新能源发展现状及趋势

未来的生活是什么样子?打开电器，电能大多来自水电、风电等清洁能源，而非传统的火电走出家门， 马路上再难见到石化汽油车的身影，取而代之的更多是新能源 、清洁燃料 汽车 等……

自从2020年中国“双碳”目标后，随后，中央经济工作会议、中央 财经 委员会第九次会议等均提出做好碳达峰、碳中和工作。碳达峰、碳中和成为全 社会 热议的话题。

为实现2030年之前二氧化碳排放达峰的目标，各地陆续推出详细的进程规划，而像石化、煤炭等高污染、高能耗行业，将面临新的能源结构调整压力。近期，全国17省市(自治区)已发布的“十四五”规划和2035远景目标，均涉及新能源利好消息。规划文件均在绿色低碳发展、清洁能源转型方面进行了着重强调，其中，广东、江苏、河北等部分省市出台的文件中制定的目标水平整体较高。

河北省：

建设张家口国家可再生能源示范区、以及构建综合能源体系，加快清洁能源设施建设，强化能源安全保障能力推动绿色低碳发展，推进排污权、用能权、用水权、碳排放权市场化交易。实施清洁能源替代工程，不断提高非化石能源在能源消费结构中的比重。降低能源消耗和碳排放强度。

上海市：

在“十四五”规划期间，优先将节能环保产业做大做强，持续推进能源结构优化，推动重点行业和重点领域绿色化改造，加快培育符合绿色发展要求的新增长点，延展绿色经济产业链。在公共领域全面推广新能源 汽车 ，加快构建与超大城市相适应的绿色交通体系。

贵州省：

2021年，贵州省将抓好四个水风光一体化基地建设，利用现有水电站送出通道，大力发展光电、风电、氢能等非化石能源，加快清洁能源推广，可再生能源并网装机新增600万千瓦。

　 　 西藏：

十四五期间，西藏将加快推进“光伏+储能”研究和试点，推动清洁能源开发利用和电气化走在全国前列。到2025年底，装机容量将突破1000万千瓦水电建成和在建装机容量突破1500万千瓦。

　 　 甘肃省：

甘肃酒泉将加快建设风光水火核多能互补、源网氢储为一体的绿色能源体系，主攻千万千瓦级风电、光伏光热、电网升级、调峰电源、储能装置等八类工程，致力于建成千亿级规模的清洁能源产业链。

陕西省：

十四五期间，将大力发展风电和光伏，有序开发建设水电和生物质能，扩大地热能综合利用，提高清洁能源占比。

山西省：

全力培育生物基新材料、光伏、智能网联新能源 汽车 等潜力型新兴产业，打造一批全国重要的新兴产业制造基地。深化能源革命综合改革，促进可再生能源增长、消纳和储能协调有序发展，提升新能源消纳和存储能力。

青海省：

推进重点行业和重点领域绿色化改造，支持建立动力电池、光伏组件等综合利用和无害化处置系统，发展光伏、风电、光热、地热等新能源。建设多能互补清洁能源示范基地，促进更多实现就地就近消纳转化。发展储能产业，贯通新能源装备制造全产业链。打造海南、海西清洁能源基地，推进黄河上游水能资源保护性开发，开展水风光储等多能互补示范。

江苏省：

江苏将继续发展光伏产业，同时大力发展海上风电和“光伏+”产业。到2025年底，全省光伏发电装机将达到2600万千瓦。其中，分布式与集中式光伏发电装机分别达到12GW、14GW，江苏省在“十四五”期间预计新增光伏装机9.16GW。

浙江省：

大力发展生态友好型非水可再生能源。实施“风光倍增工程”，到2025年为止，光伏、风电装机容量分别达到2800万千瓦和630万千瓦的目标，新增光伏发电1300万千瓦，积极发展建筑一体化光伏发电系统。

四川省：

四川的“三州一市”光伏基地，即甘孜、阿坝、凉山州及攀枝花市，在“十四五”期间的总装机容量预计达到2000万千瓦。

基于在资源和政策方面的优势，成都将氢能产业的发展纳入“十四五”规划。为了完善氢能产业的基础设施，成都将在2022年之前建设加氢站15座以上1条氢能源新型轨道1个氢燃料发动机研究中心等。

山东省：

在“十四五”期间，新增光伏发电1300万千瓦，2021年山东新增可再生能源发电装机将达到409万千瓦以上。积极发展建筑一体化光伏发电系统，高质量推广生态友好型“光伏+农渔业”开发模式。近日，山东利津县刁口乡40MW渔光互补光伏项目并网。项目采用“渔光互补”光伏发电模式，提升了单位面积土地的经济价值。

云南省：

“十四五”期间，云南将优先布局绿色能源开发，以绿色电源建设为重点，加快金沙江、澜沧江等国家水电基地建设。统筹协调风能、太阳能等新能源开发利用，以金沙江下游、澜沧江中下游大型水电站基地以及送出线路为依托，建设“风光水储一体化”国家示范基地。

广东省：

十四五期间，要推进能源革命，积极发展风电、核电、氢能等清洁能源，建设清洁低碳、安全高效、智能创新的现代化能源体系。制定实施碳排放达峰行动方案，推动碳排放率先达峰。

江西省：

积极有序推进新能源发展，到2025年力争装机达到1900万千瓦以上，其中风电、光伏、生物质装机分别达到700、1100、100万千瓦以上。

内蒙古：

大力发展新能源，推进风光等可再生能源高比例发展，壮大绿色经济，推进大规模储能示范应用。“十四五”期间，新能源项目新增并网规模达到5000万千瓦以上。到“十四五”末，自治区可再生能源发电装机力争超过1亿千瓦。

辽宁省：

培育壮大氢能、风电、光伏等新能源产业，推动能源清洁低碳安全高效利用，推动能源消费结构调整。“建议”指出要打好关键核心技术攻坚战，聚焦洁净能源等产业部署一批创新链。

要说过去几个月，话题度比较高的应该是全球范围内的能源危机和能源转型大趋势，从大国抛售原油库存到全球新能源的大力发展，新能源 汽车 的火爆，都离不开一个词能源。

那刚刚过去的2021年全球各国能源消费量和能源形势如何呢，一起看看吧。

7月4日，英国石油公司发布了《bp世界能源统计年鉴2022》，报告对全球能源生产、消费做了系统的回顾。

《bp年鉴》中显示， 2021年全球一次能源需求同比增长31EJ，增长5.8%，已经超过2019年的水平，创 历史 最大涨幅 。其中占比最高的依然是石油、天然气和煤炭，其中让人眼前一亮的是可再生能源中 风能、太阳能增长幅度成为所有能源中最高的，达到15% 。

全球能源转型的步伐逐步加快， 可再生能源在一次能源消费中的占比逐步加大 。

01

非化石能源加速发展

首先来看一下可再生能源，近几年可再生能源的发展犹如坐上了高速列车一般，发展速度迅猛。

可再生能源中占比最大的是风能和太阳能，占可再生能源的79.1% 。近年来，得益于全球光伏项目和风力发电项目的持续推进，太阳能和风能发电量持续增长。去年一年 太阳能发电量涨幅为19% ，其中太阳能利用最多的是中国，美国和德国。 风能发电量去年一年增长15.8% ，风能利用最多的是中国，其次是美国。

在可再生能源消费国中，中国是最多的，其次是美国。其中可再生能源涨幅最大的国家是中国，其次是澳大利亚和土耳其。

接下来看一下核能和水利发电。全球核能的利用达到了25.31EJ，增幅为3.8%，依然低于2019年水平。相比于其他新能源不断增加的趋势， 水力发电不增反降1.4% 。

02

化石能源占主体

在《bp年鉴》中显示 石油占全球能源一次消费的30.95% ，依然是能源消费中比重最大的一部分，与2020年相比变化不大。

石油价格一直以来是能源行业关心的话题，此次《bp年鉴》显示2020年布伦特原油全年平均价格41.84$/桶，而2021年全年平均价格为70.91$/桶， 价格增长了69.47% 。

其中，天然气在一次能源消费中占24.42%，增长幅度为5.3%；煤炭占比26.9%，增长幅度为6%。

水力发电和可再生能源在全球一次能源消费中占比达到了13.47%，基本与2020年13.45%持平，其中水利发电不增反降，可再生能源增幅拉齐了这一比率。

数据显示， 化石能源（石油、天然气和煤炭）依然是主要能源 ，占比高达82%，这个数据与2019年相比下降了只有1个百分点。

过去一年， 全球石油产量每天增加138万桶，总体产量增长了1.5% 。在主要产油国中增幅最大的是加拿大和伊朗，并且巴西、伊拉克和沙特阿拉伯产量略有下降。

接下来，一起来看一下主要产油国的产量状况。美国年产石油7.11亿吨，成为原油产量最多的国家，这得益于油价上涨之后，美国重新开启部分因为疫情停产的页岩油的开采。其次是俄罗斯和沙特阿拉伯，产量分别为5.36亿吨和5.16亿吨，这三个国家的石油产量总量占了全世界石油产量42.21亿吨的41.75%。

03

能源格局继续变化

去年，全球各国一次能源消耗量的对比显示， 中国成为全球能源消耗最大的国家 （10 EJ），其次是美国。同时，年鉴中还列出了全球石油天然气贸易量，显示中国成为全球进口原油、天然气最多的国家。疫情和国际能源局势动荡之下， 中国成了全球最大经济体 。

这也不难解释，自疫情以来中国实行强有力的管控措施，经济的持续增长拉动了能源需求增长。

总体来看， 全球能源需求正在增长，渐渐从疫情中好转过来 。

2022年以来，能源安全的矛盾日渐突出，人类正面临近50年来最大的挑战和不确定性。

由于长期以来石油行业投资不足造成的全球石油供应短缺，及疫情和地缘政治因素等造成能源市场动荡，原油价格暴涨，更进一步凸显了能源安全的重要性，由此引起的人类关于能源“安全性”“经济性”和“低碳化”的思考。

与此同时，各国都在寻求稳定能源供应的方法，大国也在寻求共同商讨石油增产的可能，都在为能源稳定供应努力。

目前，全球都在寻求能源净碳化，期望实现零碳排放， 可再生能源项目的不断推进就显得越来越重要 。

我国光伏行业于2005年左右受欧洲市场需求拉动起步，十几年来实现了从无到有、从有到强的跨越式大发展，建立了完整的市场环境和配套环境，已经成为我国为数不多、可以同步参与国际竞争并达到国际领先水平的战略性新兴产业。本文主要梳理了中国光伏发电行业的产业链、发展现状、竞争格局等内容。

光伏发电行业主要上市公司：目前国内光伏发电行业主要上市公司有保利协鑫(03800.HK)，中环股份(002129)、隆基股份(601012)、通威股份(600438)等。

本文核心数据：光伏装机容量、发电成本、竞争格局

产业概况

1、定义

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。光伏发电系统主要分为两类，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。

经过多年发展，太阳能光伏发电在我国的应用范围逐渐扩大，从家庭用户太阳能电源到通讯/通信以及石油、海洋、气象等众多领域都可以见到太阳能光伏发电的应用。

2、产业链剖析： 布局完整，硅片已经呈现双寡头格局

光伏发电的产业链主要有上游主要为光伏电池相关原材料组成，包括形成电池的单晶硅和多晶硅中游主要为电池片、电池组件生产企业和系统集成企业下游为光伏发电应用领域，包括分布式光伏发电和集中式电站。

目前，上游多晶硅和单晶硅生产业企业主要有保利协鑫、隆基股份、通威股份、中环股份等。而硅片生产企业已经呈现双寡头格局，中国的太阳能硅片占据全球市场份额的大部分，而中国的市场中，主流的厂商主要有包括隆基、中环、中晶等，产能格局仍高度集中，2020年中环股份、隆基股份硅片对外销售规模约分别为168.29亿元和155.13亿元，两家公司占据绝对领先地位。

中游电池片和组件生产企业主要有通威、隆基、晶澳等。光伏发电系统中逆变器生产厂商主要有阳光电源等企业涉及系统集成的包括亿晶光电、正泰电器等。部分企业，如隆基股份基本已经形成从单晶硅到组件到电站光伏运营一套完整的光伏发电产业链。

产业发展历程：光伏产业实现从无到有、从有到强的跨越式发展

我国光伏行业于2005年左右受欧洲市场需求拉动起步，十几年来实现了从无到有、从有到强的跨越式大发展，建立了完整的市场环境和配套环境，已经成为我国为数不多、可以同步参与国际竞争并达到国际领先水平的战略性新兴产业，也成为我国产业经济发展的一张崭新名片和推动我国能源变革的重要引擎。目前我国光伏产业在制造规模、产业化技术水平、应用市场拓展、产业体系建设等方面均位居全球前列，已形成了从高纯度硅材料、硅锭/硅棒/硅片、电池片/组件、光伏辅材辅料、光伏生产设备到系统集成和光伏产品应用等完整的产业链，并具备向智能光伏迈进的坚实基础。

上游供给情况：多晶硅和硅片供应充足

我国多晶硅产业2005年以来在政策推动下起步，一路历经产能过剩、淘汰兼并，行业集中度不断提高。部分先进企业的生产成本已达全球领先水平，产品质量多数在太阳能级一级品水平。据中国光伏协会统计数据显示，2012年以来，我国多晶硅产量持续增长，2020年，全国多晶硅产量为41.95万吨，同比增长22.7%。

在硅片产量方面，我国更是占有绝对优势，国内产量占全球产量的90%以上。硅片环节产业规模化效应强、产业集中度高，前十家硅片企业产量占比60%以上。2020年，国内硅片产量为161.3GW，同比增长19.8%。

下游发展情况：集中式电站仍为主流，分布式占比预期提升

从2013-2020年中国光伏装机结构看，分布式光伏占比在33%以下，集中式电站依然是光伏发电的主流。但是分布式光伏的占比从2016年开始已经逐年增高，随着国家对于分布式光伏的大力推广，分布式光伏占比预期将仍处于提升状态。

产业发展现状

1、光伏累计装机容量：持续稳定增长

据国家能源局统计数据显示，2013年以来，我国光伏发电累计装机容量增长迅速。2013年，全国光伏发电累计装机容量仅为19.42GW，到2019年已经增长至204.68GW。在2013-2019年，全国光伏发电累计装机容量已超过10倍增长。截至2021年上半年，全国光伏发电累计装机267.08GW。

2、光伏新增装机容量：2021年上半年同比增长12.93%

据国家能源局统计数据显示，2017年，我国光伏发电新增装机容量为53.06GW，创历史新高，2018年，受光伏531新政影响，各地光伏发电新增项目有所下滑，全年新增装机容量为44.26GW，同比下降16.58%。受国家光伏行业补贴、金融扶持等政策影响，2020年光伏装机量大幅回升。2021年上半年，全国光伏发电新增装机13.01GW，同比增长12.93%。

3、光伏发电量：2020年较2013年增长28倍

根据国家能源局统计数据显示，2013年以来，我国光伏发电量增长迅速。2013年，全国光伏发电量仅为91亿千瓦时，到2019年，全国光伏发电量2238亿千瓦时，同比增长26.08%。2020年我国光伏发电量为2605亿千瓦时，同比增长16.40%。

4、发电成本：连续下降，平价上网时代到来

随着技术进步和政策扶持，中国的光伏发电成本迅速下降。2019年光伏发电成本较2015年下降了40%多。2021年起，国家对新备案集中式光伏电站、工商业分布式光伏项目和新核准陆上风电项目不再补贴，平价上网时代正式到来。

注：数据截止2019年，2020年数据暂未公布。

5、弃光率：西藏和青海弃光率仍较高

全国新能源消纳监测预警中心发布数据显示，截止2021年8月，全国光伏利用率为98.1%，弃光率低于2%。从省市来看，2021年1-8月，部分省市的弃光率依然较高，西藏弃光率为20.8%，青海弃光率为13%。

产业竞争格局

1、区域竞争：山东、河北和江苏名列前茅

根据国家能源局2021年上半年各省市光伏累计装机量数据显示，截止2021年上半年，山东、河北和江苏名列全国光伏装机量前三，其中山东省累计装机量达到26.06GW排名第一。

注：以上统计不包括港澳台。

2、企业竞争：隆基股份在2020年中国光伏企业10强榜单中拔得头筹

由365光伏统计的2020年中国光伏企业10强榜单已出炉。其中，隆基绿能科技股份有限公司排名第一，2019年营业收入达到328.97亿元。此外，协鑫(集团)控股有限公司、晶科能源有限公司、天合光能股份有限公司、阿特斯阳光电力有限公司分列第二、第三、第四、第五位。

注：1、此榜单营业收入为2019年光伏相关企业的关键材料设备全球收入(组件、逆变器、支架、辅材)、全球电站出售收入、全球电费收入、全球电站EPC收入、全球电站设计及电站运维等服务收入2、本榜单依据365光伏能够调研到的数据形成。

产业发展前景及趋势预测

1、政策持续推动行业发展

“十四五”规划纲要提出要构建现代能源体系，推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。大力提升光伏发电规模，加快发展东中部分布式能源，建设一批多能互补的清洁能源基地，“十四五”期间非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。

2021年5月11日，国家能源局发布《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》，明确提出2021年全国风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重达到11%左右，后续逐年提高，确保2025年非化石能源消费占一次能源消费的比重达到20%左右。

2、分布式光伏发展提速

分布式光伏发电贴近用户侧，能够提高大用电量区域对太阳能的利用率，自发自用余电上网的形式符合太阳能本身分布式的特点，因此，分布式光伏发电也是光伏发电产业发展与推进的必然趋势。为推进分布式光伏发电的发展，浙江、山东、吉林、广东等省份将分布式光伏发展作为推动能源转型的重要部分，写进“十四五”规划之中。

2、2026年光伏累计装机容量或超700GW

在政策推动和光伏发电成本下降的利好之下，光伏装机容量将持续攀升。根据中国光伏行业协会的预测，在“十四五”期间，我国光伏年均新增光伏装机或将在70-90GW之间，为达成2030年碳达峰，2060年前实现碳中和，光伏行业将成为长期处于高速发展的新能源行业之一，据此预测2026年我国光伏发电行业累计装机量可能在673-793GW之间。

以上数据来源于前瞻产业研究院《中国光伏发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

总体来讲，“十三五”时期要积极稳妥地发展水电，全面协调推进风电的开发，推动太阳能的多元化利用，因地制宜地发展生物质能，加快地热能开发利用，同时推进海洋能发电示范应用。另外可再生能源产业发展在供热、燃料、供气等方面也提出了明确的发展目标：供热系统中太阳能热水器80000万平方米，地热能利用160000万平方米燃料产业中生物燃料乙醇年产400万吨，生物柴油年产200万吨供气达到年产80亿立方米。

一、中美能源消费结构对比分析

美国能源署对能源大的分类为：液体燃料、煤炭、天然气、可再生能源和生物能源、电力。相对中国来说，美国的能源类型更为多元化，可再生能源和生物能源已经在工业、民用和商业部门广泛应用。图1显示，2008年，美国96%的煤炭用于工业（与中国工业部门耗煤比例基本相当），其他部门的煤耗非常少，其中交通业的煤耗为0。对液体燃料来说，美国70%的液体燃料用于交通，24%的液体燃料用于工业，商业和民用消费的液体燃料非常少。对天然气来说，美国48%的天然气用于工业，30%用于民用。对可再生能源和生物能源来说，79%用于工业，17%用于民用。对电力来说，美国37%的电力用于民用，35%的电力用于商业，28%的电力用于工业，交通的电耗为0。对电损耗来说，37%的电损耗出现在民用部门，36%的电损耗出现在商业部门，27%的电损耗出现在工业部门。

为了便于对比分析中美能源消费，将中国经济系统分为工业、商业、交通和民用四大产业部门。根据数据的可得性，将国内的能源类型分为煤炭、液体燃料、天然气和电力。其中液体燃料按照世界能源委员会的定义，指煤油、柴油、石油及任何同等的液体燃料。

由图2显示，2005年，中国95.3%的煤炭用于工业，0.7%的煤炭用于商业，0.3%的煤炭用于交通业，3.7%的煤炭用于民用部门。对液体燃料来说，中国74.6%的液体燃料用于工业，5.6%的液体燃料用于商业，18.9%的液体燃料用于交通业，0.9%的液体燃料用于民用部门。对天然气来说，中国76%的天然气用于工业，4.3%的天然气用于商业，2.8%的天然气用于交通业，17%的天然气用于民用部门。对电力来说，中国78.6%的电力用于工业，8.4%的电力用于商业，1.7%的电力用于交通，11.3%的电力用于民用部门。4类能源在中国工业部门中的消费都超过了70%，尤其是煤炭，在工业部门的消费比例高达95.3%。可见，中国目前的节能减排潜力将主要存在于工业部门。美国的能源消费结构相对我国来说是较为合理的。对比人均能耗和人均GDP能耗更能说明这种能源消费结构的经济意义。

图3显示，美国和日本这样的发达国家人均能耗远远高于我国，但是美国和日本的人均GDP能耗却非常之低，仅为我国的0.19倍和0.12倍。这主要得益于这些国家工业生产领域能源消费结构的合理性和能源的高效利用，也得益于这些国家的第三产业发展迅猛。印尼的工业特别是重工业发展迟缓，而人均GDP水平与我国较为接近，人均GDP能耗都比我国低很多，仅为我国的0.4倍。人民币币值过低是造成我国人均GDP能耗高的一个原因，但能源消费结构不合理、能源的低效利用仍是我国人均GDP能耗高的主要原因。

另外，从图1、图2对比看，美国民用部门的电消费比例为中国的3.3倍，而且电损耗的比例在4个部门中最高。美国民用部门的天然气消费比例为中国的1.8倍。并且2005～2008年美国能源消费总量年均为中国的1.5倍，美国人口数不及中国的1/4。可见美国的人均居民能源消费远比中国高。根据生产空间和二氧化碳处理空间（与能源消费成正比）算出的2005年人均生态足迹，美国人的为10公顷,世界平均为2公顷,中国人的仅为1公顷。美国的大量生产、大量消费的经济运行方式和生产高效、消费低效的国民文化，是促成美国民用部门能源消费比例较高的主要原因，这一点是不值得我们借鉴的。

下面将分析各类能源在中国42个细分的产业部门之间的消费结构，便于从中观层面掌握我国各类能源的消费结构，制定可操作的产业节能减排计划。

二、2005年中国42个产业部门的能源消费结构分析

参考《中国能源统计年鉴》对九类能源：煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气和电力在48个产业部门的消费量统计，并对照中国2005年62个部门投入产出表的部门分类，根据项目研究需要将中国经济系统分为四大产业、42个部门,通过分析各类能源在各个产业部门间的消费结构以及各个产业部门的单位GDP能耗，便于从产业的角度更进一步研究如何提高能源的使用效率。

煤炭消费

2005年，煤炭消费量在中国各个产业部门间的分布差异很大。80%的煤炭消费量集中在如下几个产业部门中：电力、热力生产和供应业部门煤炭消费量最多，占煤炭消费总量的48.7%。黑色金属冶炼及压延加工业部门的煤炭消费量占煤炭消费总量的8.8%；石油加工、炼焦及核燃料加工部门的煤炭消费量占煤炭消费总量的8.7%；非金属矿物制品业部门的煤炭消费量占煤炭消费总量的7.7%；煤炭开采和洗选业部门的煤炭消费量占煤炭消费总量的6%。4%的煤炭等用于生活消费。相对于煤炭的消费结构来说，焦炭消费量在各个产业部门间的分布更为集中。85.3%的焦炭消费在黑色金属冶炼及压延加工业部门中；6.9%的焦炭消费在化学原料及化学制品制造业部门。

中国煤炭消费较高的几个产业部门主要产品的单位能耗同美国、日本进行比较，2003年，中国和日本水泥的综合能耗之比为1.41，吨钢的可比能耗之比为1.12，火电厂供电综合能耗之比为1.22；1994年，中国和美国原煤耗电之比为1.84。相对于工业节能水平较高的日本和美国来说，中国这几个主要的煤炭消费部门仍存在很大节煤潜力。

各类液体燃料消费

中国86.5%的原油消费在石油加工、炼焦及核燃料加工业部门；8.4%的原油消费在化学原料及化学制品制造业部门。50.9%的汽油消费在交通运输、仓库和邮政业部门；18.9%的汽油消费在其他服务业部门；6.3%的汽油消费在生活消费部门；6.2%的汽油消费在批发、零售业和住宿、餐饮业部门。81.9%的煤油消费在交通运输、仓库和邮政业部门部门；9.9%的煤油消费在其他服务业部门。45.7%的柴油消费在交通运输、仓库和邮政业部门部门；16.7%的柴油消费在农业部门；9.3%的柴油消费在其他服务业部门。27.4%的燃料油消费在交通运输、仓库和邮政业部门部门；26.9%的燃料油消费在电力、热力生产和供应业部门；12.4%的燃料油消费在非金属矿物制品业部门；9.2%的燃料油消费在石油加工、炼焦及核燃料加工部门；7.6%的燃料油消费在化学原料及化学制品制造业部门。各类液体燃料在产业部门间的消费也非常集中，这说明，各类液体燃料的节能工作可以主要集中在其消费量大的几个产业部门。

天然气消费

中国33%的天然气消费在化学原料及化学制品制造业部门；17.8%的天然气消费在石油和天然气开采业部门；17.0%的天然气消费在生活消费部门（用于生活消费）；5.6%的天然气消费在非金属矿物制品业部门。

电力消费

中国14.8%的电力消费在电力、热力生产和供应业部门；11.3%的电力消费在生活消费部门（用于生活消费）；10.2%的电力消费在黑金属冶炼及压延加工业部门；8.5%的电力消费在化学原料及化学制品制造业部门；5.9%的电力消费有色金属冶炼及压延加工业部门；5.7%的电力消费在非金属矿物制品业部门；5.4%的电力消费在其他服务业部门。电力的消费在产业部门间的分布相对平均。这说明，电力的节能工作涉及的行业较多，实施起来难度也较大。

三、可再生能源发展规划的减排效应

我国已公布的可再生能源中长期发展规划中，确定到2010年实现可再生能源占全国一次能源消费总量的比例为10%，到2020年可再生能源占到能源消费总量的15%。

至2006年底，中国可再生能源年利用量总计为2亿吨标准煤(不包括传统方式利用的生物质能)，约占一次能源消费总量的8%，比2005年上升了0.5个百分点，其中水电为1.5亿吨标准煤，太阳能、风电、现代技术生物质能利用等相当于5000万吨标准煤。这为2010年实现可再生能源占全国一次能源消费总量的比例10%的目标迈出了坚实的一步。

假定2010年可再生能源占全国一次能源消费总量的比例为10%（比2005年增加了2.5个百分点），这些可再生能源全部用于替代一次能源消费中煤炭的消费，相当于2010年煤炭消费占全国一次能源消费总量的比例比2005年下降了2.5个百分点，而其他一次能源占全国一次能源消费总量的比例不变。

根据对中国各类能源消费量及其变动趋势分析、中国42个产业部门能源消费结构分析和中国各类能源消费排放二氧化碳的趋势分析，基于中国2005年能源投入占用产出表，在中国2010年实现可再生能源发展规划目标的条件下，可以测算42个产业部门因煤炭、石油和天然气消费而排放的二氧化碳量及可再生能源政策的减排效应（结果表1）。

由表1知，2010年，来源于煤炭消费的二氧化碳排放量中，排在前五位的产业部门及其占因煤炭消费而排放二氧化碳总量的比例分别是：电力、热力的生产和供应业，48.7%；黑色金属冶炼及压延加工业，8.9%；石油加工、炼焦及核燃料加工业，8.7%；非金属矿物制品业，7.7%；煤炭开采和洗选业，6%。

来源于石油消费的二氧化碳排放量中，排在前五位的产业部门及其占因石油消费而排放二氧化碳总量的比例分别是：石油加工、炼焦及核燃料加工业，51.7%；交通运输、仓储和邮政业，18.9%；化学原料及化学制品制造业，5.9%；农业，4%；其他服务业，4%。

来源于天然气消费的二氧化碳排放量中，排在前五位的产业部门及其占因天然气消费而排放二氧化碳总量的比例分别是：化学原料及化学制品制造业，33%；石油和天然气开采业，17.8%；生活消费，17%；非金属矿物制品业，5.6%；石油加工、炼焦及核燃料加工业，4.2%。

总的二氧化碳排放量中，排在前五位的产业部门及其占二氧化碳排放总量的比例分别是：电力、热力的生产和供应业，40.1%；石油加工、炼焦及核燃料加工业，15.7%；黑色金属冶炼及压延加工业，7.3%；非金属矿物制品业，6.7%；化学原料及化学制品制造业，6%。总的二氧化碳排放量高的部门基本上是来源于煤炭消费的二氧化碳排放量高的部门。

如果2010年全国一次能源消费的比例结构与2005年相同，没有新增的可再生能源对煤炭的替代，2010年二氧化碳的排放量将增加19561.11万吨。即2010年可再生能源政策的减排效应可减少19561.11万吨二氧化碳。

四、重点耗能行业节能的减排效应

1．钢铁、有色、化工、建材行业

国办发〔2008〕80号文件“国务院办公厅关于印发2008年节能减排工作安排的通知”中，对重点领域节能提出如下目标：继续推动钢铁、有色、化工、建材等重点耗能行业节能，提高能源利用效率。深入开展千家企业节能行动，力争全年实现节能2000万吨标准煤。这个节能任务相当于2005年钢铁、有色、化工、建材能耗的3.5%。根据测算，如果该目标可以实现，2008年将可减少4592万吨二氧化碳的排放量。

2．电力、热力的生产和供应业

根据对我国产业部门间煤炭消费结构的分析，2005年电力、热力的生产和供应业的煤炭消费量最多，占我国煤炭总消费量的43.9%。如果2008年电力、热力的生产和供应业的煤炭消费相对于2005年节能3.5%，则可节能3696.2万吨标准煤，可减少8486.5万吨二氧化碳的排放量。在相同的节能比例下，电力、热力的生产和供应业比钢铁、有色、化工和建材4个行业总的节能量和减排效果明显很多。

五、政策建议

1. 着重加强各类能源在某些重点行业的节能减排工作

依据测算结果，在按规划发展可再生能源的情景下，二氧化碳的排放量主要集中在几个产业部门，而且重点耗能行业的节能减排效果明显好于其他行业。建议煤炭的节能减排工作重点集中在：电力、热力的生产和供应业、黑色金属冶炼及压延加工业和石油加工、炼焦及核燃料加工业。石油的节能减排工作重点集中在：石油加工、炼焦及核燃料加工业和化学原料及化学制品制造业。汽油、煤油、柴油、燃料油的节能减排工作重点集中在交通运输、仓储和邮政业。

2.加强清洁煤技术的研发与国际合作

根据可再生能源的发展规划，2020年可再生能源占到能源消费总量的15%。长期来看，可再生能源离未来替代传统能源与改善环境重任的角色还有很远的距离。我国可开采的煤炭资源比石油资源多一到两个数量级。大力发展清洁煤技术，用我国相对丰富的煤炭资源弥补石油等能源的不足，是可再生能源替代传统能源的发展过程中，解决我国能源和环境问题的可行选择。美国政府组织并支持对煤炭的洁净利用研究已有30多年的历史，已投入十几亿美元的经费，1986年开始实施洁净煤技术示范计划（CCTDP），2002年开始实施创新技术示范项目——洁净煤发电计划（CCPI）。中国和美国可以在该领域加强技术研发的合作与交流。南非在该领域也有很多成功的经验值得我国借鉴。

3.进一步修改和完善《可再生能源法》

20世纪70年代两次石油危机后，许多国家纷纷加强了能源立法。其中，《美国能源政策法2005》长达1720多页，不但内容非常充实，而且可操作性强，在将各项政策目标尽可能量化的同时，还制定出具体的财税措施、管理程序和奖惩办法。我国现行的《可再生能源法》是部指导性和原则性的法律，可操作性亟须改进。建议各相关部委和各省进一步出台与现行《可再生能源法》条款相匹配的细则；制定有关标准和规范（包括主机、部件、配件、可靠性、使用寿命等方面的标准，以及检测设施及质检手段的配套完善等），增强可再生能源法的可操作性。

4.增加我国对可再生能源的投入

目前，我国能源研究开发费用占GDP的比例非常低，只有日本的1/70、法国的1/30、美国的1/25，占全国研究开发费用比例也大大低于发达国家。由于缺乏足够的资金进行研究和开发，很多可再生能源的关键技术和设备依赖进口。建议将可再生能源的技术难点纳入国家自然科学基金、“973”、“863”和产业化攻关计划；同时将可再生能源的建设项目纳入各级政府的财政预算和计划。走一条自主研发和自主创新的道路。

刘秀丽 汪寿阳（作者分别系中国科学院预测科学研究中心副研究员，预测科学研究中心主任助理；中国科学院数学与系统科学研究院副院长，预测科学研究中心主任，研究员，博士生导师。

本项研究受中华人民共和国住房和城乡建设部课题“建筑节能标准对国民经济和社会发展影响的模型测算”、国家自然科学基金（70701034，60874119）、中国科学院数学与系统科学研究院院长科研基金和中国科学院知识创新工程重大项目（KSCX1-YW-09-04）资助。

中国能源结构：以煤为主、多样化发展，受自给率约束。

中国能源消费中，煤炭消费占比64%，石油消费占比18%，天然气消费占比6%，可再生能源消费占比约为12%。其中非化石能源消费比重达到13.3%，比提高1.3个百分点，化石能源费占比86.7%。

化石能源具体包括石油、天然气、煤炭，由于我国的资源禀赋一直是“富煤缺油少气”，因此我国化石能源大幅偏重于煤炭。化石能源份额中国与全球平均水平相当为85%，美国略低为84%，日本较高为88%，欧盟较低仅为75%。

中国能源结构调整目标

2014年底，国务院颁布的《能源发展战略行动计划2014-2020》指出，我国优化能源结构的路径是：

降低煤炭消费比重，提高天然气消费比重，大力发展风电、太阳能、地热能等可再生能源，安全发展核电。到2020年，非化石能源占一次能源消费比重达到15%；天然气比重达到10%以上；煤炭消费比重控制在62%以内；石油比重为剩下的13%。

到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

太阳能简介

摘要

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的能源，受到世界各国的重视。太阳能广泛用于发电、制冷、制热等方面，已经和世界的经济生活联系在一起

关键词

太阳能污染硅电池

1. 前言

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电，是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。广义太阳能包括:地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能，化石燃料（如煤、石油、天然气等）。狭义太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

太阳能源自太阳。太阳是一个炽热的气态球体，它的直径约为1.39×106km，质量约为2.2×l027t，为地球质量的3.32×105倍，体积是地球的1.3×106倍，平均密度为地球的1/4。太阳作为一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（3.75×10^26KW）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。

总的说来太阳能具有能量十分巨大、供应时间长、分布广阔、获取方便、安全、干净、不污染环境的优点。但也存在问题：1）能量分散，能量密度低；2）稳定性差，受日夜季候、地理纬度等影响，太阳能不断地生变化；3）装置成本过高；4）制造过程中污染严重，使用中可能有视觉污染。

我国的太阳能资源和分布广泛，有着十分丰富的太阳能资源。根据中国气象科学研究院的研究，有2/3以上国土面积，年日照在2000小时以上，年平均辐射量超过0.6GJ/cm2，各地太阳年辐射量大致在930～2330kW·h/m2之间。

从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。

2. 太阳能利用历史

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。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作功而抽水的机器。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世纪太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段 :

第一阶段(1900-1920)

太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。建造的典型装置有：

1. 1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置

2. 1902 -1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；

3. 1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。

第二阶段（1920-1945）

在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战（1935-1945）有关，太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。

第三阶段（1945-1965）

　二战结束后的20年中，一些有远见的人士注意到石油和天然气资源正在迅速减少，呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展。比较突出的研究进展有：

1955年，以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件；

1954年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础。

这一阶段里还有其它一些重要成果，比较突出的有：

1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。

1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨-水吸收式空调系统，制冷能力为5冷吨。

1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。

第四阶段(1965-1973）

这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。

第五阶段(1973-1980）

“能源危机”（有的称“石油危机”）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。

这一时间太阳能研究领域不断扩大，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。

太阳热水器、太阳电他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。

第六阶段（1980-1992）

开发利用太阳能热潮，进入80年代后逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。

导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用

第七阶段（1992-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。

3. 太阳能利用方式

3.1 光－热能转换

光热转换是利用太阳辐射加热物体而获得热能的一种太阳能利用方式。常见应用有太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉、地膜、大棚、温室等。

3.1.1集热器

太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集。太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备，它是太阳能热利用中的关键设备。常见有可分为聚光型和非聚光型。

3.1.1.1非聚光型集热器

非聚光型集热器常见有平板和真空管集热器。

平板集热器

平板集热器是非聚光类集热器中最简单且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射辐射。按工质划分有空气集热器和液体集热器，目前大量使用的是液体集热器；按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及其它非金属集热器等； 按结构划分有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器，还有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等；按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集热器等。

目前，国内外使用比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。铜翅和铜管的结合，国外一般采用高频焊，国内以往采用介质焊，1995年我国也开发成功全铜高频焊集热器。1937年从加拿大引进铜铝复合生产线，通过消化吸收，现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。 为了减少集热器的热损失，可以采用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料，但这些材料价格较高，一时难以推广应用。

真空管集热器

为了减少平板集热器的热损，提高集热温度，国际上70年代研制成功真空集热管，其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内，大大提高了热性能。将若干支真空集热管组装在一起，即构成真空管集热器，为了增加太阳光的采集量，有的在真空集热管的背部还加装了反光板。

真空集热管大体可分为全玻璃真空集热管，玻璃-U型管真空集热管，玻璃-金属热管真空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空集热管。最近，我国还研制成全玻璃热管真空集热管和新型全玻璃直通式真空集 热管。

我国已经建立了拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管的产业，用于生产集热管的磁控溅射镀膜机在百台以上，产品质量达世 界先进水平，产量雄居世界首位。我国自80年代中期开始研制热管真空集热管，经过十几年的努力，攻克了热压封等许多技术难关，建立了拥有全部知识产权的热管真空管生产基地，产品质量达到世界先进水平，生产能力居世界首位。

真空管平板集热器

它是将单根真空管装配在复合抛物面反射镜的底面，兼有平板和固定式聚光的特点，它能吸收太阳光的直射和80%的散射。

3.1.1.2聚光集热器

聚光集热器通常由聚光器、吸收器和跟踪系统三部分组成。其工作原理是，自然阳光经聚光器聚焦到吸收器上，并加热吸收器内流动的集热介质，跟踪系统则根据太阳的方位随时调节聚光器的位置，以保证聚光器的开口面与人射太阳辐射总是互相垂直的。

在反射式聚光集热器中应用较多的是旋转抛物面镜聚光集热器（点聚焦）和槽形抛物面镜聚光集热器 （线聚焦）。前者可以获得高温，但要进行二维跟踪；后者可以获得中温，只要进行一维跟踪。这两种聚光集热 器在本世纪初就有应用，几十年来进行了许多改进，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，开发高可靠性 跟踪机构等，现在这两种抛物面镜聚光集热器完全能满足各种中、高温太阳能利用的要求，但由于造价高，限制了它们的广泛应用。

3.1.2 太阳能热水器

基本原理：通过集热，促使管内水温高于水箱水温，热水比冷水轻，形成对流，最终使水箱中的温度达到使用所需的温度。

太阳能热水器通常由平板集热器、蓄热水箱和连接管道组成。按照流体流动的方式分类，可将太阳能热水器分成三大类：闷晒式、直流式和循环式。

3.1.3 太阳能采暖

太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。主动式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统中的锅炉。被动式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳能来达到采暖的目的，因此它又称为被动式太阳房。

被动式太阳房构造简单，取材方便，造价便宜，无需维修，有自然的 舒适感，特别适合发展中国家的广大农村。

主动式太阳房利用集热器产生的热水采暖，结构简单，蓄热器置于室外，室内又是由地板供暖，故不占用室内居住面积是这种系统的一大优点。

3.1.4 太阳能干燥

太阳能干燥按干燥器（或干燥室）获得能量的方式可分为：

1.集热器型干燥器

2.温室型干燥器

3.集热器—温室型干燥器

实际中还有集热器与常规能源、集热器与储热装置、集热器与热泵等各种组合式太阳能干燥装置。

集热器型干燥器是利用太阳能空气集热器，先把空气加热到预定温度后再送入干燥室，干燥室视干燥物品的类型多种多样，如箱式、窑式、固定床式或流动床式等。

温室型干燥器其温室就是干燥室，它直接接受太阳的辐射能。

集热器—温室型干燥器则是上述两种形式的结合。其温室顶部为玻璃盖板，待干燥物品放在温室中的料盘上，它既直接接受太阳辐射加热，又依靠来自空气集热器的热空气加热。

属于光热转化的还有：太阳能海水淡化、太阳能制冷和空调、太阳能热动力发电、太阳坑发电技术、太阳能热推进等。

3.2 光－电转换

原理是根据光电效应，利用太阳能直接转化为电能。应用包括为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品等。

世界上，1941年出现有关硅太阳电池报道，1954年研制成效率达6％的单晶硅太阳电池，1958年太阳电池应用于卫星供电。在70年代以前，由于太阳电池效率低，售价昂贵，主要应用在空间。70年代以后，对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究，在提高效率和降低成本方面取得较大进展。

目前，世界上太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池24％（100px2)，多晶硅电池18.6％（100px2）， InGaP／GaAs双结电池30．28％（AM1），非晶硅电池14．5％（初始）、12．8（稳定），碲化镉电池15．8％， 硅带电池14．6％，二氧化钛有机纳米电池10．96％。

我国于1958年开始太阳电池的研究，40多年来取得不少成果。目前，我国太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池20．4％（50px×50px），多晶硅电池14．5％（50px×50px）、12％（250px×250px），GaAs电池 20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge电池19．5％（AM0），CulnSe电池9％（lcm×25px），多晶硅薄膜电池13．6％ （lcm×25px，非活性硅衬底），非晶硅电池8．6％（250px×250px）、7．9％（500px×500px）、6．2％（750px×750px）， 二氧化钛纳米有机电池10％（25px×25px）。

由于各种不同材料制成的太阳电池所吸收的太阳光谱是不同的，因此将不同材料的电池串联起来，就可以充分利用太阳光谱的能量，大大提高太阳电池的效率，因此叠层串联电池的研究已引起世界各国的重视，成为最有前途的太阳电池。

太阳电池重量轻，无活动部件，使用安全。单位质量输出功率大，即可作小型电源，又可组合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向各行各业，走向千家万户，太阳能汽车，太阳能游艇，太阳能自行车，太阳能飞机都相继问世，它们中有的已进入市场。然而对人类最有吸引力的是所谓太空太阳站。

3.2.1 太阳空间电站

空间电站实际上是利用太阳能发电的卫星，这些卫星表面覆盖有太阳能电池板，能够吸收积聚大量太阳能并将其转化为电能，通过微波束将电能传送回地面。

它是由永远朝向太阳的太阳电池列阵，能把直流电转换成微波能的微波转换站，发射微波束能的列阵天线等三部分组成，通过天线以微波形式向地面输电。在地面上则要建一个面积达几十平方公里的巨型接受系统。

空间发电有两大优点：一是可以充分利用太阳能，同时又不会污染环境，二是 不用架设输电线路，可直接向空中的飞船和飞机提供电力，也可向边远的山区、沙漠和孤岛送电。科学家预测，一旦建成空间电站，人类可以不断获得能源，地球能源利用将产生革命性变化。

问题：一是空间运输成本问题，按推测，至少空间运输成本要降低99%才有可能；二是能量转换的效率问题。

3.2.2 太阳能发电系统

太阳能电源是由太阳能电池发电，经蓄电池贮能，从而给负载供电的一种新型电源，广泛应用于微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、村庄、海岛提供电力。 有以下好处：

1.不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便；

2.一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池一般为5年需更换）；

3.免维护，无任何污染。

太阳能电源可分为直流供电系统和交直流供电系统二种。

我们预计太阳能光伏发电在不久的将来将会占据世界能源消费的重要席位，它的发展不但要替代部分常规能源，而且还将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源的消耗将占总能源消耗比例的30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占有比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源消耗将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源消耗将占总能耗的80%以上，太阳能发电将占到60%以上。以上这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域所占有的重要地位。根据《可再生能源中长期发展规划》报道，到2020年，我国将力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦），到2050年将达到600GW（百万千瓦）。预计到2050年，我国可再生能源的电力装机将占全国总电力装机容量的25%，其中光伏发电装机将占到5%。未来十几年，将是我国太阳能光伏产业发展继续迅猛的一个阶段。

3.3 光－化学能转化

这种转换技术包括半导体电极产生电而电解水产生氢，利用氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等形式。太阳能制氢问题解决了，才有真正意义上的氢能利用(包括燃料电池)，这将引起时代的变革。

正在研究的太阳能制氢。有以下几种方式：

1）太阳能电解水制氢。电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法，效率较高（75％-85％），但耗电大，用常规电制氢，从能量利用而言得不偿失。所以，只有当太阳能发电的成本大幅度下降后，才能实现大规模电解水制氢。

2）太阳能热分解水制氢 。将水或水蒸汽加热到3000K以上，水中的氢和氧便能分解。这种方法制氢效率高，但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度，一般不采用这种方法制氢。

3）太阳能热化学循环制氢。为了降低太阳能直接热分解水制氢要求的高温，发展了一种热化学循环制氢方法，即在水中加入一种或几种中间物，然后加热到较低温度，经历不同的反应阶段，最终将水分解成氢和氧，而中间物不消耗，可循环使用。热化学循环分解的温度大致为900-1200K，这是普通旋转抛物面镜聚光器比较容易达到的温度，其分解水的效率在17．5％-75．5％。存在的主要问题是中间物的还原，即使按99．9％-99． 99％还原，也还要作0.1％-0.01％的补充，这将影响氢的价格，并造成环境污染。

4）太阳能光化学分解水制氢 。这一制氢过程与上述热化学循环制氢有相似之处，在水中添加某种光敏物质作催化剂，增加对阳光中长波光能的吸收，利用光化学反应制氢。日本有人利用碘对光的敏感性，设计了一套包括光化学、热电反应的综合制氢流程，每小时可产氢97升，效率达10％左右。

5）太阳能光电化学电池分解水制氢。1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化钛半导体电极作阳极，而以铂黑作阴极，制成太阳能光电化学电池，在太阳光照射下，阴极产生氢气，阳极产生氧气，两电极用导线连接便有电流通过，即光电化学电池在太阳光的照射下同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。这一实验结果引起世界各国科学家高度重视，认为是太阳能技术上的一次突破。但是，光电化学电他制氢效率很低，仅0．4％，只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光，且电极易受腐蚀，性能不稳定，所以至今尚未达到实用要求。

6）太阳光络合催化分解水制氢。从1972年以来，科学家发现三联毗啶钉络合物的激发态具有电子转移能力，并从络合催化电荷转移反应，提出利用这一过程进行光解水制氢。这种络合物是一种催化剂，它的作用是吸收光能、产生电荷分离、电荷转移和集结，并通过一系列偶联过程，最终使水分解为氢和氧。络合催化分解水制氢尚不成熟，研究工作正在继续进行。

7）生物光合作用制氢。40多年前发现绿藻在无氧条件下，经太阳光照射可以放出氢气；十多年前又发现，兰绿藻等许多藻类在无氧环境中适应一段时间，在一定条件下都有光合放氢作用。目前，由于对光合作用和藻类放氢机理了解还不够，藻类放氢的效率很低，要实现工程化产氢还有相当大的距离。据估计，如藻类光合作用产氢效率提高到10％，则每天每平方米藻类可产氢9克分子，用5万平方公里接受的太阳能，通过光合放氢工程即可满足美国的全部燃料需要。

3.4 太阳能-生物质能转换

太阳能-机械能转换。 20世纪初，俄国物理学家实验证明光具有压力。20年代，前苏联物理学家提出，利用在宇宙空间中巨大的太阳帆，在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前进，将太阳能直接转换成机械能。科学家估计，在未来10～20年内，太阳帆设想可以实现。通常，太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换。

3.5 太阳能利用中的污染

太阳能电池在使用过程中确实具有无排放，无噪音，无能耗的清洁能源称号，但当今主流却忽略了太阳能电池光鲜表面背后生产过程中的高污染、高能耗的问题。　

一、高污染

主要是生产硅过程中带来的四氢化硅污染和其它易燃易爆有毒气体污染和蓄电池带来的污染。

现太阳能电池90%为晶体硅电池，其原材料为多晶硅，由金属硅(工业硅)提纯而来，目前国内均采用化学法(改良西门子法)：先将金属硅转变为三氯氢硅，再进行分馏和精馏提纯，得到高纯度的三氯氢硅 (具有毒性、腐蚀性和易爆炸) 后，最终由氢气还原而成；这一过程中只有约25%的三氯氢硅传化成多晶硅，其余基本直接排放；而污染最严重的，则是在还原过程中产生的副产品——四氯化硅(一种腐蚀性极强、难以保存的有毒液体，具有急毒性。由于四氯化硅不能自然降解，如果将四氯化硅倾倒或掩埋，水体将会受到严重污染，土地会变成不毛之地)。这还不包括大量氯气等其它易燃易爆有毒气体。

每生产1KW太阳能电池板需耗费10Kg多晶硅，产生80Kg以上四氯化硅。而国内能通过氢化还原闭环工艺循环减小四氯化硅排放的仅有一家；而即使通过氢化还原闭环工艺循环，四氯化硅的排放仍到达50%；四氯化硅虽然也是化工原料，但下游的化工厂消化十分有限。国内绝大多数多晶硅生产厂家的四氯化硅少部分以低价卖给下游厂家，一部分存储，一部分则偷偷掩埋。

这还不包括硅片后期处理的其它辅料。如制绒过程中用到的各种强酸强碱溶液、扩散使用的三氯氧磷、PECVD中使用的硅烷等，这些辅材的消耗不比主材料少。

由于太阳电池具有时效性，只有阳光照射才会产生电能；所以必须用蓄电池在有阳光时蓄电，无阳光时维持供电。而蓄电池又以铅酸蓄电池为主，其污染程度是相当大的。

二、高能耗

硅石冶炼为金属硅、金属硅提纯为多晶硅、多晶硅片处理需要耗费大量的电能，主要集中在硅石冶炼、多晶硅的铸锭和扩散这几个流程；每生产1KW太阳能电池板需要耗费5800-6000度电(国内平均数)。我们可以这样计算：按平均光照时间4小时/天，太阳能电池是寿命为15至20年(按20年)，1KW太阳能电池总的发电量为4x365x20=29200KW• h；与耗掉的6000度电相比，其电能再生比只有4.87，这还没有算上光照效率以及逆变电源的损耗和控制电路的损耗；远远低于水电和风电。如果再加上超白玻璃、铝合金、钢材、电缆等辅件，其电能再生比是相当低的。

更大的问题是现国内生产的太阳能电池板90%以上用于出口，他国享受清洁能源，而我国却饱受能耗和污染之苦。

写在最后

据有关部门对2050年各种一次能源在世界能源构成中所占的比例预测结果显示，其构成为：石油0，天然气13％，煤20％，核能10％，水电5％，太阳能(含风能、生物质能)50％，其它2％，以太阳能为代表的新能源与可再生能源将在可持续发展中发挥重要作用。

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。

参考文献

1、百度百科http://baike.baidu.com/view/21294.htm

2、太阳能干燥技术概况及应用前景张璧光

3、太阳能利用与可持续发展姚伟

4、太阳能热泵系统简介禚 静

5、我国太阳能利用进展陆维德 罗振涛

6、我国太阳能资源利用区划王炳忠

7、太阳能发电尚无经济可行性葛伟民