太陽能電池技術發展與市場

高中勝 朱剛

（中國船舶重工集團總公司七一二研究所，武漢430064）

1 引言

當今世界全球能源供應的越來越緊張，汽油價格的不斷上漲更是讓人們憂心忡忡，其它不可再生能源的供應也在不斷減少，尋找替代能源已經成為一個必然。世界各國，尤其是發達國家對21世紀的能源問題都特別關注。由于煤、石油、天然氣等能源儲量的有限性和它們的污染性，各國專家更看好太陽能等可再生能源，它永久性的優點更是開發它的最有說服力的緣由。盡管目前太陽能電池的開發遇到了種種難題，它的利用也僅在世界能源消費中占很小的一部分，成本也比其他能源要高出許多。可隨著太陽能電池制造技術的改進，太陽能電池終究會是利用太陽能比較方便、可行的方法，為人類未來大規模地利用太陽能開辟廣闊的前景。太陽能的開發利用是人類進入21世紀必須解決的難題。太陽能電池作為清潔太陽能的媒介將有利于緩解世界的能源危機和環境污染問題，如果說 20世紀是石油世紀的話,那么21世紀則是可再生能源的世紀，是太陽能的世紀[1]。

2 國際太陽能市場規模發展趨勢

2.1 太陽能電池國際市場趨勢

2.1.1 日本市場

2008年8月“富士經濟（Fuji Keizai）”公司公布了最新的全球太陽能電池市場調查報告。報告的提出是基于該機構對太陽能電池及其材料、發電所必要的系統設備等方面多樣化開發技術以及市場動向的調查。調查的對象和范圍是從結晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池到下一代太陽能電池等10種太陽能電池，多晶硅、晶圓等種材料零部件，3種系統設備，14個國家地區。

日本經濟產業省預計，由于日本企業不斷在國內外擴大太陽能電池生產規模，到2020年日本制太陽能電池在全球市場的占率可望由目前的25%提高至 33%，系企業太陽能發電相關產業規模也將達到10兆（100萬億）日元大關，為目前的10倍。為了加速日本太陽能發電的普及化，日本政府推出一系列太陽能發電推廣措施，如擬將家庭剩余的太陽能電力每千瓦時的買回價格提升2倍至50日元，買回期限則為10年，日本經產省計劃于今后 3～5年將太陽能發電系統的導入費用減至現行的1/2。

2.1.2 歐洲市場

歐洲光伏工業協會公布了年度市場數據2008年全球光伏市場增長至少達到55 GW，2007年為2.4 GW。其中依地區排名。西班牙名列首位，德國為第二。另外，到2008年全球太陽能累積安裝總量已達15 GW，而2007年為9 GW。西班牙以2.5 GW幾乎占到2008年新增安裝量的一半，德國以1.5 GW排在第二，美國以342 MW排名第三，韓國以274 MW排名第四，意大利260 MW排名第五，以下依次是捷克葡萄牙，比利時及法國。

據歐洲能源研究中心預測，到2050年太陽能電池將為人類提供總電量的20%到30%。由此可見，未來的世界將使得太陽能走進千家萬戶的生活，走進所有需要光亮、需要能源的角落。

2.1.3 美國市場

目前號稱是世界之最的美國太陽能之星，內華達州奈斯里太陽能廠，是由美國空軍和SunPower聯手合資的項目（07年12月竣工），據稱每年的供電量可達 3000萬 kWh。以此為例的Swanson曾經表示，以當前的速度推廣使用太陽能電池，到2040年太陽能電池所產的電能可以滿足全美的電力需求。鑒于其它可再生能源技術和新能源也同事不斷涌現（風能和太陽熱能），到 2050年太陽能所能提供的電量增長將足以降低煤炭發電所釋放的二氧化碳。

2.2 各種太陽能電池近兩年投資

2.2.1 薄膜硅太陽能電池

薄膜硅太陽能電池 2007年市場規模為 578億日圓，預計到 2012年將提高到 2007年的 9.7倍大道5595億日元。由于薄膜太陽能電池原料使用量較小、原料成本低、制造工序也少，因此有望今后能大幅度降低成本，投資會大幅度增長。預計涉足該領域的廠商達100家左右，其中約10家到20家廠商目前已經開始生產了，不少廠家處于量產準備階段，很快開始量產。從日系廠商和非日系廠商的產量比較來看，日系廠商2006年之前的比例較高，但2007年非日系廠商的產量超過了日系廠商。今后隨著美國、德國、印度、中國大陸和臺灣等廠商產量的逐步提高，日系廠商的太陽能電池生產很可能處于劣勢。

2.2.2 CI（G）S太陽能電池

2007年CI（G）S太陽能電池的市場規模為120億日圓，預計2012年的市場規模講達到2007年的 25倍 2998日圓。CI（G）S太陽能電池是不使用硅的薄膜化合物類的新型太陽能電池，主要成分是銅（Copper）銦（Indium）硒（Selenium）等三種元素。目前涉足該市場的主要廠商為德國Wurth Solar、美國的 Globa Solar Energy、美國Nanosolar、日本 Showa Shelll Solar和本田 Soltec，主要受歐洲以歐洲為中心的市場需求擴大的支撐，已經開始投產的相關廠商的訂單情況良好。有些廠商甚至已經售完今后1年到2年的計劃生產部分，因此從各廠商的增長來看今后的市場將不斷擴大。盡管銦材料短缺問題令業界擔憂，不過報告分析 CI（G）S太陽能電池廠商和銦廠商預計不會陷入銦材料短缺的困境。

2.2.3 CdTe薄膜太陽能電池

CdTe薄膜太陽能電池 2007年市場規模為630億日圓，預計2012年將提高到2007年的4.2倍2660億日圓。銅銦鎵硒（CIGSS）薄膜太陽能電池技術目前顯示了所有無機薄膜技術中最高的電池和組件效率（電池為19.5%；商用組件為12%；面積0.35～0.7m2的原型組件為13%～14%）。第一代CIGSS組件的大規模制造（主要在歐洲）已經開始，但是仍然需要研究生產工藝，雖然作為高效率的薄膜太陽能電池令眾人期待，但毒性污染環境問題限制了其發展[2，3,4]。

3 國內太陽能電池市場發展趨勢

3.1 發展歷程

中國于1958年開始研究光伏電池，于1971年首次成功應用于我國發射的東方紅二號衛星上。于1973年開始將光伏電池用于地面。中國光伏工業在20世紀80年代以前尚處于雛形，太陽電池的年產量一直徘徊在10 kWp以下，價格也很昂貴。由于受到價格和產量的限制，市場的發展很緩慢，除了作為衛星電源，在地面上太陽電池僅用于小功率電源系統，如航標燈、鐵路信號系統、高山氣象站的儀器用電、電圍欄、黑光燈、直流日光燈等，功率一般在幾瓦到幾十瓦之間。在“六五”(1981—1985)和“七五”(1986—1990)期間，國家開始對光伏工業和光伏市場的發展給以支持，中央和地方政府在光伏領域投入了一定資金，使得我國十分弱小的太陽電池工業得到了鞏固并在許多應用領域建立了示范，如微波中繼站、部隊通信系統、水閘和石油管道的陰極保護系統、農村載波電話系統、小型戶用系統和村莊供電系統等。

2002年，國家計委啟動“西部省區無電鄉通電計劃”，通過光伏和小型風力發電解決西部七省區（西藏、新疆、青海、甘肅、內蒙古、陜西和四川）700多個無電鄉的用電問題，光伏用量達到15.5 MWp（小型風力發電機240 kW）。該項目大大刺激了光伏工業，國內建起了幾條太陽電池的封裝線，使太陽電池的年生產量迅速達到100 MWp（2002年當年產量20 MWp）。截止到2003年底，中國太陽電池的累計裝機已經達到55MWp。2003—2005年，由于歐洲光伏市場主要是德國市場的拉動，中國的光伏生產能力迅速增長，截止到2005年底，中國太陽電池組件的生產能力已經達到 400 MWp，當年產量達到 140 MWp，絕大部分太陽電池組件出口歐洲，2005年國內安裝量只有5 MWp，2006年為10 MWp。國家能源局官員稱，正在制定的新能源發展規劃中發展目標翻了幾番。其中到2020年太陽能發電規模由2007年的180萬千瓦調整到上千萬千瓦。這些幾倍于現有《可再生能源中長期發展規劃》的新目標，將出現在上報國務院的《新能源發展規劃》中。中央財政則稱太陽能光電建筑發電每應用1瓦將補助20 元。

3.2 近兩年國內投產項目

3.2.1 非晶硅薄膜電池

四川凱邁集團下屬公司四川光亮投資有限公司為主要投資方，總投資6億元的國內最大的非晶硅太陽能薄膜電池項目于七月在崇州開建，建成后年生產非晶硅薄膜電池達到30 MW，為全國最大。生產線將在30個月內建成，建成后極大地吸引下游企業到工業區集聚發展，形成完整的產業鏈和產業集群。

3.2.2 CIGSeS銅銦鎵硫硒化合物薄膜電池

山東孚日光伏科技優先公司引進德國Johanna Solar Technology Gmbh（簡稱JST）公司技術建設的 CIGS銅銦鎵硫硒化合物薄膜電池研發及生產項目正式開工奠基。總投資60億元，建設規模為240 MW，其中首期項目投資18.6億元，建設規模為60 MW，預計2009年第三季度投產，項目建成后孚日公司將成為我國唯一進行CIGSSe薄膜電池大規模工業化生產的光伏企業，并可帶動山東光伏企業的迅猛發展。

3.2.3 多晶硅太陽能電池項目

年產400MW多晶硅太陽能電池項目在河北保定開工建設，項目由英利集團旗下的英利新能源和英利能源（中國）兩家公司建設。總投資28億元，計劃于2009年3月完工。

3.2.4 中科院啟動太陽能行動計劃

中科院有關負責人表示，太陽能行動計劃以2050年前后使太陽能作為重要能源為遠景目標，確定2015年分布式利用、2025年替代利用、2035年規模利用三個階段目標，從光伏、光熱、光化學、光生物等太陽能轉化利用的幾個主要途徑所涉及的關鍵科學問題作為突破口，并在核心技術研發、應用示范和轉移轉化等幾個層面實施太陽能行動計劃。

4 太陽能電池區域選擇

國內各區域太陽能資源分布如表1[6]。

5 太陽能成本問題

與傳統電力相比，當前光伏發電成本仍然偏高，獨立光伏發電系統初投資約8萬元/千瓦，并網發電系統投資約6萬元/千瓦，發電成本 3.5-5元/千瓦時。光伏發電上網電價4-5元/千瓦時，是目前火電成本的10倍左右。如此高的價格，無論是由用戶分攤還是由國家補貼，大規模推廣使用太陽能的阻力很大，暫時還無法同火電、風電等競爭。然而近期太陽能光伏發電的大規模市場發展和快速的技術進步正在使光伏系統設備和發電成本有效降低，預計2012年每千瓦時發電成本可降為1.5元人民幣以下[5]。

表1 太陽能資源分布

6 結束語

從上述的論證中可得出以下太陽能電池技術投資判斷：

1) 太陽能電池行業發展雖然 08年受到經濟危機的影響有所減緩，但從長期的能源需求看，并不影響其發展的速度，世界會一如既往支持其發展，而且發展速度會有所增加；

2) 單晶硅和多晶硅太陽能電池能目前仍占據太陽能電池市場的主導；

3) 今后的發展趨向薄膜太陽能電池，價格低廉和性能穩定的硅薄膜太陽能電池和轉化效率高、工藝簡單的 CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽能電池成為新的投資熱點，在將來的市場份額中占據的份額會越來越高；

4) 多晶硅是目前利潤最高的光伏產業，但受原材料的影響不能長久；

5) 國內企業投資趨勢符合世界潮流，在保持單晶硅和多晶硅太陽能電池的同時，積極投入薄膜電池行業；

6) 建議：投資硅基薄膜太陽能電池或者CIGS銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，具有良好的、潛在的市場前景和經濟效益。

：

[1]陳浩凱, 杜嬋, 太陽能電池與前景. 中國高新技術企業技術論壇.

[2]R. Mendoza-Pe′ rez, J.Sastre-Herna′ndez,G.Contreras-Puente. CdTe solar degradation studies with the use CdS as the window material. [J]Solar Energy Materials and Solar Cells: 2009, 93: 79-84.

[3]劉永軍.球太陽能電池市場規模最新動向調查.中國電子商情, 2008,10.

[4]黃可, 黃健, 馬延燦. 歐洲薄膜太陽能電池技術研究與發展規劃. 新材料產業, 2008, (2): 22-26.

[5]尹淞, 郝繼紅. 我國太陽能光伏發電技術應用綜述,電力技術, 2009, (3): 1—8.

[6]太陽能資源分布, 山西能源與節能, 2009, (3): 66.