對我國光伏發電發展前景的思考

卿 羊

(成都七中，四川 成都 611139)

1 概 述

眾所周知，近年來我國的環境景況日益惡化，中央氣象臺連續發布大霧黃色預警和霾黃色預警，我國已有多達25個省(自治區、直轄市)不同程度地出現過霧霾天氣。面對如此窘態，筆者作為一名科普愛好者心急如焚，迫切想找出環境惡化的原因并盡己所能尋找解決的辦法，為早日實現“中國夢”盡一份薄力。

筆者通過查閱相關資料并進行認真分析了解后認為：在形成“霾”的原因中，無疑利用煤炭發電、取暖以及汽柴油車所產生的尾氣已成為對空氣質量造成惡化的最大的人為條件。在人們享受以煤炭和石油為主的傳統能源所帶來的舒適生活的同時，其對環境的危害日趨明顯。

隨著人類生產、生活水平的不斷提高，能源需求量急劇上升，已出現供不應求的局面；同時，煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的大量開采，資源存儲量已逐年減少，已對子孫后代造成威脅。因化石燃料過度消耗產生的溫室效應亦已成為世界范圍內的關注焦點，世界各國正在各個領域大力發展低碳策略，但這一問題可能會隨著化石燃料開采和使用的增加而持續惡化[1]。目前，中國已經位列世界上第一大二氧化硫排放國，同時也是世界上繼美國之后的第二大二氧化碳排放國。面對這種局面，無不令人痛心疾首。

筆者通過學習、了解后對太陽能光伏發電這一新能源產生了濃厚的興趣，認為既然是不可再生能源愈用愈少且污染嚴重，為何國家不下大力氣發展可再生能源，諸如光伏發電。筆者深究其精髓并將其優缺點、發電原理等闡述于后，供大家參考，期望共同為我國整治環境污染盡力。

太陽能光伏發電作為可再生能源的重要組成部分，相比于其他新能源，太陽能具有其獨特的優勢。據計算，太陽1 s內發出的能量相當于1.3億t標準煤燃燒時所放出的熱量，而到達地球表面的太陽能大約相當于目前全世界所有發電能力總和的20萬倍；地球每天接收的太陽能相當于全球一年所消耗的總能量的104倍。基于此，世界各國紛紛大力發展太陽能光伏產業。據測算，安裝1 MW光伏系統至少要比現有同樣規模最“干凈”的燃煤電廠減少二氧化碳(CO2)排放量2萬t、減少二氧化氮(NO2)排放量25 t[2]。有機構預測：如果我們把人類1/100 的建筑物上都安裝配備太陽能光伏發電裝置，以目前太陽光能利用率的1/7 計算，其所發的能源供應量就足以滿足目前人類總耗能的需求。

2 太陽能光伏發電原理

2.1 太陽能光伏產業鏈

光伏產業鏈包括硅料(多晶硅)、硅棒/晶片、電池片、電池組件、應用系統及安裝等5個環節。上游為硅料/晶片環節；中游為電池片、電池組件環節；下游為應用系統環節。從全球范圍看，該產業鏈5個環節所涉及到的企業數量依次大幅增加，光伏市場產業鏈呈金字塔形結構。

2.2 太陽能光伏發電原理

圖1 太陽能光伏發電原理示意圖

如圖1所示，當光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被吸收后，具有足夠能量的光子就能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激發，以致產生電子——空穴對。界面層附近的電子和空穴在復合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。電子向帶正電的N區以及空穴向帶負電的P區運動。通過界面層的電荷分離，將在P區和N區之間產生一個向外的、可測試的電壓，此時，可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。通過光照在界面層產生的電子——空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流亦越大。利用這種光生伏特效應，輔以精確的控制系統，大于全球發電能力總和20萬倍的太陽能就能轉化為電能而被人類所利用，這是多么令人歡欣鼓舞的一件事情啊！

3 光伏發電的發展現狀與趨勢

3.1 全球光伏發電的現狀及趨勢

有關資料顯示，目前全世界已有上百個國家投入到普及應用太陽能電池的熱潮中并正在大規模地進行新型高效太陽能電池的研制開發。彭博社的報告顯示，預計2013年全球太陽能發電新裝機容量將首次超過風能發電裝機容量。2013年，全球光伏發電裝機容量將新增36.7 GW，比2012年高20%；而風能裝機容量僅新增35.5 GW，比去年降低25%。在美國，截止2013年10月，太陽能發電裝機容量為2.528 GW，是同期風能發電裝機容量1.027 GW的兩倍多。

根據世界能源組織(IEA)對太陽能光伏發電未來發展的預測，2020 年世界光伏發電量占總發電量的1%，2040 年占總發電量的20%(圖2)；根據歐洲聯合研究中心(JRC)及歐洲光伏工業協會(EPIA)對未來可再生能源和太陽能發電的預測，到2030 年，可再生能源在總能源結構中將占到30%以上，太陽能光伏發電在世界總電力供應中將達到10%以上；2040 年，可再生能源將在總能源結構中占到50%以上，太陽能光伏發電將占總電力的20%以上；到本世紀末，可再生能源在能源結構中將占到80%以上，太陽能發電占到60%以上[3]。以上數據無不顯示出太陽能所具有的、重要的戰略地位。

圖2 全球光伏市場增長趨勢圖(2012年開始為預測數據)

3.2 我國光伏發電的現狀及趨勢

中國國家能源局(NEA)日前預計，到2013年年底，中國并網的太陽能裝機容量將達到10 GW(該數據為累計數據)。中國到2015年，太陽能發電的裝機容量目標為35 GW。2013年10月，國家能源局局長吳新雄表示：到2015年，分布式太陽能裝機容量目標將拓展到20 GW(圖3)。

圖3 中國光伏市場增長趨勢圖

4 我國太陽能資源概況及分布情況

我國幅員遼闊，有著十分豐富的太陽能資源。據估算，我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為50×1 018kJ，全國各地太陽年輻射總量達335～837 kJ/cm2·a，中值為586 kJ/cm2·a。太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和氣候條件有關。我國太陽能資源分布的主要特點為：太陽能的高值中心和低值中心均處于北緯22°～35°一帶。青藏高原是高值中心，四川盆地為低值中心，而四川西部地區的資源值則是高值；太陽年輻射總量的具體情況是西部地區高于東部地區。除西藏和新疆兩個自治區外，基本上都是南部低于北部；由于南方多數地區云霧及雨水較多，在北緯30°～40°地區，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規律相反，太陽能不是隨著緯度的增加而減少，而是隨著緯度的增加而增長的。

需要說明的是：不是太陽能資源越好的地區越適合建設光伏電站。根據《國家發展改革委關于發揮價格杠桿作用促進光伏產業健康發展的通知》(發改價格[2013]1638號)，根據各地太陽能資源條件和建設成本，將全國分為三類太陽能資源區，相應制定了光伏電站標桿上網電價，并且載明西藏自治區光伏電站標桿電價另行制定(表1)。

表1 全國光伏電站標桿上網電價表(2013年發布)

5 我國發展太陽能光伏發電的優、缺點

5.1 我國太陽能光伏發電的優點

第一，我國光伏產業起步早，光伏組件、系統技術逐步成熟，為國內光伏發電的發展提供了前提；第二，可以充分利用我國豐富的太陽能輻射資源，解決在經濟社會發展過程中能源供應的資源瓶頸問題；第三，太陽能光伏發電的過程，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內的任何物質，不污染空氣，不產生噪聲，對環境友好，不會遭受能源危機或燃料市場不穩定而造成的沖擊；第四，通過近幾年的技術進步，我國太陽能光伏發電的成本在逐年降低，每kW·h電的成本逐步與傳統能源接近。

5.2 我國太陽能光伏發電的缺點

第一，目前我國光伏電站系統還以低發電效率的多晶硅電池系統為主，衰減現象嚴重且普遍；第二，目前的光伏發電成本高于傳統能源發電(火電)一倍左右，產業的發展依靠國家補貼，沒有能夠實現自身良性發展；第三，光伏電站占地面積大，如果不與建筑、農牧業相結合，則存在土地資源浪費嚴重的問題；第四，此前的政策引導以安裝量作為補貼的依據，部分地區出現了搶裝不能并網的問題；第五，光伏發電并網瓶頸問題突出。由于太陽能資源受晝夜更替和季節變化影響較大，光伏發電系統單獨并網對電網的影響與風電系統單獨并網類似，其波動的功率給電網調度及運行增加復雜性[4]。光伏發電的“間歇性”特征明顯，其并網發電后發生“脫網”現象的可能性較大，對電網的沖擊程度高。而現有電網體系的輸配電能力還不足以應對大規模的光伏電站“脫網”現象，因此，技術因素成為限制光伏電站并網的重要因素。

6 我國光伏發電可能的裝機容量

國家能源局的數據顯示，截至2012年底，2012年我國全社會用電量為4.9萬億kW·h。如果按照5%為光伏發電，那么,光伏發電需要貢獻2 450億kW·h的發電量，則我國需要約184.5 GW的光伏電站。而2013年，我國累計太陽能發電裝機容量僅為10 GW。由此可見，中國光伏發電的總裝機量還有很大的市場空間。

我國地大物博，自然資源儲量豐富，GDP總量排名全球第二，但一旦計算人均占有量，中國總是排在世界的中下位置，淡水資源還不到世界人均水量的1/4，煤炭、石油等自然資源人均占有量遠小于世界平均水平。國土資源部曾指出，我國是人均占有量較低的資源小國。中國是光伏裝機小國，也是在新能源發展方面的小國。因為我們的光伏裝機容量在總用電量中的占比還不到0.1%，與歐洲部分國家動輒超過10%的占比差距非常大。

7 光伏發電的技術進步及趨勢

(1)光伏發電產業開始逐步進入到“成熟期”，光伏電站投資者的財務模型也已從“瓦特價格模型(Per Watt)”轉變到“系統度電成本模型(Per Kwh )”。土地成本上升和環境友好的要求使光伏電池及發電系統的效率取代產業規模和成長速度成為競爭的關鍵。

(2)從產業鏈制造方面分析，光伏發電的產業鏈成本重心已經完成向產業鏈后端的轉移，成本已從重量的函數演變為面積的函數。在電池轉組件化率方面，國內多晶硅電池組件平均轉化率為15%，單晶硅電池組件平均轉化率接近17%，個別企業的高效單晶硅電池組件轉化率已達到20%以上甚至更高。晶體硅產業中不同路徑(澆鑄多晶硅、普通單晶硅和高效單晶硅)的競爭實際上是低技術門檻企業采用的速度——效益型競爭和高技術企業采用差異化的效率——效益型競爭的比較。

8 國家近年來出臺的光伏產業扶持政策

我國在2006 年頒布并實施了《可再生能源法》，鼓勵使用太陽能光伏發電系統。2009 年以來，我國連續發布了《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》、《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》，支持開展光伏建筑應用示范，實施“太陽能屋頂計劃”。2009 年7 月，國家有關部門又印發了《關于實施金太陽示范工程的通知》，計劃在2 到3 年內，財政補助不低于500 MW的光伏發電示范項目，并采取多種方式加快國內光伏發電的產業化和規模化發展。2012年9月，國家能源局發布《太陽能發電發展“十二五”規劃》，提出到2015年底我國太陽能發電裝機容量將達到2 100萬kW(21 GW)以上，這意味著未來3年中國光伏發電裝機容量有望擴大6倍以上。

2013年7月，國務院印發了《關于促進光伏產業健康發展的若干意見》(國發[2013]24號，以下簡稱《若干意見》)。為貫徹落實《若干意見》中的有關要求，國家發展改革委、工業和信息化部、財政部、國家能源局等有關部門，從光伏發電補貼、標桿電價、企業增值稅以及分布式發電管理等方面制定了一系列政策措施用以在國內大力促進光伏發電發展并已取得較好效果。

這些政策措施有利于加快啟動我國的光伏發電市場，促進光伏發電項目合理布局，發揮價格杠桿作用，激勵光伏企業提高技術水平，緩解光伏設備制造上游企業生產經營困難，為我國光伏產業健康可持續發展創造良好的環境。

9 結 語

筆者針對目前傳統能源的利用所帶來的環境污染及所面臨其消耗殆盡的危機，通過學習、了解，對光伏發電原理、優勢和缺點、我國光照分布情況以及光伏發電趨勢與相關補貼政策進行了分析，通過分析我國光伏發電需求量、光伏發電經濟模型并對近年來國家支持光伏發電行業的政策進行了梳理，得出了我國在光伏發電方面的潛力非常大、發展空間十分廣闊的結論。

光能是一種清潔、可再生能源，并且太陽能資源在我國廣泛分布。鑒于我國是一個能源消耗大國，太陽能光伏發電系統對于我國的可持續發展、保持能源供給的獨立性和安全性具有重要意義。光伏發電的發展離不開政府的大力支持，并且光伏電站的建設要與環境保護相結合，只有國家與企業聯手，光伏發電才有可能有大的發展，期望筆者的思考能對光伏發電的發展有所幫助。最后，筆者對如何更好地發展我國的光伏發電事業提出了幾點建議：

(1) 完善“上網電價法”(FIT)實施細則，按照不同資源制定不同的上網電價，在電價上體現各利益攸關方的權益，使法規在全國有效、普遍實施；加強和完善“FIT”的實施監管制度，依照“依法治國”原則使“FIT”得到切實地貫徹實施。

(2) 國家應明確電網企業的并網義務，要通過制定“上網電價法”等法律法規來敦促電網企業積極并網購電；國家電網、南方電網等電網企業及相關科研院所應在智能電網技術和規模儲能技術等的研發和推廣方面加大力度，破解接納光伏電力并網的技術瓶頸。

(3) 疏通光伏電站企業融資渠道。鑒于光伏電站項目投資巨大，只有建立健全銀行等金融市場主體特別是國家開發銀行等政策性銀行對光伏電站項目的貸款政策支持支撐，才能解決融資難題。

(4) 除分布式光伏電站以外，支持并保護在邊遠地區、少數民族地區建設高效率大型光伏電站。土地是不可再生資源，光伏電站項目占地面積大，應大力支持能與農業、畜牧業相結合的高效光伏電站，對于防止草場的沙化具有積極意義，同時亦能為當地財政收入的改善、農牧民就業、維持少數民族地區穩定做出有益貢獻。

參考文獻：

[1] 劉 偉，朱繼柱.光伏產業的“中國夢”—從美國的“雙反”說起.科技創新導報，2013，8(8)：71-76.

[2] 何 鐘，何 楓，孫麗雅.循環經濟視角下我國太陽能光伏產業發展問題對策研究[J].西北工業大學學報(社會科學版)，2011，31(4)：24-26.

[3] 周四清，馬超群，李 林.太陽能光伏產業可持續發展理論研究思考[J].科技進步與對策.2007，24(7)：88-90..

[4] 蔡國偉，孔令國，等.大規模風光互補發電系統建模與運行特性研究[J].電網技術，2012，36(1)：65-71.