太阳能是一种什么样的能源，它和地球上的其他能源有什么关系？它有哪些用途？我们应该怎样利用它？
太阳能发电产业分析(2011-02-07 11:34:37)转载标签： 日本太阳能发电太阳能电池尚德电力p型半导体财经
2007年下旬，国际油价已上升至100美元一桶；虽说美元疲软、中东政局不稳是其中不可轻视的诱因，但世界能源日益短缺是更不能逃避的问题！有研寒报告指出：石油会在41年后枯竭，天然气会在67年后耗尽；煤矿是比较丰富的资源，还可用192年；但煤却是三者之中二氧化碳排放量最多的，是温室效应的最大元凶。
其实能源短缺已不是今天才发生的事，具有远见的国家，例如日本及德国，它们居安思危，除了意识到能源枯竭的问题外，更考虑到石油这种资源是地区性的：地球上只在有限的几个地区才拥有石油这种珍贵的资源，而这种珍贵的能源其实是掌握在某几个国家手中的。为了尽早摆脱依赖产油国的状况，它们早在数十年前已着手开发新能源，并选择了再生能源②为发展的重点。到了近20年，各国在研究再生能源上都取得了成果，其中太阳能发电产业的发展更是一日千里。所谓太阳能发电，就是把光能转化为电能的一种技术。太阳能发电或许在现今还未能十分普及，但我们发现，它有着无限的潜力。现今的石化能源价格日渐昂贵，加上石化能源所排放的污染物正不断威胁我们居住的环境；而太阳能用之不竭，几乎不产生任何污染。我们预计太阳能在未来将会是其中一种最有效及最常用的能源。
从2000年开始，基于太阳能发电技术的日趋成熟，人们生态环保的意识亦渐渐增强，加上各国政府政策上的推动，太阳能发电产业正步入高速增长期。根据调查显示，太阳能发电产业在过去五年的平均增长率超过40%！借这个太阳能发电产业的春风，各国企业都如雨后春_般跑到这个朝阳行业来；其间企业与企业之间的竞争、并购过程非常激烈。我们对太阳能发电行业的产业链进行了仔细研究，通过剖析原材料生产、加工、制造、装嵌、推广以至销售等等，我们发现太阳能发电产业的行业本质是如何把太阳能发电技术融入生活。先介绍太阳能发电行业的概况，然后会从太阳能发电技术的发展及供应链管理去详细剖析行业的本质——解释龙头企业如何应用及发展太阳能发电技术，从而把太阳能带进我们的生活；接着，我们以不同的企业去印证太阳能发电行业的本质；最后，我们将为这个行业的研究做个总结。
一、太阳能发电的优势
太阳能属于再生能源。目前常见的再生能源主要有风能、水能、太阳能和地热，其中，太阳能是总体上最可利用的再生能源。与风能相比，太阳能稳定性较强，受季节、季风影响较小。与水能相比，太阳能地理位置局限性较小。地热跟水能一样，受到位置的局限性，而且有足够的地热可以发电地方并不多。
太阳能发电还有以下优点：属于可再生能源，不必担心能源枯竭。太阳能本身并不会给地球增加热负荷。运行过程稳定、低污染、无噪声。所产生的电力既可供家庭单独使用，也可并入电网供大众使用。太阳能发电产品用途广泛，例如，可安装于建筑物、衣服和运输工具上使用。
二、太阳能发电产业的历史及现状
利用太阳能的发展自2000年起慢慢起步，过去5年世界平均年增长超过40%。其中日本的发展尤为迅速，太阳能的利用在该国受到很大的重视。
在20世纪90年代初期，全世界太阳能电池的产量在100MW之下。当时日本已经是全球最大的太阳能电池生产国，1990年的年产量为16.8MW，占全球产量的：36.1%，紧随其后的是美国和欧洲，分别占全球产量的31.8%及21.9%。我们可以推断，早在20年前，日本已大力推广太阳能发电技术了。到了20世纪90年代末，太阳能电池的全球产量已飙升至287.7MW，比1990年的产量足足增长了6倍，年均增长率达20%！更惊人的是，从2000年至2006年这6年间，太阳能电池的年产量又增加了9倍：从2000年的287.7MW到2006年的2500MW，年均增长率超过40%！要留意的是，时至今日，日本依然是全球最大的太阳能电池生产国，在2006年占全球产量的37.1%。由此可见，日本仍保持着20年前的领先地位，而且其领先地位更加稳固了，与其他国家相比，优势愈来愈大。相比之下，美国就给人以原地踏步的感觉：1990年它的市场占有率为31.8%，到了2006年已缩减至8.1％。从这个现象我们可以知道，各国政府对太阳能发电产业有着不同的态度和目标。而事实上，在国家政策上，我们发现日本的资助计划的确比美国更加全面。日本在太阳能发电产业的领导地位可以说是毋庸置疑。
太阳能发电产业链分上、中、下游三个部分。上游事业包括提炼太阳能级硅、制造硅棒和硅碇、切割硅片；中游企业负责制造电池；下游则着重装嵌电池模块及销售太阳能发电系统。太阳能发电产业是典型的金字塔模式：即上游的企业数量比较少，从事中游业务的企业数量比上游多，而下游企业的数目也最多。原因很简单：在产业的上、中、下游三个部分中，上游业务所需要的技术、成本都是最高的。正因为如此，进人上游业务的门坎相对中游及下游业务要高得多。图3-3显示了典型的金字塔模式。
在最顶的部分是晶体硅（在这里我们用多晶硅来做例子）的制造，属于最上游的业务。从事多晶硅提炼的企业全球大概有8家，而其中前5强的企业产量占整个行业的85%！从事硅片制造的企业大概有18家，其中前5强的企业产量占整个行业的60%。太阳能电池制造商超过85家，前5强企业的产量占全行业的55%。太阳能电池模块制造商更多，超过130家，前5强企业的产量占整个行业的比例只有50%。最后，系统安装商无疑最多，可达数百家。所以，我们说太阳能发电产业的确是典型的金字塔模式。
就提炼太阳能级硅来说，美国HSC和挪威REC是其中的佼佼者；硅棒和硅碇制造及硅片切割的代表则有日本京瓷（Kyocem）和日本夏普（SHARP）；而日本夏普更是制造太阳能电池的龙头企业，紧随其后的是德国Q-Cells和日本京瓷。而下游的市场则比较分散，除了德国SMA占整个下游的不足20%外，其余企业的市场占有率都不太突出。我们会集中讨论中游部分：太阳能电池制造商。
根据2006年的资料，太阳能电池制造商五强依次是日本夏普、德国Q-Cells，日本京瓷、中国尚德电力（Suntech Power）及日本三洋（Sanyo）。我们看到，2006年的五强中日本企业占了3家，这正印证了日本在太阳能发电产业领导群雄的地位。我们以日本夏普、德国及中国尚德电力作为本章的重点案例。为了集中讨论世界的太阳能发电行业，而不要变成只研究日本太阳能发电行业的报告，我们把日本京瓷公司的内容从本章剔除。而我们的确从不同国家的企业身上找到它们符合行业本质的线索，而这就是它们从竞争激烈的行业中脱颖而出的原因。日本夏普的业务涉及硅棒、硅碇的制造，太阳能电池的制造及装嵌；德国Q-Cells把资源集中在太阳能电池的制造；而中国尚德电力则主要是制造太阳能电池及模块装嵌。我们会仔细研究它们在企业策略上的取向，了解它们成功之处。在本章的最后部分，我们将以日本夏普、中国尚德电力及德国Q-Cells作为案例，让读者能从案例中了解太阳能发电行业的本质。
三、太阳能发电技术
太阳能发电技术是将太阳能转化为电力的技术。当太阳光照射在P型半导体和N型半导体之间时，基于物理效应，电极之间就会产生电压。只要把P型半导体和N型半导体连接起来，就能把得到的电流传送到其他地方（即发电）。虽说太阳能电池的设计日新月异，但硅系太阳能电池都是运用了这一基本原理。电池主要分为数层，其中最要紧的是N型及P型半导体，其他的涂层主要作用是保护、支持电池。目前，太阳能发电技术的应用有联网和离网两类。联网意即与地方电网连接，将所产生之电力供应给地方电网。这使得依赖太阳能发电的地方需要24小时运作，因为晚间没有阳光，用电可向地方电网购买。这可解决太阳能技术在没有阳光时的难题。离网意即不与地方电网连接，通过与蓄电池连接，可将日间产生的电力储蓄起来供晚间使用。离网主要应用于偏远地区或固定电网未能到达的地区，这可使当地人过上拥有电力的生活。离网太阳能发电技术对中国偏远农村发展现代化农业具有重要意义。
国际能源处的数据显示，2006年世界前十大太阳能电池生产商中，日本生产商占4名、德国生产商占3名、中国占2名、英国占1名。这说明，在太阳能发电技术上，日本和德国占有领导地位。厂商方面，日本夏普占全世界生产份额的17.4%、德国Q-Cells占10.1%。中国尚德电力是唯一能进入前10名的中国内地公司。在2006年，它的市场份额占全世界的6.3%。到了今天，虽说太阳能发电行业正步人强劲的增长期，但太阳能还不能取代传统石化能源，原因是太阳能发电成本太高。以我国为例：以煤发电，每度电成本为0.2～0.3元人民币；水力发电每度电成本为0.2元人民币；太阳能发电每度电成本为2元人民币，故降低成本是推广太阳能发电技术的关键。
行业本质
太阳能行业的本质是融入生活。在解释行业本质前，让我们先了解这个行业特别的产业链在整条产业链上，各厂商利用整合生产开发（IPD）和整合供应链（ISC）去追随这个行业的本质，最终达到行业领先的地位。现以整合生产开发和整合供应链两方面去分析行业本质及其重要性。
—、整合生产开发（IPD）1.IPD的概念
首先我们看看什么是整合生产开发（Integrated Product Development，IPD）。在传统的产品开发过程当中，各部门各自运作。产品设计部门开发出来的产品不一定完全符合市场需要，釆购部门对新产品所需的材料不一定有完善的供应计划，生产部对于新产品不一定有一套完整的工序。产品设计部设计出来的“新”产品，到了消费者手中，可能已是一种完全不同的产品了。IPD的概念在美国最先兴起，目的是为了优化开发新产品的流程。IPD针对各部门在开发新产品中不协调的情况，把产品开发的程序与市场需要、企业策略以及材料供应相结合。推行IPD首先确认市场需要，如以太阳能发电行业为例，各企业认定市场的要求是融入生活；然后制定企业策略，如日本夏普推行自家的技术研究，德国Q-Cells则着重与其他企业合作或通过并购取得技术；最后把生产程序以及材料供应等等元素加入设计新产品的过程当中，从而使新产品面世后既能符合市场需要，又能以最短的时间生产并拿到消费者手中。
2.太阳能发电的困难及未来
让我们想一想，太阳能发电至今为止都需要政府进行各种补贴，其中一个最大的原因是发电成本极高。如前所述，在现今国内，太阳能发电的平均成本为每度电2元人民币，水电及火电每度电却只需要0.2～0.3元人民币。消费者现在所付出的电费为0.6～0.8元人民币。太阳能发电需要如此巨大的成本，如果没有政府的补贴，消费者到底要付多少钱呢？
虽说各国政府已意识到发展新能源的迫切性，并实行了一系列的补贴计划以推动太阳能发电。但归根结底，太阳能发电之所以尚未普及，很大程度上是因为技术不够成熟，发电成本还不足以使太阳能发电融入社会每个阶层的生活。在太阳能发电产业价值链中的每一个阶段、每一个制造程序，尤其是属于上游的硅材料提炼阶段，成本仍然偏高。成功的太阳能发电企业当然意识到这个症结所在，于是为了降低成本，各大企业研发的研发，并购的并购，务求在最短的时间里得到最新的技术，在众多的企业中领先其他对手，以获得支配整个行业的地位。以下，我们把太阳能发电的技术、困难以及未来逐一进行探讨。太阳能发电技术可分为四代，简介如下：第一代为硅系太阳能电池，现有产品为单晶硅和多晶硅太阳能电池，其转换效率（即将太阳能转化为电力的效率）最高。由于第一代电池的发展技术已相当成熟，故现在市场上超过90%之太阳能发电均使用第一代技术。
第二代为多元化合物薄膜太阳能电池，现有产品为：非晶硅薄膜太阳能电池、碲化镉、砷化镓III-V化合物和铜铟镓硒。由于其厚度比传统太阳能电池薄，故原料需求量少。由于这是新技术，故普及程度不高。
第三代太阳能电池包括：聚合物多层修饰电极型电池、光电化学电池、聚合物、纳米晶、染料敏化太阳能电池。此技术的特点是不依赖于传统的PN结分离光生电荷，但相比第二代技术，第三代技术的普及程度更低。
第四代太阳能电池包括：纳米晶化学太阳能电池、多光谱太阳能电池。多光谱太阳能电池能吸收红外线光谱部分热量使太阳能电池更有效。但此新技术仍在实验室试验阶段。
（1）第一代太阳能电池的问题
第一代的太阳能电池主要以硅为材料，而硅料则是由石英砂提炼而成。第一个步骤是把石英砂通过数个程序制成晶硅。晶硅主要可分为单晶硅及多晶硅，在提炼过程中进行晶体提拉可形成单晶硅，进行晶体铸造可形成多晶硅。单晶硅和多晶硅两者都是硅，只是晶体间的排列方式不同罢了。单晶硅的组成原子均按照一定的规则周期性地排列；多晶硅的硅原子堆积方式不止一种，它是由多种不同排列方向的单晶所组成。制成晶硅以后，再加热把晶硅制成晶圆、硅锭，然后进行切割切成一块块薄薄的硅片。有了硅片，就有了太阳能发电的基础。太阳能电池生产商把薄薄的硅片加以排列、加工、合成以制成太阳能电池。到了这里，以后的程序就比较简单了。模块生产商把太阳能电池组成不同的排列，加上转换器等装置，制成电池模块。太阳能电池模块已是能独立运作的“小型系统”了，如果把大量的小型系统连合起来，就是用来发电的大型联网系统。这个制造流程是现今最常见、最成熟的生产技术，可以说是第一代的太阳能电池制造技术。但它的缺点就是太阳能电池不能普及的最大障碍：提炼成本昂贵！
为什么昂贵呢？在生产“晶硅”的过程当中，需要加热至1900℃以加速相应的化学作用；接下来的晶圆制造，亦需要额外加热至1400℃。单单是头两个工序已经极其消耗能源！以现今技术来说，一片晶圆直径大概为200μm（微米），即0.0002m。但当中只有2μm有发电的效应。换句话说，一片晶圆中只有1%的硅材料有用，其余99%的硅材料都是浪费掉的！此外，太阳能电池模块体积又大又笨重，由此可见，太阳能发电的应用范围亦会比较狭窄。在种种不同的条件限制下，加上不断上升的硅材料价格，第一代太阳能电池的制造成本居高不下。
（2）第一代太阳能电池的演变
看过了第一代太阳能电池的制造流程，我们发现，如要减低成本，可以从三方面着手：减低在生产太阳能电池过程中所损耗的材料；改善太阳能电池设计以提升转换效率；研发新的太阳能发电技术。A.减少耗材发电效应只在晶圆表面2μm的地方进行，所以晶圆厚度愈少，所浪费的硅材料也就愈少。根据德国Q-Cells的年报，它们的晶圆厚度已由2003年的300μm，改进到2006年的200μm。而在未来数年，晶圆的厚度可望进一步减少。其次是使用新研发的技术减少硅材料的消耗。例如德国Q-Cells通过与Evergreen Solar合组企业EverQ GmbH，获得了的丝带状硅晶提拉技术。如前文提及，常规生产硅片技术是基于能源密集型铸造、加工和切割大型硅块的技术，制造过程并不环保而且会消耗硅材料。丝带状硅晶提拉技术可帮助减低在加热时所消耗的能源及硅料的浪费。它的制造工艺是从一个小型硅熔炉（图3-8的下部）中提拉硅片，从而制成200μm～300μm厚的晶硅薄片，然后再切成小段硅片。故此，省去了硅棒切片的步骤，显然，这种新研发的技术可减少硅材料的损失。况且此技术只需小规模加热即可，因此可以减少能源消耗。
丝带状硅晶技术是源自自然科学的“表面张力”概念。简单来说，制作一个丝带状硅晶就像制作一个肥皂泡——水的表面张力将冼剂液制成泡泡。Evergreen Solar用两条耐热平行金属线垂直通过一个小型硅溶炉，其中间形成一层薄的硅晶，并向上提拉。过程是连续的，提拉出来的丝带状硅晶可切成小段，然后进一步加工成太阳能电池。这是小型硅熔炉实际情况，两片丝带状硅晶正在提拉中。提拉速度是每分钟约1英寸。将来提高产能的发展是可同时提拉多条硅晶带。
B.提升太阳能发电转换效率
另一项有效减低成本的方法便是改善太阳能电池的设计，继而提升太阳能发电的效率。例如中国尚德电力研究出了专利“PLUTO”技术。在2006年测试生产中，单晶硅太阳能电池的转换效率已达18%～19%，并可望于2008年达到20%，与实验室中的极限25%愈来愈近。然而，转换效率的提升如何帮助太阳能电池融入生活当中？作为最终使用太阳能发电技术的终端客户，要使太阳能发电系统安置到我们家中，最直接的方法是让我们消费者能够清楚计算出太阳能发电可替我们节省多少金钱。毕竟，能否节省金钱对消费者来说最容易理解，亦最有说服力！在此我们首先介绍还付期的计算，并从转换效率对还付期进行灵敏度分析去证明转换效率的重要性。“还付期”是指一个太阳能发电系统需要运作多少年时间，才能让节省下来的电费总和与整个系统的安装成本相等。方程式是这样的：
还付期=太阳能发电系统成本/每年节省的电费举个例子：美国加州旧金山某住宅的太阳能发电系统价格为16357美元，每年所节省的电费为1070美元。那么还付期大约是15年。由于目前已运作的太阳能发电系统中，太阳能电池转换效率普遍为15%，因此我们从15%的转换效率开始分析，如转换效率每增加1%，在其他条件保持不变的情况下，还付期会有怎样的改变呢？这代表当转换效率在增加的时候，还付期是会相对减少的。如果太阳能电池制造商能把转换效率由15%提升至化％，那还付期则可减少0.9年。所以中国尚德电力利用“PLUTO”技术把太阳能电池转换效率由15%增加至20%，那还付期便能由15年缩减至11.3年，下降达25%。如果转换效率由15%增强至30%，那么还付期会减少50%，从15年缩短至7.5年。如未来有技术突破，能把能量转换效率提升至50%，那么，还付期更能骤减至4.5年！根据研究所得，消费者一般可以接受3至5年的还付期。无可置疑，还付期的减少是吸引更多的消费者使用太阳能发电系统的关键。另一方面，利用光学技术也能提升转换效率至35%。我们将简略介绍这方面的技术。
在太阳能电池顶部加上菲涅尔透镜，将80%～90%的太阳光线聚焦于太阳能电池上，使每个太阳能电池能接受更多光能，而太阳能电池则使用了一种被称为“III-V化合物”的材料去增加转换效率。太阳能电池转换效率高达35%，相比普通太阳能电池转换效率增加了2倍。因为新增的透镜是普通光学玻璃，所以额外增加的成本是非常低的。这种技术可以有效地提升转换效率。然而，这技术亦有弊端，它不能使用分散的阳光，即是它要求光线垂直射于菲涅尔透镜上。为了使太阳能电池能持续并直接接受太阳光的照射，它需要一个机械跟踪系统使太阳能电池系统能调整到能与太阳精确对应的位置。这将增加整个系统的维修成本和造成额外的维修问题。另一方面，当太阳能电池在高能量光线下工作的时候，会产生高温，因此需要散热片去说明散热，但这额外装置将令成本进一步增加。同时，由于太阳能电池长时间在高温之下运作，令电池加速老化，对电池的可靠性造成问题，这将显著减低太阳能电池的寿命。所以说，没有更新的技术突破，提高太阳能发电转换效率是不容易的。
C.研发新技术
第一代太阳能电池技术是硅片型太阳能电池，如前所述，所需的能源和材料都很多。因为近年硅料的暂时短缺，迫使厂商利用其他可减少使用硅的技术，甚至是不用硅做原料的太阳能电池技术。因而我们开始使用第二代太阳能电池技术——薄膜技术。
a.薄膜太阳能电池
薄膜太阳能电池是在便宜的基板上（如廉价的玻璃、不锈钢或塑料）沉积一层可产生太阳能发电效应的薄膜，厚度只需数微米。目前薄膜太阳能电池从材料上可分为三类：硅基薄膜电池、化合物半导体薄膜电池和染料敏化的光化学太阳能电池。其中又只有非晶硅（a-Si）、碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CIGS）已商业化。非晶硅（a-Si）是硅基薄膜电池，而碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒则是化合物半导体薄膜电池。非晶硅在众多薄膜技术中研究时间最长，市场占有率达64%，市场份额最大。在其余的两种化合物薄膜技术中，碲化镉有26%的市场份额并正在急剧增加。铜铟镓硒也占有10%的份额市场。但铟及碲是稀有金属，蕴藏量有限；镉是有毒物质，并且研究时问尚短，故采用这两种技术的电池制造商很少。
类型 2005年薄膜市场份额 特点
非晶硅（a-S） 64% 它的研究进行时间最长，可能是3个技术中最为人所能理解的材料，商业化的时间也是最长的。碲化镉（CdTe） 26% 虽然镉是有毒的，但其市场份额正在急剧增加。该产品商业化的时间也较长。铜铟镓硒（CIGS） 10% 在理论上是最具潜力的，转换效率也较髙，但现阶段技术掌握不足，因此开发商较少非晶硅是指硅原子的排列非常紊乱，它是以电浆式化学气相沉积法，在玻璃等的基板上成长厚度约1μm的非晶硅薄膜。它对于可见光谱的吸光能力很强，所以只需要薄薄的一层非晶硅就可以把光子的能量有效地吸收。第一代传统太阳能电池所用的晶圆厚度要200～300μm，非晶硅太阳能电池硅材料节省达200倍！可是非晶硅的太阳能发电转换效率非常低，只有6%～7%，而且长时间光照会令转换效率大幅降低，导致电池可靠性不高。不过，以多结式（Mulitjunction）结构为基础的太阳能电池可改善非晶硅太阳能电池的缺点。
如今，日本夏普就在制造多结式薄膜太阳能电池。夏普在传统迭式两层薄膜电池（一层非晶硅加上一层微晶硅）的基础上，成功开发了新的迭式三层薄膜电池（两层非晶硅加上一层微晶硅），并能大量生产。这新结构令薄膜电池的转换效率从11%增加到13%，模块转换效率从8.6%增加到10%。另一方面，碲化镉和铜钢镓硒并不是以硅作原材料，它们都是化合物半导体。碲化镉目前在实验室中的转换效率可达16%，而商业成品的转换效率大约是11%。但是因碲的天然蕴藏量有限，未必能支持太阳能电池的需求量。镉是各国管制的高污染性重金属，因此，该技术的发展受到限制。铜铟镓硒在实验室的转换效率亦很高，可达19%。但与碲一样，铟的天然蕴藏量也很有限。
薄膜技术不仅具有减少甚至不倚赖硅料的优点，而且不需要经过高耗能的提炼过程，亦可以减少能源的损耗。关于耗能，在太阳能发电产业中，很多时候都用EPBT（能源回收期，Energy Pay-Back Time）来量化制造太阳能电池所损耗的能源。EPBT的意思是，需要多少年的时间才可让该太阳能发电系统所产生的能量与制造该系统所消耗的能量相等。
太阳能电池技术 EPBT/年 系统生产能源比制造该系统所需能源/倍
单晶硅 2.7 10
多晶硅 2.2 12
丝带晶硅 1.7 16
碲化镉 1 27
如果各类电池所能生产的能源都是相同的，那么最短的能源回收期是碲化镉薄膜电池，为期1年。而最长则是单晶硅的能源回收期，为2.7年。第三列的数字代表该系统可产生的能源是制造该系统所需能源的多少倍。单晶硅的太阳能发电系统可生产的全部能量只是制造该系统所用能量的10倍；而碲化镉最高可达27倍。这代表制造碲化镉的能源消耗是最少的，而制造单晶硅的能源所需是最多的。这是因为，单晶硅在提炼硅料及提拉晶体时都要耗费大量能源。
薄膜技术还有其他好处，它能以卷动的形式生产大面积太阳能电池。如图3-12，薄膜技术以好像是打印的方式将感光材料沉积在大面积的塑料上，因而可生产大面积的太阳能电池，几乎可以满足任何形态的产品使用。如可在不锈钢上喷上薄膜；将之安装在汽车外壳；也可把薄膜涂在玻璃上，既作装饰，又能发电；更广泛的应用是把薄膜配搭在建筑物料上或将其预先融入建筑物料中。图3-13显示的是太阳能电池结合地面砖照明（MPV）。虽然它的太阳能转换效率远比第一代硅系太阳能电池低，基于薄膜太阳能电池的种种优点，仍有不少研究单位和厂商在进行新材料或生产流程的研发，期望能改善薄膜技术种种的缺点。无论如何，它的用途及灵活性足以使它成为未来太阳能发展的新方向。
b.第三代和第四代太阳能电池
第三代和第四代太阳能电池多在研究阶段，还未能够完全商业化。但第三代及第四代的太阳能电池的概念却非常清楚：把太阳能发电效应推广至更多材料中，使得太阳能发电不受原料限制，能将其融入社会不同阶层的生活中。
C.各大企业的技术取向
我们知道提升太阳能电池技术是产业本质，可大大帮助减低成本，实现太阳能发电的低价格化，使更多消费者愿意利用太阳能发电。但怎样达到提升技术的目标，各大企业却各显神通：业界的龙头日本夏普自行研发客户所需技术，例如BIPV，把薄膜技术融入到建筑材料里。德国Q-Cells着重从控制及并购其他公司而得到不同的技术，例如和瑞典Silbro AB合组公司取得铜铟镓硒薄膜技术。而中国尚德电力集中资源去提升太阳能电池转换效率：发展“PLUTO”专利技术，期望单晶硅的发电效率在2008年达至20%。各大企业的取向或许不一样，但殊途同归，都是为了提高太阳能电池技术，把太阳能发电成本降低，争取让太阳能发电融入生活。
二、整合供应链（ISC）
前面，我们谈过了太阳能发电产业的IPD，并得出这样的结论：技术改进是最重要的。但在太阳能发电产业里，除了技术的稳固，还需要供应链的灵活性以实践融入生活。整合供应链便是从整个供应链中选取最重要的步骤并加以管理，提高工作效率从而使企业得益.
| B |
| 试题分析：A、二甲醚失去电子对应电极为负极，正确；B、O 2 在b电极上得电子，被还原，错误；C、正确；D、电池工作时，燃料电池内部H + 从a电极（负极）移向b电极（正极），正确。 |
由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。
一次能源可以进一步分为再生能源和非再生能源两大类。再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等等。它们在自然界可以循环再生。而非再生能源包括：的煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点，便少一点。
自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。
太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。
广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能，化石燃料可以称为远古的太阳能。
狭义太阳能 可以用来发电 也可以集中热取暖 做热水器 更可以种植作物
利用太阳能的方法主要有：
使用太阳能电池，通过光伏转换把太阳光中包含的能量转化为电能
利用便宜的镜子将阳光反射至昂贵高效能太阳能电池（但需要注意散热），可以减低发电成本
使用太阳能热水器，利用太阳光的热量把水加热
利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电
透过机械及硬件设备来收集及传送太阳能的热量，以供应暖气设备。可分为主动式太阳能加热系统及被动式太阳能加热系统[1]
利用太阳能的热量来驱动斯特林发动机
利用太阳能加热盐类，再用盐类储存的热量发电（在夜间仍会继续发电）
集中太阳能于定点制造龙卷风，利用龙卷风来做高效能的风力发电
利用太阳能进行海水淡化
太空太阳能转换电能储存，输送到地面电能接收站，讯号接收站
根据环境与环境太阳日照的长短强弱，可移动式和固定式太阳能利用网
太阳能运输（汽车、船、飞机...等）、太阳能公共设施（路灯、红绿灯、招牌...等）、建筑整合太阳能（房屋、厂房、电厂、水厂...等）
太阳能装置，例如：太阳能热水器、太阳能计算机、太阳能背包、太阳能台灯、太阳能手电筒...等各式太阳能应用与装置
再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。它们在自然界可以循环再生。是取之不尽，用之不竭的能源，不需要人力参与便会自动再生，是相对于会穷尽的非再生能源的一种能源。
应用方面，例如水能的应用形式就是水利发电，像坝式水电站、河床式水电站、引水式水电站。
人类使用再生能源的原因主要有以下几点：
1、科技的进步让此类能源更加“好用”；
2、化石能源是有限的，不仅其价格会日渐增涨，而且终会有枯竭的时候；
3、某些再生能源（如风能、水力、太阳能）不会排放温室气体（如二氧化碳），因此不会增加温室效应的风险；
4、为了增进能源供应安全，减少对进口化石能源的依赖，并满足对可持续性能源的需求。
据世界断言，石油，煤矿等资源将加速减少。核能，太阳能即将成为主要能源。
一、定义与分类
新能源是指传统能源之外的各种能源形式。它的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、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。
联合国开发计划署（UNDP）把新能源分为以下三大类：大中型水电；新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能；穿透生物质能。
一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。随着技术的进步和可持续发展观念的树立，过去一直被是做垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识，作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用，因此，废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。
新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。
二、常见新能源形式概述
（具体内容详见各能源形式所对应的词条）
太阳能
太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式
广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。
利用太阳能的方法主要有：太阳电能池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。
太阳能可分为2种：
1.太阳能光伏 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机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，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。
2.太阳热能 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。
核能
核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc^2，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形式：
A.核裂变能
所谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量
B.核聚变能
由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。
C.核衰变
和衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用
核能的利用存在的主要问题：
（1）资源利用率低
（2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决
（3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进
（4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制
（5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大
海洋能
海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。
波浪发电，据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。目前，海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。我国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。
潮汐发电，据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000-3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力24万千瓦，已经工作了30多年。我国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000千瓦。
风能
风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。
风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展。
1977年，联邦德国在著名的风谷--石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米，每个浆叶长40米，重18吨，用玻璃钢制成。到1994年，全世界的风力发电机装机容量已达到300万千瓦左右，每年发电约50亿千瓦时。
生物质能
生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。
地热能
地球内部热源可来自重力分异、潮汐磨擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。我国地热资源丰富，分布广泛，已有5500处地热点，地热田45个，地热资源总量约320万兆瓦。
氢能
在众多新能源中，氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为21世纪的理想能源。氢能可以作飞机、汽车的燃料，可以用作推动火箭动力。
三、新能源的发展现状和趋势
部分可再生能源利用技术已经取得了长足的发展，并在世界各地形成了一定的规模。目前，生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。
国际能源署（IEA）对2000～2030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%，其中生物质能将占其中的80%。
目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。
我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。
四、新能源的环境意义和能源安全战略意义
我国能源需求的急剧增长打破了我国长期以来自给自足的能源供应格局，自1993年起我国成为石油净进口国，且石油进口量逐年增加，使得我国接入世界能源市场的竞争。由于我国化石能源尤其是石油和天然气生产量的相对不足，未来我国能源供给对国际市场的依赖程度将越来越高。
国际贸易存在着很多的不确定因素，国际能源价格有可能随着国际和平环境的改善而趋于稳定，但也有可能随着国际局势的动荡而波动。今后国际石油市场的不稳定以及油价波动都将严重影响我国的石油供给，对经济社会造成很大的冲击。大力发展可再生能源可相对减少我国能源需求中化石能源的比例和对进口能源的以来程度，提高我国能源、经济安全。
此外，可再生能源与化石能源相比最直接的好处就是其环境污染少。
随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。其中太阳能已经逐渐走入我们寻常的生活，风力发电偶尔可以看到或听到，可是它们作为新能源如何在实际中去应用？新能源的发展究竟会是怎样的格局？这些问题将是我们在今后很长时间里需要探索的。
新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。
太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。
风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。
早在2001年，MUCE就为了开拓稳定的海岛通信电源而开展一项研究，经过六年多研究和实践，终于将一种成熟的新型应用方式MUCE风光互补系统向社会推广，这种系统采用了我国自主研制的新型垂直轴风力发电机（H型）和太阳能发电进行10：3地结合，形成了相对稳定的电力输出。在建筑上、野外、通信基站、路灯、海岛均进行了实际应用，获得了大量可靠的使用数据。这一系统的研究成果将为我国乃至世界的新能源发展带来了新的动力。
新型垂直轴风力发电机（H型）突破了传统的水平轴风力发电机启动风速高、噪音大、抗风能力差、受风向影响等缺点，采取了完全不同的设计理论，采用了新型结构和材料，达到微风启动、无噪音、抗12级以上台风、不受风向影响等性能，可大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能发展中对电网冲击等影响。
