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历程回顾:太阳能发电的演变

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:直到1954年4月,美国贝尔实验室的研究人员演示了第一个实用的硅太阳能电池,这是世界上第一块实用的单晶硅太阳能电池,效率仅6%。依靠国内相对廉价的太阳能电池生产成本,中国太阳能光伏企业在欧盟巨大的市场需求面前呈现出爆发式增长势头。与2012年产量相比,增长7.5%,多晶硅电池和单晶硅电池的比例约为3∶1。太阳能电池呈逐年增长发展态势,但发展趋于平缓。

历程回顾:太阳能发电的演变

(1)在实验中诞生并缓慢发展

可以将阳光转换成电流太阳电池出现于一百多年前,但早期的太阳能电池效率太低,并无多大用处。直到1954年4月,美国贝尔实验室的研究人员演示了第一个实用的硅太阳能电池,这是世界上第一块实用的单晶硅太阳能电池,效率仅6%。同年,威克尔首次发现了砷化镓有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成了太阳能电池。1973年,美国制订了政府级的阳光发电计划,研究经费大幅增长,成立了太阳能开发银行,促进了太阳能产品的商业化。日本于1974年发布了政府“阳光计划”。20世纪80年代,石油价格大幅回落,太阳能产品缺乏竞争力,太阳能技术也没有重大突破,动摇了一些人对太阳能利用的信心,许多国家大幅削减了太阳能研究经费。

20世纪90年代,矿物、化石能源引发了全球性的环境污染和生态破坏,对人类的生存环境和发展构成了威胁。1992年,联合国在巴西召开“世界环境和发展大会”,会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》《21世纪议程》《联合国气候变化框架条约》等一系列重要文件,把环境与发展纳入统一的框架中,确立了可持续发展的模式。此后,世界各国加强了清洁能源技术的开发。1995年,高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。1997年,美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”;1997年,日本提出“新阳光计划”;1998年,澳大利亚新南威尔士大学创造了单晶硅太阳能电池效率25%的世界纪录;荷兰政府也提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”,计划到2020年完成。

(2)光伏快速发展期

21世纪初的十多年里,国际原油价格上涨,从2000年的不足30美元/桶,攀涨到2008年7月接近150美元/桶。油价的上涨促使许多发达国家加强了对新能源开发的支持力度,如欧洲、美国的太阳能光伏装机容量迅猛地增长,需求成倍扩大。依靠国内相对廉价的太阳能电池生产成本,中国太阳能光伏企业在欧盟巨大的市场需求面前呈现出爆发式增长势头。在巅峰时期,中国70%以上的太阳能组件都出口欧洲市场。2007年,中国成为世界第一大光伏电池生产国,光伏电池产值增长率连续5年超过100%,占世界产能的60%。但中国还不是太阳能利用大国,产品主要出口,长期以来“生产在国内,应用在国外”。2012年,全球十大光伏组件企业中,中国就占6个。无锡尚德、保定英利、天合光能、江西赛维、阿斯特等都是这类企业。

(3)光伏市场危机

从2010年到2011年年初,全球光伏市场最初是供不应求,光伏电池价格一路飙升,国内各大生产制造商增加投资扩大生产规模。“五粮液”这样的酿酒龙头也新上了太阳能光伏玻璃项目。太阳能产业链生意火爆,带动了上下游产业中如装备、原料、运输、安装业的发展。2011年下半年,市场开始变化,组件价格下跌。受影响最大的是中国企业,国内数十家光伏生产企业关闭,数百家企业停产、半停产,数家在美国上市的著名企业股价从每股二三十美元跌到三四美元,光伏企业集体陷入价格战,大企业出现巨额亏损。

(4)导致光伏危机的原因

①世界光伏市场供求关系严重失衡。由于行业利润刺激,2011年上半年,全球光伏组件的产能增加了54%,而需求仅增加了19%。中国当年生产的光伏组件产能为30 GW,加上其他国家的产能20 GW,全球共生产50 GW,而2011年世界光伏电站的安装需求量却是20 GW左右,光伏产能严重过剩,仅中国的产能就超过世界总需求的50%。

②2011年中期,中国光伏产品的出口开始严重受阻。中国光伏产品市场的85%以上是对国外出口,世界需求的70%在欧洲市场。但是,由于全球金融危机和欧债危机的冲击,安装大国德国、意大利对光伏电站的补贴幅度一路下调,导致这些国家的光伏装机需求大大减少,许多公司不再订货或取消订单。

③世界光伏市场竞争环境发生重大变化,美国、德国的几家大型光伏生产企业倒闭,如德国知名太阳能企业Solon、Solar Millennium、Sovello和Q-Cell陆续申请破产。此外,由Solarworld公司牵头,欧洲太阳能光伏企业组成联盟EU ProSun,对中国入欧太阳能光伏产品进行“双反(反倾销反补贴)”调查。在2012年上半年,美国对中国反倾销公布初裁结果;欧洲制造商也向欧盟提出反倾销申请。对中国“双反”裁决,并没有使欧美的光伏产业获救。全世界所有太阳能公司都亏损,中国也有一些光伏龙头企业倒闭。

(5)光伏行业回暖复苏

2013年,全球光伏行业逐渐迈出低谷,出现了恢复性增长。同年,全球多晶硅、组件价格分别上涨47%和8.7%。欧盟对我国光伏“双反”案达成初步解决方案,国内企业经营状况不断趋好,截至2013年年底,在产多晶硅企业由年初的7家增至15家,多数电池骨干企业扭亏为盈,主要企业第四季度毛利率超过15%,部分企业全年净利润转正。

产能产品方面,2013年全球电池片生产规模保持增长势头,产能超过63 GW(不含薄膜电池),产量达到40.3 GW。与2012年产量相比,增长7.5%,多晶硅电池和单晶硅电池的比例约为3∶1。太阳能电池呈逐年增长发展态势,但发展趋于平缓。从发展区域看,中国(不包含港澳台地区)以25.1 GW的产量位居全球第一,约占全球总产量的63%。

依照2013年光伏电池组件企业的产量排名,全球十大电池组件企业及其情况见表2.1。

表2.1 全球十大电池组件企业及其情况(www.xing528.com)

续表

装机容量方面,欧洲光伏产业协会(EPIA)的数据显示,2013年全球光伏发电系统新增装机容量超过37 GW,截至2013年年底,全球累计装机容量为136.7 GW。在光伏产品出口受阻的情况下,中国加大了国内对光伏产品的消纳。中国在2013年新增光伏装机容量约10 GW,居全球第一。其次是日本,为6.9GW。美国第三,为4.8 GW。2013年欧洲新增装机容量大幅减少,德国为3.3 GW,较2012年的7.6 GW减少约57%,意大利为1.1~1.4 GW,较2012年减少约70%。欧洲在全球新增装机量的占比也大幅降至28%,占比近5年来首次低于50%。到2013年年底,中国累计光伏装机达到16.5 GW(其中,分布式光伏项目为5.7 GW,地面光伏电站约为10.8 GW)。光伏主战场已由原来的欧洲转向亚洲环太平洋地区。环太平洋光伏市场主要包括中国、美国、日本、印度、澳大利亚、韩国等。2013年环太平洋地区光伏装机容量已经突破27 GW,比2012年的11 GW翻番增长。

全球主要光伏公司介绍如下:

保定英利公司:英利绿色能源控股有限公司是全球最大的垂直一体化光伏发电产品制造商之一。总部位于中国保定,在全球设有10多个分支机构及办事处,业务涵盖全球40多个国家。英利集团成立于1987年,曾在1999年承担了国家的“年产3 MW多晶硅太阳能电池及应用系统示范项目”,填补了国家不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。2007年6月,公司在美国纽约证券交易所上市。2012年,英利集团光伏组件出货量位列全球第一。截至2013年10月,英利共提交国内专利申请1 176项,授权专利共777项,其在国内的专利申请数量和授权数量超越国内其他同行企业,居行业第一。

2013年1月末,英利以世界第一家光伏、中国首家企业的身份,加入了世界自然基金会的“碳减排先锋”项目,这也为英利争取海外市场赢得了一张环保牌。特别是2014年,曾作为巴西世界杯唯一的中国赞助商,为巴西世界杯多个赛场提供了超过5 000块光伏组件和30套离网系统,为比赛城市的照明信息塔提供了27套光伏系统,并在包括圣保罗在内的6个体育场内的媒体中心和国际媒体大本营设置了8~15个太阳能充电站,为媒体工作人员的手机、计算机、相机等电子设备充电。

晶科能源控股有限公司:成立于2006年,是全球为数不多的拥有垂直一体化产业链的光伏制造商,制造优质的硅锭、硅片、电池片以及单晶多晶光伏组件。生产基地位于江西上饶和浙江海宁。晶科引进了国际先进的技术和设备,包括美国GT Sloar多晶炉、日本NTC线切机、涂装设备Roth & Rau、机器人解决方案生产设备Jonas & Redman、意大利Baccini电池片生产线、伯格测试技术以及日本NPC技术全自动生产线。晶科能源生产的单晶多晶组件获得了UL,CSA,CEC,TUV,VDE,MCS,CE,ISO 9001:2008,1S014001:2004等多项国际专业认证,工厂也通过了Achilles测试认证。

美国First Solar公司:是世界领先的太阳能光伏模块制造商,生产基地位于美国、马来西亚和德国等。公司于1999年在亚利桑那州的坦佩市成立,其前身为Solar Cell公司(SCI)。自2002年起,First Solar开始涉足光伏模块业务。First Solar也是全球最重要的碲化镉(CdTe)薄膜光伏模块制造商。与传统的晶硅技术相比,使用碲化镉专利技术的太阳能电池发电量更大,生产成本更低廉。

日本Solar Frontier:是昭和壳牌石油旗下全球最大的CIS薄膜太阳能电池生产子公司。Solar Frontier于2013年6月18宣布该公司生产的CIS类太阳能电池模块的转换效率达到了14.6%,最大输出功率达到179.8 W,其转换效率达到了与多晶硅型太阳能电池模块基本相同的水平。2013年12月,Solar Frontier宣布其制造出效率为12.6%的CZTS电池,打破了同类太阳能电池世界纪录。

薄膜电池方面,全球薄膜电池产量主要集中在以CdTe电池为代表的First Solar,以CIGS电池为代表的Solar Frontier,以及以硅基薄膜为代表的汉能控股公司。2013年,3家公司产量占全球薄膜电池产量的69.2%。从产品类型看,硅基薄膜电池500 MW,CIGS约1 500 MW,CdTe约1 660 MW。从区域分布看,中国(不包含港澳台地区)薄膜电池产量约260 MW,日本薄膜电池出货量为1 011.7 MW。

(6)2014年迎来新的发展期

2014年上半年,我国光伏制造业总产值超过1 500亿元,多晶硅产量达6.2万t,同比增长100%;硅片产量18 GW,同比增长20%;电池组件产量15.5 GW,同比增长34.8%。创新驱动效应明显,价格上涨的同时,技术水平也在不断提升。我国目前已掌握晶硅电池全套生产工艺及万吨级多晶硅生产技术,部分指标处于全球领先水平。光伏设备本土化率不断提高。多晶硅的投资、综合能效明显下降,从业人数大幅上升,副产物综合利用率显著提高;单晶硅、多晶硅基薄膜电池转换效率明显提高,光伏发电系统投资降至9元/W。

2014年,美国商务部对中国的光伏产品进行第二次“双反”调查,裁定要对中国产太阳能电池板征收额外35.2%的进口关税。中国光伏企业联合作出应对措施,同时加强和解谈判。工业和信息化部制订了《光伏制造行业规范条件》,2014年符合条件的企业数量为161家。国家能源局发布《国家能源局关于明确电力业务许可管理有关事项的通知》(国能资质〔2014〕151号),明确了项目装机容量6 MW(不含)以下的新能源发电项目豁免电力业务许可。

从长远来看,光伏产业属于战略新兴产业、朝阳产业,总体技术和市场需求快速增长,成本逐年下降。国际能源署(IEA,International Energy Agency)、欧洲光伏产业协会(EPIA,European Photovoltaic Industry Association)对光伏发电的未来作出了预测:2020年全球光伏发电的发电量占总发电量的11%,2040年占总发电量的20%。

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