光伏新能源到底是什么概念

前几天，正当大盘指数加速杀跌之际，有一个板块在悄然崛起，逆市大涨5%，并彻底火了起来！

板块概念叫BIPV。

之所以会受到市场资金追捧，主要原因有两个：一是两会期间频繁提到的碳中和，BIPV刚好算得上碳中和的分支；二是来自于光伏龙头隆基股份的对建筑企业的一项收购。

BIPV究竟是什么呢？

BIPV是光伏领域的某一细分赛道，英文全称叫Building Attached Photovoltaic，是指光伏建筑一体化，即人们将光伏产品集成到建筑上的一种技术。

BIPV是相对于BAPV而言的，BAPV是建筑上安装的太阳能光伏发电系统，说白了就是在房屋表面外加安装的太阳能电池板。而BIPV比较特殊，既有建筑的功能，又能充当“发电站”。怎么理解？BIPV是直接将太阳能电池板变成建筑材料的一部分，比如制造成门窗、墙面、阳台、屋顶等。目前最广为人知的典型BIPV就是特斯拉屋顶。

说起来，BIPV与BAPV目标都是依靠建筑表面进行太阳能发电，而两者也是仅一字之差，但它们从设计到集成再到建筑物过程实质有很大不同。

BIPV产品竞争优势在哪？从目前来看，BIPV产品迭代已经经历了三个发展阶段：

第一代BIPV：光伏组件（硅基电池）通过简单支撑或直接贴合在建筑表面。

第二代BIPV：光伏组件（薄膜电池）具备建材属性，能够替代传统玻璃、屋顶瓦片和水泥墙。

第三代BIPV：对第二代进行优化，同时加入智能电网技术。

从各种技术的特点和BIPV的要求对比来看，第一代发电效果差，缺乏美感。第二代外观有所改善，但需要大量的电力变换装置和连线结构来满足供电要求，维护起来非常麻烦。第三代在第二代的基础上进行了改良，降低了维护成本，同时进一步追求美学设计及定制化需求，是当前发展主流。

从经济性方面考虑，BIPV还存在替代收益和发电效益优势。一是建筑建造时采用BIPV组件可以节省对应面积的建材成本；二是BIPV发电的自发自用节省了业主的电费。更重要的是，BIPV的产品价格和安装成本可以摊进被它取代的建筑材料和工程中，降低整体成本。这是过去采取BAPV这种方案所不具备的。

不过，BIPV仍有一些问题是目前需要面对的。例如，BIPV安装角度不尽相同的话，就会导致发电能力有所削弱。而且关于材料寿命方面，现在的光伏组件质保期在20-30年时间内，相比建筑材料仍然不够。

此外，设计还需要考虑建筑的艺术美学，当两个完全不同的领域知识揉在一起的时候，对设计师而言成了很大挑战。

虽然BIPV这段时间很火，但它并不是近两年才出现的。实际上，最早使用BIPV的领域可以追溯到上世纪军备竞赛的卫星和国际空间站。在当时，卫星上的电源供应系统便是BIPV最早的雏形。

1967年，日本MSK公司将透明前后板加工成半柔性和轻量化光伏组件粘贴在屋顶和墙面上，BIPV技术迎来了第一次商业应用。

但真正让BIPV进入全球视野的是1991年德国慕尼黑举行的一次建筑行业展会。在展会期间，旭格公司将光伏组件和艺术空间设计相结合首次推出了“光电幕墙”。

由于这种既环保又新奇的玩意勾起了大部分人的兴趣，之后德国、美国、西班牙、中国等部分国家纷纷建成了一批BIPV建筑。比如德国柏林中央车站、世博中国馆、日本京瓷总部、上海拉斐尔云廊以及嘉兴秀洲光伏 科技 馆......

从目前来看，BIPV的应用已经从早期单一的屋顶拓展到建筑的方方面面，如光伏常规屋顶或透明采光屋顶、幕墙、遮阳板、站台、电子树等场景。其中，光伏屋顶是市场份额最大的BIPV产品，占到BIPV总收入约60%。据统计，2020年全球六大主要企业在工商业屋顶应用的BIPV产量就高达709MW。此外，建筑玻璃幕墙是第二大的BIPV产品。

进入21世纪，减排成为全球共识，新能源有了更多用武之地。

光伏是全球第三大电力供给方式，随着度电成本不断降低，各类场景应用层出不穷。BIPV正好作为光伏细分赛道，得到全球主要国家重点关注。

自2000年以来，欧美和日本开始出台相关政策，将BIPV列入重点发展目标。

由于早期BIPV使用的是晶硅电池，而且产品安装方式是通过简单支撑或贴合在房屋表面的，太过缺乏美感，再加上光伏组件受技术成本导致价格相对昂贵，最终市场迟迟没有迎来爆发。

2010年之后，BIPV产品技术经过几轮迭代，无论经济性还是适用性有了很大改善，部分消费者逐步接受这种产品。与此同时零能耗建筑、低碳社区、智慧城市的发展，BIPV产业走向成熟。

2016年，受益加州政策，特斯拉通过收购SolarCity（美国户用太阳能系统安装商），从光伏屋顶切入了BIPV业务，期间面向欧美住宅陆续发布BIPV产品第一代和第二代Solar Roof。至此，BIPV开始真正受到欧美地区人们的欢迎。

不同于欧美这些国家，我国BIPV本世纪初期起步，在2004年深圳园博园和北京天普工业园首次引入BIPV理念。

尽管BIPV起步晚，但实际上BIPV产业在2010年的时候就有了蓄势待发的迹象。奈何当时欧美对中国光伏的阻击，以及国内光伏产业配套不够完善，导致BIPV面临制造成本高、技术积累不成熟、确实政策扶持等难题，最终很难发展起来。

直到最近两年，我国光伏产业站在世界前列，BIPV产业才开始具备了大规模产业化发展的良好基础。

根据IMSIA数据统计，2019年全球BIPV总装机量为1.15GW，渗透率仅有1%。

整体看来，全球BIPV市场处于起步时期，距离规模化发展尚远。

然而近年随着全球各国减排目标不断提升，建筑迈向近零能耗是未来发展趋势，BIPV产业发展在逐渐加快。此背景下，全球BIPV市场规模也随之“水涨船高”。

Grand View Research机构乐观估计，全球BIPV市场规模将在2025年达到367.4亿美元。

实际上，我国发展BIPV产业要取得的经济价值要远高于那些发达国家。

我国是世界上太阳能资源最为丰富的国家之一，除东北的少数地区外，其他地区年平均日照时数都在2600小时以上，充足的日照使得BIPV发电效益并不差。

早在2009年我国就启动了“太阳能屋顶计划”，并在当年开展了111个太阳能光电建筑应用示范项目，装机容量达到91MW。到了2011年，我国光电建筑装机容量已为535.6MW。

2019年“电改”加速后，BIPV有了更多参与竞争的机会。同期，中国成立首个BIPV联盟，通过政策引导+资本助力，攻克“卡脖子”技术，拉开了BIPV发展新时代序幕。

此外，“十四五”规划以及“碳中和”也在明确指出煤炭消费达峰甚至负增长的目标。这意味着光伏迎来重要发展时机，BIPV在迎来最强风口！

以2018年为例，我国BIPV的市场累计安装规模仅为1.1GW左右，市场规模预计不足50亿。根据国家统计局数据，我国每年的建筑竣工面积在40亿平方米左右，若按照2%的BIPV渗透率，仅新建建筑的年增量空间就在一千亿以上，远高于目前的市场容量。

BIPV的整个产业链共分为三部分：上游光伏电池生产企业、中游BIPV系统集成商、下游BIPV应用。从整个产业链分布的情况看，中游的BIPV系统集成服务有望成为利润最丰厚的环节。

隆基股份和特斯拉是当前布局BIPV的两大巨头。隆基股份面对的是ToB市场，特斯拉是ToC市场。

上面已经提到过，特斯拉是通过收购本土太阳能系统安装商进入BIPV赛道。2019年10月，特斯拉推出Solar Roof第三代。第三代Solar Roof使用黑色纹理玻璃制成新型瓷砖，将组件和屋顶一体化，面向欧美住宅和其它市场的高端住宅市场。

BIPV在未来达到万亿市场规模是必然发展趋势，马斯克曾多次公开表示，太阳能屋顶会成为特斯拉继电动车后的另一个核心业务。

除特斯拉以外，国内光伏组件巨头隆基股份依托在BAPV累积的经验，进军BIPV市场。2019年6月，隆基股份开始建设首座BIPV工厂，2020年8月发布首款BIPV产品“隆顶”。其他光伏企业，如晶科、汉能、中信博、英利能源等也在纷纷推出自己的BIPV产品。

不过随着光伏平价临近，“补贴驱动”向“需求驱动”转变，BIPV会重新迎来新发展契机。届时，具有品牌、渠道、集中度等优势的龙头企业机会明显。

下面是主要BIPV厂商梳理：

特斯拉（TSLA）： 全球BIPV光伏龙头，主打太阳能发电屋顶BIPV产品Solar Roof，目前已经推出第三代。

隆基股份（601012）： 国内BIPV光伏龙头，对标特斯拉。2019年才开拓BIPV市场，2020年就推出“隆顶“、”隆锦“等BIPV产品，面向工商业屋顶客户供货。公司规划未来5年BIPV收入要达百亿级别。

中信博（688408）： BIPV业务尚处于起步阶段。2016年研发BIPV系统，作了充分的技术和市场积累。2017年推出第一款BIPV产品——智顶。2019年承接国内江西唯美陶瓷40.9MW、江苏东方日升3MWBIPV项目，当年贡献百万级别收入规模。2020年公司推出智顶迭代产品，BIPV业务进一步成熟。

（文章来源于：解析投资）

高 峰

�(中国科学院资源环境科学信息中心 兰州 730000)

摘要：太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用 的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，其开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源 带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。当前， 太阳能开发利用技术及其推广应用突飞猛进，1997年，全球太阳能电池的销售量增加了40% ，成为全球发展最快的能源。太阳能热水器已形成行业，正以其优良的性能价格比不断地 冲击燃气、电热水器市场；太阳能热电站也已商业化，是大型太阳能电站的希望所在；光电 技术发展更快，表现在光电转换效率的不断提高和光电池制造成本的不断下降以及各种新型 太阳能电池的问世。各国对太阳能的开发利用给予了极大关注，突出表现在各国政府推出的 光伏计划，如德国的“千顶计划”，日本的“朝日七年计划”以及美国的“百万屋顶计划” 等。以色列在其房屋太阳能热水器安装率达80%的情况下，更是明文规定，凡新建房屋必须 配置太阳能热水器。我国太阳能开发利用有其成功之处，但也存在诸多问题和不足。在综合 分析我国太阳能开发利用现状的基础上，对进一步发展我国太阳能产业进行了如下思考：① 重视太阳能 开发利用，迎接太阳能经济时代；②加大投资力度，实施强化的光电发展战略；③加大政策 优惠程度，扶植太阳能热水器行业；④发挥资源优势，转化产业优势。

在跨入21世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保 严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在 常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染，温 室效应都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源 的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步 ，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得 到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。�

1 太阳能与化石能源的简要比较

1．1 化石能源带来的问题

(1)能源短缺

由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满 足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能 延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年〔1〕。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。

(2)环境污染

当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。 这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。

(3)温室效应

化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全 球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国 际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。

1．2 阳能资源及其开发利用特点

(1)储量的“无限性”

太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍〔2〕。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。�

(2)存在的普遍性

虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。�

(3)利用的清洁性

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。

(4)利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费，有关研究结果表明〔3〕，太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。

1.3 21世纪后期太阳能将占主导地位

世界各国，尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性，各国专家都看好太阳能等可再生能源，尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消 费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话，那么21世纪则是可再生能源的世纪， 太阳能的世纪。据权威专家估计〔4〕，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的3/5，燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中， 太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果(如图1所示) 表明，太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%的比例，次于核能居第二位，21世纪末太阳能将取代核能居第一位〔5〕。壳牌石油公司经过长期 研究得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更 乐观地估计，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能〔2〕。正如世界观察研 究所的一期报告所指出：正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。其最新一期 报告则指出，1997年全球太阳电池的销售量增长了40%，已成为全球发展最快的能源①①。

2太阳能开发利用技术及其产业化的现状与发展趋势�

人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢，现代意义上的开发利用只是近半个 世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发 利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危 机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及其产业异 军突起，成为能源工业的一支生力军。迄今为止，太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归 结为太阳能热利用和光利用两个方面。太阳能利用的具体形式和用途如图2所示〔2〕。�

图2太阳能利用系统

2.1太阳能热利用及其产业发展�

根据可持续发展战略，太阳能热利用在替代高含碳燃料的能源生产和终端利用中大有用武之 地。从图2可以看出，太阳能热利用具有广阔的应用领域，可归纳为太阳能热发电(能源产出 )和建筑用能(终端直接用能)，包括采暖、空调和热水。当前太阳能热利用最活跃、并已形 成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。�

2.1.1 太阳能热水器�

在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击 电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太阳能热水器发展很早，但80年代的石油降价，加 之取消对新能源减免税优惠的政策导向，使工业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几十万平方米。据报道，1992年国外太阳能热水器总量为45万m2，其中日本为20万m2，美国 为12万m2，欧洲为8万m2，其他国家为5万m2。世界环境发展大会之后，许多国家又开 始重视太阳能热水器在节约常规能源和减少排放CO2方面的潜力，仅据美国加州首府萨克 门托市的计划，到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电热水器；到2000年日本太 阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器 。目前，我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万m2 ，为世界其他各国销售量之和；1995年销售量翻番，达100万m2。据初步统计，1997年我 国太阳能热水器销售量300万m2，目前，我国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装 的企业达到1000余家，年产值20亿元，从业人数1.5万人能源工程，1999 ，(1)：59。但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达80%，日本为11%，台 湾达2.7%.〔6〕.，我国在千分之几左右，其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国 际上，太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展，目前其产品的发 展方向仍注重提高集热器的效率，如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层， 以减少热量损失；聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国和以色列批量生产。.

随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和 燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但 太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐 显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果.〔3〕.，从中可以看出，太阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。��

表1三种热水器经济指标对比

项目品种寿命(年)

使用天数 (天)

购置费用�(元)

运行费用�(元)

总投资�(元)

备 注

太阳能热水器

10～15

300*2300

250

2550

均以日

产水量电热水器

5～8

300

1000

4500

550080kg

水温40燃气热水器

6

300

5003

700420

0～60℃计算

*有关专家认为该数字应为250天左右。��

2.1.2 太阳能热发电技术�

80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。Luz国际公司在美国 南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总功 率为354MW，约占当地电网容量的2%〔7〕。9座电站中最大的容量为80MW，约有900条 聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策 ，迫使第10号电站停建，公司宣告破产。另一颇具实力的Solel公司也在致力于太阳能热发 电，它于1992年接收了破产的Luz公司的技术，将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲 。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造 一座70MW的槽型太阳能热发电装置，并计划在以色列建一座200MW的电站，同时正在洽谈在 北美洲和另两洲建三座电站，每座200～300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年 的悉尼奥运会，它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体，为奥运村旅馆和运动会 主会场提供10MW的电力〔7〕。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电 项目，计划于2003年完工，届时将是世界上最大的太阳能电站。此外，它的阿莫科石油公司 将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站沙特阿拉伯《中东报》，1997年12 月1日报道。�

目前，太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是：①30～80MW线聚焦抛物面槽式太 阳热发电技术(简称抛物面槽式)；②30～200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术(简称塔式 )；③7.5～25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。在上述三种技 术中，抛物面槽式领先一步，美国加州的9座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展 现状。塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术，目前只有美国巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的电站，功率为43MW，该电站成功运行两年后，两家美国电力公司计划建两座1 00MW的电站〔8〕。为了提高塔式电站的效率，有人提出了一种新想法〔8〕， 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置，采用甲烷重整 工艺，以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电，可以在 偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式，太阳热发电技术在经济上是可行的， 而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中，由于技术进步及容量的增 大，电站的装机造价和发电成本显著下降，1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW，发 电成本26.5美分/kWh；到1990年的Ⅷ号电站(80MW)，造价降至3011美元/kW，发电成本降到 8.9美分/kWh.〔9〕.。因此，抛物面槽式在太阳能丰富的地区，经济上已能与燃油的 火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算， 如果考虑设备的折旧和还贷，太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh，如果 不考虑设备折旧，仅计入运行和维护费用，则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh，而火力 发电站的成本为0.8元/kWh.〔9〕.。有人估算过13种太阳热电站在不同日照射条件下 的发电成本.〔8〕.，结果表明，随着年产电量的增加，主要是随着机组容量的增大、 日射强度的增高、部件和系统的进一步改进，发电成本显著下降。进而对地中海国家的太阳 能热发电应用进行过可行性研究，认为太阳能的热利用在这一地区具有特殊重 要性，具有巨大的市场潜力。一方面，地中海国家技术水平高、资金雄厚，且有很好的太阳 热发电示范和早期商业化基础；另一方面，未来几十年里，地中海国家能源需求量大，每年 要新增5～6GW，加之该地区太阳能资源丰富，年辐射强度大于1700kWh/m\+2的面积达到700 万km\+2，太阳热可发电容量达1200GW，是目前全球电力需求的4倍。所有这一切形成了地中 海地区广阔的太阳能热发电市场。� 2�2太阳能光电技术及其产业�

2.2.1太阳能光电已成为全球发展最快的能源�

50年代第一块实用的硅太阳电池的问世，揭开了光电技术的序幕，也揭开了人类利用太阳能 的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来，太阳能光电技术发展迅 猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出，利用太阳能获取电力已成为全球发展最 快的能量补给方式。报告说，1990年以来，全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增，目前总发电能力已达800MW，相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能，1998，(4)：22。�

2.2.2提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键�

当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中，太阳能光 电仍是花费最高的一种形式，因此，发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工 艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率。近年 来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低， 应用领域不断扩大。目前，世界太阳电池年产量已超过150MW，是1944年产量的两倍还多， 如表2所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%，澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已 达24.4%；多晶硅太阳电池效率也达14%，实验室最大效率为19.8%；非晶硅太阳电池的稳 定效率，单结6～9%，实验室最高效率为12%，多结电池为8～10%，实验室最高效率为11.83 %.〔10〕.。表3��〔11〕�为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于 生产规模的扩大，生产工艺的改进，晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3～3�5美元/W �p，售价也相应降到4~5美元/W�p；非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元，多结售价为4～5 美元/W�p��〔10〕�。与十年前相比，太阳光电池价格普遍降低了20%。最近，瑞士联邦 工学院M·格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池，其光电转换率高达33%，并成功地采用 了一种无定形有机材料代替电解液，从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少，使 用起来也更加简便��〔12〕�。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，光电池成本及 售价将会大幅下降。表4��〔13〕�为地面用光伏组件成本/价格的预测结果，表5为美国 国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计��〔14〕�。对比表4， 表5，可以看出，2010年以后，由于太阳能电池成本的下降，可望使光伏技术进入大规模发 展时期。��

表2世界光电组件的产量及年增长率

年份1989199019911992199319941995199619971998

年产量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612 2150年增长率(%)12%15%8%5%16%15%12%35%23%�

表4地面用太阳能电池组件成本/价格预测(美元)

电池种类1990199520002010

单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00

多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00

聚光电池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67

非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25

薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25�

表5太阳能电池成本与市场的关系

太阳能电池成本�(美元/峰瓦)可进入的市场

＞6少量应用2～5通信、边远地区

1～2城市屋顶系统＜1大规模发电

表3商品化光伏直流组件效率预测(%)

电池技术199019952000 2010

单晶硅12151822

浇铸多晶硅11141620

带状硅12141721

聚光器(光电池)17202530

非晶硅(包括叠层电池)5～67～91014

CuInSe\-2-8～101214

CdTe-8～101214

低成本基片硅薄膜-8～101215

球粒电池-101214\= 2�2�3光伏新技术发展日新月异�

近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速，日新月异。晶体 硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转 换效率的主要技术障碍有：①电池表面栅线遮光影响；②表面光反射损失；③光传导损失； ④内部复合损失；⑤表面复合损失。针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有：① 单双层减反射膜；②激光刻槽埋藏栅线技术；③绒面技术；④背点接触电极克服表面栅线遮 光问题；⑤高效背反射器技术；⑥光吸收技术。随着这些新技术的应用，发明了不少新的电 池种类，极大地提高了太阳能电池的转换效率，如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用 激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%，他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池，约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5～8美分/kWh.〔15〕.。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得 重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但其成本难 以大幅度下降，而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年 前，澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%，为此， 澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究，并希望10年内使该项技术商业化.〔16〕.。�

高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，近年来，一些 新型高效电池不断问世。专家推断，只要有一二种取得突破，就会使光电池局面得到极大的 改观。�

(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池..〔17〕.：1974年CIS电池在美国问世，1 993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%，由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%，多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点，各国都在争相研究开发，并积极探索大面积 应用的批量生产技术。�

(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕：通过非晶硅与窄禁带材料的层叠，是有效利用 长波太阳光，提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明，把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。�

(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕：Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率，这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作，并能以低于1美元/W�p的成本获得超 高效率。�

(4)大面积光伏纳米电池〔20〕：1991年瑞士M.Grtzel博士领导的研究小组 ，用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料，和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出 微晶颜料敏感太阳能电池，简称纳米电池。计算表明，可制造出转换效率至少为12%的低成 本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。�

2.2.4各国的光伏计划雄心勃勃�

随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。目前，已建成多座兆瓦级光伏电站，最大的是位于美国加州的光伏电站，容量为6.5MW. p，现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站，容量为50MW.p，估计2003年可建成供电，总 投资1775万美元新能源，1997，19(2)：23。而在美国准备建造的另一座电 站规模将达到100MW.p，已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外，一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目，显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年，德国政府率 先推出的“千顶计划”，至1997年已完成近万套屋顶光伏系统，每套容量1～5kW.p，累计 安装量已达33MW.p，远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝 日七年计划”，计划到2000年安装16.2万套屋顶系统，总容量达185MW.p，1997年又再次 宣布实施“七万屋顶计划”，每套容量扩大到4kW.p，总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶 计划”，总投入5500亿里拉，总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美 国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”，计划从1997年开始至2010年，将在百万个 屋顶上，安装总容量达到3025MW.p的光伏系统，并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋 顶计划的实施，将有力地促进太阳能光电的应用普及，使太阳能光电进入千家万户。�

与此相呼应，当前世界上实力雄厚的10家光伏公司，虽然目前的生产能力都不大，但都有雄 心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为：Kyocera公司和夏普公司60MW，BP太阳能公司50MW ，西门子公司和Solarex公司30MW，壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW，Photo wott公司， AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测，2003年世界光电池的生产能力将达 到350MW，而2010年的光电池组件交易量将达到700～4000MW/年②�。�

光伏技术发展的趋势，近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各 种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破，逐步过渡到与建筑一体化的大型并 网光伏电站的发展。�

2.3太阳能光电制氢�

70年代科学家发现：在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体，可对水的电解提供所需能 量，并析出O2和H2，从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光 电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展，使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳 选择。�

1995年，美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压，通过固定两 个光粒子床的方法，来解决水的光催化分离问题取得成功〔22〕。其两个光粒子床概 念的光电化学水分解机制为：�

H2的光反应4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+�

O2的光反应4OH-+M+→O2+2H2O+4M°�

净结果为：2H2O→2H2+O2(其中M为氧化还原介质)�

近来，美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该 装置的太阳能转换率为12.5%，效率比水的二步电解法提高一倍，制氢成本也只有电解法的 大约1/4〔23〕。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极，铂对极，电解质为硝酸 钾，在太阳光照射下制得了氢，光能利用效率为15%左右〔24〕。�

在太阳能制氢产业方面，1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂，沙特阿拉伯已建成 发电能力为350kW的太阳能制氢厂〔24〕。印度于1995年推出了一项制氢计划，投资4 800万美元，在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢，用光伏-电解 系统制得的氢，以金属氧化物的形式贮存起来，保证运输的安全新能源，17(3)，19 95，19。自90年代以来，德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美 国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久，最近用SH作为汽车燃料-压缩天 然气的一种添加剂，使SH在高价值利用方面获得成功〔25〕，为氢燃料汽车的实用化 提供了重要基础。其他，在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。�

由于氢是一种高效率的含能体能源，它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品 质纯净、贮存便捷等许多优点

中国光伏企业天合光能和ReneSola年底前发布公告，预示明年光伏组件企业将在国内巨大新增需求支持下迎来潮水般的订单。预计明年类似的企业公告将接踵而来，为光伏类股告别三年来的低迷状态、步入反弹通道源源不断地提供弹药。不过，在光鲜的消息背后，也存在下档风险，即这些巨额订单的支付可能来得迟缓，因很多光伏电站运营者是大型国有实体，后者可能缺乏资金支持雄心勃勃的新项目，也没有技术来运作这些电站。

我当然也不愿意给中国光伏组件行业的复苏泼太多冷水。受产能过剩影响，中外光伏企业自2011年上半年以来都经历了长期痛苦的下滑。工厂关闭和破产令很多老旧和效率低下的产能被淘汰，多数生存下来的企业明年都可能恢复盈利。中国政府规划到2015年国内累计光伏发电装机容量达到35吉瓦（GW），而两年前这一数字还几乎为零。这项极其激进的规划目标为光伏行业的复苏提供了强力支撑。

要实现这一目标并非易事，但是大型国有企业显示他们将掀起光伏建设热潮，帮助政府实现规划目标。天合光能宣布刚刚签署新的框架协议，与新疆当地合作建设1吉瓦光伏发电项目。投资者为这一消息欣喜异常，天合光能股价在公告发布后的纽约早盘交易中大涨逾7%。

天合光能将与吐鲁番当地政府在从明年开始的四年时间里合作建设一系列项目。头两期工程设计光伏发电能力300兆瓦（MW），并于2014年底实现与国家电网并网。在免责公告中，天合光能表示每个新一期项目在动工前都将需要获得地方政府和中国国家电网运营企业的批准。

ReneSola也发布了类似公告，称将在中国西部地区建设三个光伏电站，总装机容量为60兆瓦。根据合作协议，ReneSola将负责建设电站，并在竣工后转售给江苏一家长期持有者。ReneSola股价也获得提振，在纽约早盘交易中上涨了近5%。

这种“建设+转让”模式正逐步流行起来，阿斯特阳光电力(CSIQ.O:行情)就精于这种商业模式。该公司在之前两个月曾宣布了涉及中国市场的三个独立协议，合计将供应232兆瓦光伏组件。

这些看上去无疑都是好消息，但这些项目的结算可能是个大问题。大型国有企业通常都会急于响应政府号召，即使自身可能缺乏项目建设所需的资金和技术。一位消息人士告诉我，一些组件厂商即使还未收到任何资金，就已经开始为这类客户启动光伏电站项目。我预计，多数组件企业最终会收到支付款项。但是，随着这轮建设高潮大面积铺开，我怀疑其中会出现很多问题，工程延期甚至半途而废都有可能。

一句话：天合光能和ReneSola公布的新协议标志着中国将掀起新一轮光伏电站建设热潮，不过一些新项目可能会碰到延期和融资难题。

尽管近期一些观点声称2014年的光伏装机量将达到55GW，但市场调研机构IHS对这种观点持否定态度，该机构最新的太阳能需求季度报告显示，2014年全球光伏系统装机量将呈两位数百分比增长，安装量将介于40-42GW之间。

该报告预测，2013年全球光伏系统装机量将达到35GW，而2014年的安装量将有15%的增幅，达到40GW左右。

虽然该机构看好光伏产业的潜力以及安装量的增长，但仍警告产业可能将遭遇到一些风险。

中国：IHS预测2014年中国市场的光伏系统安装量将在9.5GW左右，远低于发改委规划的12GW目标。这主要是由于缺乏对分布式光伏发电的政策细则支持。在发改委的12GW规划目标中，分布式光伏的规模占8GW，而IHS认为这一目标是不可能实现的。相对高昂的成本、并网的不确定性以及缺乏足够的屋顶空间将对中国2014年的光伏扩张规划造成阻碍。该机构期望发改委能够在年底前公布分布式光伏发电的实施细则。

日本：该机构认为日本光伏市场可能会变得“喜忧参半”。最近日本市场接连出现了一些负面消息：首先，日本经济、贸易与产业部（METI）正就为何只有十分之一的批准光伏项目建成一事展开调查。针对这一延误事件，METI很可能将采取严厉的制裁措施，其中包含取消对未建光伏项目的上网电价补贴补贴。IHS预计这些项目将不会被批准建设。其次，日本颇具吸引力的上网电价补贴政策即将到期，由于缺乏政府支持，该政策在下一财年是否会重新开放还存在不确定性。同时，明年针对非住宅项目的FIT补贴费率降幅将达到20%。最后，日本政府近期对温室气体排放的态度转变很可能会减弱其对可再生能源的支持。但日本市场仍可能保持增长势头，该机构认为2014年该国的光伏市场将是风险与机遇并存。

新兴市场：新兴市场的发展则可能会让许多人失望。IHS预测新兴市场的光伏系统装机量将从今年的5.4GW增长至2014年的7.7GW。各个新兴市场之间发展并不平衡，每个地区的增长速率不尽相同。一些市场不依赖于直接补贴，而是招标机制或私人的购电协议，而从项目公布到实际安装可能会花费几年的时间。智利和南非的案例表明，高达几个GW的安装规划在2013年的实际安装分别只有100MW及200MW。

尽管存在着上述风险，该机构仍看好2014年太阳能产业的发展，并预测2014年整个市场将呈两位数百分比增长，且许多企业重返盈利轨道。该机构表示，40GW的安装量是肯定可以实现的（即使存在着上述风险），但需求是绝对不可能达到55GW的。

通过对100多个国家与地区的分析，该机构并不认为明年将出现光伏元件短缺现象，价格亦不会大幅增长。不过，可以预见，市场对光伏组件、逆变器以及BOS的需求将适度下跌。

据NPDSolarbuzz最新研究报告UnitedStatesDealTracker显示，2013年12月30日---在过去的一年中，美国等待安装的太阳能光伏项目储备增长了7%，现已超过43GW，这将足以供六百万户以上住宅的电力使用。

Solarbuzz认为，美国太阳能光伏项目储备过去以100MW以上的大项目为主，但如今的增长主要由30MW以下的中小项目驱动。不断增长的太阳能光伏项目储备表明美国光伏产业发展良好，NPDSolarbuzz预测2014年美国将成为继中国和日本之后的第三大太阳能光伏市场。

NPDSolarbuzz高级分析师MichaelBarker表示：“这些计划新建或在建的太阳能光伏电站的增长,预计将带动美国光伏应用保持每年双位数的增长率。以装机容量来看，在各州的可再生能源配额制强制要求的刺激下，20MW以上的大型电站仍将继续主导美国光伏产业。不过受益于去年太阳能光伏系统价格的下滑，如今各种规模的电站项目都变得越来越可行。”

为了能在政策到期之前获得30%的美国投资税收抵免（ITC），如今美国太阳能光伏项目开发商将不得不迅速从“初步计划”和“计划”阶段转向“建设”或“完工”阶段。

NPDSolarbuzz分析师ChristineBeadle表示：“美国的全额投资税收抵免优惠税率将于2017年下调。在仅剩的三年时间里，美国太阳能光伏电站开发商计划在截止日期之前完成电站建设，或完成大部分的施工。也正因如此，美国电站开发焦点将转向规模相对较小的项目，以求能在较短的时间内完工。”

目前，一些100MW以上的超大规模光伏电站正主导着美国短期太阳能光伏部署。这些电站包括MountSignalSolar，CopperMountain，Calexico，DesertSunlight和Topaz项目，这些项目目前正处于开发阶段或稳步建设阶段。美国前十大太阳能光伏电站在未来三年内将占到5GW以上的太阳能光伏装机容量。

然而，由于小型光伏电站的规划及完工周期较短，太阳能光伏电站开发商现已将焦点转移到开发30MW以下的电站项目上。在过去的一年中，美国光伏项目储备中这种规模的项目已增加到2,100个以上，同比增长33%。

北方邦与总部驻孟买的Essel InfraProjects Ltd就其中规模最大（50兆瓦）的一座光伏电站签署PPA。值得指出的是，这些合同均基于南方邦2013年光伏发电政策下的招标，该政策旨在2017年光伏装机量达500兆瓦。

其他胜出的投标者还包含Moser Baer公司（新德里，20兆瓦）、AzureSurya Pvt. Ltd.（新德里、10兆瓦）以及JacksonPower（诺伊达、10兆瓦）。

短期PPAs，更高价格

总部驻金奈（Chennai）的RESolve EnergyConsultants指出，在印度任何邦的招标流程中，10年的PPA为期最短，受到开发商的青睐。PPAs将以每千瓦时8.01-9.33印度卢比（0.130-0.15美元）的价格支付，是印度全国招标流程中的最高价格。

RESolve还表示，几乎所有的项目都位于本德尔坎德（Bundelkhand）地区，临近拉贾斯坦邦，该邦具有出众的太阳能条件。

台湾经济部为太阳能产业再添动能，决定调高今(2014)年装置目标量至210百万瓦（MW），较去年成长2成。能源局内部估算，若以1千瓦KW设置成本8万到10万元间，今年210MW等同于有210亿元(新台币)产值产出。今年收购价格降幅趋缓至12.5％，能源局最快在本月中、下旬，展开年度招标作业。

由于太阳能成本下降速度相当快，为了避免业者抢申设赚取高额成本利差，经济部每年会管制申设总额，因此自2010年起总量管制在64MW、2011年为70MW、2012年100MW、2013年暴增到175MW。

能源局安排的210MW当中，分为免竞标与开放竞标两个额度，据了解，今年免竞标量为60MW，较去年增加15MW量；需要竞标量为150MW，较去年多了20MW。至于需要竞标的目标量，能源局每月会按比例释出，预期1月中、下旬就可以立即对外招标12.5MW量。

全球调用机构Energytrend最新报告称，受到太阳能系统安装成本持续下降，以及电价不断攀升，再加上趸购电价持续下滑，导致欧美地区的屋顶型市场持续成长。据EnergyTrend观察显示，部分地区自发自用省下电费所带来的投资报酬率已经超过大型太阳能电站的投资报酬率，自发自用市场的渗透率持续扩大。

由于欧美地区对于大型太阳能电站的补贴持续缩水，造成投资报酬率明显下滑，使得大型电站的发展受到考验，根据EnergyTrend的调查显示，德国市场大型太阳能电的投资报酬目前约在8%~12%之间，大型电站的投资热度持续下滑。另一方面，由于趸购电价明显调降，投资者为求维持基本的投资报酬率，持续要求供应商调降价格，目前组件价格已跌破US$0.7/watt，再加上BOS(Balanceof System)的成本也开始下滑，使得系统成本来到US$3.0/watt附近。虽然大型电站的市场发展出现疑虑，但受惠于系统成本的下降，以及持续高涨的电价，屋顶市场反而逆势上扬，例如2013年美国加州屋顶市场成长约在85%~90%。

另一方面，屋顶型市场的成长有可能挤压到传统电力公司的营收。就过去的商业模式来看，传统电力公司收购再生能源电厂的电力，再转售给消费者，达成三方互惠的局面。然而随着电价的攀升与趸购电下滑，再加上发电成本的下降，部分地区自发自用(Self-Consumption)所省下的电费支出已经优于趸购电价的收入，消费者更倾向采用自发自用的屋顶型太阳能发电系统。以目前的发展趋势来看，传统电力业者的收入将会受到影响，例如近期西澳地区的电力业者就表示电力需求出现下滑。然而对于仍使用传统电力的用户们有可能面临更大的经济压力，由于并网附加费用(surcharge)持续走扬，连带影响电价走势，而仍使用传统电力的用户们等于要花费更多的电费支出，并负担更多的并网成本，间接造成不公平的情况。

1．1 化石能源带来的问题

(1)能源短缺

由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满 足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能 延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年〔1〕。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。

(2)环境污染

当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。 这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。

(3)温室效应

化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全 球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国 际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。

1．2 阳能资源及其开发利用特点

(1)储量的“无限性”

太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍〔2〕。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。�

(2)存在的普遍性

虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。�

(3)利用的清洁性

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。

(4)利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费，有关研究结果表明〔3〕，太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。

1.3 21世纪后期太阳能将占主导地位

世界各国，尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性，各国专家都看好太阳能等可再生能源，尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消 费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话，那么21世纪则是可再生能源的世纪， 太阳能的世纪。据权威专家估计〔4〕，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的3/5，燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中， 太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果(如图1所示) 表明，太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%的比例，次于核能居第二位，21世纪末太阳能将取代核能居第一位〔5〕。壳牌石油公司经过长期 研究得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更 乐观地估计，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能〔2〕。正如世界观察研 究所的一期报告所指出：正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。其最新一期 报告则指出，1997年全球太阳电池的销售量增长了40%，已成为全球发展最快的能源①①。

2太阳能开发利用技术及其产业化的现状与发展趋势�

人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢，现代意义上的开发利用只是近半个 世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发 利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危 机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及其产业异 军突起，成为能源工业的一支生力军。迄今为止，太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归 结为太阳能热利用和光利用两个方面。太阳能利用的具体形式和用途如图2所示〔2〕。�

图2太阳能利用系统

2.1太阳能热利用及其产业发展�

根据可持续发展战略，太阳能热利用在替代高含碳燃料的能源生产和终端利用中大有用武之 地。从图2可以看出，太阳能热利用具有广阔的应用领域，可归纳为太阳能热发电(能源产出 )和建筑用能(终端直接用能)，包括采暖、空调和热水。当前太阳能热利用最活跃、并已形 成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。�

2.1.1 太阳能热水器�

在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击 电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太阳能热水器发展很早，但80年代的石油降价，加 之取消对新能源减免税优惠的政策导向，使工业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几十万平方米。据报道，1992年国外太阳能热水器总量为45万m2，其中日本为20万m2，美国 为12万m2，欧洲为8万m2，其他国家为5万m2。世界环境发展大会之后，许多国家又开 始重视太阳能热水器在节约常规能源和减少排放CO2方面的潜力，仅据美国加州首府萨克 门托市的计划，到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电热水器；到2000年日本太 阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器 。目前，我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万m2 ，为世界其他各国销售量之和；1995年销售量翻番，达100万m2。据初步统计，1997年我 国太阳能热水器销售量300万m2，目前，我国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装 的企业达到1000余家，年产值20亿元，从业人数1.5万人能源工程，1999 ，(1)：59。但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达80%，日本为11%，台 湾达2.7%.〔6〕.，我国在千分之几左右，其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国 际上，太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展，目前其产品的发 展方向仍注重提高集热器的效率，如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层， 以减少热量损失；聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国和以色列批量生产。.

随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和 燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但 太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐 显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果.〔3〕.，从中可以看出，太阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。��

表1三种热水器经济指标对比

项目品种寿命(年)

使用天数 (天)

购置费用�(元)

运行费用�(元)

总投资�(元)

备 注

太阳能热水器

10～15

300*2300

250

2550

均以日

产水量电热水器

5～8

300

1000

4500

550080kg

水温40燃气热水器

6

300

5003

700420

0～60℃计算

*有关专家认为该数字应为250天左右。��

2.1.2 太阳能热发电技术�

80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。Luz国际公司在美国 南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总功 率为354MW，约占当地电网容量的2%〔7〕。9座电站中最大的容量为80MW，约有900条 聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策 ，迫使第10号电站停建，公司宣告破产。另一颇具实力的Solel公司也在致力于太阳能热发 电，它于1992年接收了破产的Luz公司的技术，将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲 。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造 一座70MW的槽型太阳能热发电装置，并计划在以色列建一座200MW的电站，同时正在洽谈在 北美洲和另两洲建三座电站，每座200～300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年 的悉尼奥运会，它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体，为奥运村旅馆和运动会 主会场提供10MW的电力〔7〕。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电 项目，计划于2003年完工，届时将是世界上最大的太阳能电站。此外，它的阿莫科石油公司 将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站沙特阿拉伯《中东报》，1997年12 月1日报道。�

目前，太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是：①30～80MW线聚焦抛物面槽式太 阳热发电技术(简称抛物面槽式)；②30～200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术(简称塔式 )；③7.5～25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。在上述三种技 术中，抛物面槽式领先一步，美国加州的9座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展 现状。塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术，目前只有美国巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的电站，功率为43MW，该电站成功运行两年后，两家美国电力公司计划建两座1 00MW的电站〔8〕。为了提高塔式电站的效率，有人提出了一种新想法〔8〕， 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置，采用甲烷重整 工艺，以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电，可以在 偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式，太阳热发电技术在经济上是可行的， 而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中，由于技术进步及容量的增 大，电站的装机造价和发电成本显著下降，1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW，发 电成本26.5美分/kWh；到1990年的Ⅷ号电站(80MW)，造价降至3011美元/kW，发电成本降到 8.9美分/kWh.〔9〕.。因此，抛物面槽式在太阳能丰富的地区，经济上已能与燃油的 火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算， 如果考虑设备的折旧和还贷，太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh，如果 不考虑设备折旧，仅计入运行和维护费用，则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh，而火力 发电站的成本为0.8元/kWh.〔9〕.。有人估算过13种太阳热电站在不同日照射条件下 的发电成本.〔8〕.，结果表明，随着年产电量的增加，主要是随着机组容量的增大、 日射强度的增高、部件和系统的进一步改进，发电成本显著下降。进而对地中海国家的太阳 能热发电应用进行过可行性研究，认为太阳能的热利用在这一地区具有特殊重 要性，具有巨大的市场潜力。一方面，地中海国家技术水平高、资金雄厚，且有很好的太阳 热发电示范和早期商业化基础；另一方面，未来几十年里，地中海国家能源需求量大，每年 要新增5～6GW，加之该地区太阳能资源丰富，年辐射强度大于1700kWh/m\+2的面积达到700 万km\+2，太阳热可发电容量达1200GW，是目前全球电力需求的4倍。所有这一切形成了地中 海地区广阔的太阳能热发电市场。� 2�2太阳能光电技术及其产业�

2.2.1太阳能光电已成为全球发展最快的能源�

50年代第一块实用的硅太阳电池的问世，揭开了光电技术的序幕，也揭开了人类利用太阳能 的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来，太阳能光电技术发展迅 猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出，利用太阳能获取电力已成为全球发展最 快的能量补给方式。报告说，1990年以来，全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增，目前总发电能力已达800MW，相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能，1998，(4)：22。�

2.2.2提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键�

当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中，太阳能光 电仍是花费最高的一种形式，因此，发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工 艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率。近年 来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低， 应用领域不断扩大。目前，世界太阳电池年产量已超过150MW，是1944年产量的两倍还多， 如表2所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%，澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已 达24.4%；多晶硅太阳电池效率也达14%，实验室最大效率为19.8%；非晶硅太阳电池的稳 定效率，单结6～9%，实验室最高效率为12%，多结电池为8～10%，实验室最高效率为11.83 %.〔10〕.。表3��〔11〕�为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于 生产规模的扩大，生产工艺的改进，晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3～3�5美元/W �p，售价也相应降到4~5美元/W�p；非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元，多结售价为4～5 美元/W�p��〔10〕�。与十年前相比，太阳光电池价格普遍降低了20%。最近，瑞士联邦 工学院M·格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池，其光电转换率高达33%，并成功地采用 了一种无定形有机材料代替电解液，从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少，使 用起来也更加简便��〔12〕�。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，光电池成本及 售价将会大幅下降。表4��〔13〕�为地面用光伏组件成本/价格的预测结果，表5为美国 国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计��〔14〕�。对比表4， 表5，可以看出，2010年以后，由于太阳能电池成本的下降，可望使光伏技术进入大规模发 展时期。��

表2世界光电组件的产量及年增长率

年份1989199019911992199319941995199619971998

年产量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612 2150年增长率(%)12%15%8%5%16%15%12%35%23%�

表4地面用太阳能电池组件成本/价格预测(美元)

电池种类1990199520002010

单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00

多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00

聚光电池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67

非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25

薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25�

表5太阳能电池成本与市场的关系

太阳能电池成本�(美元/峰瓦)可进入的市场

＞6少量应用2～5通信、边远地区

1～2城市屋顶系统＜1大规模发电

表3商品化光伏直流组件效率预测(%)

电池技术199019952000 2010

单晶硅12151822

浇铸多晶硅11141620

带状硅12141721

聚光器(光电池)17202530

非晶硅(包括叠层电池)5～67～91014

CuInSe\-2-8～101214

CdTe-8～101214

低成本基片硅薄膜-8～101215

球粒电池-101214\= 2�2�3光伏新技术发展日新月异�

近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速，日新月异。晶体 硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转 换效率的主要技术障碍有：①电池表面栅线遮光影响；②表面光反射损失；③光传导损失； ④内部复合损失；⑤表面复合损失。针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有：① 单双层减反射膜；②激光刻槽埋藏栅线技术；③绒面技术；④背点接触电极克服表面栅线遮 光问题；⑤高效背反射器技术；⑥光吸收技术。随着这些新技术的应用，发明了不少新的电 池种类，极大地提高了太阳能电池的转换效率，如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用 激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%，他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池，约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5～8美分/kWh.〔15〕.。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得 重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但其成本难 以大幅度下降，而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年 前，澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%，为此， 澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究，并希望10年内使该项技术商业化.〔16〕.。�

高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，近年来，一些 新型高效电池不断问世。专家推断，只要有一二种取得突破，就会使光电池局面得到极大的 改观。�

(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池..〔17〕.：1974年CIS电池在美国问世，1 993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%，由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%，多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点，各国都在争相研究开发，并积极探索大面积 应用的批量生产技术。�

(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕：通过非晶硅与窄禁带材料的层叠，是有效利用 长波太阳光，提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明，把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。�

(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕：Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率，这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作，并能以低于1美元/W�p的成本获得超 高效率。�

(4)大面积光伏纳米电池〔20〕：1991年瑞士M.Grtzel博士领导的研究小组 ，用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料，和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出 微晶颜料敏感太阳能电池，简称纳米电池。计算表明，可制造出转换效率至少为12%的低成 本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。�

2.2.4各国的光伏计划雄心勃勃�

随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。目前，已建成多座兆瓦级光伏电站，最大的是位于美国加州的光伏电站，容量为6.5MW. p，现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站，容量为50MW.p，估计2003年可建成供电，总 投资1775万美元新能源，1997，19(2)：23。而在美国准备建造的另一座电 站规模将达到100MW.p，已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外，一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目，显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年，德国政府率 先推出的“千顶计划”，至1997年已完成近万套屋顶光伏系统，每套容量1～5kW.p，累计 安装量已达33MW.p，远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝 日七年计划”，计划到2000年安装16.2万套屋顶系统，总容量达185MW.p，1997年又再次 宣布实施“七万屋顶计划”，每套容量扩大到4kW.p，总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶 计划”，总投入5500亿里拉，总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美 国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”，计划从1997年开始至2010年，将在百万个 屋顶上，安装总容量达到3025MW.p的光伏系统，并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋 顶计划的实施，将有力地促进太阳能光电的应用普及，使太阳能光电进入千家万户。�

与此相呼应，当前世界上实力雄厚的10家光伏公司，虽然目前的生产能力都不大，但都有雄 心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为：Kyocera公司和夏普公司60MW，BP太阳能公司50MW ，西门子公司和Solarex公司30MW，壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW，Photo wott公司， AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测，2003年世界光电池的生产能力将达 到350MW，而2010年的光电池组件交易量将达到700～4000MW/年②�。�

光伏技术发展的趋势，近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各 种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破，逐步过渡到与建筑一体化的大型并 网光伏电站的发展。�

2.3太阳能光电制氢�

70年代科学家发现：在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体，可对水的电解提供所需能 量，并析出O2和H2，从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光 电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展，使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳 选择。�

1995年，美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压，通过固定两 个光粒子床的方法，来解决水的光催化分离问题取得成功〔22〕。其两个光粒子床概 念的光电化学水分解机制为：�

H2的光反应4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+�

O2的光反应4OH-+M+→O2+2H2O+4M°�

净结果为：2H2O→2H2+O2(其中M为氧化还原介质)�

近来，美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该 装置的太阳能转换率为12.5%，效率比水的二步电解法提高一倍，制氢成本也只有电解法的 大约1/4〔23〕。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极，铂对极，电解质为硝酸 钾，在太阳光照射下制得了氢，光能利用效率为15%左右〔24〕。�

在太阳能制氢产业方面，1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂，沙特阿拉伯已建成 发电能力为350kW的太阳能制氢厂〔24〕。印度于1995年推出了一项制氢计划，投资4 800万美元，在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢，用光伏-电解 系统制得的氢，以金属氧化物的形式贮存起来，保证运输的安全新能源，17(3)，19 95，19。自90年代以来，德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美 国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久，最近用SH作为汽车燃料-压缩天 然气的一种添加剂，使SH在高价值利用方面获得成功〔25〕，为氢燃料汽车的实用化 提供了重要基础。其他，在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。�

由于氢是一种高效率的含能体能源，它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品 质纯净、贮存便捷等许多优点

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40min照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源，而且太阳能发电绝对干净，不产生公害，所以太阳能被誉为理想的能源。

（1）太阳能发电的优点

从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：

①无枯竭危险。

②绝对干净（无公害）。

③不受资源分布地域的限制。

④可在用电处就近发电。

⑤能源质量高。

⑥使用者从感情上容易接受。

⑦获取能源花费的时间短。

不足之处是：

①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积。

②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。

但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

（2）太阳能发电存在的问题

太阳能光伏发电还存在一些有待攻克的“弱点”。它的主要问题有以下几个方面。

①光电转化率很低。根据太阳能发电的基本原理，太阳光电池主要功能是将光能转换成电能，称之为光伏效应。这就使得我们在选取太阳能电池板原材料的时候，必须充分了解太阳光谱成分及其能量分布状况，必须考虑到材料的光导效应及如何产生内部电场，不仅要考虑材料的吸光效果，还要考虑它的光导效果。从目前太阳能发电的情况来看，即使采用目前最高效的材料进行光电转换，效率仍然很低，材料的选取仍旧是个有待提高的突破点。目前太阳能电池光电转化效率一般为10%～15%，因此，如何提高太阳能光伏发电的转换效率是我国及世界有关研究组织一直以来科技攻关的难题。

②光伏电池生产过程中存在高污染。从目前的实际状况来看，以单晶硅或多晶硅为主要原料的太阳能电池板正越来越多地点缀于城市建筑的屋顶、墙壁，成为一座座所谓“清洁无污染”的太阳能电站。然而，在这种被称为“绿色电站”的身后，却“隐藏”着一系列高能耗、高污染的生产过程。即使作为第三代太阳能电池的染料敏化电池来说，虽然它最大吸引力在于廉价的原材料和简单的制作工艺。据科学家估算，它的成本仅相当于硅电池板的1/10。但是此类电池的效率随面积放大而降低。这一点又与太阳能发电需要充足的日照和广域的面积相矛盾。

③所需光照受天气影响较大。太阳能发电所需的必要条件是光照指数，如果在阳光不太充足的多云天气或雨雪天气里，太阳光伏效应转换的效率会大幅度降低，难以满足向用电系统连续供电。

④光伏发电成本过高。在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但其成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。最近，SunPower（美国加州）公司研制的太阳能电池板效率达到22%，尽管其光电转化效率非常可观，但由于受原料价格和提纯工艺的限制，发电成本过高。所以太阳能发电系统仍需要人们不断地探索与完善。

首先说必然的不稳定，白天才能发电，晚上不能；夏天发电多，冬天发电少（通常）。

然后再说那些不确定性导致的不稳定。晴天发电多，雨雪天发电少，无遮挡发电多，有遮挡（比如云朵）发电少。

我也是刚发现很多人对这些不确定性认识并不深刻。只是下意识地知道发电量是无法精确估算的。其实更要命的是这些不确定导致了光伏无法作为主电源直接给负载供电的。说的再直白点，如果市电停电了，你家屋顶的光伏电站是不能继续发电用来应急的。

光伏发电的确便宜，平准化度电成本可能3毛钱都不到（LCOE），不过如果让这个电变成大家可以随便用的稳定供电成本就会高不少，度电成本翻一倍是起步，翻四五倍也不奇怪。这是美国加州2016/10/22的用电曲线，蓝线是加州电力负载，橘线是电力负载减去灰线(光伏发电)和风电的净负载，蓝色跟橘色曲线合起来看起来像只鸭子，所以叫「鸭子曲线」。

太阳能是种间歇性能源，白天，尤其是中午时段，是光伏发电最强的时刻，太阳一下山，发电量骤减，此时是下班时刻，各种家电打开，正需用电，就会造成问题。

一个地区的光电占比越高，鸭肚子越大或鸭脖子越细(傍晚用电)，造成的电力调度问题就会越大。

中午发电如果超过用电量，要设法消耗；傍晚则要快速将电能缺口补上，以免大停电。

美国是用天然气发电调节，燃气机组启动快速，适合短时间内填补电力缺口。

然而美国是天然气生产大国，多到可以出口，中国则要进口，此方法不适用中国，况且中国的光伏发电跟用电不在同一地。

中国光伏发电主要区域在西部，跟东部有时差，因此鸭子曲线的问题较小，主要是光伏发电受天气影响很大，并且峰值时段集中，没法稳定供给，依然要靠储能调节。

在1839年，光伏就被发现了，当时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，从而发年了“光生伏打效应”。到了1930年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”，使太阳能变成电能。

到了1954年5月，没过贝尔实验室恰宾、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。

光伏发展到今天，已经逐渐成为生活生产中的主力能源，包括独立光伏发电系统、并网光伏发电系统以及分布式光伏发电系统。