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隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對能源的需求不斷擴大，給現(xiàn)實社會帶來兩大難題:一是煤和石油的儲藏量有限所產(chǎn)生的能源危機。二是以煤、石油的大量燃燒而排放的廢氣(co2和SO2)所產(chǎn)生的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)使人類的生存環(huán)境不斷惡化。這兩大問題迫使人們不得不開發(fā)和利用新的可再生能源。而在新能源和可再生能源中，太陽能是最引人注目、開展研究開發(fā)工作最多、應(yīng)用最廣的能源之一。
進入21世紀(jì)以來，隨著新材料的應(yīng)用、電子技術(shù)等高科技的高速發(fā)展，為太陽能的有效利用提供了條件。人們將太陽能輻射通過收集和轉(zhuǎn)換變?yōu)榭芍苯永玫哪茉�，使太陽能的利用得到相�?dāng)大的發(fā)展，其中利用太陽能發(fā)電就是對太陽能最好的利用。
太陽能發(fā)電走進久仰的生產(chǎn)和生活
說起對太陽能的利用，人們最先想到的就是太陽能熱水器，而對太陽能發(fā)電知之不多。其實在我們身邊，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，即利用太陽能電池直接將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)應(yīng)用也隨處可見。
光伏發(fā)電就是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，在發(fā)電過程中不會產(chǎn)生任何污染或者廢棄物。只要有陽光，太陽能電池板上就能產(chǎn)生電流，從物理意義上來說，光伏發(fā)電是一種最理想的發(fā)電方式。因此太陽能電池又稱為"光伏電池"，是近些年來發(fā)展最快和最具經(jīng)濟潛力的能源開發(fā)領(lǐng)域。
通過各國多年的努力，太陽能技術(shù)發(fā)展一日千里，其應(yīng)用范圍也在不斷拓展。許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)紛紛制定發(fā)展計劃。目前，德、日、美等歐美發(fā)達(dá)國家走在了太陽能技術(shù)應(yīng)用的前列，太陽能發(fā)電也進入了千家萬戶和各行業(yè)領(lǐng)域。
日本已于1992年4月實現(xiàn)了太陽能發(fā)電系統(tǒng)同電力公司電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，已有一些家庭開始安裝太陽能發(fā)電設(shè)備。而全球知名的日本夏普公司，就在其位于三重縣的液晶電視工廠廠區(qū)內(nèi)安裝了巨大的太陽能電池板。這些電池板分布在工廠的屋頂、窗戶，甚至是水池里面，總面積達(dá)到4.7萬m2，總功率達(dá)到5150kW，發(fā)電能力可供1300個普通家庭使用。值得一提的是窗戶上安裝的電池板，不但可以采光、發(fā)電，還能攔截了大部分的熱量，可以在夏天降低室內(nèi)溫度。
據(jù)日本有關(guān)部門估計日本2100萬戶個人住宅中如果有80%裝上太陽能發(fā)電設(shè)備，便可滿足其全國總電力需要的14%，如果工廠及辦公樓等單位用房也進行太陽能發(fā)電，則太陽能發(fā)電將占全國電力的30%~40%。
國外太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速
然而太陽能也有不足的地方，比如太陽輻射的強度受到氣候、晝夜、緯度、季節(jié)、海拔的影響，往往需要配備儲能設(shè)備。又如其能流密度低，實際利用時需要較大的太陽能收集裝置，占地面積大，投資大。這些因素也都制約了太陽能的利用。
而當(dāng)前阻礙太陽能發(fā)電普及的最主要因素是則費用昂貴。目前在我國，1平方米太陽能電池板的價格在4000元至5000元，若加上安裝其它配套裝置等所需費用，每平方米太陽能發(fā)電系統(tǒng)約需6000元至7000元。一般情況下，一套3kW的太陽能發(fā)電系統(tǒng)可以基本滿足一戶人家的用電需求。安裝這套裝置需要20多平方米的屋頂面積，其耗資將達(dá)18萬元，對于普通家庭來說，這是很難承受的。
降低費用的關(guān)鍵在于太陽電池提高變換效率和降低成本。盡管其光電轉(zhuǎn)化效率也非�？捎^，但受原料價格和提純工藝的限制，發(fā)電成本始終高高在上。因此，提高發(fā)電能力、降低發(fā)電成本是推廣太陽能發(fā)電應(yīng)用的關(guān)鍵。為了降低太陽能發(fā)電系統(tǒng)的成本，世界各國紛紛投入巨資以提高太陽能電池的發(fā)電能力。方法主要分為兩種:一是提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，單晶硅太陽能電池的平均效率為15%;多品硅太陽能電池效率也達(dá)14%。非晶硅太陽能電池的穩(wěn)定效率，單結(jié)電池為6%~9%，多結(jié)電池為8%~10%。二是通過自動跟蹤技術(shù)使太陽能電池始終對準(zhǔn)太陽�，F(xiàn)有太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池一般是固定安裝，因不能始終正對太陽，故未充分利用太陽能電池的發(fā)電能力。自動跟蹤是提高太陽能電池發(fā)電能力的有效措施，無論太陽能電池自身的光電轉(zhuǎn)換效率有多高，通過跟蹤裝置都可以使其發(fā)電能力在原基礎(chǔ)上再度提高，從而獲得更多的電能。因此自動跟蹤太陽的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究引起了世界各國的廣泛重視，已經(jīng)成為太陽能利用技術(shù)的研究熱點之一。
在光電轉(zhuǎn)換材料的研究等領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國家走在了前列。目前國內(nèi)一般產(chǎn)業(yè)化的太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率為13%至16%，但在一些發(fā)達(dá)國家的實驗室中，這個數(shù)字可以達(dá)到18%至20%。美國是最早制定太陽能發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國家。1997年又提出"百萬屋頂"計劃。日本1992年啟動了新陽光計劃，到2003年日本太陽能組件生產(chǎn)占世界的50%，世界前10大廠商有4家在日本。而德國新可再生能源法規(guī)定了太陽能發(fā)電上網(wǎng)電價，大大推動了太陽能市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國成為繼日本之后世界太陽能發(fā)電發(fā)展最快的國家。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制定太陽能發(fā)展計劃，并投巨資進行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進程。目前世界上已經(jīng)建成了10多座兆瓦級太陽能發(fā)電系統(tǒng)，6個兆瓦級的聯(lián)網(wǎng)太陽能電站。
據(jù)專家介紹，德、日、美、荷等發(fā)達(dá)國家破除太陽能發(fā)電高價"瓶頸"的主要辦法是價格補貼，并且由政府推動實施"太陽能百萬屋頂計劃"，現(xiàn)在日本和歐盟許多國家屋頂上的太陽能發(fā)電裝置已成為一道獨特的風(fēng)景線。
我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾
目前，我國利用太陽能發(fā)電處于起步階段，但是太陽能資源非常豐富，開發(fā)利用的潛力非常大。全國三分之二以上地區(qū)的年日照大于2000小時，年均輻射量約為590OMJ/m2，屬于太陽能利用條件較好的地區(qū)。
我國利用太陽能發(fā)電還是主要用于太陽能發(fā)電(如利用光伏發(fā)電為偏遠(yuǎn)地區(qū)和特殊領(lǐng)域供電，以及建設(shè)屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項目等)和太陽能熱能的轉(zhuǎn)換利用(如太陽能熱水器在日常生活中的應(yīng)用)。
近年來，我國太陽能電產(chǎn)業(yè)在國際市場的拉動下得到了迅速發(fā)展，隨著該產(chǎn)業(yè)的升溫，已經(jīng)有越來越多的公司參與晶體硅的生產(chǎn)，涉足太陽能發(fā)電。晶硅錠和硅片及太陽電池的生產(chǎn)技術(shù)水平、生產(chǎn)規(guī)模不斷得到提升，產(chǎn)品紛紛出口國際市場，已經(jīng)成為國際上太陽能產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國家。
但是，中國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遭遇了瓶頸。在晶體硅太陽能電池的整個產(chǎn)業(yè)鏈中，原料、技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)被國外壟斷，國內(nèi)太陽能企業(yè)能做的只有終端設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。太陽能光電轉(zhuǎn)換電池主要分為兩類，一類是晶體硅電池，包括單晶硅(sc-Si)電池、多晶硅(mc-Si)電池兩種，它們占據(jù)約93%的市場份額;另一類是薄膜電池，主要包括非晶體硅(a-Si，使用的是硅，但以不同的形態(tài)表現(xiàn))太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池和鍗化鎘(CdTe)太陽能電池，這類電池占據(jù)7%的市場份額。晶體硅料作為太陽能發(fā)電的主要原料，占太陽能電池板總成本的40%以上。雖然中國的硅原料礦藏儲量占世界總儲量的25%，但因中國現(xiàn)有的硅原料原始提煉技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國家，導(dǎo)致國內(nèi)太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)所需原材料絕大多數(shù)需要從國外進口。
原料供應(yīng)不足問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)調(diào)查，2005年，我國對多晶硅的需求量為3800噸，其中太陽能產(chǎn)業(yè)需求2691噸，而2004年我國多品硅的產(chǎn)量只有60噸，即使全部供應(yīng)太陽能產(chǎn)業(yè)，也僅占市場需求的2.6%，大量的缺口只能依賴進口。
由于市場供不應(yīng)求，太陽能多晶硅短缺和供應(yīng)緊張，預(yù)計這種緊缺狀況將持續(xù)到2010年。而多晶硅的價格大幅上漲增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，制約了我國太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
技術(shù)的缺失加上國內(nèi)太陽能市場方興未艾，造成了我國太陽能產(chǎn)業(yè)"兩頭在外"的被動局面，國內(nèi)企業(yè)以低廉價格出口純度低的硅，再高價從國外太陽能企業(yè)購入經(jīng)過提純后的晶體硅，然后制成太陽能電池，組裝成太陽能產(chǎn)品并出口到國外。如何掌握太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈中的核心技術(shù)，使中國走在利用太陽能的前列，對于中國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)乃至整個能源行業(yè)都具有重要意義。而從長期來看，積極拓展產(chǎn)業(yè)鏈上游業(yè)務(wù)，增強太陽能產(chǎn)業(yè)研發(fā)力量才能保障中國太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
雖然目前已經(jīng)在偏遠(yuǎn)地區(qū)通過"送電到鄉(xiāng)"等國家工程推廣了一些戶用太陽能發(fā)電系統(tǒng)和小型太陽能電站，解決了部分無電人口的供電問題，但是由于太陽能發(fā)電的成本較高，全國目前的太陽能發(fā)電規(guī)模還很小，目前還沒有一個太陽能發(fā)電的真正商業(yè)化示范。
發(fā)展太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)亟需貫徹實施細(xì)則和規(guī)劃
近些年來，歐美國家對太陽能發(fā)電的應(yīng)用制定了許多優(yōu)惠政策，太陽能發(fā)電裝機容量越來越大。去年，全世界太陽能裝機容量為180萬千瓦，增長率達(dá)50%。但中國在太陽能發(fā)電應(yīng)用上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，當(dāng)前國內(nèi)太陽能發(fā)電的成本是水電、煤電的5至10倍。據(jù)了解，目前我國太陽能光伏發(fā)電成本大概為4元/度，比0.3元/度的火電上網(wǎng)電價高出許多。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，太陽能產(chǎn)品要想得到大面積推廣，需要國家政策的大力支持，政府推動是太陽能產(chǎn)業(yè)初期發(fā)展的主要動力。雖然國內(nèi)在宏觀層面上出臺了許多相關(guān)法律法規(guī)，但其中并沒有具體的實施細(xì)則，這在一定程度上制約了目前太陽能相關(guān)企業(yè)的發(fā)展。
國家首先應(yīng)制訂以培養(yǎng)太陽能應(yīng)用市場和促進太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目標(biāo)的中長期規(guī)劃，從法律上規(guī)定和細(xì)化可再生電力采購比例和重點用途，甚至可以借鑒國外對上網(wǎng)太陽能發(fā)電量實行政府全部收購、固定收購價格的制度。只有讓太陽能發(fā)電成為一種投資，才是做大這項產(chǎn)業(yè)的最大推動力。
其次要鼓勵民用上網(wǎng)。逐步啟動和實施"光伏屋頂計劃"，確立太陽能發(fā)電在全國電力能源結(jié)構(gòu)中的地位，為此可以借鑒一些發(fā)達(dá)國家有關(guān)公共設(shè)施必須采用太陽能的剛性政策。
此外還應(yīng)設(shè)立專項應(yīng)用扶持資金，并輔以相應(yīng)費用減免政策。有關(guān)專家建議，目前可從國內(nèi)電費中抽出專項資金用于光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，今后應(yīng)大力扶持上游高純度硅原材料產(chǎn)業(yè)，降低太陽能電池成本，進而加快太陽能并網(wǎng)電站建設(shè)和運營成本的降低，促進推廣運用。
近年來，我國對可再生能源的重視程度越來越高，2006年1月1日《可再生能源法》頒布實施，明確指出太陽能是其中一種重要的可再生能源，應(yīng)得到鼓勵發(fā)展。上海、浙江、江蘇等地相繼出臺了比較完備的新能源推廣政策和令人鼓舞的屋頂太陽能發(fā)電計劃。無錫市更以建成國內(nèi)率先安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)的機場為契機，推動太陽能應(yīng)用。
根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國力爭使太陽能發(fā)電裝機容量達(dá)到1.8GW(kMW)，到2050年將達(dá)到60OGW(kMW)。按照中國電力科學(xué)院的預(yù)測，到2050年，中國可再生能源的電力裝機將占全國電力裝機的25%，其中太陽能發(fā)電裝機將占到5%。而目前，我國太陽能發(fā)電裝機容量僅為65MW。本來15年，我國太陽能裝機容量的復(fù)合增長率將高達(dá)25%以上，太陽能發(fā)電投資總額為950億元。
結(jié)束語
中國是能源消耗大國，同時又是能源貧國。開發(fā)利用各種可再生能源，對解決中國的能源瓶頸，實現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展，控制環(huán)境污染，提高人民生活水平，都具有重要的意義。而中國作為太陽能資源豐富的國家，利用太陽能發(fā)電是解決其能源緊缺問題的一條重要途徑。希望通過國家加大普及推廣力度以及相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域不懈的努力，通過技術(shù)和管理創(chuàng)新，盡快降低產(chǎn)品制造成本，促進整個光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，讓太陽能早日走進千家萬戶。
責(zé)任編輯：小柯
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