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郑州磨料磨具磨削研究所  王光祖

1引言

太阳能光伏产业是世界上发展速度最快的行业之一。为实现能源和环境可持续发展，世界各国均将太阳光伏发电作为新能源与可再生能源发展,的重点。

最近，世界各国已经普遍将可再生能源的开发提高至战略地位，其中绿色光伏发电技术已成为实现可持续发展重中之重。这无疑源于两方面：(1).太阳能资源的取之不尽，用之不竭，随处可开发利用’(2) 光伏发电技术对环境保护的积极作用[1]。

光伏发电是利用半导体面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的技术。该技术的推广应用将摆脱传统发电方式对煤炭能源的依赖。

2 太阳能电池分类及其巿场份额

太阳能电池的分类如图1所示。其发展已经历了三代发展：,笫一代为单晶硅太阳能电池;第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池;第三代是铜铟镓(CIGS)薄膜太阳能电池[2]。

图1 太阳能电池的分类

不过从目前市场构成来看，晶体硅电池仍然是目前太阳能光伏电池的主流。晶体硅电池主要应用于太阳能屋顶电站，是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品，所占世界光伏市场份额超过80%。

数据显示，近年来薄膜电池的市场份额出现强劲增长势头。有专家预测，短期末来，预计到2012年薄膜电池的产量份额将达到32%，见图2

图2  2012年光伏电池产量份额市场预测

3世界光伏产业发展趋势[3]

3.1 光伏产业持续高速发展

2002～2009年世界太阳能电池产量持续增加，如表1所示。

表1  2002～2009年世界各地区和国家太阳能电池产量  MWp

2007～2009年，中国太阳电池产量增幅居世界之首。最近10年世界太阳电池产量平均增长率为48.5%(至2009年)，最近5年平均增长率为55.2%(至2009年)。2009年太阳电池产量达到约10.7GWp，比上年增长35%，其中，中国太阳电池产量市场份额占据全球市场份额的49%，见图3。

图3  各地区和国家太阳电池产量市场份额

2000～2009年，可再生能源中并网光伏发电的平均增长率最快，达到60%以上，并网光伏发电正日益发挥替代的作用，见图4。

图4  1995～2009年发电方式的年发电增长量

世界光伏产业发展的一个显著特点是并网比例迅速却增加，并将成为未来发电的主趋势。图9给出了光伏并网发电占总装机容量的比值。实践证明，并网太阳能发电站可以对电网调峰，提高电网末端的电压稳定性，改善电网功率因素和有效消除电网杂波，具有很多优越性。

3.2发展趋势

3.2.1 近期发展趋势

据Solar Annual对2007～2011年内太阳电池产量仍将持续增长，且仍以晶硅太阳电池为主，见图5。

图5  2007～2011年太阳电池发展预测

太阳电池组件随着成本迅速降价，高纯硅材料价格从2008年10月的3.55美元/Wp，降低到2009年12月的1.78美元/Wp。

图6  多晶硅材料价格走势

2011～2013年光伏发电可实现平价上网，美国对光伏发电成本下降的预测相当乐观，认为2015年前后光伏发电成本将与常规发电成本相一致。

3.2 中期发展趋势

按照欧洲2020年光伏新发展计划，到2020年，PV装机容量为400GW，发电量达到12.0%。按照奥巴马政府2020年的宏伟发展目标将实现装机350GW。这些计划都远远超过世纪初路线图。

表2  本世纪初世界光伏发电发展路线图  GW

3.3 远期发展趋势

根据欧盟委员会联合研究中心(JRC)预测，到2030年可再生能源将在世界能源结构中占30%以上，太阳能光伏发电在世界电力供应总量中占到10%以上;2040年可再生能源将占世界能源消费总量的50%以上，太阳能光伏将在世界电力供应总量中占到20%以上;到21世纪末，可再生能源将在世界能源结构中占到80%以上，太阳能发电将在世界电力供应总量中占到60%以上。

4 光伏发电的现状与未来[4]

光伏发电技术始于20世纪50年代，并随着传统矿物资源日益枯竭而近年得到迅速发展，特别是得益于德、日、美等发达国家政策扶持而迎来了一个美好的春天。

光伏发电成本的降低是推动光伏技术进入能源市场的主要动力。经过近30年的努力，太阳电池厂的生产规模不断扩大、自动化程度持续提高、技术水平逐步改进，及光伏市场的有效开拓促使光伏发电成本不断降低。目前，太阳电池单厂生产规模已经由20世纪80年代的几MW上升到目前的几百MW，且商业化电池效率也得以显著提高。

图7给出了自1955年至今，不同种类太阳能电池成本对比曲线，并对未来十年光伏发电成本进行了预测，由图7可见，2000年晶体硅太阳能电池的发电成本约为$0.57/W，2005年不足$0.25/W，发电成本下降了一倍，而未来十年还会有显著的下降。在各种太阳能电池中，聚光太阳能电池成本是最低的。

图7 不同种类太阳能电池发电成本现状及预测

图8给出了美国能源部对光伏价格的预测结果，其中SAI为美国太阳能先导计划。从这个图可以看出，政策的扶持对光伏发电成本的降低有十分显著的作用[5]。

图8  美国能源部对光伏发电价格的预测

近30年来，光伏市场蓬勃发展，特别是最近10年，太阳电池及组件生产的年平均却增长率达到33%，最近5年的年平均增长率达到43%[6]。

图9给出了世界太阳能电池历年产量的柱形图，可以看出光伏发电已经从“候补能源”逐步向“替代能源”过渡，这其中离不开政策的扶持。众所周知，目前光伏发电成本较传统能源发电来说，成本相对较高，单纯市场的拉动不可能使光伏产业发展如此迅猛，这主要得益于德国、日本、美国和西班牙各国的鼓励政策。 

图9  世界太阳能电池历年产量柱形图

如图10,所示，到2030年可再生能源在总能源结构中将占30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中将达到10%以上;2040年可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能发电将占总电力的20%以上;到21世纪末可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能是光伏发电将占到60%以上，并显示出其重要的战略地位。

图10 2004年欧盟联合中心预测

5 结语

5.1 世界光伏产业和市场的蓬勃发展，使得光伏发电在世界能源消费中占据了越来越重要的席位。根据欧盟联合研究中心的预测，太阳能光伏发电在不远的将来不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

5.2 尽管各种新概念太阳能电池不断涌现，效率也不断攀升，但现阶段进入民用领域的太阳电池主要是晶体硅太阳电池，占目前产量的90%以上，并且可以确定这种情况短期内不会发生根本改变。但是，进一步发展高转换效率和低成本的太阳电池成为光伏领域必然发展趋势[6,7]。

5.3 中国光伏产业经过最近几年的发展，已经跃升至全球最大光伏产业制造基地，产能占到全球一半以上，然而光伏产业严重依赖国外巿场，出口比例甚至高达90%，原材料也有一半来自国外市场，给整个行业的健康发展带来了不安定因素，因此，开发光伏产业的国内应用市场已经是迫在眉睫！

5.4 世界光伏产业规模现中、日、德三鼎立格局，中国光伏电池产量并不具备绝对优势，特别是中国光伏产业链的上游发展比较滞后，一度需要大规模进口多晶硅以满足光伏电池生产的需要，即使近几年上游多晶硅的产能扩张很快，但在技术水平，环境治理方面与世界先进水平仍存在较大差距。

5.5在福岛格核泄事故发生后，2022年，德国核电站全部关闭，将成为全球首个放弃枝核电的国家。预计在6月提出议案，它包括大力发展风能、太阳能和生物能以及改造新型智能电网等。这是一个非常值得注意的动向。

5.6光伏产业的可持续高速发展，将为包括金刚石线锯在内的，用于晶体硅材料加工的金刚石工具提供巨大的发展空间。

参考文献：

1  李晓华，中国光伏产业与太阳能热利用产业的发展模式比较[J]中外能源，2011，16(2)：29～34

2 周卫红，蒋荣华等，具有全球竞争力的中国光伏产业[J]新材料产业，2011，1：18～29

3 赵玉文，光伏产业战略前景与政策思考[J]有色冶金节能，2010，6：1～5

4 陈诺夫，白一呜，光伏发电与资源环境[J]电力技术，2010，19(2)：17～25

5 李晓刚，冯绍瑞，中国光伏产业发展的技术经济分析[J]工业技术经济，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 M A Green，Consolidation of Thin-film photovoltaic Technology：The Coming Decade of Opportunity[M]Pro.Phoiovolt.Res.Appl，2006，14，383～392