我国太阳能光伏利用的现状_存在问题及其对策

第23卷第6期

2009年12月合肥工业大学学报(社会科学版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY(SocialSciences)Vol.23No.6Dec.2009

我国太阳能光伏利用的现状、存在问题及其对策

张晓安

(合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心,合肥　230009)

摘　要:随着世界范围内的能源短缺和公众环保意识的增强,太阳能被公认为是21。文章通过对国内外太阳能光伏利用现状与发展趋势的分析,这些问题的原因,关键词:能源;太阳能;光伏;现状;建议

中图分类号:TK519　　　　23634(2009)0620018206

StatusProblemsofthePhotovoltaicApplicationof

SolarEnergyandCountermeasures

ZHANGXiao2an

(ResearchCenterforPhotovoltaicSystemEngineering,MOE,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)

Abstract:Solarenergyhasbeenregardedasthemostimportantnewenergywiththeworldwideshort2ageofenergyandtheimprovementofpublicenvirinmentalawareness.Thispaperpointsouttheprob2lemsandtheirrelatedcausesinthedevelopmentofphotovoltaicapplicationinChinabytheanalysisofthecurrentutilizationofphotovoltoicsystemsandtheirdevelopmenttrendathomeandabroad.Thesuggestionsarepresentedtopromotethedevelopmentofphotovoltaictechnologyresearchesandtheapplicationofphotovoltaicproducts.

Keywords:energy;solarenergy;photovoltaic;statusquo;suggestion

能源问题越来越成为世界关注的热点问题,严峻的能源紧张状况已经危及我国未来国民经济安全运行,引起党和国家的高度重视。2006年1月1日《中国可再生能源法》颁布实施后,国家有关部门随后相继出台了二十多个促进可再生能源发展的办法和条例,建设节约型社会是党和国家今后长期发展的战略性指导原则,已经成为全社会的共识而深入人心。

自20世纪80年代以来,太阳能光伏技术得到了迅速发展,全球太阳能光伏技术产品的生产和应用以每年30%-45%的速度持续高速增长,尤其是进入21世纪以来,世界光伏产业的发展年均增长超过60%。我国光伏产业已经快速启动,2007年以后,我国光伏产业的年增长率超过100%。

太阳能光伏产品具有安全可靠、无噪声、无污染,能量随处可得,不受地域限制,无需消耗,无机械转动部件,故障率低,维护简便,可以无人职守,建站周期短,规模大小随意,无需架设输电线路,可以方便地与建筑物相结合等许多优点,这些都是常规发电和其他发电方式所不及的。我国社会、经济的快速发展和人们对能源环境问题的关注,为太阳能光伏市场提供了很好的发展机遇和空间。在市场和生态环收稿日期:2009205221;修回日期:2009209224

作者简介:张晓安(1964-),男,安徽宿州人,副研究员。

第6期　　　　　　　　张晓安:我国太阳能光伏利用的现状、存在问题及其对策19境需求的驱动下,随着“屋顶计划”和“金太阳计划”项目的启动实施,我国太阳能光伏产业已经迎来了一个大的发展机遇。发展太阳能光伏产业,有利于促进形成一个庞大的高科技产业链和产业群,拉动机械、电子、化工、材料等相关产业的共同发展。预计到2010年,我国可以建成一批具有国际竞争力的太阳能光伏系统装备制造基地,加上工程建设、运行管理和技术服务等,总计可增加就业岗位数以百万计。为此,大力支持太阳能光伏技术研究和光伏产品的推广应用具有非常重要的经济意义和社会意义。

一、太阳能利用对国民经济发展的重要作用

1.能源紧缺的现实与国家能源安全的重要性

在经济发展、社会进步的同时,一个严峻的现实摆在人们的面前:几亿年形成的矿物质燃料储量是有限的,地球自净化的环境容量也是有限的。经济高速发展进程中,,也严重地污染了自己赖以生存的地球和空间。进入21世纪后,题之首。节约能源,抑制化石燃料的过度消耗;;,,又不理念已成为人类当前和未来共同遵循的行为标准。。全球已探明石油储量大约只能使用45年,年,230年。中国的情况更加严重,相对于众多的人口,,石油储量只够继续消费15年,天然气30年,煤炭也仅约可以使用80年。我国面临的能源问题具体表现在以下方面:

第一,人均能源不足,单位产值能耗高。我国人均煤炭探明储量为世界均值的51.3%,石油仅为11.3%,天然气只有3.78%。但是,单位国内生产总值能耗(能源消耗强度)却远高于发达国家和发展中国家的平均值。

第二,一次能源分布不均。煤炭探明储量中,山西、内蒙古及陕西占65.2%;水能资源中,近67.8%集中在西南地区;松辽、渤海湾、塔里木和准噶尔盆地的石油资源占全国的52.6%;天然气总储量中,2/3分布在中西部,而经济发达的东南沿海地区则缺乏能源。

第三,我国是世界上少数几个以煤为主要一次能源的国家,是世界最大煤炭生产国与消费国。煤炭提供了70%的工业燃料和动力、60%的化工原料、80%的民用商品能源。由于煤炭耗量大,而烟气净化装置的低效和不完善,使得环境污染成为我国经济发展的重大障碍。

第四,中长期能源供应缺口大。初步分析表明,到2050年我国能源总供应能力约3200Mtce。如果按照目前大量增加能源消耗来支撑经济增长的发展模式,则2050年一次能源需求约为6000Mtce。显然,这是不可能的,也是不现实的。

可见,日渐显现的能源紧缺问题已经对我国未来经济和社会的健康发展构成了严重的威胁。2.太阳能光伏技术利用的优点

相比之下,太阳能的储量是取之不尽用之不竭的。太阳能没有污染、没有消耗、没有任何有害物质的排放,是最有开发潜力的清洁、环保、绿色能源。地球表面的太阳能辐射总功率为每平方千米800MW。如果把地球表面0.1%的太阳能转化为电能,转化效率为15%,每年发电量就相当于目前世界上年能耗的120倍左右。中国是太阳能资源较为丰富的国家之一,有荒漠面积108万平方千米,主要分布在光照资源丰富的西北地区,一平方千米面积可安装100MW光伏阵列,每年能够发电1.5亿度。

更具吸引力的是,随着光伏技术的发展、生产规模的扩大和光伏发电系统装机容量的增长,光伏发电成本也在迅速下降。进入本世纪以来,光伏发电的成本降低了2/3以上,正在向1元/度电的发电成本靠近。按照这样的势头,光伏发电系统将在不远的将来,具有与常规能源可比的价格优势。而且,常规能源价格的上涨,则会加速这一天的到来。

3.国内外太阳能光伏利用现状与发展趋势

目前,全球光伏市场正在由政策导向开始向市场导向过渡。规模化市场主要集中在日本、德国和美

20　　　　合肥工业大学学报(社会科学版)　　　　　　　　　　2009年12月国等国家。这些国家有着明确的鼓励政策,如电价补偿政策,或通过高价采购并网光伏电力,使得民众安装光伏发电系统成为一种有利可图的投资。日本是一个长期稳定的市场,德国由于政策的鼓励而迅速增长,美国和西班牙等国家都是新兴市场,太阳能光伏产业发展迅速。

在这些国家的引领下,全球光伏市场有了大幅度的增长。光伏产业自上世纪90年代后期进入快速发展时期。最近10年,太阳能电池产量由1997年的125.8MWp增加到2007年的4000.05MWp,年平均增长率为41.3%;最近5年,年平均增长率达到了49.5%。光伏产业成为全世界发展最为迅猛的产业。根据SolarbuzzLLC年度PV工业报告的信息,2007年世界光伏市场比2006年增长了62%,统计安装量为2826MWp。2008年全球光伏电池的产量为6.4GWp,同比增长60%,安装太阳能光伏电池5600MWp,同比增长134%。预计到2030年,光伏发电将占到整个世界电力系统的10%以上。根据欧洲联合研究中心对未来能源的发展预测,2050年后太阳能进入迅速替换期,,并在本世纪末成为主要的能源供应方式[1]。

日本是推广太阳能光伏技术最早的国家。1984年,年宣布“阳光屋顶计划”,7.6GW。,,银行业提供各种优惠信贷,,对当地居民安装太阳能光伏电站给予大力支持。,随着光伏系统成本的降低,补贴也随着减少,2006年日本的光。

1995年,欧盟发表了《能源政策绿皮书》,通过了议会白皮书《未来能源:可再生能源》,确定了欧盟在能源结构中增加可再生能源比例的行动纲领,提出可再生能源在一次性能源消费中的比例从1996年的6%提高到2010年的12%,可再生能源容量在电力总装机容量中的比例也将从1997年的14%提高到2010年的22%。德国和英国承诺,到2010年和2020年可再生能源发电量的比例将分别达到10%和20%,西班牙则表示2010年可再生能源发电比例将超过29%。

德国在先后实施一千屋顶计划和十万屋顶计划的基础上,于1990年1月颁布实施了与“全网平摊”相配套的《可再生能源上网电价法》,对光伏发电实施0.99马克/kW的上网电价。实施4年后,德国对光伏上网电价又进行了修订,于2004年1月1日实施,见表1所列。

在德国光伏市场《上网电价法》拉动下,光伏产业得到快速扩张,拉动相关产业健康快速发展,使得德国成为世界上光伏产业发展最快的国家。自2004年起,德国每年光伏系统的安装量在0.5-1.0GWp之间。

《上网电价法》的实施使光伏发电成本快速下降,表2是2007年德国的上网电价,与表1对比,3年电价降低了17%,而累计安装量2007年已经达到欧洲2010年白皮书规定的3.6GWp的目标。

表1　德国2004年1月起的光伏发电上网电价

系统类型

　

建筑屋顶

建筑屋帘

地面系统不同规模的光伏系统上网电价(欧元/kWh)30kWp0.5740.62430-100kWp0.5460.5960.457表2　德帼年德PV上网电价———法规促进成本降低系统类型　建筑物和隔音墙光伏建筑集成地面光伏系统不同规模的光伏系统上网电价(欧元/kWh)30kWp0.492130-100kWp0.46820.50.3796﹥100kWp0.5400.590﹥100kWp0.463　　

　　德国在光伏市场的成功成为周边欧洲国家的效仿对象,西班牙、意大利、法国、希腊、葡萄牙等国家纷纷推出类似于德国的电价收购政策,积极培育与发展市场,快速启动了这些国家的光伏发电计划。2010年欧洲太阳能光伏电站累计装机容量将超过10.0GWp,达到欧洲议会白皮书制定目标的3.0GWp的3.3倍以上[2]。

美国为逐步提高绿色电力的使用比例,1978年通过“公共电力公司管理法”;1992年制订“能源政策

第6期　　　　　　　　张晓安:我国太阳能光伏利用的现状、存在问题及其对策21法”;2001年7月实施税收和补贴政策;2005通过了“能源法案”,不断促进光伏并网发电的高速增长。2006年1月,总投资32亿美元、总装机容量达3GWp的美国加州百万个太阳能屋顶计划开始实施;2006年8月,佛罗里达州投资1亿美元的新能源计划启动。预计到2020年,美国太阳能光伏发电将占全国发电总装机容量的15%左右,累计安装量达到3600万千瓦,继续保持美国在光伏发电技术开发与制造方面的世界领先地位。专家预计,到2020年,全球太阳能光伏发电安装总量将超过7000万千瓦,其中美国将占50%左右。另外,奥地利、比利时、印度等众多国家也纷纷制定相关的政策,大力支持光伏发电及光伏产业的发展。

1971年中国首次成功地将太阳能电池应用于东方红二号卫星上,1973年开始将太阳能电池用于地面,如航标灯、铁路信号系统、高山气象站的仪器用电等,功率一般在几瓦到几十瓦之间。“六五”和“七五”期间,国家开始对光伏应用示范工程给以支持,的发展,如微波中继站、部队通信系统、。

2002年,国家计委启动了,》、中荷合作《丝绸之路》等项目,重要作用。但是总体来说。20年以前基本维持世界1%的份额,2002-2003,,2004、2005年又回到了年安装量约5MWp水平,5%0.3%。截至2006年底,中国的光伏系统累计安装容量仅为85MWp[3]。

令人费解的是,在国际太阳能光伏发电技术与产业快速发展、太阳能光伏发电的实际使用量远远超过预定目标的大背景下,作为世界光伏产业第一产量大国和出口大国,我国光伏产品的应用量还不到世界的1%,与国际上太阳能光伏发电快速发展的趋势相比也显得极不协调。

二、太阳能光伏利用发展所面临的问题

1.我国已成为粗硅出口-精硅进口-组件出口的大国

晶硅光伏电池组件是光伏发电系统主要的组成部分,通常要占到系统总投入的80%以上,晶硅产业是一个投资大、周期长的产业,新的硅料生产线需要18至24个月的建设期,而1000吨的产能需要10亿元人民币的投资。相比光伏电池生产线5000万元人民币的投资和不到一年可达量的投资周期,明显缺乏快速应变的灵活性。如何向市场提供低成本的太阳能级晶体硅成为各大厂商的战略目标,更关系到整个产业发展的速度与空间。目前,国际上生产高纯度多晶硅的生产工艺基本上还在全球10大厂商的垄断控制之中,主要分布在美国、日本、德国、意大利和挪威等国家。2007年以前由于市场需求的高速增长,大多数的厂家在晶体硅生产上都有较大规模的扩产计划。

但是,上述的硅原料主要指的是由粗硅提纯后的精硅。值得高度关注的是,中国大陆是高耗能的粗硅(纯度在99.9%以下)主产地,粗硅低价出口到国外,提纯后再高价返销国内,加工成能直接应用于太阳能光伏发电的电池组件后,其中的98%以上再出口到国外。2006年世界总产量为2561.2MWp,前三名分别是日本、欧洲和中国。2007年中国太阳能电池产量为1088MWp,占世界的27.2%,超过日本(920MWp)和欧洲(1062.8MWp),跃居为世界第一大太阳能电池生产国。2008年,中国太阳能电池产量为2000MWp,稳居世界第一的位置。而2008年国内建设太阳能光伏电站及生产光伏消费品(主要用来出口)的太阳能硅电池用量却仅有40MWp左右。这种消耗大量的一次能源生产初级原料,而最终产品用于别人的可再生能源产业发展的做法,无异于原材料和能源的大规模的输出,这显然与我国发展可再生能源的初衷是相悖的,无论是从经济上还是从社会发展的角度上来看,都是令人非常担忧的。

2.中国光伏产业和市场的发展存在很大反差

中国光伏产业和市场近年来的发展存在很大的反差,市场的发展严重滞后于产业的发展。近年来中国光伏产业的快速发展主要取决于两个层面:一是国外市场快速发展的拉动,二是民间资本的推动。国外光伏市场快速发展是靠政府强有力的法规和政策所驱动的,而中国在2006年以前尚未出台有实质

22　　　　合肥工业大学学报(社会科学版)　　　　　　　　　　2009年12月性意义的有利于促进中国应用市场发展的政策。

目前,中国已经成为世界上最大的光伏消费品和应用品的生产国,而理应成为光伏市场主流产品的光伏发电控制系统设备的生产厂家却为数很少。

近年来,以教育部光伏系统工程研究中心为代表的中国光伏系统技术研究及产业化基地,在系统设计上引进、消化和吸收了国际先进的设计理念和方法,在系统配置上,结合电力电子相关先进技术和光伏发电的具体特点,根据中国太阳能光伏应用的实际环境、条件及需要,已经先后开发出了具有自动监控、监测、数据采集和传输、信息显示等先进的技术性能,适合不同规模、不同地区和应用对象使用的多种太阳能光伏应用系统,完全能够满足中国太阳能光伏应用的发展和需要。

在太阳能光伏独立发电方面,中国已经推广应用的50Wp以下的户用光伏系统对解决无电农牧民生活用电发挥了显著作用,具有重要的社会意义;同时开发的具有智能控制系统的500-5000Wp中小功率户用光伏电源系统,能够满足生活水平日益提高的用户需求;-KWp的中小型光伏系统和100KWp、250KWp、500KWp。系统设计日趋优化和智能化,系统转化效率、自控水平,这些系统已经在“送电到乡”,有的电站保修期虽然已经结束,直接影响了产品的推广应用。

,并应用于示范工程。但是,目前国内已经建成的太阳能光伏并网电站,p到MWp,迄今还没有任何一个获取“成本加合理利润”的上网电价,也没有任何一个被电力部门批准允许工业化应用并网,只能以特批的科研项目的名义实验或者示范并网。此外,中国光伏建筑一体化集成(BIPV)系统目前还没有与《能源法》一致的正式技术标准出台,一些公司的示范工程得不到法律和政策的支持,因此技术发展受到了很大的限制。2008年奥运会和2010年世博会为BIPV技术的示范应用提供了一定的机遇,但是十分有限,难以形成对此技术和产品的实质性支持。

中国有大约105万平方千米的荒滩地、戈壁、沙漠及潜在的沙漠化土地,如果用1%的荒漠面积来安装太阳能电池,则可以安装1000GWp,是中国现有电力装机总量的2倍。同时,中国城市有大约400亿平方米的建筑面积,屋顶面积40亿平方米,加上南立面,可利用面积大约50亿平方米,如果20%用来安装太阳能电池,可以装100GWp。所以太阳能光伏并网电站在中国具有广阔的发展前景。

三、太阳能光伏技术推广应用中面临问题的原因及其对策

1.我国光伏利用发展面临问题的成因

在世界光伏系统技术及其产业高速发展的今天,我国在该领域的科研和产业化的投入及支持力度明显不够,在相关高新技术产品的推广和转化方面政策滞后,与国外相比存在着很大的差距,而且差距有继续增大的趋势。存在这些问题的主要原因如下:

第一,太阳能光伏技术领域的发展规划滞后;基础研究、材料研究、应用研究、产业化研究、市场开发培育和建设资金得不到长期、持续的保障;社会对发展可再生能源产品的意义认识不足;地方政府对中央积极地、因地制宜地发展可再生能源产业的政策方针落实不够;对可再生能源技术成果转化与工程化的应用缺乏宏观调控力度,对光伏发电所必需的技术政策支撑(如并网准入、上网分摊电价等具体政策措施的制定、实施)反应迟缓。

第二,投入少,资金缺,科学研究和生产单位严重缺少科研和开发经费,成果转化和工程化规模小、品种少、成本高、缺乏竞争力;虽然“光伏屋顶计划”和“金太阳计划”的组织实施在一定程度上刺激了光伏产业的启动与发展,但是,由于其条件较高、力度较小、财政支持太少、受惠面太窄,难以起到从根本上推动整个产业发展的效果。

第三,缺乏切实可行的发展可再生能源尤其是太阳能光伏技术的激励措施,包括税收优惠政策、政府补贴政策、光伏并网政策、合理的电价政策、投融资及优惠贷款政策,导致了太阳能光伏技术成果转化及工程化的社会效益显著,但经济效益不高。

第6期　　　　　　　　张晓安:我国太阳能光伏利用的现状、存在问题及其对策23

第四,缺乏完整的建设规范、技术标准和质量监测体系,无法保证太阳能光伏产业的技术水平和产品质量,从而使产品的规范化、系列化的发展受到很大影响,反过来制约了太阳能光伏技术成果转化和工程化的进展。

2.大力支持太阳能光伏技术研究和光伏产品推广应用的对策

第一,制定切实可行的中长期发展规划。政府有关部门要组织专家深入研究世界和中国能源形势、太阳能光伏发电的发展趋势,研究发达国家光伏发电发展规划及其制定依据,科学地制定适合中国能源可持续发展和环境友好需要的国家光伏发电发展战略和长远规划,从技术上和政策上为国家发展太阳能光伏技术和产业提供科学的咨询。

第二,建立国家级科研基地。要整合现有的太阳能光伏技术的研发力量,组建国家级太阳能光伏系统技术工程研究中心或重点实验室。围绕实现太阳能光伏发展的战略目标,的技术路线和战略措施;设立专项基金,支持力度;组织研究重大、重要和关键技术;探索产、学;建立中。

第三,完善政策及配套措施,《新能源振兴与发展规划》应尽快出台、实施,,大力发展太阳能光伏高新技术新兴产业,尽快,占领制高点;通过政策引导,鼓励太阳能光伏系统高新技术、小水电增值税减免政策及风力发电、垃圾发电等产品税收优惠政策,对太阳能光伏企业给予大力支持。尽快落实《中华人民共和国可再生能源法》等有关法律文件的精神,对太阳能光伏技术和设备的购买者、太阳能光伏电力的用户、采用太阳能光伏与建筑一体化技术的建筑开发商、推广应用太阳能光伏技术设备的企业等单位给予一定的财政补贴和资金支持。

第四,加速研发与应用人才培养。要加强科普教育和全民教育,提高全民对发展可再生能源的认识,加强太阳能光伏科研机构的能力建设和人员培训,在有相关研究背景和技术力量的大学、科研院所开设可再生能源技术课程,制定中短期专业技能培训计划,既培养有高素质的科技领军人物,又培养经验丰富的工程技术人员,从国情和产业市场需求出发,依靠技术进步和科技创新,掌握更多的具有自主知识产权的核心技术,实现跨越式发展,从根本上改变我国在太阳能光伏应用方面的落后局面。

第五,加强可再生能源领域的国际合作。要借鉴和参考其他国家在这一领域所制定的法规、政策,学习和借鉴国外在管理体制、运行机制、激励措施等方面的成功经验,利用国际技术、人才、资金、市场等方面的有效资源,强化中国可再生能源法规及制度体系建设,提升我国可再生能源法规及其实施细则的科学性和可操作性,使中国可再生能源法的实施与国际接轨。这不但有利于中国能源的可持续发展,而且有利于中国光伏产业走向世界。

总之,发展可再生能源是我国重大的战略决策,任重道远,需要各级政府、企业、科研院所、高等院校、金融机构以及社会各界的共同努力,坚持不懈地解决我国面临的能源环境问题,为实现我国社会经济的可持续发展而奋斗。

参考文献:

[1]　中国可再生能源学会.2008年中国新能源与可再生能源产业发展报告[R].北京:中国可再生能源学会,2008.

[2]　赵玉文.太阳能利用的发展状况和未来趋势[J].中国电力,2003,36(9):63-69.

[3]　张伯泉.风力和太阳能光伏等发电现状及发展趋势[J].中国电力,2006,39(6):65-69.

(责任编辑　张　镅)