太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與展望

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與展望

0太陽電池?zé)釅嚎s合材料能源光譜電存是直接將太陽能轉(zhuǎn)換為能耗的一種發(fā)電形式。其核心部件是太陽電池,目前應(yīng)用較廣的有單晶硅、多晶硅和非晶硅3種。光伏發(fā)電的主要應(yīng)用形式有太陽能戶用電源、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。1國外太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀自20世紀(jì)70年代全球發(fā)生石油危機(jī)以來,太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國家引起了高度重視,各國政府從環(huán)境保護(hù)和能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度出發(fā),紛紛制定政策,鼓勵(lì)和支持太陽能光伏發(fā)電技術(shù),其發(fā)展速度很快,主要表現(xiàn)為以下一些特點(diǎn)。1.1光伏組件成本下降20年來,晶體硅光伏組件成本下降了兩個(gè)數(shù)量級。2002年世界上一些主要廠商的光伏組件成本已經(jīng)下降到2.4美元/Wp(見圖1),平均售價(jià)3.4美元/Wp。預(yù)計(jì)2010-2015年光伏組件成本可以下降到1美元/Wp。1.2光伏組件主要產(chǎn)品為3.0wp、400wp的光伏組件商品化晶體硅太陽電池效率由5%～7%提高到15%左右;單體組件功率越來越大,目前光伏組件主導(dǎo)產(chǎn)品由100～200Wp正在向300～400Wp的產(chǎn)品發(fā)展;年生產(chǎn)能力由20世紀(jì)80年代的1～5MW/年,發(fā)展到2002年的540MW,最近五年的平均增長率約為35%。1.3光伏市場的發(fā)展由于光伏組件成本的不斷下降、效益和生產(chǎn)規(guī)模的提高,光伏市場發(fā)展迅速。2002年世界光伏系統(tǒng)的總裝機(jī)容量達(dá)到2GW。已建成10多座MW級的光伏發(fā)電系統(tǒng)。1.4屋頂光伏系統(tǒng)2001年世界并網(wǎng)發(fā)電占到總光伏應(yīng)用的51%,已成為最大的光伏市場(見圖2),并成為電力工業(yè)的重要組成部分。美國于1988年開始實(shí)施PVUSA計(jì)劃,建立集中型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(1MWp～10MWp);1995年實(shí)施與屋頂結(jié)合的PVBONUS計(jì)劃;1997年又宣布美國百萬太陽能屋頂計(jì)劃,總光伏安裝量將達(dá)到3025MWp;德國從1999年啟動“屋頂光伏”計(jì)劃,當(dāng)年安裝7MWp,2001年77MWp,平均每年增加35MWp;日本從1994年開始到2001年在建筑屋頂安裝光伏系統(tǒng)累計(jì)333MWp,其中從1997年-2001年累計(jì)320MWp,平均每年增長20MWp。此外,意大利、印度、瑞士、荷蘭、西班牙都有類似的計(jì)劃。預(yù)測到2020年并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的價(jià)格將從目前的7.0美元/kW·h下降到1.52美元/kW·h,發(fā)電成本將從目前的0.245美元/kW·h下降到0.053美元/kW·h。2中國照明行業(yè)發(fā)展概況2.1光伏發(fā)電技術(shù)光伏電池技術(shù)不斷進(jìn)步,與發(fā)達(dá)國家相比有差距,但差距在不斷縮小。20世紀(jì)時(shí),我國的光伏電池技術(shù)是從60年代發(fā)展空間用太陽電池開發(fā)起步的,地面用光伏電池的生產(chǎn)是從70年代初開始,主要的低成本技術(shù)及生產(chǎn)能力則在80年代中期建立起來。經(jīng)過二十幾年的努力,我國光伏發(fā)電技術(shù)有了很大的發(fā)展,光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高,目前,單晶硅電池實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)20%,批量生產(chǎn)效率為14%,多晶硅實(shí)驗(yàn)室效率為12%。到1999年,我國光伏電池的主要產(chǎn)品是單晶硅電池和非晶硅電池,多晶硅電池只限于實(shí)驗(yàn)室和中試產(chǎn)品,但在2000年之后,多晶硅產(chǎn)品逐步走出實(shí)驗(yàn)室,開始形成規(guī)模生產(chǎn),目前批量生產(chǎn)效率為11%,與發(fā)達(dá)國家相比,技術(shù)差距在不斷縮小。2.2光伏系統(tǒng)生產(chǎn)和發(fā)展概況我國光伏電池生產(chǎn)線的建立有兩個(gè)高峰期,第一次為20世紀(jì)80年代,共引進(jìn)7條總計(jì)4.5MW的生產(chǎn)線,我國光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。20世紀(jì)90年代末,我國進(jìn)入又一光伏電池生產(chǎn)線建設(shè)高峰期,新建的光伏電池生產(chǎn)企業(yè)有無錫尚德、保定英利、浙江中意、上海國飛、天津京瓷等,生產(chǎn)規(guī)模在2～50MW,技術(shù)先進(jìn),并開始了多晶硅太陽電池的生產(chǎn),市場上形成了單晶硅和多晶硅兩種主打光伏電池產(chǎn)品的局面,填補(bǔ)了我國多晶硅片規(guī)?；a(chǎn)的空白。同時(shí)各地又建立了一些組件封裝廠,使我國太陽電池的生產(chǎn)能力和實(shí)際生產(chǎn)量有了較快的增加,最近10年太陽電池和組件生產(chǎn)平均增長率為25%(見圖3)。2002年我國太陽電池和組件的實(shí)際生產(chǎn)量達(dá)到11MW,其中電池/組件生產(chǎn)6MW(其中2MW為非晶硅),組件封裝5MW。2002年在國家計(jì)委啟動的西部省份“送電到鄉(xiāng)”工程的推動下,出現(xiàn)了當(dāng)年安裝量比上一年翻4.5倍的躍升。截止2002年底我國光伏系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到40MW。歷年來光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量的變化(見圖4)。但相比于蓬勃發(fā)展的世界光伏工業(yè),中國光伏工業(yè)還處于起步階段。發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家的速度,甚至低于印度,同時(shí)也落后于國內(nèi)市場發(fā)展的需求。2002年,我國大陸光伏電池組件的銷售量僅占當(dāng)年世界總銷售量的1.72%左右,比臺灣略多是印度產(chǎn)量的39.3%。2.3年代初降低標(biāo)準(zhǔn)太陽電池組件成本不斷降低,售價(jià)由80年代初65～70元/Wp降低到30～31元/Wp。隨著光伏技術(shù)的不斷發(fā)展,成本會有繼續(xù)下降的空間。2.4該應(yīng)用于2.4.1我國光伏發(fā)電領(lǐng)域2.近期內(nèi)我國光伏發(fā)電市場仍以無電地區(qū)供電為主。2001年及以前,我國光伏產(chǎn)品的年銷售量均保持在3～4MW,其中單晶硅產(chǎn)品占80%,非晶硅產(chǎn)品占20%。2002年,送電到鄉(xiāng)項(xiàng)目使市場年銷售量猛增到20MW,光伏系統(tǒng)保有量達(dá)到40MW左右。從市場份額上看,光伏發(fā)電在2000年前的主要應(yīng)用領(lǐng)域是:通訊行業(yè)占40%～50%,農(nóng)村電氣化行業(yè)占40%左右,其他領(lǐng)域占10%左右。但2002年當(dāng)年農(nóng)村電氣化領(lǐng)域的市場份額占到85%以上。我國光伏應(yīng)用的主要形式有:1)戶用光伏系統(tǒng):戶用光伏系統(tǒng)和獨(dú)立光伏電站是解決我國邊遠(yuǎn)無電地區(qū)居民和社會用電問題的重要方式。到2002年,全國累計(jì)推廣10～100Wp的戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)近30萬臺,總功率6MW左右,其中10～20Wp的小系統(tǒng)應(yīng)用較多。隨著邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)牧民收入水平的提高,戶用光伏系統(tǒng)存在一定的市場潛力。2)獨(dú)立光伏電站:獨(dú)立光伏電站具有質(zhì)量穩(wěn)定、維護(hù)方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),適用于人口相對集中的無電縣、鄉(xiāng)、村。目前國內(nèi)建設(shè)的獨(dú)立光伏電站小到幾個(gè)千瓦,最大的不超過200kW,2003年底,小型獨(dú)立光伏電站的總?cè)萘窟_(dá)到20MW以上。3)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng):對于聯(lián)網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng),由于在電網(wǎng)覆蓋的地區(qū),光電應(yīng)用成本太高,目前沒有競爭力,因此我國只在1997年后有少許示范性的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。但作為光伏發(fā)電未來應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一,預(yù)計(jì)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在未來10～20年內(nèi)將迅速發(fā)展。2.4.2光伏發(fā)電將在農(nóng)村用電市場中占有較大容量預(yù)測在2010年之前的中近期,光伏發(fā)電系統(tǒng)將繼續(xù)在解決我國大約700萬邊遠(yuǎn)無電戶的項(xiàng)目中發(fā)揮主要作用,為了保障我國能源供應(yīng)的戰(zhàn)略安全和減小排放的環(huán)境壓力,光伏發(fā)電將以平均每年70MWp的幅度高速發(fā)展,到2010年,我國光電累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到555MWp。隨著我國光電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展、成本降低,預(yù)計(jì)在2010～2020年間,光伏發(fā)電將保持高質(zhì)量、大規(guī)模、可持續(xù)的發(fā)展,預(yù)計(jì)平均每年裝機(jī)100MWp,到2020年累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到1,600MWp。但是必須看到,光伏發(fā)電的農(nóng)村電氣化市場總的容量,僅相當(dāng)于目前世界上一年光伏電池的生產(chǎn)量。在電網(wǎng)不能吸納光伏發(fā)電的電量之前,我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的市場是十分有限的。3從單一的太陽能戶用電源到大型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)青海省的光伏事業(yè)起步于1983年,走過了一條從無到有,從小市場到形成區(qū)域性優(yōu)勢,從單一的太陽能戶用電源到大型獨(dú)立光伏電站,從單純運(yùn)用省內(nèi)、國內(nèi)技術(shù)到廣泛國際合作的蓬勃發(fā)展的道路。3.1商業(yè)化運(yùn)作階段1983年青海省成立了專門從事太陽能利用的省級研究所,1993年首家以生產(chǎn)經(jīng)營太陽能光伏電源的專營企業(yè)成立,標(biāo)志著青海省光伏產(chǎn)業(yè)初步進(jìn)入了商業(yè)化運(yùn)作階段。經(jīng)過多年的發(fā)展,青海省現(xiàn)有光伏生產(chǎn)、經(jīng)營企業(yè)18家,正是這眾多企業(yè)的市場化競爭,使得產(chǎn)品的質(zhì)量不斷提高,價(jià)格不斷降低,有力地促進(jìn)了光伏產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展,形成了以本省為中心的西部光伏電源區(qū)域市場,到目前為止,已在青海省及周邊地區(qū)推廣太陽能戶用電源近10萬臺套,累計(jì)裝機(jī)功率達(dá)到1500kW以上。光伏產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展方面走在了全國的前列,形成了區(qū)域優(yōu)勢,這在國內(nèi)是公認(rèn)的,甚至引起國際同行的關(guān)注。3.2太陽能光伏電站含風(fēng)能互補(bǔ)電站在民用應(yīng)用領(lǐng)域,青海省自1994年起,與聯(lián)合國UNDP合作共同完成了我省首座4kWp的千瓦級光伏電站,解決了一個(gè)行政村的供電問題,之后又先后設(shè)計(jì)、建設(shè)完成太陽能光伏電站(含風(fēng)光互補(bǔ)電站)30余座。2002年國家啟動西部省份“送電到鄉(xiāng)”工程項(xiàng)目。建設(shè)鄉(xiāng)級太陽能光伏電站(含風(fēng)光互補(bǔ)電站),涉及我省的6州23縣1市,總裝機(jī)容量3943kW,總投資3.7312億元。工程完工后將解決我省112個(gè)無電鄉(xiāng)4.2萬人口的基本生活用電問題,使青海省徹底告別無電鄉(xiāng)的歷史。3.3中德合作、環(huán)境合作機(jī)制日益深化,但成效初步確立。在國際合作中,我國合作符合資早在上世紀(jì)的80年代,青海省就逐步開始了光伏領(lǐng)域的國際合作,使得青海省光伏技術(shù),尤其是獨(dú)立電站的建設(shè)技術(shù)取得了飛躍性的發(fā)展。近年來青海省的國際合作呈現(xiàn)出數(shù)量逐年增長,金額快速加大,合作范圍日益廣泛的特點(diǎn)。目前正在開展的國際合作項(xiàng)目:(1)中德合作“利用可再生能源促進(jìn)邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)發(fā)展”項(xiàng)目;(2)中德財(cái)政合作青海太陽能項(xiàng)目;(3)由世界銀行和全球環(huán)境基金貸款和增款的“加強(qiáng)中國農(nóng)村貧困地區(qū)基本衛(wèi)生服務(wù)”項(xiàng)目;(4)國家經(jīng)貿(mào)委與世界銀行合作開展的全球環(huán)境基金(GEF)/世界銀行中國可再生能源發(fā)展項(xiàng)目。同時(shí)還有與芬蘭政府、日本政府、荷蘭殼牌公司、UNDP等眾多的國際合作項(xiàng)目,這些項(xiàng)目和送電到鄉(xiāng)項(xiàng)目以及其他農(nóng)村電氣化項(xiàng)目將在近期對我省光伏發(fā)電的技術(shù)發(fā)展、市場開拓等起積極的作用。3.4生產(chǎn)技術(shù)水平在廣泛國際合作的單位內(nèi)青海省光伏事業(yè)的發(fā)展走過了一條從無到有,從小到大,從單純銷售引進(jìn)到簡單仿制、組裝,最后到自主開發(fā);從單一的太陽能家用電源生產(chǎn)到大范圍、大規(guī)模獨(dú)立光伏電站建設(shè);從單純省內(nèi)、國內(nèi)技術(shù)到廣泛國際合作的蓬勃發(fā)展之路。近年來生產(chǎn)技術(shù)水平更是跳躍式發(fā)展。2000年建立了中國西部第一條太陽電池組件封裝線,2002年第二條太陽電池組件封裝線投入使用,開始了光伏發(fā)電核心部件的生產(chǎn)。同時(shí),青海省光伏事業(yè)的發(fā)展得到了國家科技部和省科技廳等有關(guān)部、局的大力支持,先后完成國家和省部級科研成果多項(xiàng),攻克了各項(xiàng)太陽能發(fā)電的技術(shù)難關(guān),使我省的太陽能發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)占有一席之地。近期正在開展的國家科技攻關(guān)項(xiàng)目10kWp光伏并網(wǎng)電站的研究,這將使我省的光伏應(yīng)用實(shí)現(xiàn)從單一的獨(dú)立光伏電站到城市并網(wǎng)發(fā)電的跨越,走在國內(nèi)同行的前列。4文明區(qū)光伏能源的發(fā)展現(xiàn)狀1)國際上光伏發(fā)電無論是從技術(shù)上還是從規(guī)模上已經(jīng)有了巨大發(fā)展,已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)作階段,并且已主要用于城市的并網(wǎng)發(fā)電;2)我國光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30來年的風(fēng)風(fēng)雨雨,有4個(gè)特點(diǎn):a)持續(xù)不斷發(fā)展,并且近年來發(fā)展速度明顯加快