中国太阳能光伏技术应用前景

1962年美国女作家蕾切尔·卡逊出版《寂静的春天》，首次向全世界敲响了生态破坏带来严重后果的警钟［1］。1972年一些科学家联合编写了《增长的极限》一书，明确指出人口增长、粮食供应、工业发展、资源消耗及环境污染等所存在的一系列问题［2］。事实上随着世界经济的不断发展，人类面临能源短缺与环境恶化的双重压力，化石能源终将枯竭，从世界范围来看，已经探明的化石能源使用年限分别是：煤炭220年；石油54年，天然气50年，铀23566年。显而易见，在不久的将来，世界化石能源就将消耗殆尽。此外，化石能源利用造成大量温室气体排放，导致地球变暖与环境污染加剧，迫使人们加快探讨世界经济可持续发展的途径。

2010年美国人杰里米·里夫金出版《第三次工业革命》一书，大力倡导光伏发电产业的发展［4］。作者从20世纪90年代开始关注和研究这一课题。杰里米·里夫金认为，在人类发展历程中，新型的通信技术与能源体系交汇之际，即是新的经济革命发生之时。现在，互联网、新材料和新能源三者融合预示着第三次工业革命已经到来。可再生能源转化、分布式生产、能量存储、通过能源互联网进行分配，以及零排放的交通方式构成了新经济模式的五个支柱。他还对未来发展进行了多方面预测，即：

每一栋建筑都会转变为就地收集可再生能源的微型能量采集器。

每一大州的建筑转化为微型发电厂，以便就地收集可再生能源；将氢和其他可储存能源储存在建筑中，利用社会全部的基础设施来储藏间隙性可再生能源。

利用互联网技术将全球的电力网转化为能源共享网络，其工作原理就像互联网一样。

汽车、公交车、卡车、火车等构成的全球运输模式，将变成插电式和燃料电池式的，以及可再生能源为动力的运输工具构成的交通运输网。

数百万的建筑（家庭住房、办公场所、大型商场、工业技术园区）将会可作为发电厂，也可作为住所。

居民可以在自己的房顶上安装太阳电池，可生产足够的电力，满足房子所需的电能。如果有剩余，则出售给发电厂。

目前来看，在可再生能源技术中，太阳能光伏、风力发电及生物质能发电是发展最快的三大发电方式。我国地域辽阔，太阳能、风能及生物质能资源分布广泛，各地经济发展造成的电力供应紧张短期难以改变，因此这三种可再生能源技术在我国都有很大的发展空间和市场需求。这三种技术的实际应用效果是与所处环境、条件等密切相关的，但它们之间也具有互补性，各有特点与发展优势。这三种技术的具体情况如下：

（1）风力发电［7］。

风力资源分布地域性差异特别明显，而且季节、昼夜变化所带来的影响很大，往往导致风电稳定性较差，给并网带来一定技术难度。再者，我国地质灾难发生非常频繁，近海地区风电发展也要考虑海啸、地震影响，因此，我国发展风电有很多自然条件限制。

（2）生物质能［7］。

我国人口众多，能够利用的农业耕地很少，因此不可能像美国、巴西等大规模发展生物柴油。在农村利用粪便、农业废弃物发展沼气、在城市将不能回收利用的垃圾进行焚烧发电是比较适合我国国情的做法。

（3）太阳能光伏［18～22］。

众所周知，与风能资源不同，太阳活动规律是与人类生活、生产的节奏极其一致的，即人们通常是日出而作，日落而息。因此，太阳能光伏发电非常便于人们利用。此外，光伏发电非常安全、环保，还可与建筑结合，而且发电规模可大可小，光伏电站也具有可移动性，并且扩容和拆迁极其方便。光伏发电最大的问题就是稳定性较差，受昼夜交替、季节变换及气候变化的影响大。

终上所述，三种技术都有发展必要，但风电、生物质能受限制较多。长远来看，太阳能光伏发展前景更好。光伏技术与风电等结合可以取长补短，成为更加可靠、稳定的发电方式。预计未来发展很长时期内，化石能源和可再生能源等多种技术将会相互结合，这也是分布式能源系统发展的趋势和特点。

我国是13亿人口的大国，经济发展压力沉重，同时能源利用效率较低。从化石能源的人均占有量来看，我国远远低于国际平均水平。因此，我国更应该加大太阳能等可再生能源资源的开发。近年来有关国际著名机构对我国能源与光伏产业发展进行了深入分析，指出我国能源需求平均增长是世界的两倍，到2015年，我国能源需求占世界能源总量份额将超过20%（见图1．5）。

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图1．5　SEMI的全球与中国一次能源需求总量预测

数据来源：IEA World Energhy Outlook 2010－New Policies Scenario，SEMI

我国的电力需求发展很快（见图1．6），预计2030年接近9 000万亿瓦时，是2008年的两倍以上。因此，我国在光伏发电等可再生能源开发利用方面发展空间巨大，太阳能、风能、生物质能等在我国都有非常丰富的资源。从全球来看，太阳能资源分均布是广泛、普遍和均质的，如太阳能资源最好的非洲撒哈拉沙漠地区，年辐照量可达到1 800kWh／m2，对应于我国青藏高原地区；而太阳能资源最差的英国伦敦地区，可以获得的年辐照量仅有900kWh／m2，对应我国成都、贵州地区。可见最高能量密度分布与最低之差在2倍之内，这是化石能源，风能、水能等其他可再生能源无法相比的。

图1．6　1990—2035年全球与中国电力消耗总量实际情况与预测

数据来源：IEA World Energhy Outlook 2010－New Policies Scenario，SEMI

图1．7　对中国电力需求及太阳能光伏发电量预测

数据来源：IEA Solar PV Roadmap，SEMI

我国光伏发电在2009年之前一直发展缓慢，但是主要的应用市场是西部无电地区。2009年我国住房建设部开始推出光电建筑项目，拉开了我国大规模光伏发电市场的序幕。随后国家发改委与财政部等开始实施推广力度更大的“金太阳工程”示范项目，我国光伏组件安装规模开始从每年几百MWp到几个GWp的规模水平发展。图1．7给出了2010—2030年中国电力需求及太阳能光伏发电量预测情况。2010年我国光伏组件累计安装不到1GWp。2012年底达到5～6GWp，预计到2013年底，我国光伏组件可以达到8～10GWp。从图1．7可见，我国光伏电站建设到2020年可以达到50～60GWp，到2030年，预计可以超过250GWp。

光伏技术发展起源于欧美，但现在已经成为全球性热点发展的产业之一。图1．8汇总了2000—2012年世界光伏组件累计安装量统计情况。表中详细地给出了欧洲、美洲、包括日本的泛亚太地区、中国、中东和非洲以及其他地区的光伏组件累计安装量。在2000年的世界光伏累计安装量只有1 400MWp，到2007年就接近10 GWp，而到2012年底世界光伏累计装机量历史性的突破了100GWp大关。

图1．8　2000—2012年世界各个国家及地区的光伏组件累计安装量（MWp）

表格来源：EPIA

我国在光伏产业上取得了举世瞩目的成功，已经形成了完整的光伏产业链，正在从光伏制造大国走向强国发展的起步阶段。随着世界经济的发展，光伏技术与产业将得到更快发展，大规模推广光伏发电时代已经来临。

现在晶体硅太阳电池仍然是市场主流产品，预计最近20%以上效率的晶体硅电池技术将会有很大的发展。薄膜技术、纳米技术将会在发展高效晶体硅太阳电池方面发挥特别重要的作用［66～69］。薄膜太阳电池仍然是光伏技术发展的重要方向，在与光伏建筑集成（BIPV）方面，薄膜光伏组件具有更好的市场发展潜力［57，70］。预计全球到2016年将安装300GWp光伏组件，到2020年，光伏组件安装总量可以达到1 000GWp规模［71］。与此同时，光伏组件生产成本还会继续降低，光伏发电能够实现平价上网，在经济性、可靠性及供电规模等方面具有与火力发电相抗衡的能力。

瑞士联邦理工洛桑分校A．Shah在《硅薄膜太阳电池》一书的前言中，认为世界能源格局将在20世纪发生重要变革，预言在2040年可再生能源在整个世界能源份额中将占40%以上，其中光伏发电要占三分之一［59］。我们完全可以相信，光伏发电将在世界电力供应中扮演一个重要角色，并且在2050年后极有可能成为主导能源。