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太阳能光伏发电发展情况概述

作者:admin发布时间:2020-03-31 16:25

  太阳能光伏发电是目前发展最为迅速、并且前景最为看好的可再生能源产业之一。自1990年以来,全球光伏组件年度产量从46兆瓦增加至2010年的23.5GW,20年期间增加了500倍以上,年均复合增长率[1]超过36.5%。截至2010年全球光伏发电累积装机容量达到了40GW,近5年的增长率超过了49%。这一增速使得光伏产业成为到目前为止增长最快的产业之一。展望未来,国际能源署预计到2020年光伏发电在许多地区能够实现电网平价,到2050年能够提供全球发电量的11%。

  2011年9月5日,欧盟联合研究中心能源与交通研究所发布了其年度统计分析报告《光伏现状报告2011》,对全球超过300家相关企业的调查结果进行总结和评估。根据报告,从光伏组件生产情况来看,过去数年经历了重大变化,中国大陆已成为全球主要的太阳能电池和组件制造中心,其后是中国台湾、德国和日本。全球前20位太阳能电池制造商中,有8家中国大陆企业、5家欧美企业、4家台湾企业、3家日本企业,中国大陆有6家企业进入前十位。而从光伏装机情况来看,欧盟凭借其累计装机容量超过29 GW,领先于其他国家和地区。截至2010年底,欧洲光伏装机占到全球光伏装机总量的70%以上。

  

  在价格方面,受光伏市场从供应受限向需求驱动转变,以及光伏组件产能过剩的影响,过去3年内光伏组件价格大幅降低,降幅接近50%。未来光伏系统成本的降低将不仅取决于太阳能电池和组件的技术改进和规模扩大效益,还取决于系统组件成本以及整体安装、规划、运行、许可与融资成本的降低。预计,光伏技术领域的投资将从2010年的350~400亿欧元翻倍增长至2015年的700亿欧元,组件终端价格还将持续下降。

  在技术发展方面,结晶硅太阳能电池仍是主流技术,2010年其市场份额约占85%,目前,该技术主要优势是能够在相对较短的时间内提供、组装和开工生产。但由于硅原料的阶段性短缺和为新进企业直接提供交钥匙生产线年,薄膜太阳能电池的投资有大幅度的增加,目前该行业已有超过200家企业。此外,聚光光伏(CPV)是一个新兴市场,包括两种技术途径:一种是高聚光倍数,超过300个日照强度;另一种是中低聚光倍数,聚光系数在2~300之间。目前CPV的市场份额还很低,但有越来越多的企业开始关注该领域。2008年CPV产量约为10兆瓦,2010年预计在10~20兆瓦之间,到2011年有望达到100~200兆瓦。此外,受到光伏市场整体增长驱动,染料敏化太阳能电池也已准备进入市场,此种电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成,欧、美、日等发达国家已投入大量资金对其进行研发。

  2011年9月6日,欧洲光伏产业协会(EPIA)发布了最新光伏竞争力分析报告《太阳能光伏在能源部门的竞争在竞争的道路上》,全面分析了5个太阳能光伏产业主要市场,包括法国、德国、意大利、西班牙和英国。分析结果表明,一些国家最早于2013年可实现光伏产业竞争力,到2020年可在更广泛的市场实现竞争力。近年来已证明在合适的监管框架下,太阳能光伏发电技术可以成为达到欧盟2020年能源目标的一个主要贡献力量。

  报告主要结论包括:在未来10年内,所有国家和各细分市场的光伏发电系统价格将下降36%~51%;考虑到光伏发电效率的提高、规模经济和光伏市场的发展成熟,以及所有电力来源发电成本的增长趋势,2020年前光伏可在欧盟5个最大的电力市场中具有竞争力;鉴于多数欧盟大国从南到北的太阳能辐射水平不同,以及不同的细分市场,欧洲各地不会在同一时间实现光伏技术的竞争力;整个欧洲范围光伏竞争力的实现将需要监管框架的政治承诺,支持技术发展,并消除市场畸变。

  如同其他任何新兴产业一样,光伏产业也存在着若干不容忽视的问题,将会制约其进一步发展。国际社会对光伏产业发展的制约因素也有着不同声音:

  美国田纳西大学Knoxville分校土木与环境工程助理教授Chris Cherry领导的一项研究发现,由于太阳能光伏发电严重依赖铅酸蓄电池进行储能,到2022年,中国和印度太阳能光伏产业直接造成的铅污染可能相当于2009年全球铅产量的三分之一;这两个发展中国家由于在铅采选、冶炼、制造和重复使用生命周期环节的低效率,可能会产生超过240万吨的铅污染物;其他发展中国家也可能会出现类似的问题。研究指出,铅金属采选和冶炼业应进行技术改造以提高转化效率,太阳能光伏产业界应该开展铅回收和循环利用计划;而政府在国家太阳能发电计划中需要考虑到向铅蓄电池行业环境保护方面进行投资、制定电池回收政策等措施。如果情况得不到改善,铅电池的使用将导致环境的污染以及工人和儿童的铅中毒,如神经损伤、肾功能衰竭、心血管系统及生殖系统问题。

  2011年7月,英国能源研究中心(UKERC)发布了题为《材料的可用性:未来低碳经济的潜在制约因素》的报告,基于太阳能电池厚度、转换效率和其他材料使用的主要驱动因素等不同假设,对全球铟和碲的需求与供应情况进行了评估。报告指出,铟和碲是目前主流薄膜太阳能电池(CIGS、CdTe)的关键材料,尽管目前薄膜光伏市场增长迅速,但短期内光伏设备的材料需求能够得到满足;而从长期来看,如果未来20年的市场增长速度与一些高增长预测情景相一致甚至超出,薄膜光伏设备的材料需求将大大超过当今全球的生产量,如碲需求的增长可能会高达1800%,铟(也用于平板显示器的制造)产量可能需要增加12%~170%。而且有关这两种稀有金属未来供应的信息不够充分(如不同来源的产量、储量或资源量预测值相差甚远),现有研究工作无法确定产量的扩大能否满足需求,还需要开展更多的工作及收集更加全面的数据来深入探讨这一问题。

  2011年7月6日,美国电气和电子工程师协会(IEEE)终身会士Prabhu Deodhar指出,目前,世界上一些国家正计划建设或已建设了大量兆瓦级太阳能光伏电站,但基于以下原因,许多专家都认为建设如此多的大型集中式太阳能发电站是浪费投资和滥用技术。

  ①一般常规电厂(水电或火电)需要在临近能源资源处建造,这就要求付出巨大的成本将电力输送到负荷中心。而由于太阳能是无所不在的,可在需要能源的地方就地收集利用,是理想的分布式电源,避免了高压输电造成的线损。

  ②光伏发电具有真正的模块化优势。它可以通过从数千瓦到20兆瓦甚至200兆瓦的不同规模实现成本效益。一座10千瓦电站或150兆瓦电站的每瓦太阳能发电成本相同,但土地成本和其他“软成本”使得大型电站更加昂贵。因此,大型太阳能光伏电站没有“规模优势”。事实上,由于逆变器的功率有限,所有兆瓦级太阳能电站基本上是若干500千瓦电站的集群,用一百座500千瓦电站来代替单个50兆瓦电站更切实际。

  ③兆瓦级太阳能光伏电站最大的问题在于,当电能通过一系列电力变压器后,损耗率达到12%~15%。太阳能光伏用400伏三相逆变器产生电力。在大型电站中,首先通过几个电力变压器将电压提高到66千伏或是更高,然后再通过变压器组降至400伏以满足消费者的需求。此外,在电网传输中还有5%~7%的损耗。而与此形成鲜明对比的是,规模较小的太阳能发电站靠近用户,在输送过程中几乎没有能量损失。

  ④太阳能光伏发电的一个主要限制是每千瓦占用空间较大,土地可以采用更有价值的使用方式,而不是被太阳能电池组件所覆盖。大型太阳能电站往往建在偏远地区,会导致环境问题或与农业用地产生冲突。大型集中式电站相关的安全和维护问题也日益突出。

  ⑤电力在电网中的流动方式和其电网结构的分析。大量的电力在电网中始终循环在66千瓦或132千瓦的水平。即使并入200兆瓦电力也只是极小的一部分。所以这样的容量提升并没有解决类似停电和电网终端“高阻抗”大幅波动的问题。相比于大型电站,400伏馈电通常能够切实减轻电网阻塞。电压波动的发生是由于电网的高阻抗,就地回馈400伏太阳能电力将立即降低电网的阻抗,并提供稳定、清洁的能源。

  总之,光伏产业作为代表性清洁能源新兴产业,对应对能源问题,缓解气候变暖起着重要作用。但在蓬勃发展的光环下仍存在着如环境污染、材料短缺、规模问题等诸多负面因素。如果对此没有充分认识,并综合包括政府、学界、产业界、公众等各利益相关方的意见进行统筹规划、进行技术的升级改造和因地制宜的应用,将不可避免地对光伏产业未来发展造成严重影响。

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