太阳能光伏产业及其发展

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kW/m²。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。太阳能在海平面上的标准峰值强度为1kW/m²，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kW/m²，相当于有102000TW的能量，人类依赖这些能量维持生存。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×10²⁶W）的22亿分之一，但已高达173000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万t煤燃烧释放的能量。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳电池将光能转换为电能的发电方式，而且随着技术不断进步，光伏发电有可能是最具发展前景的发电技术之一。太阳电池的基本原理为半导体的光伏效应，即在太阳光照射下产生光电压现象。1954年美国贝尔实验室首次发明了以pn结为基本结构的具有实用价值的晶体硅太阳电池，从此太阳电池首先在太空技术中得到广泛应用，现在开始逐步在地面得到推广应用。

与化石能源、核能、风能和生物质能发电技术相比，光伏发电具有一系列特有的优势，主要可归纳如下：

1）发电原理具有先进性：即直接从光子到电子转换，没有中间过程（如热能-机械能、机械能-电磁能转换等）和机械运动，发电形式极为简洁。因此，从理论上分析，可得到极高的发电效率，最高可达80%以上。由于材料与工艺的限制，实验室研究的单个pn结单晶硅电池效率最高已经接近25%；而多个pn结的化合物半导体电池效率已经超过40%。从原理分析计算与技术发展潜力来看，通过10～20年的努力，太阳电池转换效率达到30%～50%是可以实现的。

2）太阳能资源的无限和分布特性：太阳能辐射取之不尽，用之不竭，可再生并且洁净环保；阳光普照大地，无处不在，无需运输，最重要的是绝无任何国家实施垄断和控制的可能。

3）没有资源短缺和耗尽问题：所用的硅材料储量丰富，为地壳上除氧之外的排列第二的元素，达到26%。

4）光伏发电与自然的关系：没有燃烧过程，不排放温室气体和其他废气，不排放废水，环境友好，真正的绿色发电。

5）没有机械旋转部件：不存在机械磨损，无噪声。

6）建造和拆卸特性：采用模块化结构，易于建造安装、拆卸迁移，规模大小可变，而且易于随时扩大发电容量。

7）使用性能和寿命问题：经数十年应用实践证明：光伏发电性能稳定、可靠，使用寿命长（30年以上）。

8）维护管理问题：可实现无人值守，维护成本低。

由于太阳能光伏发电目前的成本较高，近期在国内大规模推广应用还存在一定困难，但是，从长期来看，随着技术的进步，以及其他能源利用形式的逐渐饱和，到2050年前后，太阳能将成为主流能源利用形式，有着不可估量的发展潜能。

太阳光伏发电由于不受能源资源、原材料和应用环境的限制，具有最广阔的发展前景，是各国最着力发展的可再生能源技术之一。欧洲联合研究中心（JRC）于2004年对光伏发电的未来发展作出如下预测：2020年世界太阳能发电的发电量占世界总能源需求的1%，2050年占到20%，2100年则将超过50%（图1-1）。

图1-1 世界能源发展预测

注：取自EU JRC PV Roadmap 2004。

实际上，到2015年，全球光伏发电量已超过世界电力生产总量的1%，由此可以得出结论：光伏发电是未来世界能源和电力的主要来源，具有良好的发展前景。

近几年全球光伏装机容量在不断增加，2011～2015年全球和中国累计光伏装机容量如图1-2所示。2011年，全球光伏装机容量仅为70.49GW，但是2012年全球光伏装机容量就增长到了100.50GW。2013年，全球累计光伏装机容量达到138.86GW。2015年，全球新增光伏装机容量50.91GW，光伏装机总容量达到了229.3GW。对比国内，2011年，全国逆变器装机容量仅为3.3GW，2012年缓慢增长至6.8GW，2013年全国光伏装机容量增长近两倍，达到了19.72GW，2014年突破了25GW，达到了28.2GW，2015年全国光伏装机容量更是达到了43.53GW。

从全球光伏逆变器市场看，2011～2017年全球和中国逆变器市场总额如图1-3所示。光伏逆变器市场在2001～2012年增长速度最快；2013年受光伏行业低估影响，市场容量同比微降；进入2014年，随着竞争格局逐渐稳定，逆变器价格平缓下降，全球逆变器市场容量将会稳步上升。2015年，全球光伏逆变器市场总额达到了71.8亿美元，较2014年的61.2亿美元同比增长了17.3%，预测2016年全球市场总额将会达到78.2亿美元，而在2017年将会下降至71.4亿美元。中国逆变器市场总额在过去5年内迅速增长，从2011年的19.83亿元人民币增长到了2015年的57.58亿元人民币，平均年增长率为35.3%。根据预测：2016年中国逆变器市场总额为73.18亿元，2017年更是有可能突破90亿元大关，达到93.38亿元。

2011～2015年全球光伏逆变器出货量也保持增长态势，光伏逆变器市场集中化越来越严重，2015全球光伏逆变器出货量占比如图1-4所示。2015年全球逆变器出货量约为52GW，其中我国阳光电源股份有限公司出货量为8.2GW，超过德国SMA排名全球第一。排名前六的逆变器厂商总出货量为25GW，占到了全球总出货量的48%；而排名前十的逆变器厂商总出货量更是占到了全球总出货量的75%，创造历史新高。

图1-2 2011～2015年全球和中国累计光伏装机容量

注：数据来自公开资料。

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图1-3 2011～2017年全球和中国逆变器市场总额

注：数据来自公开资料。

图1-4 2015年全球逆变器出货量占比

注：数据来自公开资料。

随着逆变器出货量不断增加，逆变器价格也在不断下降。这其中。国内光伏逆变器价格、成本都远低于欧美企业，具有一定的成本优势，2012年SMA所销售逆变器产品的平均价格和平均成本分别为0.19欧元/W、0.15欧元/W，阳光电源则分别为0.69元/W、0.46元/W。截至2015年底国内组串式光伏逆变器价格降到了0.35元/W，而集中式光伏逆变器价格则更是降低到0.19元/W。随着竞争格局稳定，光伏逆变器产品价格将进入平缓的下降期。预测2015～2018年这3年间，全球光伏逆变器的价格将会每年下降9个百分点。

逆变器产品结构方面，低功率三相逆变器的大量应用，使得相当数量的小规模逆变器供应商已经退出市场。随着组串式光伏逆变器大举进军分布式及部分地面电站市场，光伏逆变器产品结构已开始产生变化，组串式光伏逆变器同集中式光伏逆变器之间的单位峰瓦价格差距正不断缩小。并且由于组串式光伏逆变器越来越多地被使用于我国大型荒漠、商业、公共事业级光伏系统，因此其功率等级也有100kW发展趋势。从销售额角度看，虽然集中式光伏逆变器市场份额受到组串式光伏逆变器的挑战，但是集中式光伏逆变器仍将是2015～2019年期间中国太阳能光伏市场的主流产品。

而在太阳电池生产方面，经过多年的发展，全球太阳电池产量逐年上升，由图1-5所示的2009～2014年全球太阳电池产量可以看出：虽然全球太阳电池产量从2009年的9.86GW增长到2014年的55.9GW，但其增长率却逐年下降，至2012年产能过剩，2013年后才逐渐回升。但从2009年起，我国太阳电池产量便基本保持在全球总产量的50%以上，由图1-6所示的2009～2015年我国太阳电池产量可以看出：2009年我国太阳电池产量达到4.92GW，是当时全球最大的太阳电池生产国。2010年我国太阳电池产量达到了10.67GW，与此前4年的产量总和相当，同比增长116.9%，为近年来最大增幅，产量约占全球总产量的52.0%。2012年，我国太阳电池产量增幅有所下滑，仅为14.1%，但产量仍占全球的一半以上。2013年我国太阳电池生产规模进一步扩大，产量达到25.1GW，与2012年相比，增长率约为22.4%，产量约占全球总产量的62%。此后我国太阳电池产量持续上升。而至2015年，我国太阳电池全年产量已达到58.63GW，同比增长75%，形成了高速增长态势。

图1-5 2009～2014年全球太阳电池产量

注：数据来自公开资料。

而从硅片、电池片产能状况到多晶硅、光伏电池组件产量状况可以看出，其总量不断上升但增长趋势却逐渐放缓，具体年度数据见表1-1～表1-4。

图1-6 2009～2015年我国太阳电池产量

注：数据来自公开资料。

表1-1 2011～2015年硅片产能情况表

表1-2 2011～2015年电池片产能情况表

表1-3 2011～2016年多晶硅产量

表1-4 2011～2016年我国光伏电池组件产量、增长率及全球光伏电池组件产量