太陽能的發(fā)展現(xiàn)狀(圖)
2006/6/27 17:41:03 電源在線網(wǎng)
一、太陽能光伏技術(shù)
1．光伏產(chǎn)業(yè)及市場
國際光伏工業(yè)在過去15年平均年增長率為15％。90年代后期，世界市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，發(fā)展更加迅速。1997年世界太陽電池光伏組件生產(chǎn)達(dá)122MWp，比1996年增長了38％，是4年前的2倍，是7年前3倍，超過集成電路工業(yè)發(fā)展速度，超出光伏界專家最樂觀的估計(jì)。1998年光伏組件生產(chǎn)達(dá)到157.4MWp（表3-2），市場份額為晶硅電池87％，非晶硅電池12％，CdTe電池1％。如圖1所示。光伏發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到800MWp。
表3-2 1991－1998年世界光伏組件的銷售量（MWp）
在產(chǎn)業(yè)化方面，各國一直在通過改進(jìn)工藝、擴(kuò)大規(guī)模和開拓市場等措施降低成本，并取得了巨大進(jìn)展。以美國為代表，能源部1990年起動(dòng)了 PVMaT（光伏制造技術(shù)）的產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，通過國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）實(shí)施，并成立了國家光伏中心，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)共同進(jìn)行攻關(guān)，以求大幅度降低成本。這一計(jì)劃的實(shí)施已經(jīng)產(chǎn)生了非常明顯的效果，商品化電池效率從10－13％提高到12－15％。 生產(chǎn)規(guī)模從1－5MWp/年發(fā)展到5－20MWp/年，并正在向50MWp擴(kuò)大。生產(chǎn)工藝不斷簡化，自動(dòng)化程度不斷提高。三年來，世界的光伏組件的生產(chǎn)成本降低了32％以上，第一次降到3美元/Wp以下，國際市場光伏組件售價(jià)在4美元/Wp左右,這種趨勢還在繼續(xù)發(fā)展。美國光伏系統(tǒng)電價(jià)成本目標(biāo)：2005年光伏系統(tǒng)安裝成本3美元/Wp（11美分/kWh）, 2010年1.5美元/Wp（6美分/kWh以下）。歐洲和日本也有類似的計(jì)劃。競爭促使各發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)幾乎以大致相同的水平和速度向前發(fā)展。在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，印度在發(fā)展中國家處領(lǐng)先地位。目前印度有80個(gè)公司從事光伏工業(yè)和太陽電池組件的生產(chǎn)， 6個(gè)太陽電池制造廠12個(gè)組件生產(chǎn)廠，1997－1998年間，電池生產(chǎn)8.2MWp，組件生產(chǎn)11MWp，出口4MWp，預(yù)計(jì)2002年生產(chǎn)將達(dá)到50MWp/年；截止1998年，印度光伏系統(tǒng)安裝容量達(dá)到35MWp，計(jì)劃1998－2002安裝150MWp。
世界各大公司業(yè)紛紛制定和實(shí)施擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，98年初PVIR統(tǒng)計(jì)，正在實(shí)施和擴(kuò)產(chǎn)的新增能力為263.5MWp/年, 比1997年高出2倍，可以說，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正在騰飛，預(yù)測今后10年光伏組件的生產(chǎn)將以20％－30％甚至更高的遞增速度發(fā)展，2010年生產(chǎn)達(dá)到4.6GW/年，總裝機(jī)容量達(dá)到18GW。 快速發(fā)展的屋頂計(jì)劃、各種減免稅政策、補(bǔ)貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價(jià)格為光伏市場的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)。市場發(fā)展將逐步由邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村的補(bǔ)充能源向全社會(huì)的替代能源過渡。預(yù)測到下世紀(jì)中葉，太陽能光伏發(fā)電將達(dá)到世界總發(fā)電量15－20％，成為人類的基礎(chǔ)能源之一。
我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場發(fā)展經(jīng)過近二十年的努力已經(jīng)奠定了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。目前有4個(gè)單晶硅電池及組件生產(chǎn)廠和2個(gè)非晶硅電池生產(chǎn)廠。1998年我國太陽電池的產(chǎn)量為2.1MWp，約占世界產(chǎn)量的1.3%，總裝機(jī)容量12MWp占世界的1.5%。但在總體水平上我國同國外相比還有很大差距，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）生產(chǎn)規(guī)模小。我國幾個(gè)太陽電池組件廠的實(shí)際生產(chǎn)能力約為0.4～0.6MWp/年，生產(chǎn)的規(guī)模化程度比國外5－20MWp生產(chǎn)規(guī)模低一個(gè)多數(shù)量級(jí)；
2）技術(shù)水平較低。電池效率平均在10－13％，比國外平均低兩個(gè)百分點(diǎn)；封裝水平和質(zhì)量同國外有一定差距；
3）專用原材料國產(chǎn)化程度不高。專用材料如銀漿、封裝玻璃、EVA等曾列入國家“八五”攻關(guān)計(jì)劃，并取得一定成果，但性能有待進(jìn)一步改進(jìn)，部分材料仍然采用進(jìn)口品；
4）成本高。目前我國電池組件成本約35元/Wp（4.2美元/Wp），平均售價(jià)44元/Wp（5.3美元/Wp），成本和售價(jià)都高于國外產(chǎn)品。
5）市場培育和發(fā)展遲緩。我國地域廣大、人口眾多，7000萬人生活在無電地區(qū)，光伏發(fā)電的潛在市場非常巨大。光伏市場雖然逐年發(fā)展和擴(kuò)大，但在市場培育和開拓方面還缺乏相應(yīng)的支持政策、法規(guī)、措施，投入少，市場發(fā)展遲緩。對(duì)比之下，國外各大公司和世界銀行對(duì)開拓中國光伏市場表現(xiàn)出極大興趣和熱心。例如，世界銀行通過GEF（全球環(huán)境基金）項(xiàng)目向中國贈(zèng)款2500萬美元用于光伏市場開拓，總計(jì)10MW戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)；荷蘭政府向新疆贈(zèng)送近10萬套戶用光伏電源系統(tǒng)，價(jià)值1500萬美元；日本、美國、歐洲的一些公司也都有過類似的贈(zèng)送和示范項(xiàng)目，這對(duì)我國光伏事業(yè)的發(fā)展無疑是起著推動(dòng)和催化作用。面對(duì)能源和環(huán)境的雙重壓力以及將被開發(fā)出來的巨大市場，我國的光伏產(chǎn)業(yè)必須加快步伐迎接嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
2．國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展和重大突破
為降低光伏發(fā)電成本的各種研究開發(fā)工作一直在發(fā)達(dá)國家中緊張地進(jìn)行著。其中以晶硅材料為基礎(chǔ)的高效電池和薄膜電池是基礎(chǔ)研究工作中的熱點(diǎn)課題。澳大利亞新南威爾士大學(xué)高效單晶硅電池效率已達(dá)24.7％，美國、日本、德國的高效電池效率達(dá)到20％以上。澳大利亞新南威爾士大學(xué)多晶硅電池效率突破19.8％（1cm2），美國、德國等達(dá)到18％以上。日本Kyocera公司225cm2多晶硅電池效率達(dá)到17.1％。晶硅電池的這些成就對(duì)于產(chǎn)業(yè)界的促進(jìn)是很大的。薄膜電池的研究工作主要集中在非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜、CdTe、CIS上。非晶硅薄膜電池通過雙結(jié)、三結(jié)迭層和Ge-Si合金層技術(shù)，在克服光衰減和提高效率上不斷有新的突破，實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定效率已經(jīng)突破13.0％。CdTe電池效率達(dá)到15.8%，CIS電池效率18.8％。多晶硅薄膜電池的研究工作自1987年以來發(fā)展迅速，成為世界關(guān)注的新熱點(diǎn)。由于硅是地球上儲(chǔ)量第二大元素，作為半導(dǎo)體材料，人們對(duì)它研究得最多、技術(shù)最成熟，而且性能穩(wěn)定、無毒，因此人們對(duì)多晶硅薄膜的研究愈來愈重視。1995年澳大利亞新南威爾士大學(xué)與太平洋能源公司合作，投資5000萬美元，計(jì)劃用7年時(shí)間開發(fā)出此種薄膜電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，然后建立20MW生產(chǎn)線。可行性分析指出，電池成本可下降到每瓦1澳元以下，其發(fā)電
成本可與燃煤發(fā)電相比。此項(xiàng)工作在美國、日本、歐洲也在加緊進(jìn)行。
我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作經(jīng)過近二十年的努力已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。先后開展了晶硅（單晶、多晶）高效電池，非晶硅薄膜電池，CdTe、CIS、多晶硅薄膜電池，技術(shù)水平不斷提高，個(gè)別項(xiàng)目達(dá)到或接近國際水平，如表3-3所示。同時(shí)開展了光伏發(fā)電系統(tǒng)及其關(guān)鍵電氣設(shè)備研制工作，建成kW級(jí)獨(dú)立和并網(wǎng)光伏示范電站，先后在西藏研建25kW－100kW 7個(gè)光伏電站及多種光伏應(yīng)用工程，為我國光伏電站的發(fā)展作出了開拓性工作。但在總體水平上同發(fā)達(dá)國家相比還有較大的差距。
二、太陽能熱利用技術(shù)
1．太陽能熱水器
太陽能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一。1998年世界太陽能熱水器的總保有量約5400萬m2。按照人均使用太陽能熱水器面積，塞浦路斯和以色列居世界首位，分別為1m2/人和0.7m2/人。日本有20％的家庭使用太陽能熱水器，以色列有80％的家庭使用太陽能熱水器。
我國二十多年來，太陽能熱水器得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用。70年代后期開始開發(fā)家用熱水器。目前全國有500多個(gè)熱水器生產(chǎn)廠家，1998年的產(chǎn)量約400萬m2，總安裝量約1400萬m2，產(chǎn)量占世界第一位。我國太陽能熱水器平均每平方米每年可節(jié)約100～150公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。
80年代后期，我國開始研制高性能的真空管集熱器。清華大學(xué)開發(fā)的全玻璃真空管集熱器結(jié)構(gòu)簡單，類似拉長的暖水瓶，內(nèi)管外表面上選擇性吸收涂層是其關(guān)鍵技術(shù)。全玻璃真空管集熱器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，目前全國有60多個(gè)全玻璃真空管集熱器生產(chǎn)廠，年產(chǎn)3百多萬只真空管。80年代后期至90年代初，北京市太陽能研究所相繼在我國政府、UNDP支持下，并與德國合作研制成功熱管式真空管集熱器，1996年與德國DASA公司合資建立了熱管式真空管集熱器生產(chǎn)廠，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，1998年生產(chǎn)了11萬只真空管，產(chǎn)品銷往國內(nèi)外。
目前在市場上占主導(dǎo)地位的熱水器主要有平板型和真空管型兩種。平板型熱水器國內(nèi)市場份額約65％，；真空管熱水器分全玻璃和熱管式兩種，國內(nèi)市場份額約35％，不同熱水器的市場份額見表3-4，目前熱水器主要用于家庭，其次是廠礦機(jī)關(guān)公共場所等。
表3-4 我國家用熱水器的市場份額
我國的太陽能熱水器工業(yè)逐步走向成熟，除了技術(shù)不斷改進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高外，幾種熱水器的國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布并開始實(shí)施：如
“平板熱水器熱性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法”（GB 4271-84）
“平板熱水器產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)” （GB 6424-86）
“家用熱水器熱性能實(shí)驗(yàn)方法” （GB 12915-91）
“全玻璃真空管集熱器” （GB/T 17049-1997）等。
但同時(shí)應(yīng)當(dāng)看到，我國太陽能熱水器市場還遠(yuǎn)沒有開發(fā)出來，熱水器的戶用比例只有3％，與日本的20％和以色列的80％相比相差甚遠(yuǎn)，因此中國的市場容量還非常巨大。
2．太陽能空調(diào)降溫
就世界范圍而言，太陽能制冷及在空調(diào)降溫上應(yīng)用還處在示范階段，其商業(yè)化程度遠(yuǎn)不如熱水器那樣高，主要問題是成本高。但對(duì)于缺電和無電地區(qū)，同建筑結(jié)合起來考慮，市場潛力還是很大的。我國“九五”期間，太陽能空調(diào)降溫示范工程列入國家技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，廣州能源所和北京市太陽能研究所分別進(jìn)行平板集熱器和真空管集熱器的示范工程。西北工業(yè)大學(xué)對(duì)除潮降溫系統(tǒng)進(jìn)行了基礎(chǔ)性的研究工作，研究工作重點(diǎn)是尋找高效吸收和蒸發(fā)材料，優(yōu)化系統(tǒng)熱特性，建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)程序，研究新型制冷循環(huán)等。實(shí)驗(yàn)室建立了除潮系統(tǒng)的樣機(jī)和使用條件。
3．太陽能熱發(fā)電
太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進(jìn)行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。80年代以來美、歐、澳等國相繼建立起不同型式的示范裝置，促進(jìn)了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。
1）槽式線聚焦系統(tǒng)
該系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。Luz公司1980年開始開發(fā)此類熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。1985年起先后在美國加州的Mojave沙漠上建成9個(gè)發(fā)電裝置，總?cè)萘?54MW，年發(fā)電總量10.8億kWh。9個(gè)電站都與南加州愛堤生電力公司聯(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，系統(tǒng)效率由起初的11.5％ 提高到13.6％。建造費(fèi)用由5976美元/kW降低到3011美元/kW，發(fā)電成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh。
2）塔式系統(tǒng)
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本型式是利用一組獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個(gè)固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫。
80年代初，美國在南加州建成第一座塔式太陽發(fā)電系統(tǒng)裝置－Solar One。起初，太陽塔采用水－蒸汽系統(tǒng)，發(fā)電功率為10MW。1992年，Solar One經(jīng)過改裝，用于示范熔鹽接收器和儲(chǔ)熱系統(tǒng)。由于增加了儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使太陽塔輸送電能的負(fù)載因子可高達(dá)65%。熔鹽在接收器內(nèi)由288℃加熱到565℃，然后用于發(fā)電。第二座太陽塔Solar Two于1996年開始發(fā)電，計(jì)劃試運(yùn)行三年，然后進(jìn)行評(píng)估。Solar Two發(fā)電的實(shí)踐不僅證明熔鹽技術(shù)的正確性，而且將進(jìn)一步加速30-200MW范圍的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化。
以色列Weizmanm科學(xué)研究所最近正在對(duì)塔式系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。利用一組獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光反射到固定在塔的頂部的初級(jí)反射鏡——拋物鏡上，然后由初級(jí)反射鏡將陽光向下反射到位于它下面的次級(jí)反射鏡——復(fù)合拋物聚光器（CPC），最后由CPC將陽光聚焦在其底部的接收器上。通過接收器的氣體被加熱到1200℃，推動(dòng)一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，500℃左右的排氣再用于推動(dòng)另一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達(dá)到25-28%。由于次級(jí)反射鏡接收到很強(qiáng)的反射輻射能，因而CPC必須進(jìn)行水冷。整個(gè)實(shí)驗(yàn)仍處于安裝、調(diào)試階段。
3）碟式系統(tǒng)
拋物面反射鏡/斯特林系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
美國熱發(fā)電計(jì)劃與Cummins公司合作，1991年開始開發(fā)商用的7kW碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)，5年投入經(jīng)費(fèi)1800萬美元。1996年Cummins向電力部門和工業(yè)用戶交付7臺(tái)碟式發(fā)電系統(tǒng)，計(jì)劃1997年生產(chǎn)25臺(tái)以上。Cummins預(yù)計(jì)10年后年生產(chǎn)超過1000臺(tái)。該種系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站。
美國熱發(fā)電計(jì)劃還同時(shí)開發(fā)25kW的碟式發(fā)電系統(tǒng)。25kW是經(jīng)濟(jì)規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。1996年在電力部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1997年開始運(yùn)行。
由于碟式/斯特林系統(tǒng)光學(xué)效率高，啟動(dòng)損失小，效率高達(dá)29%，在三類系統(tǒng)中位居首位。
4）三種系統(tǒng)性能比較
三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。三種系統(tǒng)均可用單獨(dú)使用太陽能運(yùn)行，也可安裝成燃料混合系統(tǒng)，其性能比較如表3-5所示。
我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作早在70年代末就開始了，但由于工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)未得到根本性的解決，加上經(jīng)費(fèi)不足，熱發(fā)電項(xiàng)目先后停止和下馬。國家“八五”計(jì)劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項(xiàng)目，帶有技術(shù)儲(chǔ)備性質(zhì)，目前還沒有試驗(yàn)樣機(jī)，與國外差距很大。
表3-5 三種系統(tǒng)性能比較
4．太陽房
太陽房是直接利用太陽輻射能的重要方面。把房屋看作一個(gè)集熱器，通過建筑設(shè)計(jì)把高效隔熱材料、透光材料、儲(chǔ)能材料等有機(jī)地集成在一起，使房屋盡可能多地吸收并保存太陽能，達(dá)到房屋采暖目的。太陽房概念與建筑結(jié)合形成了“太陽能建筑”技術(shù)領(lǐng)域，成為太陽能界和建筑界共同關(guān)心的熱點(diǎn)。太陽房可以節(jié)約75—90％的能耗，并具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，成為各國太陽能利用技術(shù)的重要方面。在太陽房技術(shù)和應(yīng)用方面歐洲處于領(lǐng)先地位，特別是在玻璃涂層、窗技術(shù)、透明隔熱材料等方面居世界領(lǐng)先地位。
我國太陽房開發(fā)利用自80年代初開始，截止1997年底，全國已經(jīng)建起740萬m2的太陽房，主要分布在山東、河北、遼寧、內(nèi)蒙、甘肅、青海和西藏的農(nóng)村地區(qū)。其中遼寧省的400所中小學(xué)校建造了被動(dòng)太陽房，總面積達(dá)50萬m2。我國被動(dòng)式太陽房平均每平米建筑面積每年可節(jié)約20～40公斤標(biāo)煤。
我國太陽房的發(fā)展目前還存在以下問題：太陽房的設(shè)計(jì)和建造沒有和建筑真正結(jié)合起來變成建筑師的設(shè)計(jì)思想和概念，沒有納入建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上影響快速發(fā)展和實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。其次是相關(guān)的透光隔熱材料、帶涂層的控光玻璃、節(jié)能窗等沒有商業(yè)化，使太陽房的水平受到限制。
用于蔬菜和花卉種植的太陽能溫室在中國北方地區(qū)較多采用。全國太陽能溫室面積總計(jì)約700萬畝，發(fā)揮著較好的經(jīng)濟(jì)效益。
5．熱利用的其他方面
我國是太陽灶的最大生產(chǎn)國，主要在甘肅、青海、西藏等西北邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村應(yīng)用。目前大約有15萬臺(tái)太陽灶在使用中。主要為反射拋物面型。其開口面積在1.6－2.5m2。每個(gè)太陽灶每年可節(jié)約300kg標(biāo)煤。
太陽能干燥是熱利用的一個(gè)方面。目前我國已經(jīng)安裝了有1000多套太陽能干燥系統(tǒng)，總面積約2萬m2。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草藥干燥等。
1．光伏產(chǎn)業(yè)及市場
國際光伏工業(yè)在過去15年平均年增長率為15％。90年代后期，世界市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，發(fā)展更加迅速。1997年世界太陽電池光伏組件生產(chǎn)達(dá)122MWp，比1996年增長了38％，是4年前的2倍，是7年前3倍，超過集成電路工業(yè)發(fā)展速度，超出光伏界專家最樂觀的估計(jì)。1998年光伏組件生產(chǎn)達(dá)到157.4MWp（表3-2），市場份額為晶硅電池87％，非晶硅電池12％，CdTe電池1％。如圖1所示。光伏發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到800MWp。
在產(chǎn)業(yè)化方面，各國一直在通過改進(jìn)工藝、擴(kuò)大規(guī)模和開拓市場等措施降低成本，并取得了巨大進(jìn)展。以美國為代表，能源部1990年起動(dòng)了 PVMaT（光伏制造技術(shù)）的產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，通過國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）實(shí)施，并成立了國家光伏中心，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)共同進(jìn)行攻關(guān)，以求大幅度降低成本。這一計(jì)劃的實(shí)施已經(jīng)產(chǎn)生了非常明顯的效果，商品化電池效率從10－13％提高到12－15％。 生產(chǎn)規(guī)模從1－5MWp/年發(fā)展到5－20MWp/年，并正在向50MWp擴(kuò)大。生產(chǎn)工藝不斷簡化，自動(dòng)化程度不斷提高。三年來，世界的光伏組件的生產(chǎn)成本降低了32％以上，第一次降到3美元/Wp以下，國際市場光伏組件售價(jià)在4美元/Wp左右,這種趨勢還在繼續(xù)發(fā)展。美國光伏系統(tǒng)電價(jià)成本目標(biāo)：2005年光伏系統(tǒng)安裝成本3美元/Wp（11美分/kWh）, 2010年1.5美元/Wp（6美分/kWh以下）。歐洲和日本也有類似的計(jì)劃。競爭促使各發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)幾乎以大致相同的水平和速度向前發(fā)展。在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，印度在發(fā)展中國家處領(lǐng)先地位。目前印度有80個(gè)公司從事光伏工業(yè)和太陽電池組件的生產(chǎn)， 6個(gè)太陽電池制造廠12個(gè)組件生產(chǎn)廠，1997－1998年間，電池生產(chǎn)8.2MWp，組件生產(chǎn)11MWp，出口4MWp，預(yù)計(jì)2002年生產(chǎn)將達(dá)到50MWp/年；截止1998年，印度光伏系統(tǒng)安裝容量達(dá)到35MWp，計(jì)劃1998－2002安裝150MWp。
世界各大公司業(yè)紛紛制定和實(shí)施擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，98年初PVIR統(tǒng)計(jì)，正在實(shí)施和擴(kuò)產(chǎn)的新增能力為263.5MWp/年, 比1997年高出2倍，可以說，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正在騰飛，預(yù)測今后10年光伏組件的生產(chǎn)將以20％－30％甚至更高的遞增速度發(fā)展，2010年生產(chǎn)達(dá)到4.6GW/年，總裝機(jī)容量達(dá)到18GW。 快速發(fā)展的屋頂計(jì)劃、各種減免稅政策、補(bǔ)貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價(jià)格為光伏市場的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)。市場發(fā)展將逐步由邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村的補(bǔ)充能源向全社會(huì)的替代能源過渡。預(yù)測到下世紀(jì)中葉，太陽能光伏發(fā)電將達(dá)到世界總發(fā)電量15－20％，成為人類的基礎(chǔ)能源之一。
我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場發(fā)展經(jīng)過近二十年的努力已經(jīng)奠定了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。目前有4個(gè)單晶硅電池及組件生產(chǎn)廠和2個(gè)非晶硅電池生產(chǎn)廠。1998年我國太陽電池的產(chǎn)量為2.1MWp，約占世界產(chǎn)量的1.3%，總裝機(jī)容量12MWp占世界的1.5%。但在總體水平上我國同國外相比還有很大差距，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）生產(chǎn)規(guī)模小。我國幾個(gè)太陽電池組件廠的實(shí)際生產(chǎn)能力約為0.4～0.6MWp/年，生產(chǎn)的規(guī)模化程度比國外5－20MWp生產(chǎn)規(guī)模低一個(gè)多數(shù)量級(jí)；
2）技術(shù)水平較低。電池效率平均在10－13％，比國外平均低兩個(gè)百分點(diǎn)；封裝水平和質(zhì)量同國外有一定差距；
3）專用原材料國產(chǎn)化程度不高。專用材料如銀漿、封裝玻璃、EVA等曾列入國家“八五”攻關(guān)計(jì)劃，并取得一定成果，但性能有待進(jìn)一步改進(jìn)，部分材料仍然采用進(jìn)口品；
4）成本高。目前我國電池組件成本約35元/Wp（4.2美元/Wp），平均售價(jià)44元/Wp（5.3美元/Wp），成本和售價(jià)都高于國外產(chǎn)品。
5）市場培育和發(fā)展遲緩。我國地域廣大、人口眾多，7000萬人生活在無電地區(qū)，光伏發(fā)電的潛在市場非常巨大。光伏市場雖然逐年發(fā)展和擴(kuò)大，但在市場培育和開拓方面還缺乏相應(yīng)的支持政策、法規(guī)、措施，投入少，市場發(fā)展遲緩。對(duì)比之下，國外各大公司和世界銀行對(duì)開拓中國光伏市場表現(xiàn)出極大興趣和熱心。例如，世界銀行通過GEF（全球環(huán)境基金）項(xiàng)目向中國贈(zèng)款2500萬美元用于光伏市場開拓，總計(jì)10MW戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)；荷蘭政府向新疆贈(zèng)送近10萬套戶用光伏電源系統(tǒng)，價(jià)值1500萬美元；日本、美國、歐洲的一些公司也都有過類似的贈(zèng)送和示范項(xiàng)目，這對(duì)我國光伏事業(yè)的發(fā)展無疑是起著推動(dòng)和催化作用。面對(duì)能源和環(huán)境的雙重壓力以及將被開發(fā)出來的巨大市場，我國的光伏產(chǎn)業(yè)必須加快步伐迎接嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
2．國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展和重大突破
為降低光伏發(fā)電成本的各種研究開發(fā)工作一直在發(fā)達(dá)國家中緊張地進(jìn)行著。其中以晶硅材料為基礎(chǔ)的高效電池和薄膜電池是基礎(chǔ)研究工作中的熱點(diǎn)課題。澳大利亞新南威爾士大學(xué)高效單晶硅電池效率已達(dá)24.7％，美國、日本、德國的高效電池效率達(dá)到20％以上。澳大利亞新南威爾士大學(xué)多晶硅電池效率突破19.8％（1cm2），美國、德國等達(dá)到18％以上。日本Kyocera公司225cm2多晶硅電池效率達(dá)到17.1％。晶硅電池的這些成就對(duì)于產(chǎn)業(yè)界的促進(jìn)是很大的。薄膜電池的研究工作主要集中在非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜、CdTe、CIS上。非晶硅薄膜電池通過雙結(jié)、三結(jié)迭層和Ge-Si合金層技術(shù)，在克服光衰減和提高效率上不斷有新的突破，實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定效率已經(jīng)突破13.0％。CdTe電池效率達(dá)到15.8%，CIS電池效率18.8％。多晶硅薄膜電池的研究工作自1987年以來發(fā)展迅速，成為世界關(guān)注的新熱點(diǎn)。由于硅是地球上儲(chǔ)量第二大元素，作為半導(dǎo)體材料，人們對(duì)它研究得最多、技術(shù)最成熟，而且性能穩(wěn)定、無毒，因此人們對(duì)多晶硅薄膜的研究愈來愈重視。1995年澳大利亞新南威爾士大學(xué)與太平洋能源公司合作，投資5000萬美元，計(jì)劃用7年時(shí)間開發(fā)出此種薄膜電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，然后建立20MW生產(chǎn)線。可行性分析指出，電池成本可下降到每瓦1澳元以下，其發(fā)電
成本可與燃煤發(fā)電相比。此項(xiàng)工作在美國、日本、歐洲也在加緊進(jìn)行。
我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作經(jīng)過近二十年的努力已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。先后開展了晶硅（單晶、多晶）高效電池，非晶硅薄膜電池，CdTe、CIS、多晶硅薄膜電池，技術(shù)水平不斷提高，個(gè)別項(xiàng)目達(dá)到或接近國際水平，如表3-3所示。同時(shí)開展了光伏發(fā)電系統(tǒng)及其關(guān)鍵電氣設(shè)備研制工作，建成kW級(jí)獨(dú)立和并網(wǎng)光伏示范電站，先后在西藏研建25kW－100kW 7個(gè)光伏電站及多種光伏應(yīng)用工程，為我國光伏電站的發(fā)展作出了開拓性工作。但在總體水平上同發(fā)達(dá)國家相比還有較大的差距。
二、太陽能熱利用技術(shù)
1．太陽能熱水器
太陽能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一。1998年世界太陽能熱水器的總保有量約5400萬m2。按照人均使用太陽能熱水器面積，塞浦路斯和以色列居世界首位，分別為1m2/人和0.7m2/人。日本有20％的家庭使用太陽能熱水器，以色列有80％的家庭使用太陽能熱水器。
我國二十多年來，太陽能熱水器得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用。70年代后期開始開發(fā)家用熱水器。目前全國有500多個(gè)熱水器生產(chǎn)廠家，1998年的產(chǎn)量約400萬m2，總安裝量約1400萬m2，產(chǎn)量占世界第一位。我國太陽能熱水器平均每平方米每年可節(jié)約100～150公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。
80年代后期，我國開始研制高性能的真空管集熱器。清華大學(xué)開發(fā)的全玻璃真空管集熱器結(jié)構(gòu)簡單，類似拉長的暖水瓶，內(nèi)管外表面上選擇性吸收涂層是其關(guān)鍵技術(shù)。全玻璃真空管集熱器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，目前全國有60多個(gè)全玻璃真空管集熱器生產(chǎn)廠，年產(chǎn)3百多萬只真空管。80年代后期至90年代初，北京市太陽能研究所相繼在我國政府、UNDP支持下，并與德國合作研制成功熱管式真空管集熱器，1996年與德國DASA公司合資建立了熱管式真空管集熱器生產(chǎn)廠，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，1998年生產(chǎn)了11萬只真空管，產(chǎn)品銷往國內(nèi)外。
目前在市場上占主導(dǎo)地位的熱水器主要有平板型和真空管型兩種。平板型熱水器國內(nèi)市場份額約65％，；真空管熱水器分全玻璃和熱管式兩種，國內(nèi)市場份額約35％，不同熱水器的市場份額見表3-4，目前熱水器主要用于家庭，其次是廠礦機(jī)關(guān)公共場所等。
我國的太陽能熱水器工業(yè)逐步走向成熟，除了技術(shù)不斷改進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高外，幾種熱水器的國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布并開始實(shí)施：如
“平板熱水器熱性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法”（GB 4271-84）
“平板熱水器產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)” （GB 6424-86）
“家用熱水器熱性能實(shí)驗(yàn)方法” （GB 12915-91）
“全玻璃真空管集熱器” （GB/T 17049-1997）等。
但同時(shí)應(yīng)當(dāng)看到，我國太陽能熱水器市場還遠(yuǎn)沒有開發(fā)出來，熱水器的戶用比例只有3％，與日本的20％和以色列的80％相比相差甚遠(yuǎn)，因此中國的市場容量還非常巨大。
2．太陽能空調(diào)降溫
就世界范圍而言，太陽能制冷及在空調(diào)降溫上應(yīng)用還處在示范階段，其商業(yè)化程度遠(yuǎn)不如熱水器那樣高，主要問題是成本高。但對(duì)于缺電和無電地區(qū)，同建筑結(jié)合起來考慮，市場潛力還是很大的。我國“九五”期間，太陽能空調(diào)降溫示范工程列入國家技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，廣州能源所和北京市太陽能研究所分別進(jìn)行平板集熱器和真空管集熱器的示范工程。西北工業(yè)大學(xué)對(duì)除潮降溫系統(tǒng)進(jìn)行了基礎(chǔ)性的研究工作，研究工作重點(diǎn)是尋找高效吸收和蒸發(fā)材料，優(yōu)化系統(tǒng)熱特性，建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)程序，研究新型制冷循環(huán)等。實(shí)驗(yàn)室建立了除潮系統(tǒng)的樣機(jī)和使用條件。
3．太陽能熱發(fā)電
太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進(jìn)行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。80年代以來美、歐、澳等國相繼建立起不同型式的示范裝置，促進(jìn)了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。
1）槽式線聚焦系統(tǒng)
該系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。Luz公司1980年開始開發(fā)此類熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。1985年起先后在美國加州的Mojave沙漠上建成9個(gè)發(fā)電裝置，總?cè)萘?54MW，年發(fā)電總量10.8億kWh。9個(gè)電站都與南加州愛堤生電力公司聯(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，系統(tǒng)效率由起初的11.5％ 提高到13.6％。建造費(fèi)用由5976美元/kW降低到3011美元/kW，發(fā)電成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh。
2）塔式系統(tǒng)
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本型式是利用一組獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個(gè)固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫。
80年代初，美國在南加州建成第一座塔式太陽發(fā)電系統(tǒng)裝置－Solar One。起初，太陽塔采用水－蒸汽系統(tǒng)，發(fā)電功率為10MW。1992年，Solar One經(jīng)過改裝，用于示范熔鹽接收器和儲(chǔ)熱系統(tǒng)。由于增加了儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使太陽塔輸送電能的負(fù)載因子可高達(dá)65%。熔鹽在接收器內(nèi)由288℃加熱到565℃，然后用于發(fā)電。第二座太陽塔Solar Two于1996年開始發(fā)電，計(jì)劃試運(yùn)行三年，然后進(jìn)行評(píng)估。Solar Two發(fā)電的實(shí)踐不僅證明熔鹽技術(shù)的正確性，而且將進(jìn)一步加速30-200MW范圍的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化。
以色列Weizmanm科學(xué)研究所最近正在對(duì)塔式系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。利用一組獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光反射到固定在塔的頂部的初級(jí)反射鏡——拋物鏡上，然后由初級(jí)反射鏡將陽光向下反射到位于它下面的次級(jí)反射鏡——復(fù)合拋物聚光器（CPC），最后由CPC將陽光聚焦在其底部的接收器上。通過接收器的氣體被加熱到1200℃，推動(dòng)一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，500℃左右的排氣再用于推動(dòng)另一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達(dá)到25-28%。由于次級(jí)反射鏡接收到很強(qiáng)的反射輻射能，因而CPC必須進(jìn)行水冷。整個(gè)實(shí)驗(yàn)仍處于安裝、調(diào)試階段。
3）碟式系統(tǒng)
拋物面反射鏡/斯特林系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
美國熱發(fā)電計(jì)劃與Cummins公司合作，1991年開始開發(fā)商用的7kW碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)，5年投入經(jīng)費(fèi)1800萬美元。1996年Cummins向電力部門和工業(yè)用戶交付7臺(tái)碟式發(fā)電系統(tǒng)，計(jì)劃1997年生產(chǎn)25臺(tái)以上。Cummins預(yù)計(jì)10年后年生產(chǎn)超過1000臺(tái)。該種系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站。
美國熱發(fā)電計(jì)劃還同時(shí)開發(fā)25kW的碟式發(fā)電系統(tǒng)。25kW是經(jīng)濟(jì)規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。1996年在電力部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1997年開始運(yùn)行。
由于碟式/斯特林系統(tǒng)光學(xué)效率高，啟動(dòng)損失小，效率高達(dá)29%，在三類系統(tǒng)中位居首位。
4）三種系統(tǒng)性能比較
三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。三種系統(tǒng)均可用單獨(dú)使用太陽能運(yùn)行，也可安裝成燃料混合系統(tǒng)，其性能比較如表3-5所示。
我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作早在70年代末就開始了，但由于工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)未得到根本性的解決，加上經(jīng)費(fèi)不足，熱發(fā)電項(xiàng)目先后停止和下馬。國家“八五”計(jì)劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項(xiàng)目，帶有技術(shù)儲(chǔ)備性質(zhì)，目前還沒有試驗(yàn)樣機(jī)，與國外差距很大。
4．太陽房
太陽房是直接利用太陽輻射能的重要方面。把房屋看作一個(gè)集熱器，通過建筑設(shè)計(jì)把高效隔熱材料、透光材料、儲(chǔ)能材料等有機(jī)地集成在一起，使房屋盡可能多地吸收并保存太陽能，達(dá)到房屋采暖目的。太陽房概念與建筑結(jié)合形成了“太陽能建筑”技術(shù)領(lǐng)域，成為太陽能界和建筑界共同關(guān)心的熱點(diǎn)。太陽房可以節(jié)約75—90％的能耗，并具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，成為各國太陽能利用技術(shù)的重要方面。在太陽房技術(shù)和應(yīng)用方面歐洲處于領(lǐng)先地位，特別是在玻璃涂層、窗技術(shù)、透明隔熱材料等方面居世界領(lǐng)先地位。
我國太陽房開發(fā)利用自80年代初開始，截止1997年底，全國已經(jīng)建起740萬m2的太陽房，主要分布在山東、河北、遼寧、內(nèi)蒙、甘肅、青海和西藏的農(nóng)村地區(qū)。其中遼寧省的400所中小學(xué)校建造了被動(dòng)太陽房，總面積達(dá)50萬m2。我國被動(dòng)式太陽房平均每平米建筑面積每年可節(jié)約20～40公斤標(biāo)煤。
我國太陽房的發(fā)展目前還存在以下問題：太陽房的設(shè)計(jì)和建造沒有和建筑真正結(jié)合起來變成建筑師的設(shè)計(jì)思想和概念，沒有納入建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上影響快速發(fā)展和實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。其次是相關(guān)的透光隔熱材料、帶涂層的控光玻璃、節(jié)能窗等沒有商業(yè)化，使太陽房的水平受到限制。
用于蔬菜和花卉種植的太陽能溫室在中國北方地區(qū)較多采用。全國太陽能溫室面積總計(jì)約700萬畝，發(fā)揮著較好的經(jīng)濟(jì)效益。
5．熱利用的其他方面
我國是太陽灶的最大生產(chǎn)國，主要在甘肅、青海、西藏等西北邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村應(yīng)用。目前大約有15萬臺(tái)太陽灶在使用中。主要為反射拋物面型。其開口面積在1.6－2.5m2。每個(gè)太陽灶每年可節(jié)約300kg標(biāo)煤。
太陽能干燥是熱利用的一個(gè)方面。目前我國已經(jīng)安裝了有1000多套太陽能干燥系統(tǒng)，總面積約2萬m2。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草藥干燥等。
聲明：本信息內(nèi)容的真實(shí)性未經(jīng)電源在線網(wǎng)證實(shí)，僅供參考。 來源：《中國新能源與可再生能源1999白皮書》
