中國和上海光伏產業的發展情況與趨勢

魏光普 張靜妹 宋小風 湯 泓

1上海新能源行業協會 2上海大學材料科學與工程學院

0 前言

能源短缺和環境污染是人類長期面臨的兩大難題，開發以可再生能源為主的新能源、發展低碳經濟是解決這兩大難題的重要途徑，也是發展新興產業的突破口。

據報道2010年全球能源消耗折合標準油120億t，比2009年增加5%。全世界的能源消耗中，石油占總消費量的33.6%，煤的消費量占29.6%。2011年中國能源消耗總量折合34.8億t標準煤（或24.5億t標準油），中國的能源80%靠煤炭，2011年煤炭消費量占世界的46%，從2009年起，中國已經從煤炭的出口國變成凈進口國。2011年，我國煤炭進口達到1.8億t，成為全世界最大的煤炭進口國。2011年中國原油消耗量為4.6億t，其中進口2.6億t，對外依存度達到56.4%。

煤炭與石油的大量使用，造成二氧化碳等溫室氣體的大量排放，數量巨大。2010年，世界二氧化碳的排放量已經達到400余億t，而我國二氧化碳排放總量達到98億t，占世界的24.8%。按照前幾年的發展情況，2015年我國煤炭消耗量將要達到40至41億t的巨大數量，二氧化碳的排放量就會更多，國際壓力很大。所以開發利用太陽能和風能等可再生能源非常重要，是人類面臨的最大課題之一，也是我國發展太陽電池戰略性新興產業的一個重要機遇。

1 全球太陽電池產業發展現狀

2011年全球太陽電池產量約 28.5GW,比2010年的18GW增加約60%。而2011年全球太陽電池的安裝量約27.7GW,比2010年的16GW增加約70%。太陽電池組件價格從2010年底的每瓦1.6美元降低到2011年底的每瓦1.2美元左右。

從上述數據可以看出，盡管受到世界經濟危機和歐洲債務危機的影響，全球太陽能產業還是得到了超速發展。

據歐洲光伏工業協會的統計，2011年全球太陽電池產量最大的十個企業按照太陽電池產量的排名如表1所示。從表1可見，全球太陽電池產量最大的十個企業中有八個在中國。

隨著生產的發展和技術水平的提高，太陽電池的光電轉換效率在不斷提高。目前，砷化鎵三結非聚光太陽電池的實驗室最高效率已達到36.9%（日本夏普2011年發布），規模生產效率也達到28%-33%。砷化鎵多結聚光電池效率最高45%,批產效率達到38%-40%。單晶硅太陽電池的最高實驗室效率達到25%，大規模生產效率也已經達到18%-22%;多晶硅太陽電池的大規模生產效率也已經達到16.5%-19%;目前正在利用HIT(具有本征薄層的異質結太陽電池)、選擇發射極、高效全背結結構(IBC)、鈍化發射極等方法繼續提高效率，再過幾年晶體硅太陽電池有希望達到20%-25%的高效率。在薄膜太陽電池方面，非晶硅太陽電池的實驗室最高穩定效率達到12.8%,規模生產效率為6%-11%。銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池的實驗室最高效率已經達到20.3%，規模生產效率為12%-15%。碲化鎘（CdTe）薄膜太陽電池的實驗室最高效率已達到16.5%，規模生產效率為10%-13%。

表1 2011年世界十大太陽電池企業產量排序

2009年,美國 FirstSolar公司生產的碲化鎘薄膜太陽電池產量達到1100MW，使全世界薄膜太陽電池的產量首次達到太陽電池總產量的20%左右。

2011年全球新增加太陽電池安裝量達到27.7GW,其中歐洲安裝量最大,占60%以上，這主要是由于歐洲各國政府和人民對新能源非常重視，對安裝太陽電池發電系統的補助政策落實得很好。

技術的進步、生產規模的擴大、自動化程度的提高和太陽電池效率的不斷提高，使太陽電池的生產成本不斷降低。根據30余年的統計，太陽電池產業是所有可再生能源發電技術中，現代集約化生產效率迅速提高的最佳體現者,太陽電池組件的價格已經從30年前的每瓦20余美元下降至現在的每瓦0.68-0.8美元(約0.54-0.64歐元),人民幣價格每瓦5-6元(根據質量和規格的差異而略有不同)。

近幾年，太陽電池產量產能的大幅度增加，已經大大超過了世界的需要量。2011年，全世界太陽電池產能估計已經達到50GW，而實際產量只有28-30GW，安裝量只有27-29GW，所以全世界的太陽電池的產能過剩已相當嚴重。太陽電池的產能過剩和價格的大幅度下降，特別是世界經濟不景氣和歐洲債務危機給太陽電池產業帶來了很大的負面影響,使世界不少太陽電池工廠減產、停產和破產。但是歷史表明太陽電池產業的發展呈現波浪式的周期性規律，也許再過幾年又會有大發展。太陽電池產業將會一直得到發展。

2 中國太陽電池產業發展現狀

中國2011年太陽電池的產能達到30GW,產量約18GW,比2010年的8GW增加約125%。而2011年全國太陽電池的安裝量約2.9GW,比2010年的0.5GW增加約6倍。太陽電池組件價格從2010年底的每瓦12元降低到2011年底的每瓦6元左右。

近十年來，我國的太陽電池產業得到了飛速發展，太陽電池的年產量每年遞增80%以上，自從2007年以來，連續5年位居世界第一，2010年產量達到 8000MW（8GW），2011年的產量約為18000MW（18GW）。圖2是我國近十余年太陽電池產量增長情況表。整個產業鏈的總產值估計達到2500億元左右，占我國國民生產總值（GDP）的百分之一，從業人員約50萬人，形成了巨大的陽光產業與陽光經濟，因此各級政府都非常重視。

根據不完全統計，至2011年底中國大約有太陽電池片的生產工廠70余個，30MW左右的太陽電池生產線約1200余條，太陽電池組件廠300余家。2011年中國國內太陽電池組件生產能力已經超過35GW ，占全球產能的60%左右，但實際銷量卻只有18GW。這說明我國太陽電池的產能過剩相當嚴重。近3年來，受到世界經濟危機和歐洲債務危機的的影響，歐洲和美國等地區經濟情況不佳，對安裝太陽電池的補貼減少，太陽電池的價格下降很快，使我國的太陽電池產業受到很大影響，很多工廠減產或停產,不少企業產生了虧損。

隨著太陽電池產量的增加和技術的進步,太陽電池的生產成本和價格都逐漸下降,至2012年3月,國內晶體硅太陽電池的價格已經降低到每瓦5-8元,建設太陽電池發電站的投資成本也在逐漸下降，這為在國內推廣光伏發電的應用，大規模開發國內市場創造了條件。

3 中國太陽電池產業的希望和問題

1）中國的太陽能資源豐富

中國的太陽能資源非常豐富，特別是在西藏、新疆、青海、甘肅、寧夏等西北高原地區，日光強而且下雨天少，年平均日照時間長，太陽能資源特別豐富。如果按年平均日照時間來分，中國大致可以分為5個不同的地區。

在我國太陽能光伏發電的節能減排效果也非常好。根據多年的實際測量，每1瓦太陽電池在上海每年可發電1kWh左右，在西藏高原,日照強烈,下雨天數少,每瓦太陽電池每年可發電1.8kWh左右，在新疆、青海、寧夏等地每瓦太陽電池每年約可發電1.6kWh。

1m2的太陽電池，在標準光強（1kW/m2)照射下，若光電轉換效率為10%,則可產生100W的電功率，若轉換效率為15%，則可產生150W的電功率。

如果按照晶體硅太陽電池效率15%計算，在上海每平方米太陽電池，每年可發電150kkWh，如果按照每kWh電的發電用煤350g計算（現在燃煤電廠的平均值），可節省煤炭50余kg，減少二氧化碳排放150kg左右,節能減排的效益明顯。

2)太陽電池價格的大幅度下降，為光伏發電的推廣應用創造了條件。

隨著太陽電池產量的增加和技術的進步,太陽電池的生產成本和價格都逐漸下降,至2012年3月,國內晶體硅太陽電池的價格已經降低到每瓦5-8元,建設太陽電池發電站的投資成本也在逐漸下降,太陽電池產量急速增加和價格的快速下降，為我國光伏發電的推廣應用開辟了新時代。

3)中國太陽電池產業存在的問題

（1）太陽電池產業的產能過剩。

2011年我國太陽電池的產能達到30GW,產量約18GW,比2010年的8GW增加約125%。太陽電池產量的連續5年位居世界第一，年產量占全世界需要量的60%以上。但現在太陽電池的發電成本仍然偏高，是火力發電的2-3倍，國內應用仍然比較少，大部分太陽電池依靠出口，因此產業不很穩定。近2年來，由于世界經濟低迷，國外政府因經濟困難對光伏發電的補貼減少，太陽電池的出口大減。最近又受到美國和歐洲對我國光伏產品實施“反傾銷”“反補貼”的高關稅政策，使我國太陽電池產業市場大受影響，很多企業停產、減產，不少企業出現了虧損。為此努力降低太陽電池的生產成本,大力開發國內市場成為太陽電池產業的共識。

（2）太陽電池制造設備大都依靠進口

現在我國大部分太陽電池片生產廠的設備依靠進口。晶體硅太陽電池的主要設備如PECVD減反射膜制造設備、擴散爐、電極印刷燒結爐、測試分檔設備大都是從歐洲和美國進口。高級的非晶硅等薄膜太陽電池的生產設備也依靠進口，與這些設備相關的核心技術很多沒有掌握。

（3）太陽電池生產用的原料很多依靠進口

硅材料工廠近幾年國內投資建廠很多，估計投資建設的總產能達到十萬t以上,目前的產量尚未達到設計目標。根據統計，2010年的我國多晶硅產量為4.6萬t。由于國外的大型多晶硅廠生產規模大，技術水平高，生產成本比國內低，產品價格也比國內低，所以仍有50%以上的硅材料從國外進口,由于缺少價格競爭優勢,國內不少多晶硅生產工廠已經停產。電極材料銀漿、鋁漿，以及太陽電池封裝用的EVA膠膜、TPT背膜以及特種玻璃也有很大部分依靠進口。

4 上海地區太陽電池產業發展情況

上海地區位于北緯度31.2度左右，年平均日照時間約2000h左右，年平均總輻射量約4600MJ/m2，也是太陽能資源比較豐富的地區，與德國、日本的情況相似。在上海，不論安裝太陽電池或太陽能熱水器，按照面積計算，每m2約可節省標準煤50kg左右，因此在上海開發利用太陽能有相當的經濟效益和社會效益。

上海是太陽電池產業的發源地之一，1968年就開始研究和生產太陽電池，積累了很多技術和人才資源。2006年以來，上海地區太陽電池制造和組裝廠從5-6家發展到目前的10余家。根據上海新能源行業協會的統計，2011年上海太陽電池片產量約1150MW，是2010年產量450MW的2.5倍多，而2011年的太陽電池組件產量2100MW，是2010年產量990MW的2倍多。雖然上海太陽電池產量增加很多，但據各單位反映，由于這一年多時間內，太陽電池的價格大幅度下降，所以企業的利潤增加不多，有增產不增收的現象。

2012年上海太陽電池片產量為791MW，實現產值21.4億元；光伏組件產量約2232MW，同比增長6%左右，產值約103億元。2012年上海太陽能裝備產量為443臺套，產值8.58億元。

5 我國太陽電池產業發展趨勢

由于近2年世界經濟低迷，各國對光伏發電的投入和補貼減少，太陽電池的需要量減少，而產能過剩比較嚴重，價格大幅度下降，不少太陽電池企業因此出現很大虧損或破產。所以預計今后2-3年內，世界太陽電池的產量和使用量不可能有大幅度增長，只能維持比較低的增長水平。國際相關權威專家大都認為，太陽電池產業將會繼續發展壯大，但發展速度將放緩，增長速率可能僅為10%左右。我國的太陽電池企業因為美國和歐洲等國家對我國實施貿易保護政策、增加了輸入關稅，產品出口受到限制，產量也將會有所縮減，比較小的太陽電池企業將會減產、停產或破產。在國外“反傾銷”“反補貼”的逼壓下，啟動國內市場成為國人的共識。

國際市場低迷，使大力開發國內市場成為業界的共識。為了開發國內市場，幫助光伏企業克服困難，近幾年我國政府有關部門推出了一系列的鼓勵政策：

○對裝機容量大于50kW的光伏建筑系統，給予每瓦20元左右的一次性補貼；

○對光伏發電開始實行《上網電價法》，規定2011年7月1日以前并網發電的項目的上網電價為每千瓦時1.15元，2011年8月1日以后并網發電的項目的上網電價為每千瓦時1.00元。《上網電價法》的實行促進了我國光伏發電事業的發展。很多單位利用這個機會在我國太陽能資源豐富的西北荒漠地區建造了很多數十至數百兆瓦的大型光伏電站；

○鼓勵分布式發電項目申報。第一期每省、市上報裝機容量原則可達到500MW。鼓勵各個企事業單位和人民群眾利用屋頂資源等就近建設與建筑物結合的光伏電站，以自發自用為主，多余電力可出售給電網公司；

○大幅度降低光伏發電入網門檻，入網電壓小于等于10千伏、裝機容量不超過6兆瓦的光伏電站，全都可以申請接入大電網，由國家電網公司提供全過程免費接入服務。解決了我國光伏發電長久未能解決的上電網難的問題。

根據我國光伏產業的中長期目標和十二五規劃，我國光伏發電要在2015年實現用戶端平價上網，2020年實現發電端平價上網，國內光伏發電的應用也將得到很大發展。按照“十二五”規劃，至2015年我國光伏發電裝機目標將要達到15GW，但根據發展情況看，這個目標很可能被突破到21GW以上。現在國內各個大公司都在西北太陽能資源豐富的地區建設大規模的光伏電站。另一方面，利用屋頂的太陽能資源，建設分布式的與建筑一體化的光伏發電站（BIPV）的計劃也正在實施。

在國家各級政府的支持下，我國太陽電池產業將在調整的基礎上繼續得到更好的發展!

6 對我國和上海發展太陽電池產業的建議

由于太陽電池產業目前還是一個稚嫩的產業，發展歷史比較短，無論在基礎理論、材料制備及器件制造工藝方面，都還處在產業成長的初級階段。太陽電池無論從材料制造、結構設計及工藝設備改進等方面都有很多工作要做。因此政府和企業，對產業進行合理規劃、并對產品研究和發展工作給以足夠的經濟投入和支持，是十分重要的。

下面對我國發展太陽電池產業提出幾點建議：

1）促進高效率低成本晶體硅太陽電池的研究和生產

太陽電池產業的最終出路是要使光伏發電成本與燃煤發電成本非常接近，能使用戶感到經濟便利、樂于采用，所以提高太陽電池的光電轉換效率、降低制造成本是關鍵所在。

目前國內很多太陽電池工廠都研究成功了不少高效率太陽電池，例如尚德公司的“冥王星”電池效率已經達到21%以上，晶澳公司的“賽秀”太陽電池的效率也已經達到21%以上。為了使我國太陽電池產品立于不敗之地，攻克高效率、低成本是關鍵。以離子注入、雙面鈍化、新型金屬化為核心技術的背接觸（IBC）高效晶體硅太陽電池可以明顯提高太陽電池批產效率至22%以上，并顯著提高性價比。為此，建議有關部門重點扶持高效率太陽電池的產業化研究和生產，設立專項基金，攻克技術難點，并進行大力推廣。

另外，準單晶硅片替代多晶硅片生產太陽電池可以明顯提高太陽電池效率，降低生產成本，目前用準單晶硅片太陽電池的效率已可達到18%以上，今后會成為多晶硅太陽電池的替代品，所以應該大力推廣。

2）組織太陽電池制造設備的規模化生產

現在我國太陽電池關鍵生產設備大多依靠進口，國內生產比較少。在過去幾年中，我國已經研制成功了很多設備，例如：非晶硅薄膜太陽電池制造設備，等離子增強化學氣相沉積（PECVD）設備、太陽電池組件層壓機和多層層壓機、太陽電池測試設備、單晶爐、多晶鑄造爐、多線切片機等等，但是，很多試制成功的設備沒有形成大規模的生產能力。希望政府部門和相關企業共同努力，組織人力物力，研究太陽電池制造和生產中急需的設備，并形成規模化的生產基地，這對推動我國制造業的技術水平的提高和產業發展有很大作用，并會產生很大的經濟效益。

目前全世界約2000條太陽電池生產線的升級換代工作正在緊鑼密鼓的進行，可顯著提高太陽電池的光電轉換效率和性價比；此外，為了降低成本，硅片厚度的降低成為必然的趨勢，但目前的裝備大部分不適用于100μm以下的硅片制造電池片的生產，所以開發新一代具有核心競爭力的太陽電池生產設備勢在必行。我國作為太陽電池的生產大國，一定要在太陽電池高端制造裝備上有一番大的作為。

3）制訂積極的激勵政策，大力推動光伏發電的應用

目前我國太陽電池企業的主要困難，仍然是缺乏市場。因此，推廣太陽電池在我國的應用，啟動國內市場，非常重要。目前世界范圍的光伏應用市場規模是地面電站和屋頂系統（包括BIPV）各占半壁江山，但土地資源畢竟有限并且輸電成本日益增加，因此幾年后與屋頂相結合的應用市場必然占有越來越多的比例。我國有很多的大型學校、場館、倉庫、工廠、醫院等公共建筑的屋頂，估計在數十億m2以上，如果把這些屋頂的太陽能資源利用起來，每年將可以發電數萬億kWh，節約煤炭數千萬t，這對于缺少電力和能源的中國來說，是非常值得利用的資源。所以，建議政府部門能采取相應的鼓勵政策，推動光伏發電的應用，特別是支持光伏建筑一體化的應用，并發動民間資本投資太陽能光伏發電事業。這不但可以解決我國電力不足問題、而且對推動綠色能源的應用，減少環境和大氣污染問題，能起到很好的積極作用。

現以上海為例，如果上海市在近幾年內每年能拿出1億元錢來支持光伏電站的建設，對光伏發電每kWh補助0.4元錢，就可在上海推動250MW光伏電站項目的建設，每年可以發電約2.5億kWh,以工業用電每kWh0.8元計算，每年可創收2億元。 另一方面，若以每發1kWh電消耗煤炭350g計算，每年可節約煤炭約8.75萬t,減少二氧化碳排放約25萬t,具有很大的經濟效益和社會效益。所以希望上海市能夠加大對市內建設屋頂分布式光伏發電站的投入。

結束語

光芒萬丈的太陽為我們提供了用之不竭的清潔能源，估計幾十年或數百年后，石油和煤等傳統能源將會被人類采盡用竭，到那時太陽能將是我們的最主要能源。利用太陽電池進行光伏發電是利用太陽能的最方便途徑，所以不斷完善和發展太陽電池產業，提高效率、降低成本、推廣應用、使其更好的為人類服務，也許是我們的最佳選擇，可見太陽電池產業的前景肯定是美好的！