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)布大霧黃色預警和霾黃色預警，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)生的溫室效應亦已成為世界范圍內的關注焦點，世界各國正在各個領域大力發(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。

筆者通過學習、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內發(fā)出的能量相當于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]。有機構預測：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)鏈呈金字塔形結構。

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，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啊！

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

有關資料顯示，目前全世界已有上百個國家投入到普及應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，預計2013年全球太陽能發(fā)電新裝機容量將首次超過風能發(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)電的預測，到2030 年，可再生能源在總能源結構中將占到30%以上，太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應中將達到10%以上；2040 年，可再生能源將在總能源結構中占到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構中將占到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。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)越適合建設光伏電站。根據(jù)《國家發(fā)展改革委關于發(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成本，將全國分為三類太陽能資源區(qū)，相應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)技術逐步成熟，為國內光伏發(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的任何物質，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，沒有能夠實現(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、農牧業(yè)相結合，則存在土地資源浪費嚴重的問題；第四，此前的政策引導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)的影響與風電系統(tǒng)單獨并網(wǎng)類似，其波動的功率給電網(wǎng)調度及運行增加復雜性[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對大規(guī)模的光伏電站“脫網(wǎng)”現(xiàn)象，因此，技術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模型也已從“瓦特價格模型(Per Watt)”轉變到“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)。在電池轉組件化率方面，國內多晶硅電池組件平均轉化率為15%，單晶硅電池組件平均轉化率接近17%，個別企業(yè)的高效單晶硅電池組件轉化率已達到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門檻企業(yè)采用的速度——效益型競爭和高技術企業(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《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》、《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》，支持開展光伏建筑應用示范，實施“太陽能屋頂計劃”。2009 年7 月，國家有關部門又印發(fā)了《關于實施金太陽示范工程的通知》，計劃在2 到3 年內，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光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(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，國務院印發(fā)了《關于促進光伏產(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)提高技術水平，緩解光伏設備制造上游企業(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 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，通過學習、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要與環(huán)境保護相結合，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)各利益攸關方的權益，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) 國家應明確電網(wǎng)企業(yè)的并網(wǎng)義務，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)及相關科研院所應在智能電網(wǎng)技術和規(guī)模儲能技術等的研發(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，應大力支持能與農業(yè)、畜牧業(yè)相結合的高效光伏電站，對于防止草場的沙化具有積極意義，同時亦能為當?shù)刎斦杖氲母纳?、農牧民就業(yè)、維持少數(shù)民族地區(qū)穩(wěn)定做出有益貢獻。

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