商達(dá)100家左右，其中約10家到20家廠商目前已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)了，不少?gòu)S家處于量產(chǎn)準(zhǔn)備階段，很快開(kāi)始量產(chǎn)。從日系廠商和非日系廠商的產(chǎn)量比較來(lái)看，日系廠商2006年之前的比例較高，但2007年非日系廠商的產(chǎn)量超過(guò)了日系廠商。今后隨著美國(guó)、德國(guó)、印度、中國(guó)大陸和臺(tái)灣等廠商產(chǎn)量的逐步提高，日系廠商的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)很可能處于劣勢(shì)。

2.2.2 CI（G）S太陽(yáng)能電池

2007年CI（G）S太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)規(guī)模為120億日?qǐng)A，預(yù)計(jì)2012年的市場(chǎng)規(guī)模講達(dá)到2007年的 25倍 2998日?qǐng)A。CI（G）S太陽(yáng)能電池是不使用硅的薄膜化合物類的新型太陽(yáng)能電池，主要成分是銅（Copper）銦（Indium）硒（Selenium）等三種元素。目前涉足該市場(chǎng)的主要廠商為德國(guó)Wurth Solar、美國(guó)的 Globa Solar Energy、美國(guó)Nanosolar、日本 Showa Shelll Solar和本田 Soltec，主要受歐洲以歐洲為中心的市場(chǎng)需求擴(kuò)大的支撐，已經(jīng)開(kāi)始投產(chǎn)的相關(guān)廠商的訂單情況良好。有些廠商甚至已經(jīng)售完今后1年到2年的計(jì)劃生產(chǎn)部分，因此從各廠商的增長(zhǎng)來(lái)看今后的市場(chǎng)將不斷擴(kuò)大。盡管銦材料短缺問(wèn)題令業(yè)界擔(dān)憂，不過(guò)報(bào)告分析 CI（G）S太陽(yáng)能電池廠商和銦廠商預(yù)計(jì)不會(huì)陷入銦材料短缺的困境。

2.2.3 CdTe薄膜太陽(yáng)能電池

CdTe薄膜太陽(yáng)能電池 2007年市場(chǎng)規(guī)模為630億日?qǐng)A，預(yù)計(jì)2012年將提高到2007年的4.2倍2660億日?qǐng)A。銅銦鎵硒（CIGSS）薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)目前顯示了所有無(wú)機(jī)薄膜技術(shù)中最高的電池和組件效率（電池為19.5%；商用組件為12%；面積0.35～0.7m2的原型組件為13%～14%）。第一代CIGSS組件的大規(guī)模制造（主要在歐洲）已經(jīng)開(kāi)始，但是仍然需要研究生產(chǎn)工藝，雖然作為高效率的薄膜太陽(yáng)能電池令眾人期待，但毒性污染環(huán)境問(wèn)題限制了其發(fā)展[2，3,4]。

3 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 發(fā)展歷程

中國(guó)于1958年開(kāi)始研究光伏電池，于1971年首次成功應(yīng)用于我國(guó)發(fā)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星上。于1973年開(kāi)始將光伏電池用于地面。中國(guó)光伏工業(yè)在20世紀(jì)80年代以前尚處于雛形，太陽(yáng)電池的年產(chǎn)量一直徘徊在10 kWp以下，價(jià)格也很昂貴。由于受到價(jià)格和產(chǎn)量的限制，市場(chǎng)的發(fā)展很緩慢，除了作為衛(wèi)星電源，在地面上太陽(yáng)電池僅用于小功率電源系統(tǒng)，如航標(biāo)燈、鐵路信號(hào)系統(tǒng)、高山氣象站的儀器用電、電圍欄、黑光燈、直流日光燈等，功率一般在幾瓦到幾十瓦之間。在“六五”(1981—1985)和“七五”(1986—1990)期間，國(guó)家開(kāi)始對(duì)光伏工業(yè)和光伏市場(chǎng)的發(fā)展給以支持，中央和地方政府在光伏領(lǐng)域投入了一定資金，使得我國(guó)十分弱小的太陽(yáng)電池工業(yè)得到了鞏固并在許多應(yīng)用領(lǐng)域建立了示范，如微波中繼站、部隊(duì)通信系統(tǒng)、水閘和石油管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)、農(nóng)村載波電話系統(tǒng)、小型戶用系統(tǒng)和村莊供電系統(tǒng)等。

2002年，國(guó)家計(jì)委啟動(dòng)“西部省區(qū)無(wú)電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”，通過(guò)光伏和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū)（西藏、新疆、青海、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西和四川）700多個(gè)無(wú)電鄉(xiāng)的用電問(wèn)題，光伏用量達(dá)到15.5 MWp（小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)240 kW）。該項(xiàng)目大大刺激了光伏工業(yè)，國(guó)內(nèi)建起了幾條太陽(yáng)電池的封裝線，使太陽(yáng)電池的年生產(chǎn)量迅速達(dá)到100 MWp（2002年當(dāng)年產(chǎn)量20 MWp）。截止到2003年底，中國(guó)太陽(yáng)電池的累計(jì)裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到55MWp。2003—2005年，由于歐洲光伏市場(chǎng)主要是德國(guó)市場(chǎng)的拉動(dòng)，中國(guó)的光伏生產(chǎn)能力迅速增長(zhǎng)，截止到2005年底，中國(guó)太陽(yáng)電池組件的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到 400 MWp，當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到 140 MWp，絕大部分太陽(yáng)電池組件出口歐洲，2005年國(guó)內(nèi)安裝量只有5 MWp，2006年為10 MWp。國(guó)家能源局官員稱，正在制定的新能源發(fā)展規(guī)劃中發(fā)展目標(biāo)翻了幾番。其中到2020年太陽(yáng)能發(fā)電規(guī)模由2007年的180萬(wàn)千瓦調(diào)整到上千萬(wàn)千瓦。這些幾倍于現(xiàn)有《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》的新目標(biāo)，將出現(xiàn)在上報(bào)國(guó)務(wù)院的《新能源發(fā)展規(guī)劃》中。中央財(cái)政則稱太陽(yáng)能光電建筑發(fā)電每應(yīng)用1瓦將補(bǔ)助20 元。

3.2 近兩年國(guó)內(nèi)投產(chǎn)項(xiàng)目

3.2.1 非晶硅薄膜電池

四川凱邁集團(tuán)下屬公司四川光亮投資有限公司為主要投資方，總投資6億元的國(guó)內(nèi)最大的非晶硅太陽(yáng)能薄膜電池項(xiàng)目于七月在崇州開(kāi)建，建成后年生產(chǎn)非晶硅薄膜電池達(dá)到30 MW，為全國(guó)最大。生產(chǎn)線將在30個(gè)月內(nèi)建成，建成后極大地吸引下游企業(yè)到工業(yè)區(qū)集聚發(fā)展，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)集群。

3.2.2 CIGSeS銅銦鎵硫硒化合物薄膜電池

山東孚日光伏科技優(yōu)先公司引進(jìn)德國(guó)Johanna Solar Technology Gmbh（簡(jiǎn)稱JST）公司技術(shù)建設(shè)的 CIGS銅銦鎵硫硒化合物薄膜電池研發(fā)及生產(chǎn)項(xiàng)目正式開(kāi)工奠基?？偼顿Y60億元，建設(shè)規(guī)模為240 MW，其中首期項(xiàng)目投資18.6億元，建設(shè)規(guī)模為60 MW，預(yù)計(jì)2009年第三季度投產(chǎn)，項(xiàng)目建成后孚日公司將成為我國(guó)唯一進(jìn)行CIGSSe薄膜電池大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的光伏企業(yè)，并可帶動(dòng)山東光伏企業(yè)的迅猛發(fā)展。

3.2.3 多晶硅太陽(yáng)能電池項(xiàng)目

年產(chǎn)400MW多晶硅太陽(yáng)能電池項(xiàng)目在河北保定開(kāi)工建設(shè)，項(xiàng)目由英利集團(tuán)旗下的英利新能源和英利能源（中國(guó)）兩家公司建設(shè)?？偼顿Y28億元，計(jì)劃于2009年3月完工。

3.2.4 中科院?jiǎn)?dòng)太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃

中科院有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃以2050年前后使太陽(yáng)能作為重要能源為遠(yuǎn)景目標(biāo)，確定2015年分布式利用、2025年替代利用、2035年規(guī)模利用三個(gè)階段目標(biāo)，從光伏、光熱、光化學(xué)、光生物等太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化利用的幾個(gè)主要途徑所涉及的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題作為突破口，并在核心技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用示范和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化等幾個(gè)層面實(shí)施太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃。

4 太陽(yáng)能電池區(qū)域選擇

國(guó)內(nèi)各區(qū)域太陽(yáng)能資源分布如表1[6]。

5 太陽(yáng)能成本問(wèn)題

與傳統(tǒng)電力相比，當(dāng)前光伏發(fā)電成本仍然偏高，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)初投資約8萬(wàn)元/千瓦，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)投資約6萬(wàn)元/千瓦，發(fā)電成本 3.5-5元/千瓦時(shí)。光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)4-5元/千瓦時(shí)，是目前火電成本的10倍左右。如此高的價(jià)格，無(wú)論是由用戶分?jǐn)傔€是由國(guó)家補(bǔ)貼，大規(guī)模推廣使用太陽(yáng)能的阻力很大，暫時(shí)還無(wú)法同火電、風(fēng)電等競(jìng)爭(zhēng)。然而近期太陽(yáng)能光伏發(fā)電的大規(guī)模市場(chǎng)發(fā)展和快速的技術(shù)進(jìn)步正在使光伏系統(tǒng)設(shè)備和發(fā)電成本有效降低，預(yù)計(jì)2012年每千瓦時(shí)發(fā)電成本可降為1.5元人民幣以下[5]。

表1 太陽(yáng)能資源分布

6 結(jié)束語(yǔ)

從上述的論證中可得出以下太陽(yáng)能電池技術(shù)投資判斷：

1) 太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā)展雖然 08年受到經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響有所減緩，但從長(zhǎng)期的能源需求看，并不影響其發(fā)展的速度，世界會(huì)一如既往支持其發(fā)展，而且發(fā)展速度會(huì)有所增加；

2) 單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池能目前仍占據(jù)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的主導(dǎo)；

3) 今后的發(fā)展趨向薄膜太陽(yáng)能電池，價(jià)格低廉和性能穩(wěn)定的硅薄膜太陽(yáng)能電池和轉(zhuǎn)化效率高、工藝簡(jiǎn)單的 CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽(yáng)能電池成為新的投資熱點(diǎn)，在將來(lái)的市場(chǎng)份額中占據(jù)的份額會(huì)越來(lái)越高；

4) 多晶硅是目前利潤(rùn)最高的光伏產(chǎn)業(yè)，但受原材料的影響不能長(zhǎng)久；

5) 國(guó)內(nèi)企業(yè)投資趨勢(shì)符合世界潮流，在保持單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池的同時(shí)，積極投入薄膜電池行業(yè)；

6) 建議：投資硅基薄膜太陽(yáng)能電池或者CIGS銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池，具有良好的、潛在的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。

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[1]陳浩凱, 杜嬋, 太陽(yáng)能電池與前景. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)技術(shù)論壇.

[2]R. Mendoza-Pe′ rez, J.Sastre-Herna′ndez,G.Contreras-Puente. CdTe solar degradation studies with the use CdS as the window material. [J]Solar Energy Materials and Solar Cells: 2009, 93: 79-84.

[3]劉永軍.球太陽(yáng)能電池市場(chǎng)規(guī)模最新動(dòng)向調(diào)查.中國(guó)電子商情, 2008,10.

[4]黃可, 黃健, 馬延燦. 歐洲薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)研究與發(fā)展規(guī)劃. 新材料產(chǎn)業(yè), 2008, (2): 22-26.

[5]尹淞, 郝繼紅. 我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用綜述,電力技術(shù), 2009, (3): 1—8.

[6]太陽(yáng)能資源分布, 山西能源與節(jié)能, 2009, (3): 66.