太阳能光伏发电的发展历史是什么?
1839年,19岁的法国贝克勒尔做物理实验时,发现在导电液中的两种金属电极用光照射时电流会加强,从而发现了“光生伏打效应”。1930年,郞格首次提出用“光伏效应”制造太阳能电池,使太阳能变成电能。1932年奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳能电池。1941年奥杜在硅上发现光伏效应。1954年5月美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松开发出效率为6%的单晶硅太阳能电池,这是世界上第一个有实用价值的太阳能电池,同年威克首次发现了砷化镍有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镍薄膜,制成了太阳能电池,太阳光转化为电能的实用光伏发电技术由此诞生并发展起来。2014年初我省金寨县为落实省委政府精准扶贫新要求,实施产业扶贫“到村、到户、到人、到产业”,在全省率先开展了光伏发电扶贫项目。
光伏(PVorphotovoltaic),是太阳能光伏发电系统(photovoltaicpowersystem)的简称,是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。同时,太阳能光伏发电系统分类,一种是集中式,如大型西北地面光伏发电系统一种是分布式(以>6MW为分界),如工商企业厂房屋顶光伏发电系统,民居屋顶光伏发电系统。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算器提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋提供照明,并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电力。近年,天台及建筑物表面均会使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应(简称光伏现象)。
1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒(Se)的光伏效应,并制作第一片硒太阳能电池。
1883年美国发明家charlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。
1904年Hallwachs发现铜与氧化亚铜(Cu/Cu2O)结合在一起具有光敏特性德国物理学家爱因斯坦(AlbertEinstein)发表关于光电效应的论文。
1918年波兰科学家Czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺。
1921年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔(Nobel)物理奖。
1930年B.Lang研究氧化亚铜/铜太阳能电池,发表“新型光伏电池”论文W.Schottky发表“新型氧化亚铜光电池”论文。
1932年Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象。
1933年L.O.Grondahl发表“铜-氧化亚铜整流器和光电池”论文。
1941年奥尔在硅上发现光伏效应。
1951年生长p-n结,实现制备单晶锗电池。
1953年Wayne州立大学DanTrivich博士完成基于太阳光普的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。
1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象,(RCA:RadioCorporationofAmerica,美国无线电公司)。
贝尔(Bell)实验室研究人员D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson报道4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现,几个月后效率达到6%。(贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功)
1955年西部电工(WesternElectric)开始出售硅光伏技术商业专利,在亚利桑那大学召开国际太阳能会议,Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品,电池为14mW/片,25美元/片,相当于1785USD/W。
1956年P.Pappaport,J.J.Loferski和E.G.Linder发表“锗和硅p-n结电子电流效应”的文章。
1957年Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson获得“太阳能转换器件”专利权。
1958年美国信号部队的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池,这种电池抗辐射能力强,这对太空电池很重要Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射,光伏电池100c㎡,0.1W,为一备用的5mW话筒供电。
1959年Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%,并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻卫星探险家6号发射,共用9600片太阳能电池列阵,每片2c㎡,共20W。
1960年Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1963年Sharp公司成功生产光伏电池组件日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列,在当时是世界最大的光伏电池阵列。
1964年宇宙飞船“光轮发射”,安装470W的光伏阵列。
1965年PeterGlaser和A.D.Little提出卫星太阳能电站构思。
1966年带有1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。
1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统,用于教育电视供电。
1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。
1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带,25mm宽,457mm长(EFG:EdgedefinedFilmFed-Growth,定边喂膜生长)。
1977年世界光伏电池超过500KWD.E.Carlson和C.R.Wronski在W.E.Spear的1975年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a-Si)太阳能电池。
1979年世界太阳能电池安装总量达到1MW。
1980年ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器,接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试。
1981年名为SolarChallenger的光伏动力飞机飞行成功。
1982年世界太阳能电池年产量超过9.3MW。
1983年世界太阳能电池年产量超过21.3MW名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳大利亚,20天内行程达到4000Km.
1984年面积为929c㎡的商品化非晶硅太阳能电池组件问世。
1985年单晶硅太阳能电池售价10USD/W澳大利亚新南威尔土大学MartinGreen研制单晶硅的太阳能电池效率达到20%。
1986年6月,ARCOSolar发布G-4000———世界首例商用薄膜电池“动力组件”。
1987年11月,在3100Km穿越澳大利亚的PentaxWorldSolarChallengePV-动力汽车竞赛上,GMSunraycer获胜,平均时速约为71km/h。
1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW。
1991年世界太阳能电池年产量超过55.3MW瑞士Gratzel教授研制的纳米TiO2染料敏化太阳能电池效率达到7%。
1992年世界太阳能电池年产量超过57.9MW。
1993年世界太阳能电池年产量超过60.1MW。
1994年世界太阳能电池年产量超过69.4MW。
1995年世界太阳能电池年产量超过77.7MW光伏电池安装总量达到500MW。
1996年世界太阳能电池年产量超过88.6MW。
1997年世界太阳能电池年产量超过125.8MW。
1998年世界太阳能电池年产量超过151.7MW多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池。
1999年世界太阳能电池年产量超过201.3MW美国NREL的M.A.Contreras等报道铜铟锡(CIS)太阳能电池效率达到18.8%非晶硅太阳能电池占市场份额12.3%。
2000年世界太阳能电池年产量超过399MWWuX.,DhereR.G.,AibinD.S.等报道碲化镉(CdTe)太阳能电池效率达到16.4%单晶硅太阳能电池售价约为3USD/W。
2002年世界太阳能电池年产量超过540MW多晶硅太阳能电池售价约为2.2USD/W。
2003年世界太阳能电池年产量超过760MW德国FraunhoferISE的LFC(Laserfired-contact)晶体硅太阳能电池效率达到20%。
2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW德国FraunhoferISE多晶硅太阳能电池效率达到20.3%非晶硅太阳能电池占市场份额4.4%,降为1999年的1/3,CdTe占1.1%而CIS占0.4%。
2005年世界太阳能电池年产量1759MW。
中国太阳能发电发展历史
中国作为新的世界经济发动机,光伏业业呈现出前所未有的活力。大量光伏企业应运而生,现在光伏产量已经达到世界领先水平。现在OFweek太阳能光伏网带大家来回顾下中国太阳能发展历史:
1958,中国研制出了首块硅单晶
1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。
1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。
1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。
1998年,中国政府开始关注太阳能发电,拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目。
2001年,无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功,2002年9月,尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产,产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和,一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。
2003到2005年,在欧洲特别是德国市场拉动下,尚德和保定英利持续扩产,其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产迅速增长。
2004年,洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉,以此为基础,2005年,国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产,从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。
2007,中国成为生产太阳电池最多的国家,产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。
2008年,中国太阳电池产量达到2600MW。
2009年,中国太阳电池产量达到4000MW。
2006年世界太阳能电池年产量2500MW。
2007年世界太阳能电池年产量4450MW。
2008年世界太阳能电池年产量7900MW。
2009年世界太阳能电池年产量10700MW。
2010年世界太阳能电池年产量将达15200MW。
1839年 法国科学家贝克莱尔发现“光生伏打效应”,即“光伏效应”。
1876年 亚当斯在金属和硒片上发现固态光伏效应。
1883年 制成第一个“硒光电池”,用作敏感器件。
1930年 肖特基提出“光伏效应”理论。
1930年 朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”,使太阳能变成电能。
1931年 布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液,在阳光下启动了一个电动机。
1932年 奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。
1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。
1950年 前苏联设计完成一个塔式太阳能发电站,用装在轨道上可移动的定日镜跟踪
太阳,设计功率为2.5×106千瓦。
1952年 法国国家科学研究中心在比利牛斯山东部建造了一座50千瓦的太阳炉。
1954年 恰宾和皮尔松在美贝尔实验室,首次制成实用的单晶太阳电池,效率为6%。
1954年 韦克尔首次发现了砷化镓具有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成
了第一块薄膜太阳电池。
1955年 吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。
1955年 第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。
1957年 硅太阳电池效率达8%。
1958年 太阳电池首次在空间应用,装备美国先锋1号卫星电源。
1959年 第一个多晶硅太阳电池问世,效率达5%。
1960年 硅太阳电池首次实现并网运行。
1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达13%。
65~68意大利先后建立了三套塔式太阳能试验装置。
1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。
1972年 罗非斯基研制出紫光电池,效率达16%。
1972年 美国宇航公司背场电池问世。
1973年 砷化镓太阳电池效率达15%。
1973年 美国制定了政府的阳光发电计划,太阳能研究经费大幅度增长,成立太阳能
开发银行,促进太阳能产品的商业化。
1974年 日本政府制定了阳光计划。世界上出现的开发利用太阳能热潮。
1974年 COMSAT研究所提出无反射绒面电池,硅太阳电池效率达18%。
1975年 非晶硅太阳电池问世,带硅电池效率达6%。
1976年 多晶硅太阳电池效率达10%。
1976年 美国航空航天局 (NASA) 刘易斯研究中心开始在全球安装了 83 套光伏电力
系统,为疫苗冷藏、室内照明、诊所照明、通讯、水泵、粮食加工和教室电
视提供电力。
1977年 全球光伏电力产量超过 500 千瓦。
1978年 美国建成100kWp太阳地面光伏电站。
1980年 单晶硅太阳电池效率达20%,砷化镓电池达22.5%,多晶硅电池达14.5%,硫化
镉电池达9.15%。
1982年 德国大众汽车开始测试安装在 Dasher 旅行车车顶的光伏阵列,该阵列可产
生 160 瓦电力用于汽车点火。
1983年 美国建成1MWp光伏电站;冶金硅电池效率达11.8%。
1983年 全球光伏电力产量超过 21.3 兆瓦。
1985年 新南威尔士大学突破了硅太阳能电池在单一太阳条件下转换率(无法达到)
20% 的障碍。
1986年 美国建成6.5MWp光伏电站。
1990年 德国提出“2000个光伏屋顶计划”,每个家庭的屋顶装3~5kWp光伏电池。
1992年 第一套使用先进延展膜聚光器的 7.5 千瓦原型碟形系统投入使用。
1992年 联合国在巴西召开了世界环境与发展大会,会议通过了《里约热内卢环境与
发展宣言》,《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要
文件。这次会议以后,世界各国加强了清洁能源技术的开发,将利用太阳能
与环境保护结合在一起。
1994年 第一套使用自由活塞斯特灵引擎(free-piston Stirling engine)的碟形太
阳能发电系统与已有电网并网。
1995年 高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。
1996年 世界上最先进的、使用了 3000 片超高效太阳能电池的太阳能电力飞机——
ICare 号飞越德国。
1996年 联合国在津巴布韦召开世界太阳能高峰会议,发表了《哈拉雷太阳能与持续
发展宣言》,会议上讨论了《世界太阳能10年行动计划》(1996-2005),
《国际太阳能公约》,《世界太阳能战略规划》等重要文件,这次会议进一步
表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心,要求全球共同行动,广
泛利用太阳能。
1997年 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”,在2010年以前为100万户,每
户安装3~5kWp光伏电池。有太阳时光伏屋顶向电网供电,电表反转;无太阳
时电网向家庭供电,电表正转。家庭只需交“净电费”。
1997年 日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。
1997年 欧洲联盟计划到2010年生产37亿Wp光伏电池。
1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。
1998年 荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”,到2020年完成。
1999年 全球光伏电力产量超过 200 兆瓦。
2000年 宇航员在国际空间站上安装太阳能电池组件,构成了太空中最大的太阳能电
力阵列。
2002年 日本在全国安装了 2.5 万套屋顶太阳能发电系统。
2003年 全球每年在太阳能和风电领域的投资超过 200 亿美元。
2006年 世界光伏电力产量超过 2500 兆瓦。 再说世界风电的发展和概况
自20世纪70年代初第一次世界石油危机以来,能源日趋紧张,各国相继制定法律,以促进利用可再生能源来代替高污染的能源。从世界各国可再生能源的利用与发展趋势看,风能、太阳能和生物质能发展速度最快,产业前景也最好。
风力发电在可再生能源发电技术中成本最接近于常规能源,因而成为产业化发展最快的清洁能源技术。
进入21世纪,全球可再生能源不断发展,其中风能始终保持最快的增长态势,并成为继石油燃料、化工燃料之后的核心能源,目前世界风能发电厂以每年32%的增长速度在发展,截止2006年底,全球风力发电机容量达7422.1万千瓦。由此可见,风电正在以超出预期的发展速度不断增长。
如今在全球的风能发展中,欧洲风能发电的发展速度很快。欧洲风能利用协会将在欧洲的近海岸地区进行风能的开发利用,希望在2020年风能发电能够满足欧洲居民的全部用电需求。
在欧洲,德国的风电发展处于领先地位,其中风电设备制造业已经取代汽车制造业和造船业。
光是在2002年就安装了3,200MW(相当于3座核电厂)。截至2005年年底,风力发电占德国用电需求的6.5%。在近期德国制定的风电发展长远规划中指出,到2025年风电要实现占电力总用量的25%,到2050年实现占总用量的50%的目标。
另外丹麦的风能发电已经可以满足18%的用电需求,风力发电产能占全国用电量的21%;法国也在制定风能发电的长远发展规划。
同时亚洲的风电也保持较快的发展势头。其中印度政府积极推动风能的发展,鼓励大型企业进行投资发展风电,并实施优惠政策激励风能制造基地,目前印度已经成为世界第5大风电生产国。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。
光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和铜铟镓硒薄膜电池等。
[编辑本段]光伏发电产业的发展
近几年国际上光伏发电快速发展,2007年全球太阳能新装容量达2826MWp,其中德国约占47%,西班牙约占23%,日本约占8%,美国约占8%。2007年,在太阳能光电产业链中有大量的投资集中到新产能的提升上。除此之外,太阳能光电企业在2007年间的贷款融资金额增长了近100亿美元,使得该产业规模不断扩大。虽然受金融危机影响,德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低,但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”,确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍,并在3-5年后,将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金,专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日,美国参议院通过了一揽子减税计划,其中将光伏行业的减税政策(ITC)续延2-6年。
中国太阳能资源非常丰富,理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步,90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力,已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下,中国光伏发电产业迅猛发展。
光伏技术可直接将太阳的光能转换为电能,用此技术制作的光电池使用方便,特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷。美、日、欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划,开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩大产业。目前已有80多个国家和地区形成商业化、半商业化生产能力,年均增长达16%,市场开拓从空间转向地面系统应用,甚至用于驱动交通工具。据报道,全球发展、建造太阳能住宅(光电池作屋顶、外墙、窗户等建材用)投资规模为600亿美元,而到2009年还会再翻一倍达1200亿美元,光伏技术制作的光电池有望成为21世纪的新能源。以下按其材料分类,展示光伏技术、产业及市场发展动向。
1958,中国研制出了首块硅单晶。
1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。
1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。
1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。
1998年,中国政府开始关注太阳能发电,拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目,这个消息让现在的天威英利新能源有限公司的董事长苗连生看到了一线曙光。可是,当时太阳能产业发展前景尚不明朗,加之受政策因素制约,令不少人对这一新能源项目望而却步。在合作伙伴退出的情况下,苗连生毅然逆势而上,争取到了这个项目的批复,成为中国太阳能产业第一个“吃螃蟹”的人。
2001年,无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功,2002年9月,尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产,产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和,一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。
2003到2005年,在欧洲特别是德国市场拉动下,尚德和保定英利持续扩产,其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产迅速增长。
2004年,洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉,以此为基础,2005年,国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产,从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。
2007,中国成为生产太阳电池最多的国家,产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。
2008年,中国太阳电池产量达到2600MW。
2009年,中国太阳电池产量达到4000MW。
2006年世界太阳能电池年产量2500MW。
2007年世界太阳能电池年产量4450MW。
2008年世界太阳能电池年产量7900MW。
2009年世界太阳能电池年产量10700MW。
2013年3月无锡市中级人民法院发公告称,无锡尚德太阳能电力有限公司无法归还到期债务,依法裁定破产重整。
2015年前三季度,我国光伏制造业总产值已超2000亿元。其中,多晶硅产量约为10.5万吨,同比增长20%;硅片产量约为68亿片,同比增长10%以上;电池片产量约为28GW,同比增长10%以上;组件产量约为31GW,同比增长26.4%。光伏企业盈利情况得到明显好转,产业链各环节均有较大幅度增长。2015年前三季度,我国光伏产品进出口、下游电站建设、企业盈利等领域全面向好。其中,硅片、电池片、组件等主要光伏产品出口额达到100亿美元。光伏新增装机约10.5GW ,同比增长177%,其中地面电站约为6.5GW。 目前我国光伏企业的自主研发实力普遍不强,主要的半导体原材料和设备均靠进口,技术瓶颈已严重制约我国光伏产业的发展。
在整个光伏产业链中,封装环节技术和资金门槛最低,致使我国短时间内涌现出170多家封装企业,总封装能力不少于200万千瓦。但由于原材料价格暴涨、封装产能过剩,这些企业基本上没有多少利润,产品质量也参差不齐。
相对而言,处于产业链上游、拥有先进技术的无锡尚德、南京中电光伏等太阳能电池制造商,日子要好过得多。他们生产的多为第一代晶体太阳能电池,性能稳定,是市场上的主流产品。
不过,在世界范围内,太阳能电池产品正由第一代向第二代过渡,第二代产品的薄膜太阳能电池的硅材料用量少得多,其成本已低于晶体太阳能电池。在专家看来,薄膜太阳能电池今后将和晶体太阳能电池展开激烈竞争。
中科院电工所研究员、中国可再生能源学会副理事长孔力认为,我国在晶体太阳能电池的后续研发,以及薄膜太阳能电池的研发等方面与国外存在较大差距,至少落后10年。
光伏技术的世界纪录保持者基本上是国外公司。例如,日本京瓷推出了光电转换效率为18.5%的多晶体硅太阳能电池;日本三洋利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池,光电转换效率达22%;美国联合太阳能公司以微米级不锈钢带为衬底的柔性非晶硅薄膜太阳能电池,与其他公司的玻璃硬衬底太阳能电池相比具有重量轻、可弯曲等优点。
世界光伏技术不断突破,产业成本不断下降。《2007中国光伏发展报告》称,随着技术的不断进步和产业规模的不断扩大,光伏发电的成本有望在2030年以后与常规电力相竞争,成为主流能源利用形式。
在9月份于北京举行的2007世界太阳能大会暨展览会上,国际太阳能学会副主席、日本京瓷公司顾问汤川荣男介绍,日本计划在2010年、2020年和2030年将光伏发电的成本分别降到相当于每度电1.5元、0.93元和0.47元人民币的水平。另据国际能源署预测,2020年世界光伏发电的发电量将占总发电量的2%,2040年则会占到20%-28%。 我国光伏产业发展正处在上升期,如果能够突破政策和技术方面的瓶颈,必然前途无限。上海交通大学太阳能研究所所长、博士生导师崔荣强认为,当前国家应加强政策引导,促进行业缩短与国际先进水平的差距。
首先,制定以培养光伏应用市场和促进光伏产业发展为目标的中长期规划,从法律上规定和细化可再生电力采购比例和重点用途。
其次,鼓励民用上网。借鉴国外经验,逐步启动和实施真正意义的光伏屋顶计划,确立光伏发电在全国电力能源结构中的地位。
第三,建立专项扶持资金,在金融财税等环节实施费用减免政策。如目前国内电费中抽出专用资金补贴到光伏产业中;贫困地区发展光伏用电,政府补贴一部分,企业支持一部分,以成本价支持等。
第四,借鉴发达国家普通建筑必须要有光伏产品的经验,在发达地区实施公共设施、政府建筑必须采用太阳能的刚性政策。
第五,扶持上游高纯度硅原材料产业,降低光伏电池成本,进而加快光伏并网电站成本的降低和应用推广。 全国1200多所高职院校中,真正开设光伏发电技术应用专业的不超过30家。 教育部高职高专新能源分教指委主任委员戴裕崴教授说,因为国内缺少专门的高技能人才,一般只好招用电子、化工等专业毕业生,根据需要再培养。光伏产业大部分需要的是复合型技能人才,巨大的缺口亟待高职毕业生填补。
某知名太阳能公司负责人也表示:光伏产业蓬勃发展,太阳能的应用领域愈来愈广,但是专业对口的人才太少了,每年缺口约有20万。
据记载,人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用,只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”,“未来能源结构的基础”,则是近年的事。20世纪70年代以来,太阳能科技突飞猛进,太阳能利用日新月异。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在1615年~1900年之间,世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光,发动机功率不大,工质主要是水蒸汽,价格昂贵,实用价值不大,大部分为太阳能爱好者个人研究制造。20世纪的100年间,太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。 第五阶段(1973~1980年),自从石油在世界能源结构中担当主角之后,石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素,1973年10月爆发中东战争,石油输出国组织采取石油减产、提价等办法,支持中东人民的斗争,维护该国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家,在经济上遭到沉重打击。于是,西方一些人惊呼:世界发生了“能源危机”(有的称“石油危机”)。这次“危机”在客观上使人们认识到:现有的能源结构必须彻底改变,应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家,尤其是工业发达国家,重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持,在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年,美国制定了政府级阳光发电计划,太阳能研究经费大幅度增长,并且成立太阳能开发银行,促进太阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”,其中太阳能的研究开发项目有:太阳房 、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划,日本政府投入了大量人力、物力和财力。
70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮,对中国也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员,纷纷投身太阳能事业,积极向政府有关部门提建议,出书办刊,介绍国际上太阳能利用动态;在农村推广应用太阳灶,在城市研制开发太阳能热水器,空间用的太阳电池开始在地面应用……。1975年,在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”,进一步推动了中国太阳能事业的发展。这次会议之后,太阳能研究和推广工作纳入了中国政府计划,获得了专项经费和物资支持。一些大学和科研院所,纷纷设立太阳能课题组和研究室,有的地方开始筹建太阳能研究所。当时,中国也兴起了开发利用太阳能的热潮。这一时期,太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期,具有以下特点:
各国加强了太阳能研究工作的计划性,不少国家制定了近 期和远 期阳光计划。开发利用太阳能成为政府行为,支持力度大大加强。国际间的合作十分活跃,一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作。
研究领域不断扩大,研究工作日益深入,取得一批较大成果,如CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、 光解水制氢、太阳能热发电等。
各国制定的太阳能发展计划,普遍存在要求过高、过急问题,对实施过程中的困难估计不足,希望在较短的时间内取代矿物能源,实现大规模利用太阳能。例如,美国曾计划在1985年建造一座小型太阳能示范卫星电站,1995年建成一座500万kW空间太阳能电站。事实上,这一计划后来进行了调整,至今空间太阳能电站还未升空。
太阳热水器、太阳电池等产品开始实现商业化,太阳能产业初步建立,但规模较小,经济效益尚不理想。这主要受制于技术运用及科研水平。 第七阶段(1992年~至今),由于大量燃烧矿物能源,造成了全球性的环境污染和生态破坏,对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下,1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”,会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》, 《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件,把环境与发展纳入统一的框架,确立了 可持续发展的模式。这次会议之后,世界各国加强了清洁能源技术的开发,将利用太阳能与环境保护结合在 一起,使太阳能利用工作走出低谷,逐渐得到加强。世界环发大会之后,中国政府对环境与发展十分重视,提出10条对策和措施,明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”,制定了《中国21世纪议程》,进一步明确 了太阳能重点发展项目。
1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》 在(1996 ~ 2010年)制出,明确提出中国在1996-2010年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施。这些文件的制定和实施,对进一步推动中国太阳能事业发挥了重要作用。1996年,联合国在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”,会后发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言 》,会上讨论了《世界太阳能10年行动计划》(1996 ~ 2005年),《国际太阳能公约》,《世界太阳能战略规划》等重要文件。这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心,要求全球共同行动 ,广泛利用太阳能。
1992年以后,世界太阳能利用又进入一个发展期,其特点是:太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合,全球共同行动,为实现世界太阳能发展战略而努力;太阳能发展目标明确,重点突出,措施得力,有利于克服以往忽冷忽热、过热过急的弊端,保证太阳能事业的长期发展;在加大太阳能研究开发力度的同时,注意科技成果转化为生产力,发展太阳能产业,加速商业化进程,扩大太阳能利用领域和规模,经济效益逐渐提高;国际太阳能领域的合作空前活跃,规模扩大,效果明显。通过以上回顾可知,在本世纪100年间太阳能发展道路并不平坦,一般每次高潮期后都会出现低潮期,处于低潮的时间大约有45年。太阳能利用的发展历程与煤、石油、核能完全不同,人们对其认识差别大,反复多,发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大,短时间内很难实现大规模利用;另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应,政治和战争等因素的影响,发展道路比较曲折。尽管如此,从总体来看,20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都快。爱迪太阳能如今是人们生活中不可缺少的一部分。 全世界光伏板并网,贮能难的问题就有改善。
开发经济问题
第一,世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要,而又不危及后代人前途的社会。因此,尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源,是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化,常规能源的贮量日益下降,其价格必然上涨,而控制环境污染也必须增大投资。
第二,中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,煤炭约占商品能源消费结构的76%,已成为中国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的,向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看,太阳能利用技术和装置的大量应用,也必然可以制约矿物能源价格的上涨。
一、中国经济整体概况
1.中国经济现状
目前世界经济危机并没有改变中国高速经济增长的趋势。中国未来经济依然表现为高储蓄、高投资、高资本与高速度,如表1所示。对于中国经济的分析,主要从出口、房地产、内需三个部分剖析,这三个部分被称为中国的三驾马车,同时日益和国外接轨是中国经济的主流趋势。产业的发展是一个平滑增长的过程,它和消费能力、需求能力紧密相关。产业弥补式的增长特性使得在对待一个产业时需要有收放自如的控制力,不能过分的打压。但是中国经济增长轨迹的变化将被缓慢启动,调整的模式具有明显的需求先导型、产业内部深化等特点。此外,中国经济将步入一个较长时期的“次高速经济增长时期”,人们原来所想象的各种增长模式大转变并非想象得那么迅猛。
2.重点关注的新兴战略产业领域
1)新能源领域:重点关注的对象包括水电、核电、风力发电、太阳能发电、沼气发电、地热利用、煤的洁净利用、和新能源汽车等。此外,核电重大专项、大型油气田和煤层气开发、大型先进压水堆及高温气冷堆核电站也颇受关注。
2)新材料领域:重点关注的对象包括微电子和光电子材料和器件、新型功能材料、高性能结构材料、纳米材料和器件。
3)信息通信领域:重点关注的对象包括传感网、物联网,集成电路、平板显示、软件和信息服务,核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品,新一代宽带无线移动通信网,极大规模集成电路制造装备和成套工艺等专项。
4)生命科学领域:关注的对象包括转基因育种、干细胞研究,生物医药、生物育种,转基因生物新品种培育、重大新药创新、重大传染病防治。
二、新能源分类与特征
全国科学技术名词审定委员会审定公布新能源定义为:在新技术基础上,系统地开发利用的可再生能源。如核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等。具体来说,包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。所以概括的说新能源的两个重要的特点就是新技术和可再生。
世界新能源的分类可以分为三类:传统生物质能,大中型水电和新可再生能源。其中新可再生能源具体包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能(潮汐能)。据ICTresearch研究分析表明,未来的新能源有:波能、可燃冰、煤层气、微生物、第四代核能源等能源。
三、新能源行业发展现状
国际能源署(IEA)对2000年~2030年国际电力的需求进行了研究,研究表明,来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA的研究认为,在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快,年增长速度近6%,在2000~2030年间其总发电量将增加5倍,到2030年,它将提供世界总电力的4.4%。ICTresearch认为,IEA的研究过于保守,到2030年,可再生能源发电至少应占世界总电力的10%以上,要翻10~15倍。
1.中国新能源市场特征
中国风电资源主要是在东北、西北和内蒙古等地区,煤电资源主要在黑龙江、山西、内蒙古和甘肃西北等地。水电资源主要集中在西南地区,川渝云贵以及两湖两广地区。但是电力消费的中心却是在沿海地区,所以说我国能源的产生地区和电力消费中心是不匹配的,这对电网搭设和能源的利用都具有一定的考验。
2.中国新能源市场现状
1)光伏:市场短期的阴霾不掩长期灿烂,光伏辅料的国产化机会备受关注。光伏行业正在经历因产能扩张增速远大于需求增速而导致的供给过剩,全产业链面临价格下跌、利润水平下降的压力。ICTresearch认为短期内,从组件、电池片、硅片到多晶硅均面临利润被压缩的压力但长期看终端价格的下降有利于更早实现光伏平价上网,ICTresearch维持行业长期高景气的判断。
2)风电:行业整合加剧,行业龙头优势将愈加凸显,关注风机材料国产化的蓝海市场。短期供给过剩导致的全行业价格下行压力仍将持续。政策面对于风电制造业门槛的抬高和行业规范化治理的重视,将有利于风电行业走出无序竞争,提升行业集中度,未来行业将呈现强者恒强态势。
3)核电:安全风险巨大,等待政策明朗。由于日本核电事故造成的深远影响,各国相继出台政策计划逐步退役核电站国内政策并未改变目前的核电建设规划,但建设进度可能放缓,未来审批标准将愈见严格。
4)新型电池:新能源汽车和储能市场的量产启动可期,关注电池材料商的业绩释放。政策方面目前以示范运营先行,ICTresearch认为地方政府的扶持力度已经为新能源汽车运营提供了良好的政策环境充电/换电模式并行,为新能源汽车运营提供了必要的硬件设施。
四、细分产品详细分析
1.世界光伏市场发展历程
在能源紧缺、节能减排的格局下,太阳能的安全、无污染和资源无限等优良属性注定了太阳能必将成为人类的终极能源。光伏行业在政策扶持、成本下降、能源优势三大因素的引导下将长期高速发展。如图1所示。
2.中国与世界光伏市场规模现状
如图2、图3所示,中国2015年光伏装机量要达到10GW,这是因为中国政府对日本地震十分重视,重新检讨了能源结构,把新能源(PV)看做了重点。除了ICTresearch传统意义上要求光伏组件价格下降以便在有限的财政补贴内最大限度的推动光伏发展外,另外一个因素是电网建设。这主要是要解决长距离输送的问题,就是电网的建设(电网的覆盖范围要包含新疆、内蒙等)和输电成本的下降(主要包含超高压输电和直流输电等技术的突破)。随着今后国家输电网络的完善,给西北地区大规模光伏电站建设打下基础。但是,2011年多晶硅、硅片附加值、电池片附加值、组件附加值等各光伏产业链走势低位盘整。
3.光伏市场主要驱动因素及博弈方式
2011年8月1日,发改委网站正式发布非招标光伏项目实施统一上网电价。发改委将根据投资成本变化、技术进步情况等因素适时调整。如图4所示。
2011年8月12日,中国资源综合利用协会可再生能源专委会在京发布《中国光伏发电平价上网路线图》。《路线图》分析,按照以下假设:2009年光伏上网电价为1.5元/kWh,以后每年下降8%火电上网电价以后每年上涨6%。则到2014年,中国工商业用电价格首先超过光伏发电上网电价,率先实现“平价上网”。
4.光伏市场的细分产品现状
光伏逆变器是光伏系统核心功率调节组件,占整个并网光伏系统成本的10%~15%,具有较高的技术含量。目前全球逆变器市场主要被SMA所控制,市场份额高达40%以上KACO,FRONIUS,SIEMENS等第二梯队厂商占据了全球约30%的份额。目前,国内光伏逆变器生产企业处在成长阶段,发展潜力很大,但行业集中度高,进入难度大。
5.风电市场现状及分析
中国风电装机容量在经历了从2006至2009年连续4年翻倍成长后,2010年新增风电装机容量为1892万kW,再创历史新高,如图7所示。中国风能市场在未来几年行业增速将会下降,出现风机产能过剩严重的局面,风电采购电价补贴也将取消。ICTresearch预计从2012年开始,中国风电建设速度进入稳定增长期。
6.新型电池市场的细分产品现状
节能与新能源汽车示范推广工作开展两年多以来,示范推广已初具规模。截至目前,25个试点城市节能与新能源汽车总保有量超过1万辆,其中私人购买新能源汽车超过1千辆,建成充/换电站近100座,充电桩4500多个,示范运行总里程超过33000万公里。但节能与新能源汽车示范推广工作任务艰巨,还有较大的挑战,需要加强协作,共同推进。
2011年,国内锂离子电池的累计产量达到约22亿只,同比增长22%镍氢、镍镉等碱性二次电池的累计产量为约5.8亿只,同比增长20%,铅酸蓄电池累计产量为12000万千伏安时,同比增长9%。从单月的情况来看,锂离子电池产量增速从高位逐步回落镍氢、镍镉等碱性二次电池月产量增速触底反弹。铅酸电池的月产增速呈下降态势。
动力电池市场的放量仍需等待。对于市场最为关注的动力电池市场,ICTresearch认为前景不容质疑,但其放量启动的时点应该2013年左右。目前新能源汽车的发展正处在基础设施的完善、相关标准的确定和商业模式的确定等阶段,相关利益集团之间的博弈和定位的过程还都没结束。因此其真正启动拐点的到来仍需要一定的时间。对于空间同样广阔的储能市场,ICTresearch认为其发展时点应该在动力电池大规模应用之后,目前受制于高成本而难给行业带来实质影响。
五、行业整体策略建议
在面对这样一个潜力巨大的市场,新能源的产品厂商较多,种类较多,技术发展也比较快,所以竞争会比较激烈。因此,如何把握客户的需求,如何应对来自国际市场的金融压力,怎样去寻求更好的合作伙伴,怎样保持成本领先,技术领先,并具有环保优势等,这些问题都是我们应该深思熟虑的方面,解决这些问题,才能领跑新能源这个行业。