光伏新能源是什么概念？

目前，在能源消费结构中，石油、煤炭、天然气、铀等矿产资源占人类能源供应的80%以上。然而，常规矿物能源储量有限，如果不加限制地开采，世界将很快面临能源短缺危机。此外，常规矿物能源使用后，排放出大量的CO2、SO2、核废料等，威胁着人类的生存环境。近年来，全球变暖、极地冰川融化、海平面上升、自然灾害频发、生物多样性消失、酸雨范围扩大、上层臭氧层空洞扩大，都是人类大量使用和依赖传统能源造成的。

资料来源:中国可再生能源发展战略研讨会会议录。

图表1世界及中国主要能源资源使用寿命。

发展环保和可再生能源是解决上述问题的最有效途径，也是人类能够在地球上永远生存下去的关键因素。在众多可再生能源中，太阳能是唯一能在很大程度上替代传统能源的能源。在太阳能产业中，光伏产业因其诸多优势，是可再生能源中发展最快的产业，无疑是最有前景的产业。

资料来源:国际能源机构报告可再生能源信息2010。

图表2 1990-2008年世界可再生能源供应年增长率

一、光伏产业的特点

太阳能是唯一能保证人类未来需求的能源。光伏发电是利用太阳能将光子转化为电子的纯物理过程，在转化过程中不排放有害物质。其特点如下:

充足性:根据美国能源部的报告(2005年4月)，全球潜在水电资源为4.6 TW(1TW = 1012W)，经济上可开采的资源只有0.9TW；风能实际可开发资源为2 ~ 4tw生物质能3TW；海洋能小于2tw；地热能约12TW；；潜在太阳能资源120000TW，实际可开发资源高达600TW。

安全性:运行可靠，使用安全；发电是有规律的，可预测的(调度比风力发电容易)。

广泛性:生产资料丰富(地壳中硅的含量居第二位)，建筑面积广(沙漠、建筑等。)和合适的尺度。

免维护:使用寿命长(20-50年，工作25年后效率下降20%)，免维护，无人值守。

清洁:无油耗、零排放、无噪音、无污染、能量回收期短(0.8 ~ 3.0年)。

二、光伏产业的发展历程

世界上对太阳能最早的研究要追溯到1839年法国物理学家贝克雷尔首次发现光伏效应，1904年爱因斯坦从理论上解释了光伏效应，并很快被实验证实。1954贝尔实验室做出第一块单晶硅光伏电池；1959年，第一个光电转换效率5%的多晶硅光伏电池问世；1960，晶体硅光伏电池首次并入常规电网；1969世界第一座光伏电站在法国建成；1975年，美国生产非晶硅光伏电池；从65438年到80年代初，光伏电池开始大规模生产。1983年，美国在加州建立了当时世界上最大的光伏电站；1983年，光伏组件世界产量达到21.3 MW(1MW = 106 w)，光伏产业初具雏形。1990之后，在能源危机和全球变暖的压力下，可再生能源受到越来越多的关注。德国、美国和日本政府相继提出了光伏发电的“光伏屋顶计划”和“新阳光计划”。在政府政策法规和行动计划的推动下，全球光伏产业作为朝阳产业迅速成长，太阳能光伏发电被视为全球十大能源中增长最快的能源。

1990之后全球光伏市场的发展和转移经历了三个阶段。第一阶段，1996之前，美国光伏市场占全球市场的32.1%，年复合增长率25%，当之无愧成为世界光伏市场的中心。第二阶段，1996-2002年，日本光伏市场保持年均35%的增长率，成为光伏市场的最大消费国。近年来，日本市场略有下滑，但库存销售额仍位居世界前列。2007年光伏电站存量达到约1GW(109W)。第三阶段，2003年至今，欧盟成为绝对的市场主力，得益于德国和西班牙的光伏补贴政策，迅速刺激了欧盟市场中心的形成。目前，中国近80%的光伏产品出口到欧盟。

来源:EPIA(欧洲光伏产业协会，世界上最大的太阳能光伏产业协会)

图表3 2009年各地区光伏产品安装比例

三、光伏发电技术的发展趋势

目前已经进入商业化竞争的光伏发电产业，按照电池技术路线主要分为晶体硅光伏电池、薄膜光伏电池和聚光光伏电池。其中，晶体硅光伏电池是目前最成熟的一种，在应用中起着主导作用。

根据所用材料的不同，太阳能电池还可以分为:硅光伏电池、多元化合物薄膜光伏电池、聚合物多层修饰电极光伏电池、纳米晶光伏电池、有机光伏电池等。

图表4光伏电池分类及大规模生产转换效率

1.多组分薄膜光伏电池

多元化合物薄膜光伏电池的材料为无机盐，主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、碲化镉、铜铟硒薄膜光伏电池。

硫化镉和碲化镉薄膜光伏电池比非晶硅薄膜光伏电池效率高，比晶体硅光伏电池成本低，易于大规模生产。但镉毒性大，会对环境造成严重污染，所以不是最理想的光伏电池。

砷化镓(GaAs)III-V族化合物光伏电池的转换效率可以达到40%。GaAs化合物材料具有理想的光学带隙，吸收效率高，抗辐射能力强，对热不敏感，适合制造高效率的单结电池。然而，GaAs材料昂贵，这在很大程度上限制了GaAs电池的普及。

铜铟硒薄膜光伏电池(CIS)适合光电转换，不存在光致退化问题，转换效率也高。它具有价格低、性能好、工艺简单等优点，将成为未来光伏电池发展的重要方向。唯一的问题是材料的来源。铟和硒是稀有元素，这类电池的发展必然受到限制。

2.聚合物多层修饰电极光伏电池

在聚合物多层修饰电极光伏电池中用有机聚合物代替无机材料，只是光伏电池制造的一个研究方向。有机材料由于具有柔韧性好、易于制造、材料来源广、成本低等优点，对太阳能的大规模利用和廉价电力的提供具有重要意义。但是用有机材料制备光伏电池的研究才刚刚开始，无论是使用寿命还是电池效率都无法和无机材料相比，尤其是晶体硅光伏电池。能否开发成具有实际意义的产品，还需要进一步的研究和探索。

3.纳米晶体光伏电池和有机光伏电池

纳米晶光伏电池的转换效率可以达到10%，有机光伏电池可以达到6%，转换效率还是比较低的。这两类电池还处于研究探索阶段，短时间内不可能大规模商用。

4.聚光太阳能电池

聚光光伏电池最大的优点是转换效率高(30% ~ 40%)，占地面积小。聚光光伏发电系统主要由高效聚光太阳能电池、高性能聚光跟踪系统和有效的电池冷却系统组成。因为高效聚光光伏电池的技术路线还没有定型，聚光光伏发电的规模化产业链还没有形成，高性能的聚光跟踪系统和有效的电池冷却系统的成本很难控制，所以聚光光伏发电暂时没有优势。

5.晶体硅光伏电池和薄膜光伏电池

关于“晶体硅”和“薄膜”的讨论也很多。从市场表现来看，“薄膜”的市场份额从2005年开始持续增长，2009年达到18%(数据来源:Solarbuzz)，趋势相当可观。而正是从2009年开始，发展“薄膜”的呼声越来越高:一方面，硅晶体电池刚刚经历了“硅”价格的巨大波动，对各大厂商造成了损害；另一方面，美国第一太阳能公司异军突起，将薄膜电池推向了一个新的高度。2010年，国内很多地方开始薄膜项目，薄膜电池一旦开始生产，问题就暴露出来了。

首先是技术门槛。经过多年的发展，“晶体硅”技术已经进入成熟阶段。国内几家大型企业已经掌握了晶体硅电池的技术，并取得了自己的技术创新和突破。薄膜电池就不一样了，技术还在发展变化，尤其是非硅薄膜电池技术。在材料和工艺上有很多技术难点。国内大部分企业没有足够的水平，仅仅处于探索阶段，却要面对薄膜电池技术领先的FirstSolar和技术成熟的晶体硅电池的双重压力。开发难度可想而知。

其次，资金门槛问题。薄膜电池的设备投入比晶体硅电池大，配套设备全部依赖进口。随着薄膜电池技术的不断发展，生产设备也在更新换代，容易造成设备投资的浪费。

近年来，晶体硅组件价格一路下跌，已经接近薄膜组件价格，薄膜组件价格优势不再明显。但“晶体硅”与“薄膜”相比，仍然具有转换效率高、使用寿命长的优势。事实上，一些原本计划启动薄膜电池项目的企业现在都在放缓项目(尚德、英利)，所以薄膜电池真正发展起来还需要一段时间。

与多晶硅光伏电池相比，单晶硅光伏电池转换效率高(单晶18 ~ 20%，多晶16 ~ 18%)，成本高。因为成本控制难度大，不太可能全面胜出。

6.太阳能光热发电

除了光伏发电，太阳能光热发电也达到了工程应用的水平。太阳能光热发电的建设和运行门槛很高，国内太阳能光热发电组件的研发几乎是空白:曲面镜、高温真空管、有机朗肯循环发电机组、斯特林发电机组等等。此外，与光伏发电不同，光热发电对环境也有更高的要求:必须直射光线，需要水冷，这是沙漠地区无法满足的。目前，我国太阳能光热发电仍处于研究和示范阶段。光热发电和常规电站组合成互补电站，独立稳定工作的很少(示范项目:江苏省江宁县70kW示范电站，863计划北京延庆1MW实验电站)。由于技术障碍，我国5 ~ 10年将处于实验示范阶段，光热发电不会成为主导趋势。

结论

从技术成熟度、转换效率和材料来源来看，未来5 ~ 10年，晶体硅(主要是多晶硅)和非晶硅薄膜光伏技术仍将主导太阳能发电技术。目前市场份额:多晶硅电池52%，单晶硅电池38%，非晶硅薄膜电池8%，其他化合物薄膜电池2%。发展非晶硅薄膜光伏技术，不宜盲目扩大规模，而应注重研究，深入掌握核心技术。