太阳能光伏发电技术的发展趋势

光伏发电引发人们的热议，因为现在能源供应比较紧张，煤炭发电价格快速上涨，好多城市煤炭发电价格平均上涨15%~20%，这么高价格的上涨人们就在考虑替代品。比如说风力发电水力发电，太阳能发电，这些都是替代品，但是现在光伏发电的市场还不成熟。

要说光伏发电的前景确实是比较广阔的，但是如果是现在的这个市场的情况，对于普通个人用户来说不是一个好的选择。因为这个东西对你来说成本太高了，根本不合适，光伏发电，这种技术是没有问题的，但现在存在的两个主要问题，一个是成本问题，一个就是能源转化率问题，太阳能发电的效率比较低，非常容易受到自然条件变化的影响，太阳能不充足的时候发电量就会很小，而且真正能转换成电能的效率并没有你想象的那么高。

还有就是成本的问题，如果是一个光伏发电的模块，包括风机，包括能够储电的电池，包括这个太阳能的帆板，这一套下来，一个家庭一天如果按照6~10度电的需求来看的话，一个月差不多电费就是100块钱多一点，这样一个模块能满足大多数家庭的需要了。但你知道这样一个模块要多少钱吗？这一整套下来价格比较便宜的也要在1万块钱，而你一个月电费也就是100块钱多一点。

一年这个电费能省下来的就是1500块钱，但是这样一套设备要1万块钱，也就是说这套设备不出现任何问题的情况下，连续使用7年才能回本，你能保证这个设备不出任何问题吗，这还是说满效率运行的情况下说的天气不好的因素呢，到了冬天的时候，太阳能不是那么充足的时候呢，这个问题不解决就没有办法大规模的推广。

目前人类能源消费结构中，石油、煤炭、天然气、铀等矿物资源占到了人类能源供给量的80％以上。但常规矿物质能源储量有限，如果无节制的开采，全球将很快面临能源短缺危机。另外常规矿物质能源使用后排放大量的CO2、SO2、核废料等威胁着人类生存环境。近年来，全球性的气候变暖，两极冰川融化，海平面上升，自然灾害频繁发生，生物多样性消失，酸雨范围越来越广，高空臭氧层空洞扩大等现象，都是因为人类大量使用并依赖传统能源所造成。

资料来源：中国可再生能源发展战略研讨会论文集

图表1 世界及中国主要能源资源使用年限

发展环保可再生能源是解决上述问题的最有效途径，也是人类能否在地球上永续生存下去的关键要素。在诸多可再生能源中，太阳能是唯一可以大量替代传统能源的能源。而在太阳能产业中，光伏产业由于其具有的诸多优点，是可再生能源中发展最快的产业，无疑也是最具有发展前景的产业。

资料来源：IEA（国际能源署）报告《Renewable Information2010》

图表2 1990～2008年世界可再生能源供给的年增长率

一、光伏产业的特点

太阳能是唯一能够保证人类未来需求的能量来源。光伏发电是利用太阳能将光子转化为电子的一个纯物理过程，转化过程不排放任何有害物质，其特点如下：

充足性：据美国能源部报告（2005年4月）世界上潜在水能资源4.6TW（1TW＝1012W），经济可开采资源只有0.9TW；风能实际可开发资源2～4TW；生物质能3TW；海洋能不到2TW；地热能大约12TW；太阳能潜在资源120000TW，实际可开采资源高达600TW。

安全性：运行可靠、使用安全；发电规律性强、可预测（调度比风力发电容易）。

广泛性：生产资料丰富（地壳中硅元素含量位列第二）、建设地域广（荒漠、建筑物等）、规模大小皆宜。

免维护：使用寿命长（20～50年、工作25年效率下降20%）、免维护、无人值守。

清洁性：无燃料消耗、零排放、无噪声、无污染、能量回收期短（0.8～3.0年）。

二、光伏产业发展历程

世界上最早开始研究太阳能要追溯于1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应，并由爱因斯坦在1904年对其做出了理论解释，且很快得到实验证实；1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅光伏电池；1959年第一个光电转换效率为5％的多晶硅光伏电池问世； 1960年，晶硅光伏电池发电首次并入常规电网；1969年世界上第一座光伏发电站在法国建成；1975年美国制作出非晶硅光伏电池；1980年代初，光伏电池开始规模化生产；1983年美国在加州建立了当时世界上最大的光伏电厂；1983年世界光伏组件产量达21.3MW（1MW＝106W），光伏产业显露雏形。1990年以后，在能源危机和全球气候变暖的压力下，可再生能源越来越受到关注，德、美、日等国政府相继提出了光伏发电的“光伏屋顶计划”、“新阳光计划”等，在政府的政策法规和行动计划推动下，全球光伏产业以一个朝阳产业的面貌高速成长，同时太阳能光伏发电被誉为世界十种能源中发展最快的能源。

1990年以后全球光伏市场的发展和转移经过三个阶段。第一阶段，1996年之前，美国光伏市场占全球市场份额达32.1%，年复合增长率达25%，当之无愧地成为世界光伏市场中心。第二阶段，1996～2002年间，日本光伏市场保持了35%的年均增长，一跃成为光伏市场最大消费国，近年日本市场小幅回落，但销售的存量仍位居世界前列，2007年光伏电站存量达1GW（109W）左右。第三阶段，2003至今，欧盟成为绝对的市场主力，这得益于德国和西班牙等国的光伏补贴政策，快速刺激了欧盟市场中心的形成，目前我国有近80%的光伏产品出口至欧盟地区。

资料来源：EPIA（欧洲光伏产业协会，世界规模最大的太阳能光伏行业协会）

图表3 2009年光伏产品按地区安装比例

三、光伏发电技术发展趋势

目前已经进入商业化竞争的光伏发电产业按电池技术路线分类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发展最成熟的在应用中居主导地位。

太阳能电池根据所用材料的不同，还可分为：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型光伏电池、纳米晶光伏电池、有机光伏电池等。

图表4 光伏电池分类及规模化生产转化效率

1．多元化合物薄膜光伏电池

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

硫化镉、碲化镉薄膜光伏电池的效率较非晶硅薄膜光伏电池效率高，成本较晶体硅光伏电池低，并且也易于大规模生产，但镉有剧毒，会对环境造成严重污染，因此并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达40%。GaAs 化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了GaAs电池的普及。

铜铟硒薄膜光伏电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率也较高。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展光伏电池的一个重要方向。唯一问题是材料来源，铟和硒都是稀有元素，因此这类电池的发展必然受到限制。

2．聚合物多层修饰电极型光伏电池

聚合物多层修饰电极型光伏电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个光伏电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备光伏电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是晶体硅光伏电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。

3．纳米晶光伏电池和有机光伏电池

纳米晶光伏电池转化效率可达10%，有机光伏电池转化效率可达6%，转换效率还比较低，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业化应用。

4．聚光太阳电池

聚光光伏电池最大优点就是高转换效率（30%～40%），以及较小的占地面积。聚光光伏发电系统主要由高效聚光太阳电池、高性能的聚光跟踪系统、有效的电池散热系统组成。由于高效聚光光伏电池的技术路线尚未定型，聚光光伏发电规模化产业链也未形成，高性能的聚光跟踪系统和有效的电池散热系统的成本控制难度大，因而聚光光伏发电暂无优势可言。

5．晶体硅光伏电池和薄膜光伏电池

关于“晶硅”和“薄膜”孰优孰劣的讨论也很多。从市场表现来看，05年起“薄膜”市场份额开始不断增加，到09年达到了18%（数据来源：Solarbuzz），趋势相当可观。而且正是从09年开始，发展“薄膜”的呼声也越来越高：一方面硅晶电池刚刚经历了“硅”价巨幅波动的事件导致各大厂家受损；另一方面，美国的FirstSolar公司异军突起，把薄膜电池推上了新高度。2010年，国内很多地方都上了薄膜项目，而一旦开始生产薄膜电池，问题也就暴露出来。

首先是技术门槛问题。“晶硅”技术经历了多年发展，已经进入成熟期，国内几个大型企业已经熟练掌握了晶硅电池的技术，并且有了自己的技术创新和突破。而薄膜电池则不同，技术仍在不断发展变化，特别是非硅薄膜电池技术，材料和工艺上都有很多技术难关，国内的大多数企业并不具备足够的水平，还都只是探索阶段，却要面临在薄膜电池技术领先的FirstSolar公司和已经技术成熟的晶硅电池双重压力，发展困难可想而知。

其次是资金门槛问题。薄膜电池的设备投入比晶硅电池大，而且所有配套设备都依靠进口。随着薄膜电池技术不断发展，生产设备也随之更新换代，很容易造成设备投资上的浪费。

近年来晶硅组件价格一路走低，与薄膜组件的价格已经很接近，薄膜组件的价格优势已不再明显。但“晶硅”对比“薄膜”仍然存在高的转换效率和较长的使用寿命的优势。事实上，一些原打算开展薄膜电池项目的企业，现在也都把项目放缓（尚德、英利），所以薄膜电池想要真的发展，还是需要一定的时间。

单晶硅光伏电池与多晶硅光伏电池相比转化效率高（单晶18～20%、多晶16～18%）、成本高，由于其成本控制难度大，全面胜出的可能性不大。

6．太阳能光热发电

除光伏发电外达到工程应用水平的还有太阳能光热发电。太阳能光热发电的建设和运行门槛很高，我国在太阳能光热发电部件研发上还几乎是空白：曲面反光镜，高温真空管，有机朗肯循环发电机组，斯特林发电机组等。此外，与光伏发电不同，光热发电对于环境也有更高要求：必须直射光，而且需要水冷却，这样在荒漠地区，就无法满足。我国目前太阳能光热发电尚处于研究示范阶段，光热发电与常规电厂结合成互补电站，独立稳定工作的不多（示范项目：江苏江宁县70kW示范电站，863计划北京延庆1MW实验电站）。由于技术障碍，我国在5～10年内都会处于试验示范阶段，光热发电不会成为主导潮流。

结论

从技术成熟度、转化效率及材料来源几方面综合判断，未来5～10年太阳能发电技术占主流的仍为晶体硅（以多晶硅为主）和非晶硅薄膜光伏技术。目前市场占有率：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，还不宜盲目扩大规模，还是应该重点放在研究上，深入掌握核心技术。

2011年10月19日，德国太阳能世界工业公司Solar　World在美国的子公司Solar　World　Industries　America　Inc联合其他六家“不愿意透露姓名”的美国本地光伏企业向美国商务部和国际贸易委员会提出申诉，要求对中国75家光伏企业出口的太阳能电池（板）进行反倾销和反补贴（“双反”）调查，并采取贸易限制措施。这是中国光伏行业发展近十年来在国外遭受的第一起贸易限制调查，也是美国首次对中国新能源发起的“双反”调查。

2012年3月21日，美国商务部宣布中国光伏反补贴初裁结果：税率为2.9到4.73%。其中，无锡尚德太阳能电力有限公司光伏反补贴税率为2.9%，常州天合光能有限公司有关税率为4.73%，其他单独税率资格的企业税率为3.61%，并追溯90天征税。2012年5月17日，美国商务部初裁对华太阳能电池征收31.14%至约250%的高额反倾销税。2012年10月10日，美国商务部对华太阳能光伏产业“双反”做出终裁，美国方面认为中国光伏太阳能企业双反成立，将对中国企业征收高达18.32%至249.96%的反倾销税。同时，征收14.78%到15.97%反补贴税。

二、欧盟

2012年9月26日，Solar World挑头的欧洲行业协会EU ProSun向欧盟委员会提出申诉，指控从中国进口的太阳能电池板和其主要部件受益于不公平的政府补贴。

2012年11月8日，欧盟委员会正式发布公告，称已对从中国光伏企业进口的硅片、电池、组件启动反补贴调查。欧盟的初步调查结果将于2013年6月底公布。

1997年，在常州回乡创业已有所成就的高纪凡，从当时的《京都议定书》及美国克林顿政府“百万太阳能屋顶计划”敏锐地关注到，利用太阳能技术打造天人合一的人居环境，市场前景和社会效应都无可估量。当年，高纪凡组建了常州天合光能有限公司，最初计划是建立 一家太阳能光伏系统安装公司，专门为中国各个地区提供太阳电能。

成立之初，在核心科研人员的努力下，公司取得长足进展，并于1999年10月成功通过ISO9002认证，展示了对质量的不懈追求。同年，公司成立了天合光能研发中心。

经过无数的艰辛和坚定的追求，公司团队终于在2000年8月成功建成了中国首个太阳能光伏建筑。通过与中国政府合作，天合光能参与编写了首个《中国国家独立光伏系统技术标准》。为了宣传这一重要里程碑，2000年9月，天合光能在广州主办了首届“国际太阳能发电技术暨推广论坛”。该论坛展示了天合光能开发中国市场、推动太阳能发电行业创新的壮志雄心。

天合光能分别于2001年和2002年主办了第二届和第三届“国际太阳能发电技术暨推广论坛”。中国政府还将天合光能选为参与“西部光明工程”的民营企业之一，这是一个向中国偏远地区输送电力的倡议。此后不久的2003年，天合光能在西藏安装了39座太阳能发电站。这一成功是天合光能团队五年多辛勤劳动的结晶，也昭示着天合光能朝着高纪凡先生将太阳能光伏带到中国的愿景又迈进了一步。

由此，天合光能在太阳能光伏行业受到了越来越多关注，影响力日渐扩大，并于2004年参与了中国首部可再生能源法的编写工作，并于同年完成了“太阳能发电商业化”项目。此后，公司继续加大研发投资力度，并成立了常州太阳能光伏协会。2004年，高纪凡先生被任命为中国太阳能建筑委员会副主任，并于12月获得常州市政府颁发的“杰出民营企业家”奖。此时的天合光能已植下成长为行业塑造者的基因。

太阳能光伏发电在此时的中国仍处于示范阶段，而在欧美国家却已快速兴起。2004年秋，天合光能意识到紧握海外光伏发电的市场机遇，公司必须向光伏产品制造领域延伸、开拓。在这一轮抢夺市场先机的竞赛中，天合光能快而有序，从终端产品——光伏组件入手，沿产业链逆向攀升。2005年初，筹建第一家光伏组件生产厂； 2005年8月，向上游扩展产出首批单晶硅棒，10月硅棒厂全面投产；2006年2月开始制造硅片，年末硅片产量达到28MW。

随着产能的快速扩展，天合光能同时开始在海外展开积极的品牌推广战略，并获得首批德国客户的青睐。天合光能很快就与寻求长期合作的商业伙伴通力协作，销售网络快速扩展到其他国家，其中包括意大利、法国、比利时、荷兰、挪威、韩国、澳大利亚、美国以及欧洲和亚洲其他一些国家。

2006年，在行业内声名鹊起的天合光能获得多家国际知名投资机构的注资，其中包括麦顿基金（Milestone Capital）、好能源（Good Energies）和美林证券。这些注资打开了天合光能国际化进程的大门，在提高产能和品牌推广的过程中发挥着至关重要的作用。

2006 年12月，天合光能在纽约证券交易所（NYSE）上市，并于2007年6月成功引入资本。这些举措为公司继续落实扩展计划创造了条件，为产能的快速提升和原材料的采购提供了保障。与此同时，借助在纽约证券交易所挂牌上市以及国际投资者的大力支持，公司吸引了来自全球各地的众多人才。如今，天合光能拥有一支来自数十个国家的国际化团队，他们拥有丰富的行业经验，时刻都在为公司的成长贡献力量。

2008 年2月，天合光能总部新办公楼在常州正式投用，这幢建筑外墙上安装着精心集成的玻璃光伏组件，它不但标志着天合取得的巨大成就，同时也是光伏能源应用的典范。也就是在这一年，公司产能由2007年底的150MW提高到350MW，并步入了快速成长的轨道。

2009年1月天合光能收到国家科技部批准文件，率先建设企业国家重点实验室，命名为：“光伏科学与技术国家重点实验室”。

2010年天合光能光伏组件出货量首次达到1GW，占全球6.5%的市场份额当年销售额18.6亿美元，同比增长119.8%，跻身全球光伏公司，并稳定在行业的第一梯队。

2011到2013上半年，中国光伏行业受困于产能过剩与海外贸易壁垒，出现行业性亏损，天合光能与其他中国光伏企业一样，遭遇了前所未有的寒冬。天合光能坚持可持续发展的理念，以创新、品牌和国际化为三大主要支柱，通过专业合规的公司治理、审慎高效的财务管理以及持续改进运营管理，准确预判了行业走势，在合理平衡已有优势的同时积极寻找和布局中长期增长点。

即使在行业的寒冬中，天合光能始终坚持以创新为本的理念，为公司在行业回暖期提升竞争力打下了坚实的基础。天合光能“光伏科学与技术国家重点实验室”于2011年、2012年连续两次创造了多晶组件输出功率的世界纪录，确立了行业领先地位。 2013年3月，融合了高可靠、长寿命、便捷安装等优点的双玻组件正式量产。

即使在行业的寒冬中，天合光能始终坚持市场导向，积极强化公司在光伏电站建设与运营领域的商业活动，培育新的增长点。2013年，天合光能在甘肃武威建成50兆瓦电站并成功出售，这是公司在中国出售的第一个大型电站。天合光能参与了该项目从设计、建设、运营以及出售的全过程，充分展示了承接大型下游项目的能力。

2013年下半年天合光能恢复营利，是中国光伏产业率先摆脱困境的公司，稳步复苏。

多年耕耘，天合光能的产品在业界赢得了优质高效的良好口碑。为满足行业回暖期的客户需求，天合光能在江苏、湖北、新疆等地与当地政府和企业合作，通过并购、建立合资公司等模式推动行业整合。随着光伏市场的快速发展，中国市场的销售额上升到天合光能全球销售总量的约30%。2014年公司光伏组件出货量达3.66吉瓦，居全球第一。2015年1月，天合光能接过了由权威认证机构德国莱茵TÜV颁发的2014年“莱茵之星光伏组件奖”。 天合光能在产品质量上以“达到德国优秀公司水平”为目标，制定了一套天合ISO900+的质量管理体系，即在ISO9000基础上，建立满足公司发展、行业进步以及客户需求等三方面内容的覆盖产品生命周期的质量管理体系。

2015年，规划产能700MW光伏电池和500MW光伏组件的天合光能科技(泰国）有限公司在泰国的泰中罗勇工业园正式开工建设，标志着公司正加速推进生产全球化布局。

在科技创新上，2014年初，天合光能与澳洲国立大学合作研发出高效太阳电池，经第三方独立测试报告显示电池效率高达24.4%，为当今光电转换效率最高的IBC晶硅太阳电池；同期，天合光能的智能化光伏产品Trinasmart获得德国莱茵TÜV颁发的IEC 61215/61730证书，成为中国第一个获得莱茵TÜV认证的“智能组件”。2014年一年间，天合光能七次创造了晶体硅电池效率和组件功率的世界纪录，其中包括四项晶体硅电池效率世界纪录和三项晶体硅组件功率世界纪录。截止2014年底，天合光能“光伏科学与技术国家重点实验室”的发明专利数量居全国第一。

在光伏电站的建设、运营领域，天合光能在确保欧美等传统市场稳健增长的同时，进一步开拓亚太、非洲、南美等新兴市场，特别是高速增长的中国市场。y2013年底，天合光能与新疆吐鲁番地区行政公署签署投资框架协议，计划未来四年在新疆地区开发1000兆瓦地面光伏电站。2014年，天合光能连续收获智利大型电站36兆瓦和70兆瓦高效组件两个重要订单，为公司在南美市场的拓展打下了坚实的基础；2014年5月，天合获得非洲最大屋顶项目1兆瓦组件订单；2014年9月和11月，天合光能宣布分别完成了土耳其和厄瓜多尔11.7兆瓦订单以及泰国商业屋顶电站7.8兆瓦订单；2015年4月，天合光能为日本最大太阳能电站供应116兆瓦组件，是公司在日本市场拓展方面的里程碑。