太陽(yáng)能光伏發(fā)電是目前發(fā)展最為迅速、并且前景最為看好的可再生能源產(chǎn)業(yè)之一。自1990年以來，全球光伏組件年度產(chǎn)量從46兆瓦增加至2010年的23.5GW，20年期間增加了500倍以上，年均復(fù)合增長(zhǎng)率^[1]超過36.5%。截至2010年全球光伏發(fā)電累積裝機(jī)容量達(dá)到了40GW，近5年的增長(zhǎng)率超過了49%。這一增速使得光伏產(chǎn)業(yè)成為到目前為止增長(zhǎng)最快的產(chǎn)業(yè)之一。展望未來，國(guó)際能源署預(yù)計(jì)到2020年光伏發(fā)電在許多地區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)平價(jià)，到2050年能夠提供全球發(fā)電量的11%。

一、發(fā)展現(xiàn)狀

2011年9月5日，歐盟聯(lián)合研究中心能源與交通研究所發(fā)布了其年度統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告《光伏現(xiàn)狀報(bào)告2011》，對(duì)全球超過300家相關(guān)企業(yè)的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和評(píng)估。根據(jù)報(bào)告，從光伏組件生產(chǎn)情況來看，過去數(shù)年經(jīng)歷了重大變化，中國(guó)大陸已成為全球主要的太陽(yáng)能電池和組件制造中心，其后是中國(guó)臺(tái)灣、德國(guó)和日本。全球前20位太陽(yáng)能電池制造商中，有8家中國(guó)大陸企業(yè)、5家歐美企業(yè)、4家臺(tái)灣企業(yè)、3家日本企業(yè)，中國(guó)大陸有6家企業(yè)進(jìn)入前十位。而從光伏裝機(jī)情況來看，歐盟憑借其累計(jì)裝機(jī)容量超過29 GW，領(lǐng)先于其他國(guó)家和地區(qū)。截至2010年底，歐洲光伏裝機(jī)占到全球光伏裝機(jī)總量的70%以上。

在價(jià)格方面，受光伏市場(chǎng)從供應(yīng)受限向需求驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，以及光伏組件產(chǎn)能過剩的影響，過去3年內(nèi)光伏組件價(jià)格大幅降低，降幅接近50%。未來光伏系統(tǒng)成本的降低將不僅取決于太陽(yáng)能電池和組件的技術(shù)改進(jìn)和規(guī)模擴(kuò)大效益，還取決于系統(tǒng)組件成本以及整體安裝、規(guī)劃、運(yùn)行、許可與融資成本的降低。預(yù)計(jì)，光伏技術(shù)領(lǐng)域的投資將從2010年的350～400億歐元翻倍增長(zhǎng)至2015年的700億歐元，組件終端價(jià)格還將持續(xù)下降。

在技術(shù)發(fā)展方面，結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池仍是主流技術(shù)，2010年其市場(chǎng)份額約占85%，目前，該技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)是能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)提供、組裝和開工生產(chǎn)。但由于硅原料的階段性短缺和為新進(jìn)企業(yè)直接提供交鑰匙生產(chǎn)線的出現(xiàn)，使得2005～2009年，薄膜太陽(yáng)能電池的投資有大幅度的增加，目前該行業(yè)已有超過200家企業(yè)。此外，聚光光伏（CPV）是一個(gè)新興市場(chǎng)，包括兩種技術(shù)途徑：一種是高聚光倍數(shù)，超過300個(gè)日照強(qiáng)度；另一種是中低聚光倍數(shù)，聚光系數(shù)在2～300之間。目前CPV的市場(chǎng)份額還很低，但有越來越多的企業(yè)開始關(guān)注該領(lǐng)域。2008年CPV產(chǎn)量約為10兆瓦，2010年預(yù)計(jì)在10～20兆瓦之間，到2011年有望達(dá)到100～200兆瓦。此外，受到光伏市場(chǎng)整體增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)，染料敏化太陽(yáng)能電池也已準(zhǔn)備進(jìn)入市場(chǎng)，此種電池主要由納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對(duì)電極和導(dǎo)電基底等幾部分組成，歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家已投入大量資金對(duì)其進(jìn)行研發(fā)。

二、競(jìng)爭(zhēng)力

2011年9月6日，歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（EPIA）發(fā)布了最新光伏競(jìng)爭(zhēng)力分析報(bào)告《太陽(yáng)能光伏在能源部門的競(jìng)爭(zhēng)在競(jìng)爭(zhēng)的道路上》，全面分析了5個(gè)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)主要市場(chǎng)，包括法國(guó)、德國(guó)、意大利、西班牙和英國(guó)。分析結(jié)果表明，一些國(guó)家最早于2013年可實(shí)現(xiàn)光伏產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，到2020年可在更廣泛的市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)力。近年來已證明在合適的監(jiān)管框架下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)可以成為達(dá)到歐盟2020年能源目標(biāo)的一個(gè)主要貢獻(xiàn)力量。

報(bào)告主要結(jié)論包括：在未來10年內(nèi)，所有國(guó)家和各細(xì)分市場(chǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)價(jià)格將下降36%～51%；考慮到光伏發(fā)電效率的提高、規(guī)模經(jīng)濟(jì)和光伏市場(chǎng)的發(fā)展成熟，以及所有電力來源發(fā)電成本的增長(zhǎng)趨勢(shì)，2020年前光伏可在歐盟5個(gè)最大的電力市場(chǎng)中具有競(jìng)爭(zhēng)力；鑒于多數(shù)歐盟大國(guó)從南到北的太陽(yáng)能輻射水平不同，以及不同的細(xì)分市場(chǎng)，歐洲各地不會(huì)在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)光伏技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力；整個(gè)歐洲范圍光伏競(jìng)爭(zhēng)力的實(shí)現(xiàn)將需要監(jiān)管框架的政治承諾，支持技術(shù)發(fā)展，并消除市場(chǎng)畸變。

三、制約因素

如同其他任何新興產(chǎn)業(yè)一樣，光伏產(chǎn)業(yè)也存在著若干不容忽視的問題，將會(huì)制約其進(jìn)一步發(fā)展。國(guó)際社會(huì)對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素也有著不同聲音：

1.光伏發(fā)電蓬勃發(fā)展或造成鉛污染

美國(guó)田納西大學(xué)Knoxville分校土木與環(huán)境工程助理教授Chris Cherry領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電嚴(yán)重依賴鉛酸蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能，到2022年，中國(guó)和印度太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)直接造成的鉛污染可能相當(dāng)于2009年全球鉛產(chǎn)量的三分之一；這兩個(gè)發(fā)展中國(guó)家由于在鉛采選、冶煉、制造和重復(fù)使用生命周期環(huán)節(jié)的低效率，可能會(huì)產(chǎn)生超過240萬(wàn)噸的鉛污染物；其他發(fā)展中國(guó)家也可能會(huì)出現(xiàn)類似的問題。研究指出，鉛金屬采選和冶煉業(yè)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)改造以提高轉(zhuǎn)化效率，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)界應(yīng)該開展鉛回收和循環(huán)利用計(jì)劃；而政府在國(guó)家太陽(yáng)能發(fā)電計(jì)劃中需要考慮到向鉛蓄電池行業(yè)環(huán)境保護(hù)方面進(jìn)行投資、制定電池回收政策等措施。如果情況得不到改善，鉛電池的使用將導(dǎo)致環(huán)境的污染以及工人和兒童的鉛中毒，如神經(jīng)損傷、腎功能衰竭、心血管系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)問題。

2.材料短缺將阻礙薄膜光伏發(fā)展

2011年7月，英國(guó)能源研究中心（UKERC）發(fā)布了題為《材料的可用性：未來低碳經(jīng)濟(jì)的潛在制約因素》的報(bào)告，基于太陽(yáng)能電池厚度、轉(zhuǎn)換效率和其他材料使用的主要驅(qū)動(dòng)因素等不同假設(shè)，對(duì)全球銦和碲的需求與供應(yīng)情況進(jìn)行了評(píng)估。報(bào)告指出，銦和碲是目前主流薄膜太陽(yáng)能電池（CIGS、CdTe）的關(guān)鍵材料，盡管目前薄膜光伏市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，但短期內(nèi)光伏設(shè)備的材料需求能夠得到滿足；而從長(zhǎng)期來看，如果未來20年的市場(chǎng)增長(zhǎng)速度與一些高增長(zhǎng)預(yù)測(cè)情景相一致甚至超出，薄膜光伏設(shè)備的材料需求將大大超過當(dāng)今全球的生產(chǎn)量，如碲需求的增長(zhǎng)可能會(huì)高達(dá)1800%，銦（也用于平板顯示器的制造）產(chǎn)量可能需要增加12%～170%。而且有關(guān)這兩種稀有金屬未來供應(yīng)的信息不夠充分（如不同來源的產(chǎn)量、儲(chǔ)量或資源量預(yù)測(cè)值相差甚遠(yuǎn)），現(xiàn)有研究工作無法確定產(chǎn)量的擴(kuò)大能否滿足需求，還需要開展更多的工作及收集更加全面的數(shù)據(jù)來深入探討這一問題。

3.利用光伏發(fā)電需要因地制宜

2011年7月6日，美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）終身會(huì)士Prabhu Deodhar指出，目前，世界上一些國(guó)家正計(jì)劃建設(shè)或已建設(shè)了大量兆瓦級(jí)太陽(yáng)能光伏電站，但基于以下原因，許多專家都認(rèn)為建設(shè)如此多的大型集中式太陽(yáng)能發(fā)電站是浪費(fèi)投資和濫用技術(shù)。

①一般常規(guī)電廠（水電或火電）需要在臨近能源資源處建造，這就要求付出巨大的成本將電力輸送到負(fù)荷中心。而由于太陽(yáng)能是無所不在的，可在需要能源的地方就地收集利用，是理想的分布式電源，避免了高壓輸電造成的線損。

②光伏發(fā)電具有真正的模塊化優(yōu)勢(shì)。它可以通過從數(shù)千瓦到20兆瓦甚至200兆瓦的不同規(guī)模實(shí)現(xiàn)成本效益。一座10千瓦電站或150兆瓦電站的每瓦太陽(yáng)能發(fā)電成本相同，但土地成本和其他“軟成本”使得大型電站更加昂貴。因此，大型太陽(yáng)能光伏電站沒有“規(guī)模優(yōu)勢(shì)”。事實(shí)上，由于逆變器的功率有限，所有兆瓦級(jí)太陽(yáng)能電站基本上是若干500千瓦電站的集群，用一百座500千瓦電站來代替單個(gè)50兆瓦電站更切實(shí)際。

③兆瓦級(jí)太陽(yáng)能光伏電站最大的問題在于，當(dāng)電能通過一系列電力變壓器后，損耗率達(dá)到12%～15%。太陽(yáng)能光伏用400伏三相逆變器產(chǎn)生電力。在大型電站中，首先通過幾個(gè)電力變壓器將電壓提高到66千伏或是更高，然后再通過變壓器組降至400伏以滿足消費(fèi)者的需求。此外，在電網(wǎng)傳輸中還有5%～7%的損耗。而與此形成鮮明對(duì)比的是，規(guī)模較小的太陽(yáng)能發(fā)電站靠近用戶，在輸送過程中幾乎沒有能量損失。

④太陽(yáng)能光伏發(fā)電的一個(gè)主要限制是每千瓦占用空間較大，土地可以采用更有價(jià)值的使用方式，而不是被太陽(yáng)能電池組件所覆蓋。大型太陽(yáng)能電站往往建在偏遠(yuǎn)地區(qū)，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境問題或與農(nóng)業(yè)用地產(chǎn)生沖突。大型集中式電站相關(guān)的安全和維護(hù)問題也日益突出。

⑤電力在電網(wǎng)中的流動(dòng)方式和其電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析。大量的電力在電網(wǎng)中始終循環(huán)在66千瓦或132千瓦的水平。即使并入200兆瓦電力也只是極小的一部分。所以這樣的容量提升并沒有解決類似停電和電網(wǎng)終端“高阻抗”大幅波動(dòng)的問題。相比于大型電站，400伏饋電通常能夠切實(shí)減輕電網(wǎng)阻塞。電壓波動(dòng)的發(fā)生是由于電網(wǎng)的高阻抗，就地回饋400伏太陽(yáng)能電力將立即降低電網(wǎng)的阻抗，并提供穩(wěn)定、清潔的能源。

總之，光伏產(chǎn)業(yè)作為代表性清潔能源新興產(chǎn)業(yè)，對(duì)應(yīng)對(duì)能源問題，緩解氣候變暖起著重要作用。但在蓬勃發(fā)展的光環(huán)下仍存在著如環(huán)境污染、材料短缺、規(guī)模問題等諸多負(fù)面因素。如果對(duì)此沒有充分認(rèn)識(shí)，并綜合包括政府、學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界、公眾等各利益相關(guān)方的意見進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、進(jìn)行技術(shù)的升級(jí)改造和因地制宜的應(yīng)用，將不可避免地對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展造成嚴(yán)重影響。

（國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司）

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[1] Compound Annual Growth Rate，簡(jiǎn)稱CAGR，計(jì)算方法=（現(xiàn)有價(jià)值/基礎(chǔ)價(jià)值）^（1/年數(shù)）- 1。

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