太陽(yáng)能的繁榮

摘要： 隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，光電將成為一種可行的能源，同時(shí)在價(jià)格上相比傳統(tǒng)能源也極　　　　具競(jìng)爭(zhēng)力。本文詳細(xì)探討了太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能；PV；多晶硅；太陽(yáng)能電池

　　隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，光電將成為一種可行的能源，同時(shí)在價(jià)格上相比傳統(tǒng)能源也極具競(jìng)爭(zhēng)力。可再生能源的重要性日益凸顯，這源于人們希望減少二氧化碳排放以及對(duì)化石類能源強(qiáng)烈的依賴性的迫切需求。光電技術(shù)蘊(yùn)含著巨大的環(huán)境效益和政治利益。光電是唯一一種能夠滿足全球長(zhǎng)期能源需求又不會(huì)排放溫室效應(yīng)氣體的能源技術(shù)。到達(dá)地球表面的這一部分太陽(yáng)光提供的能量相當(dāng)于目前全球能源需求的1萬(wàn)倍。而且，我們幾乎隨處都可以使用太陽(yáng)能。平均而言，地球上暴露在太陽(yáng)光下的每一平方米面積每年都能夠接收到1700kWh的能量。據(jù)歐洲能源研究中心預(yù)測(cè)，到2050年，太陽(yáng)能電池將為人類提供總電能需求的20%~30%。

　　但是，PV(Photovdtaics，光伏)技術(shù)的成本仍然高于傳統(tǒng)電網(wǎng)能源的成本，而且需要占用很大的空間來(lái)發(fā)電。雖然來(lái)自于太陽(yáng)的能量非常豐富，但是卻非常分散，利用太陽(yáng)能發(fā)電需要很大面積的硅光板。太陽(yáng)的能量是免費(fèi)的，但是將其能量轉(zhuǎn)換成電能卻不是免費(fèi)的。高成本依然是太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的最大問(wèn)題。相比住宅用電的價(jià)格，太陽(yáng)能電力的費(fèi)用平均要高2～5倍。但是，隨著關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，太陽(yáng)能發(fā)電的成本也不斷降低。太陽(yáng)能電池模塊的價(jià)格已經(jīng)從1982年的峰值功率每瓦27美元降低到今天的每瓦4美元。此外，由于很多國(guó)家推出了強(qiáng)制上網(wǎng)電價(jià)(一種政府承諾以預(yù)定價(jià)格購(gòu)買PV電能的補(bǔ)貼)，全球太陽(yáng)能發(fā)電量在過(guò)去5年內(nèi)以每年50%以上的速度快速增長(zhǎng)，并有望繼續(xù)高速增長(zhǎng)。

圖 1   全球光電市場(chǎng)的裝機(jī)容量(來(lái)源自SolarBuzz)

　　根據(jù)地球政策研究會(huì)(Earth Policy Institute)—一個(gè)旨在推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展技術(shù)的國(guó)際化組織的研究結(jié)果，在過(guò)去15年內(nèi)，光電模塊的價(jià)格降低了一半：從1990年的每瓦7.47美元，降低到2006年的每瓦3.84美元。根據(jù)這一趨勢(shì)，太陽(yáng)能發(fā)電的成本應(yīng)該在2012年達(dá)到與傳統(tǒng)發(fā)電成本相同的水平，這要?dú)w功于多種因素的綜合作用，包括硅光板成本的降低、太陽(yáng)能電池模塊轉(zhuǎn)換效率的提高、大規(guī)模節(jié)能措施的推廣以及化石類燃料(如天然氣和汽油)成本的增加。由于需求量的增加，太陽(yáng)能發(fā)電的成本將在2010年降低到每瓦2美元。

　　在高經(jīng)濟(jì)回報(bào)的吸引之下，越來(lái)越多的公司正在涉足光伏(PV)市場(chǎng)。全球的光電行業(yè)在新的發(fā)電設(shè)備與技術(shù)改造方面正加大投資。光電領(lǐng)域飛速發(fā)展的一個(gè)明顯跡象出現(xiàn)在2006年，這一年，全球生產(chǎn)的多晶硅第一次有一半以上被應(yīng)用于光電領(lǐng)域而不是半導(dǎo)體IC生產(chǎn)。其中還包括眾多半導(dǎo)體廠商。例如，半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)用材料組建了一個(gè)新的太陽(yáng)能集團(tuán)SunFab，專門開(kāi)發(fā)生產(chǎn)太陽(yáng)能電池和薄膜光電模塊所需的制造工具。此外，賽普拉斯半導(dǎo)體創(chuàng)辦了一個(gè)從事太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的子公司SunPower；美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體也開(kāi)始涉足太陽(yáng)能市場(chǎng)，最近發(fā)布了幾款能夠增強(qiáng)太陽(yáng)能電池板效率的芯片。

遍及全球的太陽(yáng)能市場(chǎng)

　　太陽(yáng)能電力市場(chǎng)正逐步走向繁榮。到2006年底，全球太陽(yáng)能光電(PV)系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到了6500MW以上，2000年底這一數(shù)字僅為1200MW。根據(jù)美國(guó)分析家Solarbuzz觀點(diǎn)，盡管面臨著多晶硅短缺的問(wèn)題，但是僅在2007年，全球太陽(yáng)能光電市場(chǎng)的裝機(jī)容量就達(dá)到了2826MW，比2006年增長(zhǎng)了62%。這一數(shù)字在2010年將可能增長(zhǎng)到6～8GW。在經(jīng)營(yíng)收入方面，2007年全球PV行業(yè)產(chǎn)值為172億美元，德國(guó)咨詢公司Photon Consulting預(yù)測(cè)，到2011年這個(gè)數(shù)字將超過(guò)310億美元。到2030年，每年太陽(yáng)能電力系統(tǒng)裝機(jī)容量將達(dá)到179GW，電池和模塊的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)每年翻一番的發(fā)展速度。

　　歐洲，尤其是德國(guó)在太陽(yáng)能市場(chǎng)中具有較強(qiáng)的實(shí)力，這得益于以強(qiáng)制入網(wǎng)電價(jià)為基礎(chǔ)的良好政策，這一政策已經(jīng)成為全球效仿的范例。德國(guó)已經(jīng)達(dá)到了1328MW的光電裝機(jī)總量，占全世界裝機(jī)總量的47%。德國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池只能滿足50%的國(guó)內(nèi)需求，因此德國(guó)不得不大量進(jìn)口太陽(yáng)能電池，主要進(jìn)口來(lái)源是亞洲尤其是中國(guó)。西班牙是2007年最具活力的太陽(yáng)能市場(chǎng)，其裝機(jī)容量增長(zhǎng)了480%，達(dá)到了640MW。意大利也是一個(gè)極具吸引力的市場(chǎng)，當(dāng)?shù)卣Х碌聡?guó)的模式，為太陽(yáng)能的應(yīng)用提供了補(bǔ)貼。由于意大利的光照水平比德國(guó)高1.5倍，而且傳統(tǒng)發(fā)電的成本更高，因此即使沒(méi)有政府補(bǔ)貼，太陽(yáng)能在意大利相比在其他國(guó)家有可能更快地凸顯出競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了57%的增長(zhǎng)率，達(dá)到了220MW的裝機(jī)容量。這些系統(tǒng)中有大約75%安裝在加州。曾經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位的日本廠商發(fā)展緩慢，總共只有26%的市場(chǎng)份額。相反，2007年中國(guó)廠商的市場(chǎng)份額卻從20%增長(zhǎng)到35%，今年的太陽(yáng)能發(fā)電量將超過(guò)歐洲和日本。中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度是非常驚人的：2003年，中國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電量只占全球的1%。

圖2   瑞士伯爾尼范可多夫體育場(chǎng)安裝了迄今為止最強(qiáng)大的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

　　太陽(yáng)能的商業(yè)化應(yīng)用是否取得成功取決于三個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)：效率、使用壽命和成本。與半導(dǎo)體和顯示器行業(yè)一樣，光電電池的制造與它們有很多共同之處，工藝技術(shù)是提高太陽(yáng)能電池效率確保長(zhǎng)期穩(wěn)定的關(guān)鍵。當(dāng)前的光電市場(chǎng)主要由價(jià)格昂貴的晶體硅占主導(dǎo)地位，這一局面很快將被成本更低的新工藝技術(shù)所打破。