太阳能光伏技术发展分析

石明太

　　光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今主流的太阳能发电方式。尽管近年来遇到了多晶硅原材料短缺等问题，但最近10年太阳能光伏产业仍保持了25%～40%的高速年均增长率。2005年以前，世界光伏发电主要集中在发达国家，特别是日本、德国(占欧盟总量八成)和美国3个经济强国，约占世界光伏发电市场的80%。自2005年以来，中国的光伏发电市场迅速增长，2006年光伏电池产能达到1200MW，产量达450MW，比2005年增长280%；光伏组件产量达到800MW，产能则达到2000MW。目前，中国已成为仅次于日本和德国的第三大光伏电池生产国。2006年，世界太阳能电池产量为1818MW，而排名前10位的厂商产量为1667MW。前10大厂商除一家英国厂商外，全部是日、德、中三国厂商，其中日本夏普2006年光伏电池产量达434MW，已经连续7年位居第1位。我国的尚德电力已从2005年的第6跃居到第4位，预计到2007年将上升到第2位，尚德电力已成为世界知名的光伏品牌。
　太阳能光伏发电产业取得的巨大进步是与各种降低光伏发电成本技术的进步密不可分的。几十年来围绕降低成本的各种研究开发工作取得了显著成就，具体表现为：
电池效率不断提高。目前，单晶硅太阳能电池的实验室效率已经提高至24.7%，多晶硅电池的实验室效率也达到了20.3%，非晶硅薄膜电池实验室效率达到了13%。其他新型电池，如多晶硅薄膜电池、染料敏化电池、有机电池等不断取得进展。先进技术不断向产业注入，使商业化电池技术不断得到提升。目前市场上商业化电池份额为晶体硅电池占90%以上，非晶硅电池占9%，其他类型电池占1%。商业化晶体硅电池的效率达到14%～20%(其中单晶硅电池为16%～20%，多晶硅电池为14%～16%)。
硅片厚度持续降低。30多年来，太阳能电池硅片厚度从20世纪70年代的450μm～500μm降低到目前的180μm～240μm。硅片厚度降低减少了硅材料消耗，是光伏发电技术进步的重要方面。
生产规模不断扩大。太阳能电池单厂生产规模已经从20世纪90年代的5MWp～30MWp/年增长到现在的50MWp～500MWp/年。生产工艺不断简化，自动化程度不断提高，出现了多家年产量超过100MW的大型企业。
光伏组件成本大幅度降低。近10年来，世界晶体硅光伏组件的生产成本降低了32%以上，达到3美元/W左右。虽然自2004年以后因材料紧缺生产成本有所回升，但这种趋势仍在继续发展。
　经过多年积累，我国通过一系列的科技攻关和产业发展计划安排支持了一批提高现有装备生产能力的项目，大幅度提高了光伏发电技术和产业的水平，尤其是在产业链的后段如电池封装、系统集成、并网发电技术等方面与国外的差距进一步缩小。目前我国商业化的光伏组件效率达14%～15%，一般商业化电池效率达10%～13%；太阳能光伏电池生产成本已大幅下降，从2000年的40元/W，降到现在27元/W。
太阳能光伏产业链包括材料制造(将硅料通过提纯和精炼加工成晶体硅)和硅片制造(将晶体硅熔铸锭再切成片)、电池制造(硅片通过半导体加工工艺变成电池)、组件制造(将电池连接并封装形成组件)四大部分，呈明显的金字塔结构。在整个产业链中，晶体硅生产是整个产业链的瓶颈，关键技术基本被日、美、德的7家企业所控制。
　我国在产业链的前端与国外先进水平相比仍差距较大，晶体硅的生产仅处于百吨级水平，离最小经济规模——— 千吨级水平尚有较大差距；国内生产线工艺设备落后，物料和电力消耗过大，与国际水平相比，能耗高出一倍以上，缺乏竞争力；硅片制造所需的加工设备也主要依赖进口。这导致我国太阳能光伏产业是典型的两头在外的产业，即技术和原材料、销售和市场在国外，加工制造在国内。要实现我国光伏产业由大到强的转变，必须加强产业链前端部分，突破材料制造和加工设备这两大制约我国光伏产业发展的瓶颈。