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太阳能-发展预测
 
能源网    2006-12-15

一、全球能源消耗形势及太阳能未来的战略地位

一百年来,全球能源消耗基本趋于稳定态势,平均每年呈3%指数增加。尽管许多工业化国家能源消耗基本趋于稳定,但大多数发展中国家工业化进程加快(如中国),能耗不断增加,因此预计全球未来能源消耗态势仍将以3%的速度增长。

能耗平均呈指数增长趋势所带来的后果是十分严重:一方面伴随着化石燃料消耗的增加,大气中CO2的含量相应增加,地球不断变暖,生态环境恶化,自然灾害及其造成的损失逐年增加,另一方面将愈来愈快地消耗掉常规化石能源储量。有数据表明,世界化石燃料耗尽时间从现在开始只有几十年的时间。能源的潜在危机和生态环境的恶化迫使世界各国积极开发可再生能源。在今后的20-30年里,全球的能源结构必然发生根本性的变化。专家预测,在下世纪50年代,新能源与可再生能源在整个能源构成中会占到50%。

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,煤炭占商品能源消费的75%,已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量(煤炭、石油、天然气等)及可开采年限十分有限(表3-6),潜在危机比世界总的形势更加严峻,能源工业面临的经济增长、环境保护和社会发展的压力更大,因此开发利用包括太阳能在内的可再生能源、实现能源工业的可持续发展具有应该说更加迫切、更具重大战略意义。

3-6 我国能源剩余资源探明储量和可开发年限

资源种类

煤炭

(亿吨)

石油

(亿吨)

天然气

(亿M3

水力

GW装机)

探明可开采储量

1145

32.736

11704

353

可开采年限

(预测-保守)

54-81

1.4%-1996

15-20

2.5%-1996

28-58

5%-1996

38- 104

5%-1996

可开采到

2050-2077

2011-2016

2024-2054

2034-2100

 

二、太阳能光伏技术

1.光伏产业将继续以高增长速率发展

光伏产业过去十年平均呈15%的年增长率发展,97、98两年增长率达到30~40%。多年来光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一。预测今后10年光伏组件的生产将以20-30%甚至更高的递增速度发展。快速发展的屋顶计划、各种减免税政策、补贴政策以及逐渐成熟的绿色电力价格为光伏市场的发展提供了坚实的基础。市场将逐步由边远地区和农村的补充能源向全社会的替代能源过渡。预测下世纪中叶,光伏发电成为人类的基础能源之一。

光伏发电的未来前景已经被愈来愈多的国家政府和金融界(如世界银行)所认识。特别是97年以来许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划,如到2010年,美国计划累计安装4.6GW(含百万屋顶计划);欧盟计划累计安装6.7GW(可再生能源白皮书),其中3.7GW安装在欧洲内部,3GW出口;日本计划累计安装5GW(NEDO日本新阳光计划),预计其他发展中国家1.8GW(估计约10%),预计世界总累计安装18GW。

2. 太阳电池组件成本将大幅度降低

光伏发电成本有数量级降低的潜力。根据美国能源部1996年关于光伏发电并网系统市场价格降低的发展和趋势。光伏发电系统安装成本每年以9%速率降低。1996年平均安装成本约7美元/Wp, 预计2005年可降到3美元/Wp, 相当于光伏发电成本0.11美元/kWh,2010年系统安装成本降到1.7美元/Wp,相当于发电成本6美分/kWh。

降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。欧洲就扩大规模对降低成本的影响进行了可行性研究,结果表明,年产500MW的规模,采用现有几种晶硅电池生产技术,可使光伏组件成本降低到0.71~1.78欧元/Wp,其中1#和2#为常规多晶硅和单晶硅技术,成本分别为0.91和1.25欧元/Wp, 如表3-7所示。如果加上技术改进和提高电池效率等措施,组件平均成本可降低到1美元/Wp以下,安装成本1.7美元/Wp的目标是合理和可行的。考虑到下世纪薄膜电池技术会有重大突破,其降低成本的潜力更大。因此下世纪太阳电池组件成本大幅度降低是必然的趋势。

3-7 500MW/年生产规模,晶硅电池组件成本降低的可行性分析

工艺

编号

晶体

工艺

切片

工艺

电池

工艺

组件

工艺

组件成本(ECU/Wp

1#

2#

3#

4#

5#

6#

7#

定向固化

CZ

CZ

CZ

CZ

CZ

限边喂膜

多线切割

多线切割

多线切割

多线切割

多线切割

多线切割

丝网印刷

丝网印刷

激光埋栅

MIS电池

MIS电池

局域背场

丝网印刷

焊接+EVA

焊接+EVA

焊接+EVA

焊接+EVA

超声焊+树脂

焊接+EVA

焊接+EVA

0.91

1.25

1.15

1.28

1.34

1.78

0.71

 

2.光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展

目前光伏组件的生产规模在5-20MW/年,下世纪将向百兆瓦级甚至更大规模发展。同时自动化程度、技术水平也将大大提高,电池效率将由现在的水平(单晶硅13%-15%,多晶硅11%-13%)向更高水平(单晶硅18%-20%,多晶硅16%-18%)发展;

3.薄膜电池技术将获得突破

在降低成本上薄膜电池具有更大的潜力。薄膜电池与常规电池相比具有以下优点和特点:

1)电池活性材料厚度从微米到几十个微米,是常规电池的1/10~1/100,可节约大量材料;

2)可直接沉积出薄膜,没有切片损失;

3)可采用集成技术在电池形成过程中同时集成为组件,省去组件制作过程;

4)可采用多层技术,降低对材料品质要求等。因此,薄膜电池具有大幅度降低成本的潜力。世界许多国家都在大力研究开发薄膜电池。下世纪薄膜电池技术将获得重大突破,规模会向百兆瓦级以上发展,成本会大幅度降低,实现光伏发电与常规发电相竞争的目标,从而成为可替代能源。

4.太阳能光伏建筑集成及并网发电的快速发展

建筑光伏集成具有高技术、无污染和自供电的特点,能够强化建筑物的美感和建筑质量,具有多功能和可持续发展的特征;建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积,不需要占用昂贵的土地, 省去光伏系统的支撑结构, 省去输电费用,光伏阵列可以代替常规建筑材料,从而节省安装和材料费用,例如常规外墙包覆装修成本与光伏组件成本相当;光伏系统的安装可集成到建筑施工过程,成本又可大大降低;在用电地点发电,避免传输和分电损失(5-10%),降低了电力传输和电力分配的投资和维修成本;集成设计使建筑更加洁净、完美,更使人赏心悦目,更容易被专业建筑师、用户和公众接受。

太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例,国际社会十分重视。国际能源组织(IEA)于1991年和1997年相继两次年起动建筑光伏集成计划,计划的实施对建筑光伏集成起了重要开拓和推动作用,许多国家相继制定了本国的屋顶计划,使得建筑光伏集成技术如旭日东升,蓬勃发展。

例如,1997年6月美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”,2010年完成。该计划旨在加速和促进美国光伏产业的快速发展,把发电成本降到6美分/kWh以下,起到减排CO2、增加社会就业、保持和加强美国光伏

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