對我國光伏發(fā)電發(fā)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(huán)境景況日益惡化，中央氣象臺連續(xù)發(fā)布大霧黃色預(yù)警和霾黃色預(yù)警，我國已有多達25個省(自治區(qū)、直轄市)不同程度地出現(xiàn)過霧霾天氣。面對如此窘態(tài)，筆者作為一名科普愛好者心急如焚，迫切想找出環(huán)境惡化的原因并盡己所能尋找解決的辦法，為早日實現(xiàn)“中國夢”盡一份薄力。

筆者通過查閱相關(guān)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(fā)電、取暖以及汽柴油車所產(chǎn)生的尾氣已成為對空氣質(zhì)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(tǒng)能源所帶來的舒適生活的同時，其對環(huán)境的危害日趨明顯。

隨著人類生產(chǎn)、生活水平的不斷提高，能源需求量急劇上升，已出現(xiàn)供不應(yīng)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(chǎn)生的溫室效應(yīng)亦已成為世界范圍內(nèi)的關(guān)注焦點，世界各國正在各個領(lǐng)域大力發(fā)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(xù)惡化[1]。目前，中國已經(jīng)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(xué)習(xí)、了解后對太陽能光伏發(fā)電這一新能源產(chǎn)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(fā)展可再生能源，諸如光伏發(fā)電。筆者深究其精髓并將其優(yōu)缺點、發(fā)電原理等闡述于后，供大家參考，期望共同為我國整治環(huán)境污染盡力。

太陽能光伏發(fā)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(yōu)勢。據(jù)計算，太陽1 s內(nèi)發(fā)出的能量相當(dāng)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(dāng)于目前全世界所有發(fā)電能力總和的20萬倍；地球每天接收的太陽能相當(dāng)于全球一年所消耗的總能量的104倍?；诖?，世界各國紛紛大力發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)。據(jù)測算，安裝1 MW光伏系統(tǒng)至少要比現(xiàn)有同樣規(guī)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(gòu)預(yù)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(fā)電裝置，以目前太陽光能利用率的1/7 計算，其所發(fā)的能源供應(yīng)量就足以滿足目前人類總耗能的需求。

2 太陽能光伏發(fā)電原理

2.1 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈

光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括硅料(多晶硅)、硅棒/晶片、電池片、電池組件、應(yīng)用系統(tǒng)及安裝等5個環(huán)節(jié)。上游為硅料/晶片環(huán)節(jié)；中游為電池片、電池組件環(huán)節(jié)；下游為應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)節(jié)。從全球范圍看，該產(chǎn)業(yè)鏈5個環(huán)節(jié)所涉及到的企業(yè)數(shù)量依次大幅增加，光伏市場產(chǎn)業(yè)鏈呈金字塔形結(jié)構(gòu)。

2.2 太陽能光伏發(fā)電原理

圖1 太陽能光伏發(fā)電原理示意圖

如圖1所示，當(dāng)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(fā)，以致產(chǎn)生電子——空穴對。界面層附近的電子和空穴在復(fù)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(qū)以及空穴向帶負電的P區(qū)運動。通過界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)，輔以精確的控制系統(tǒng)，大于全球發(fā)電能力總和20萬倍的太陽能就能轉(zhuǎn)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?。?/p>

3 光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

3.1 全球光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及趨勢

有關(guān)資料顯示，目前全世界已有上百個國家投入到普及應(yīng)用太陽能電池的熱潮中并正在大規(guī)模地進行新型高效太陽能電池的研制開發(fā)。彭博社的報告顯示，預(yù)計2013年全球太陽能發(fā)電新裝機容量將首次超過風(fēng)能發(fā)電裝機容量。2013年，全球光伏發(fā)電裝機容量將新增36.7 GW，比2012年高20%；而風(fēng)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(fā)電裝機容量為2.528 GW，是同期風(fēng)能發(fā)電裝機容量1.027 GW的兩倍多。

根據(jù)世界能源組織(IEA)對太陽能光伏發(fā)電未來發(fā)展的預(yù)測，2020 年世界光伏發(fā)電量占總發(fā)電量的1%，2040 年占總發(fā)電量的20%(圖2)；根據(jù)歐洲聯(lián)合研究中心(JRC)及歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(EPIA)對未來可再生能源和太陽能發(fā)電的預(yù)測，到2030 年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中將達到10%以上；2040 年，可再生能源將在總能源結(jié)構(gòu)中占到50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到本世紀末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電占到60%以上[3]。以上數(shù)據(jù)無不顯示出太陽能所具有的、重要的戰(zhàn)略地位。

圖2 全球光伏市場增長趨勢圖(2012年開始為預(yù)測數(shù)據(jù))

3.2 我國光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及趨勢

中國國家能源局(NEA)日前預(yù)計，到2013年年底，中國并網(wǎng)的太陽能裝機容量將達到10 GW(該數(shù)據(jù)為累計數(shù)據(jù))。中國到2015年，太陽能發(fā)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(jù)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(guān)。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(qū)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(qū)高于東部地區(qū)。除西藏和新疆兩個自治區(qū)外，基本上都是南部低于北部；由于南方多數(shù)地區(qū)云霧及雨水較多，在北緯30°～40°地區(qū)，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規(guī)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(qū)越適合建設(shè)光伏電站。根據(jù)《國家發(fā)展改革委關(guān)于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》(發(fā)改價格[2013]1638號)，根據(jù)各地太陽能資源條件和建設(shè)成本，將全國分為三類太陽能資源區(qū)，相應(yīng)制定了光伏電站標桿上網(wǎng)電價，并且載明西藏自治區(qū)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(wǎng)電價表(2013年發(fā)布)

5 我國發(fā)展太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)、缺點

5.1 我國太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點

第一，我國光伏產(chǎn)業(yè)起步早，光伏組件、系統(tǒng)技術(shù)逐步成熟，為國內(nèi)光伏發(fā)電的發(fā)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(jīng)濟社會發(fā)展過程中能源供應(yīng)的資源瓶頸問題；第三，太陽能光伏發(fā)電的過程，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不污染空氣，不產(chǎn)生噪聲，對環(huán)境友好，不會遭受能源危機或燃料市場不穩(wěn)定而造成的沖擊；第四，通過近幾年的技術(shù)進步，我國太陽能光伏發(fā)電的成本在逐年降低，每kW·h電的成本逐步與傳統(tǒng)能源接近。

5.2 我國太陽能光伏發(fā)電的缺點

第一，目前我國光伏電站系統(tǒng)還以低發(fā)電效率的多晶硅電池系統(tǒng)為主，衰減現(xiàn)象嚴重且普遍；第二，目前的光伏發(fā)電成本高于傳統(tǒng)能源發(fā)電(火電)一倍左右，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依靠國家補貼，沒有能夠?qū)崿F(xiàn)自身良性發(fā)展；第三，光伏電站占地面積大，如果不與建筑、農(nóng)牧業(yè)相結(jié)合，則存在土地資源浪費嚴重的問題；第四，此前的政策引導(dǎo)以安裝量作為補貼的依據(jù)，部分地區(qū)出現(xiàn)了搶裝不能并網(wǎng)的問題；第五，光伏發(fā)電并網(wǎng)瓶頸問題突出。由于太陽能資源受晝夜更替和季節(jié)變化影響較大，光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響與風(fēng)電系統(tǒng)單獨并網(wǎng)類似，其波動的功率給電網(wǎng)調(diào)度及運行增加復(fù)雜性[4]。光伏發(fā)電的“間歇性”特征明顯，其并網(wǎng)發(fā)電后發(fā)生“脫網(wǎng)”現(xiàn)象的可能性較大，對電網(wǎng)的沖擊程度高。而現(xiàn)有電網(wǎng)體系的輸配電能力還不足以應(yīng)對大規(guī)模的光伏電站“脫網(wǎng)”現(xiàn)象，因此，技術(shù)因素成為限制光伏電站并網(wǎng)的重要因素。

6 我國光伏發(fā)電可能的裝機容量

國家能源局的數(shù)據(jù)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(fā)電，那么,光伏發(fā)電需要貢獻2 450億kW·h的發(fā)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(fā)電裝機容量僅為10 GW。由此可見，中國光伏發(fā)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(fā)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(fā)電的技術(shù)進步及趨勢

(1)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)開始逐步進入到“成熟期”，光伏電站投資者的財務(wù)模型也已從“瓦特價格模型(Per Watt)”轉(zhuǎn)變到“系統(tǒng)度電成本模型(Per Kwh )”。土地成本上升和環(huán)境友好的要求使光伏電池及發(fā)電系統(tǒng)的效率取代產(chǎn)業(yè)規(guī)模和成長速度成為競爭的關(guān)鍵。

(2)從產(chǎn)業(yè)鏈制造方面分析，光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈成本重心已經(jīng)完成向產(chǎn)業(yè)鏈后端的轉(zhuǎn)移，成本已從重量的函數(shù)演變?yōu)槊娣e的函數(shù)。在電池轉(zhuǎn)組件化率方面，國內(nèi)多晶硅電池組件平均轉(zhuǎn)化率為15%，單晶硅電池組件平均轉(zhuǎn)化率接近17%，個別企業(yè)的高效單晶硅電池組件轉(zhuǎn)化率已達到20%以上甚至更高。晶體硅產(chǎn)業(yè)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(shù)門檻企業(yè)采用的速度——效益型競爭和高技術(shù)企業(yè)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(chǎn)業(yè)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(fā)電系統(tǒng)。2009 年以來，我國連續(xù)發(fā)布了《太陽能光電建筑應(yīng)用財政補助資金管理暫行辦法》、《關(guān)于加快推進太陽能光電建筑應(yīng)用的實施意見》，支持開展光伏建筑應(yīng)用示范，實施“太陽能屋頂計劃”。2009 年7 月，國家有關(guān)部門又印發(fā)了《關(guān)于實施金太陽示范工程的通知》，計劃在2 到3 年內(nèi)，財政補助不低于500 MW的光伏發(fā)電示范項目，并采取多種方式加快國內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。2012年9月，國家能源局發(fā)布《太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，提出到2015年底我國太陽能發(fā)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(fā)電裝機容量有望擴大6倍以上。

2013年7月，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》(國發(fā)[2013]24號，以下簡稱《若干意見》)。為貫徹落實《若干意見》中的有關(guān)要求，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、財政部、國家能源局等有關(guān)部門，從光伏發(fā)電補貼、標桿電價、企業(yè)增值稅以及分布式發(fā)電管理等方面制定了一系列政策措施用以在國內(nèi)大力促進光伏發(fā)電發(fā)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(fā)電市場，促進光伏發(fā)電項目合理布局，發(fā)揮價格杠桿作用，激勵光伏企業(yè)提高技術(shù)水平，緩解光伏設(shè)備制造上游企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營困難，為我國光伏產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。

9 結(jié) 語

筆者針對目前傳統(tǒng)能源的利用所帶來的環(huán)境污染及所面臨其消耗殆盡的危機，通過學(xué)習(xí)、了解，對光伏發(fā)電原理、優(yōu)勢和缺點、我國光照分布情況以及光伏發(fā)電趨勢與相關(guān)補貼政策進行了分析，通過分析我國光伏發(fā)電需求量、光伏發(fā)電經(jīng)濟模型并對近年來國家支持光伏發(fā)電行業(yè)的政策進行了梳理，得出了我國在光伏發(fā)電方面的潛力非常大、發(fā)展空間十分廣闊的結(jié)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(fā)電系統(tǒng)對于我國的可持續(xù)發(fā)展、保持能源供給的獨立性和安全性具有重要意義。光伏發(fā)電的發(fā)展離不開政府的大力支持，并且光伏電站的建設(shè)要與環(huán)境保護相結(jié)合，只有國家與企業(yè)聯(lián)手，光伏發(fā)電才有可能有大的發(fā)展，期望筆者的思考能對光伏發(fā)電的發(fā)展有所幫助。最后，筆者對如何更好地發(fā)展我國的光伏發(fā)電事業(yè)提出了幾點建議：

(1) 完善“上網(wǎng)電價法”(FIT)實施細則，按照不同資源制定不同的上網(wǎng)電價，在電價上體現(xiàn)各利益攸關(guān)方的權(quán)益，使法規(guī)在全國有效、普遍實施；加強和完善“FIT”的實施監(jiān)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(yīng)明確電網(wǎng)企業(yè)的并網(wǎng)義務(wù)，要通過制定“上網(wǎng)電價法”等法律法規(guī)來敦促電網(wǎng)企業(yè)積極并網(wǎng)購電；國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等電網(wǎng)企業(yè)及相關(guān)科研院所應(yīng)在智能電網(wǎng)技術(shù)和規(guī)模儲能技術(shù)等的研發(fā)和推廣方面加大力度，破解接納光伏電力并網(wǎng)的技術(shù)瓶頸。

(3) 疏通光伏電站企業(yè)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(fā)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(qū)、少數(shù)民族地區(qū)建設(shè)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(yīng)大力支持能與農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)相結(jié)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(dāng)?shù)刎斦杖氲母纳?、農(nóng)牧民就業(yè)、維持少數(shù)民族地區(qū)穩(wěn)定做出有益貢獻。

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