太陽能的發(fā)展現(xiàn)狀(圖)
2006/6/27 17:41:03 電源在線網(wǎng)
一、太陽能光伏技術(shù)
1．光伏產(chǎn)業(yè)及市場
國際光伏工業(yè)在過去15年平均年增長率為15％。90年代后期，世界市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，發(fā)展更加迅速。1997年世界太陽電池光伏組件生產(chǎn)達122MWp，比1996年增長了38％，是4年前的2倍，是7年前3倍，超過集成電路工業(yè)發(fā)展速度，超出光伏界專家最樂觀的估計。1998年光伏組件生產(chǎn)達到157.4MWp（表3-2），市場份額為晶硅電池87％，非晶硅電池12％，CdTe電池1％。如圖1所示。光伏發(fā)電累計總裝機容量達到800MWp。
表3-2 1991－1998年世界光伏組件的銷售量（MWp）
在產(chǎn)業(yè)化方面，各國一直在通過改進工藝、擴大規(guī)模和開拓市場等措施降低成本，并取得了巨大進展。以美國為代表，能源部1990年起動了 PVMaT（光伏制造技術(shù)）的產(chǎn)業(yè)化計劃，通過國家可再生能源實驗室（NREL）實施，并成立了國家光伏中心，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)和研究機構(gòu)共同進行攻關(guān)，以求大幅度降低成本。這一計劃的實施已經(jīng)產(chǎn)生了非常明顯的效果，商品化電池效率從10－13％提高到12－15％。 生產(chǎn)規(guī)模從1－5MWp/年發(fā)展到5－20MWp/年，并正在向50MWp擴大。生產(chǎn)工藝不斷簡化，自動化程度不斷提高。三年來，世界的光伏組件的生產(chǎn)成本降低了32％以上，第一次降到3美元/Wp以下，國際市場光伏組件售價在4美元/Wp左右,這種趨勢還在繼續(xù)發(fā)展。美國光伏系統(tǒng)電價成本目標：2005年光伏系統(tǒng)安裝成本3美元/Wp（11美分/kWh）, 2010年1.5美元/Wp（6美分/kWh以下）。歐洲和日本也有類似的計劃。競爭促使各發(fā)達國家的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)幾乎以大致相同的水平和速度向前發(fā)展。在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，印度在發(fā)展中國家處領(lǐng)先地位。目前印度有80個公司從事光伏工業(yè)和太陽電池組件的生產(chǎn)， 6個太陽電池制造廠12個組件生產(chǎn)廠，1997－1998年間，電池生產(chǎn)8.2MWp，組件生產(chǎn)11MWp，出口4MWp，預(yù)計2002年生產(chǎn)將達到50MWp/年；截止1998年，印度光伏系統(tǒng)安裝容量達到35MWp，計劃1998－2002安裝150MWp。
世界各大公司業(yè)紛紛制定和實施擴產(chǎn)計劃，98年初PVIR統(tǒng)計，正在實施和擴產(chǎn)的新增能力為263.5MWp/年, 比1997年高出2倍，可以說，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正在騰飛，預(yù)測今后10年光伏組件的生產(chǎn)將以20％－30％甚至更高的遞增速度發(fā)展，2010年生產(chǎn)達到4.6GW/年，總裝機容量達到18GW。 快速發(fā)展的屋頂計劃、各種減免稅政策、補貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價格為光伏市場的發(fā)展提供了堅實的發(fā)展基礎(chǔ)。市場發(fā)展將逐步由邊遠地區(qū)和農(nóng)村的補充能源向全社會的替代能源過渡。預(yù)測到下世紀中葉，太陽能光伏發(fā)電將達到世界總發(fā)電量15－20％，成為人類的基礎(chǔ)能源之一。
我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場發(fā)展經(jīng)過近二十年的努力已經(jīng)奠定了一個良好的基礎(chǔ)。目前有4個單晶硅電池及組件生產(chǎn)廠和2個非晶硅電池生產(chǎn)廠。1998年我國太陽電池的產(chǎn)量為2.1MWp，約占世界產(chǎn)量的1.3%，總裝機容量12MWp占世界的1.5%。但在總體水平上我國同國外相比還有很大差距，表現(xiàn)在以下幾個方面：
1）生產(chǎn)規(guī)模小。我國幾個太陽電池組件廠的實際生產(chǎn)能力約為0.4～0.6MWp/年，生產(chǎn)的規(guī)�；潭缺葒�5－20MWp生產(chǎn)規(guī)模低一個多數(shù)量級；
2）技術(shù)水平較低。電池效率平均在10－13％，比國外平均低兩個百分點；封裝水平和質(zhì)量同國外有一定差距；
3）專用原材料國產(chǎn)化程度不高。專用材料如銀漿、封裝玻璃、EVA等曾列入國家“八五”攻關(guān)計劃，并取得一定成果，但性能有待進一步改進，部分材料仍然采用進口品；
4）成本高。目前我國電池組件成本約35元/Wp（4.2美元/Wp），平均售價44元/Wp（5.3美元/Wp），成本和售價都高于國外產(chǎn)品。
5）市場培育和發(fā)展遲緩。我國地域廣大、人口眾多，7000萬人生活在無電地區(qū)，光伏發(fā)電的潛在市場非常巨大。光伏市場雖然逐年發(fā)展和擴大，但在市場培育和開拓方面還缺乏相應(yīng)的支持政策、法規(guī)、措施，投入少，市場發(fā)展遲緩。對比之下，國外各大公司和世界銀行對開拓中國光伏市場表現(xiàn)出極大興趣和熱心。例如，世界銀行通過GEF（全球環(huán)境基金）項目向中國贈款2500萬美元用于光伏市場開拓，總計10MW戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)；荷蘭政府向新疆贈送近10萬套戶用光伏電源系統(tǒng)，價值1500萬美元；日本、美國、歐洲的一些公司也都有過類似的贈送和示范項目，這對我國光伏事業(yè)的發(fā)展無疑是起著推動和催化作用。面對能源和環(huán)境的雙重壓力以及將被開發(fā)出來的巨大市場，我國的光伏產(chǎn)業(yè)必須加快步伐迎接嚴峻的挑戰(zhàn)。
2．國內(nèi)外技術(shù)進展和重大突破
為降低光伏發(fā)電成本的各種研究開發(fā)工作一直在發(fā)達國家中緊張地進行著。其中以晶硅材料為基礎(chǔ)的高效電池和薄膜電池是基礎(chǔ)研究工作中的熱點課題。澳大利亞新南威爾士大學(xué)高效單晶硅電池效率已達24.7％，美國、日本、德國的高效電池效率達到20％以上。澳大利亞新南威爾士大學(xué)多晶硅電池效率突破19.8％（1cm2），美國、德國等達到18％以上。日本Kyocera公司225cm2多晶硅電池效率達到17.1％。晶硅電池的這些成就對于產(chǎn)業(yè)界的促進是很大的。薄膜電池的研究工作主要集中在非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜、CdTe、CIS上。非晶硅薄膜電池通過雙結(jié)、三結(jié)迭層和Ge-Si合金層技術(shù)，在克服光衰減和提高效率上不斷有新的突破，實驗室穩(wěn)定效率已經(jīng)突破13.0％。CdTe電池效率達到15.8%，CIS電池效率18.8％。多晶硅薄膜電池的研究工作自1987年以來發(fā)展迅速，成為世界關(guān)注的新熱點。由于硅是地球上儲量第二大元素，作為半導(dǎo)體材料，人們對它研究得最多、技術(shù)最成熟，而且性能穩(wěn)定、無毒，因此人們對多晶硅薄膜的研究愈來愈重視。1995年澳大利亞新南威爾士大學(xué)與太平洋能源公司合作，投資5000萬美元，計劃用7年時間開發(fā)出此種薄膜電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，然后建立20MW生產(chǎn)線。可行性分析指出，電池成本可下降到每瓦1澳元以下，其發(fā)電
成本可與燃煤發(fā)電相比。此項工作在美國、日本、歐洲也在加緊進行。
我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作經(jīng)過近二十年的努力已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。先后開展了晶硅（單晶、多晶）高效電池，非晶硅薄膜電池，CdTe、CIS、多晶硅薄膜電池，技術(shù)水平不斷提高，個別項目達到或接近國際水平，如表3-3所示。同時開展了光伏發(fā)電系統(tǒng)及其關(guān)鍵電氣設(shè)備研制工作，建成kW級獨立和并網(wǎng)光伏示范電站，先后在西藏研建25kW－100kW 7個光伏電站及多種光伏應(yīng)用工程，為我國光伏電站的發(fā)展作出了開拓性工作。但在總體水平上同發(fā)達國家相比還有較大的差距。
二、太陽能熱利用技術(shù)
1．太陽能熱水器
太陽能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一。1998年世界太陽能熱水器的總保有量約5400萬m2。按照人均使用太陽能熱水器面積，塞浦路斯和以色列居世界首位，分別為1m2/人和0.7m2/人。日本有20％的家庭使用太陽能熱水器，以色列有80％的家庭使用太陽能熱水器。
我國二十多年來，太陽能熱水器得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用。70年代后期開始開發(fā)家用熱水器。目前全國有500多個熱水器生產(chǎn)廠家，1998年的產(chǎn)量約400萬m2，總安裝量約1400萬m2，產(chǎn)量占世界第一位。我國太陽能熱水器平均每平方米每年可節(jié)約100～150公斤標準煤。
80年代后期，我國開始研制高性能的真空管集熱器。清華大學(xué)開發(fā)的全玻璃真空管集熱器結(jié)構(gòu)簡單，類似拉長的暖水瓶，內(nèi)管外表面上選擇性吸收涂層是其關(guān)鍵技術(shù)。全玻璃真空管集熱器已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，目前全國有60多個全玻璃真空管集熱器生產(chǎn)廠，年產(chǎn)3百多萬只真空管。80年代后期至90年代初，北京市太陽能研究所相繼在我國政府、UNDP支持下，并與德國合作研制成功熱管式真空管集熱器，1996年與德國DASA公司合資建立了熱管式真空管集熱器生產(chǎn)廠，實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，1998年生產(chǎn)了11萬只真空管，產(chǎn)品銷往國內(nèi)外。
目前在市場上占主導(dǎo)地位的熱水器主要有平板型和真空管型兩種。平板型熱水器國內(nèi)市場份額約65％，；真空管熱水器分全玻璃和熱管式兩種，國內(nèi)市場份額約35％，不同熱水器的市場份額見表3-4，目前熱水器主要用于家庭，其次是廠礦機關(guān)公共場所等。
表3-4 我國家用熱水器的市場份額
我國的太陽能熱水器工業(yè)逐步走向成熟，除了技術(shù)不斷改進、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高外，幾種熱水器的國家標準已經(jīng)頒布并開始實施：如
“平板熱水器熱性能評價實驗方法”（GB 4271-84）
“平板熱水器產(chǎn)品技術(shù)指標” （GB 6424-86）
“家用熱水器熱性能實驗方法” （GB 12915-91）
“全玻璃真空管集熱器” （GB/T 17049-1997）等。
但同時應(yīng)當看到，我國太陽能熱水器市場還遠沒有開發(fā)出來，熱水器的戶用比例只有3％，與日本的20％和以色列的80％相比相差甚遠，因此中國的市場容量還非常巨大。
2．太陽能空調(diào)降溫
就世界范圍而言，太陽能制冷及在空調(diào)降溫上應(yīng)用還處在示范階段，其商業(yè)化程度遠不如熱水器那樣高，主要問題是成本高。但對于缺電和無電地區(qū)，同建筑結(jié)合起來考慮，市場潛力還是很大的。我國“九五”期間，太陽能空調(diào)降溫示范工程列入國家技術(shù)攻關(guān)項目，廣州能源所和北京市太陽能研究所分別進行平板集熱器和真空管集熱器的示范工程。西北工業(yè)大學(xué)對除潮降溫系統(tǒng)進行了基礎(chǔ)性的研究工作，研究工作重點是尋找高效吸收和蒸發(fā)材料，優(yōu)化系統(tǒng)熱特性，建立數(shù)學(xué)模型和計算機程序，研究新型制冷循環(huán)等。實驗室建立了除潮系統(tǒng)的樣機和使用條件。
3．太陽能熱發(fā)電
太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。80年代以來美、歐、澳等國相繼建立起不同型式的示范裝置，促進了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。
1）槽式線聚焦系統(tǒng)
該系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機發(fā)電。Luz公司1980年開始開發(fā)此類熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后實現(xiàn)了商業(yè)化。1985年起先后在美國加州的Mojave沙漠上建成9個發(fā)電裝置，總?cè)萘?54MW，年發(fā)電總量10.8億kWh。9個電站都與南加州愛堤生電力公司聯(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，系統(tǒng)效率由起初的11.5％ 提高到13.6％。建造費用由5976美元/kW降低到3011美元/kW，發(fā)電成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh。
2）塔式系統(tǒng)
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本型式是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫。
80年代初，美國在南加州建成第一座塔式太陽發(fā)電系統(tǒng)裝置－Solar One。起初，太陽塔采用水－蒸汽系統(tǒng)，發(fā)電功率為10MW。1992年，Solar One經(jīng)過改裝，用于示范熔鹽接收器和儲熱系統(tǒng)。由于增加了儲熱系統(tǒng)，使太陽塔輸送電能的負載因子可高達65%。熔鹽在接收器內(nèi)由288℃加熱到565℃，然后用于發(fā)電。第二座太陽塔Solar Two于1996年開始發(fā)電，計劃試運行三年，然后進行評估。Solar Two發(fā)電的實踐不僅證明熔鹽技術(shù)的正確性，而且將進一步加速30-200MW范圍的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化。
以色列Weizmanm科學(xué)研究所最近正在對塔式系統(tǒng)進行改進。利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光反射到固定在塔的頂部的初級反射鏡——拋物鏡上，然后由初級反射鏡將陽光向下反射到位于它下面的次級反射鏡——復(fù)合拋物聚光器（CPC），最后由CPC將陽光聚焦在其底部的接收器上。通過接收器的氣體被加熱到1200℃，推動一臺汽輪發(fā)電機組，500℃左右的排氣再用于推動另一臺汽輪發(fā)電機組，從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達到25-28%。由于次級反射鏡接收到很強的反射輻射能，因而CPC必須進行水冷。整個實驗仍處于安裝、調(diào)試階段。
3）碟式系統(tǒng)
拋物面反射鏡/斯特林系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動發(fā)動機進行發(fā)電。
美國熱發(fā)電計劃與Cummins公司合作，1991年開始開發(fā)商用的7kW碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)，5年投入經(jīng)費1800萬美元。1996年Cummins向電力部門和工業(yè)用戶交付7臺碟式發(fā)電系統(tǒng)，計劃1997年生產(chǎn)25臺以上。Cummins預(yù)計10年后年生產(chǎn)超過1000臺。該種系統(tǒng)適用于邊遠地區(qū)獨立電站。
美國熱發(fā)電計劃還同時開發(fā)25kW的碟式發(fā)電系統(tǒng)。25kW是經(jīng)濟規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。1996年在電力部門進行實驗，1997年開始運行。
由于碟式/斯特林系統(tǒng)光學(xué)效率高，啟動損失小，效率高達29%，在三類系統(tǒng)中位居首位。
4）三種系統(tǒng)性能比較
三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。三種系統(tǒng)均可用單獨使用太陽能運行，也可安裝成燃料混合系統(tǒng)，其性能比較如表3-5所示。
我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作早在70年代末就開始了，但由于工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)未得到根本性的解決，加上經(jīng)費不足，熱發(fā)電項目先后停止和下馬。國家“八五”計劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項目，帶有技術(shù)儲備性質(zhì)，目前還沒有試驗樣機，與國外差距很大。
表3-5 三種系統(tǒng)性能比較
4．太陽房
太陽房是直接利用太陽輻射能的重要方面。把房屋看作一個集熱器，通過建筑設(shè)計把高效隔熱材料、透光材料、儲能材料等有機地集成在一起，使房屋盡可能多地吸收并保存太陽能，達到房屋采暖目的。太陽房概念與建筑結(jié)合形成了“太陽能建筑”技術(shù)領(lǐng)域，成為太陽能界和建筑界共同關(guān)心的熱點。太陽房可以節(jié)約75—90％的能耗，并具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，成為各國太陽能利用技術(shù)的重要方面。在太陽房技術(shù)和應(yīng)用方面歐洲處于領(lǐng)先地位，特別是在玻璃涂層、窗技術(shù)、透明隔熱材料等方面居世界領(lǐng)先地位。
我國太陽房開發(fā)利用自80年代初開始，截止1997年底，全國已經(jīng)建起740萬m2的太陽房，主要分布在山東、河北、遼寧、內(nèi)蒙、甘肅、青海和西藏的農(nóng)村地區(qū)。其中遼寧省的400所中小學(xué)校建造了被動太陽房，總面積達50萬m2。我國被動式太陽房平均每平米建筑面積每年可節(jié)約20～40公斤標煤。
我國太陽房的發(fā)展目前還存在以下問題：太陽房的設(shè)計和建造沒有和建筑真正結(jié)合起來變成建筑師的設(shè)計思想和概念，沒有納入建筑規(guī)范和標準，一定程度上影響快速發(fā)展和實現(xiàn)商業(yè)化。其次是相關(guān)的透光隔熱材料、帶涂層的控光玻璃、節(jié)能窗等沒有商業(yè)化，使太陽房的水平受到限制。
用于蔬菜和花卉種植的太陽能溫室在中國北方地區(qū)較多采用。全國太陽能溫室面積總計約700萬畝，發(fā)揮著較好的經(jīng)濟效益。
5．熱利用的其他方面
我國是太陽灶的最大生產(chǎn)國，主要在甘肅、青海、西藏等西北邊遠地區(qū)和農(nóng)村應(yīng)用。目前大約有15萬臺太陽灶在使用中。主要為反射拋物面型。其開口面積在1.6－2.5m2。每個太陽灶每年可節(jié)約300kg標煤。
太陽能干燥是熱利用的一個方面。目前我國已經(jīng)安裝了有1000多套太陽能干燥系統(tǒng)，總面積約2萬m2。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草藥干燥等。
1．光伏產(chǎn)業(yè)及市場
國際光伏工業(yè)在過去15年平均年增長率為15％。90年代后期，世界市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，發(fā)展更加迅速。1997年世界太陽電池光伏組件生產(chǎn)達122MWp，比1996年增長了38％，是4年前的2倍，是7年前3倍，超過集成電路工業(yè)發(fā)展速度，超出光伏界專家最樂觀的估計。1998年光伏組件生產(chǎn)達到157.4MWp（表3-2），市場份額為晶硅電池87％，非晶硅電池12％，CdTe電池1％。如圖1所示。光伏發(fā)電累計總裝機容量達到800MWp。
在產(chǎn)業(yè)化方面，各國一直在通過改進工藝、擴大規(guī)模和開拓市場等措施降低成本，并取得了巨大進展。以美國為代表，能源部1990年起動了 PVMaT（光伏制造技術(shù)）的產(chǎn)業(yè)化計劃，通過國家可再生能源實驗室（NREL）實施，并成立了國家光伏中心，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)和研究機構(gòu)共同進行攻關(guān)，以求大幅度降低成本。這一計劃的實施已經(jīng)產(chǎn)生了非常明顯的效果，商品化電池效率從10－13％提高到12－15％。 生產(chǎn)規(guī)模從1－5MWp/年發(fā)展到5－20MWp/年，并正在向50MWp擴大。生產(chǎn)工藝不斷簡化，自動化程度不斷提高。三年來，世界的光伏組件的生產(chǎn)成本降低了32％以上，第一次降到3美元/Wp以下，國際市場光伏組件售價在4美元/Wp左右,這種趨勢還在繼續(xù)發(fā)展。美國光伏系統(tǒng)電價成本目標：2005年光伏系統(tǒng)安裝成本3美元/Wp（11美分/kWh）, 2010年1.5美元/Wp（6美分/kWh以下）。歐洲和日本也有類似的計劃。競爭促使各發(fā)達國家的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)幾乎以大致相同的水平和速度向前發(fā)展。在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，印度在發(fā)展中國家處領(lǐng)先地位。目前印度有80個公司從事光伏工業(yè)和太陽電池組件的生產(chǎn)， 6個太陽電池制造廠12個組件生產(chǎn)廠，1997－1998年間，電池生產(chǎn)8.2MWp，組件生產(chǎn)11MWp，出口4MWp，預(yù)計2002年生產(chǎn)將達到50MWp/年；截止1998年，印度光伏系統(tǒng)安裝容量達到35MWp，計劃1998－2002安裝150MWp。
世界各大公司業(yè)紛紛制定和實施擴產(chǎn)計劃，98年初PVIR統(tǒng)計，正在實施和擴產(chǎn)的新增能力為263.5MWp/年, 比1997年高出2倍，可以說，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正在騰飛，預(yù)測今后10年光伏組件的生產(chǎn)將以20％－30％甚至更高的遞增速度發(fā)展，2010年生產(chǎn)達到4.6GW/年，總裝機容量達到18GW。 快速發(fā)展的屋頂計劃、各種減免稅政策、補貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價格為光伏市場的發(fā)展提供了堅實的發(fā)展基礎(chǔ)。市場發(fā)展將逐步由邊遠地區(qū)和農(nóng)村的補充能源向全社會的替代能源過渡。預(yù)測到下世紀中葉，太陽能光伏發(fā)電將達到世界總發(fā)電量15－20％，成為人類的基礎(chǔ)能源之一。
我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場發(fā)展經(jīng)過近二十年的努力已經(jīng)奠定了一個良好的基礎(chǔ)。目前有4個單晶硅電池及組件生產(chǎn)廠和2個非晶硅電池生產(chǎn)廠。1998年我國太陽電池的產(chǎn)量為2.1MWp，約占世界產(chǎn)量的1.3%，總裝機容量12MWp占世界的1.5%。但在總體水平上我國同國外相比還有很大差距，表現(xiàn)在以下幾個方面：
1）生產(chǎn)規(guī)模小。我國幾個太陽電池組件廠的實際生產(chǎn)能力約為0.4～0.6MWp/年，生產(chǎn)的規(guī)�；潭缺葒�5－20MWp生產(chǎn)規(guī)模低一個多數(shù)量級；
2）技術(shù)水平較低。電池效率平均在10－13％，比國外平均低兩個百分點；封裝水平和質(zhì)量同國外有一定差距；
3）專用原材料國產(chǎn)化程度不高。專用材料如銀漿、封裝玻璃、EVA等曾列入國家“八五”攻關(guān)計劃，并取得一定成果，但性能有待進一步改進，部分材料仍然采用進口品；
4）成本高。目前我國電池組件成本約35元/Wp（4.2美元/Wp），平均售價44元/Wp（5.3美元/Wp），成本和售價都高于國外產(chǎn)品。
5）市場培育和發(fā)展遲緩。我國地域廣大、人口眾多，7000萬人生活在無電地區(qū)，光伏發(fā)電的潛在市場非常巨大。光伏市場雖然逐年發(fā)展和擴大，但在市場培育和開拓方面還缺乏相應(yīng)的支持政策、法規(guī)、措施，投入少，市場發(fā)展遲緩。對比之下，國外各大公司和世界銀行對開拓中國光伏市場表現(xiàn)出極大興趣和熱心。例如，世界銀行通過GEF（全球環(huán)境基金）項目向中國贈款2500萬美元用于光伏市場開拓，總計10MW戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)；荷蘭政府向新疆贈送近10萬套戶用光伏電源系統(tǒng)，價值1500萬美元；日本、美國、歐洲的一些公司也都有過類似的贈送和示范項目，這對我國光伏事業(yè)的發(fā)展無疑是起著推動和催化作用。面對能源和環(huán)境的雙重壓力以及將被開發(fā)出來的巨大市場，我國的光伏產(chǎn)業(yè)必須加快步伐迎接嚴峻的挑戰(zhàn)。
2．國內(nèi)外技術(shù)進展和重大突破
為降低光伏發(fā)電成本的各種研究開發(fā)工作一直在發(fā)達國家中緊張地進行著。其中以晶硅材料為基礎(chǔ)的高效電池和薄膜電池是基礎(chǔ)研究工作中的熱點課題。澳大利亞新南威爾士大學(xué)高效單晶硅電池效率已達24.7％，美國、日本、德國的高效電池效率達到20％以上。澳大利亞新南威爾士大學(xué)多晶硅電池效率突破19.8％（1cm2），美國、德國等達到18％以上。日本Kyocera公司225cm2多晶硅電池效率達到17.1％。晶硅電池的這些成就對于產(chǎn)業(yè)界的促進是很大的。薄膜電池的研究工作主要集中在非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜、CdTe、CIS上。非晶硅薄膜電池通過雙結(jié)、三結(jié)迭層和Ge-Si合金層技術(shù)，在克服光衰減和提高效率上不斷有新的突破，實驗室穩(wěn)定效率已經(jīng)突破13.0％。CdTe電池效率達到15.8%，CIS電池效率18.8％。多晶硅薄膜電池的研究工作自1987年以來發(fā)展迅速，成為世界關(guān)注的新熱點。由于硅是地球上儲量第二大元素，作為半導(dǎo)體材料，人們對它研究得最多、技術(shù)最成熟，而且性能穩(wěn)定、無毒，因此人們對多晶硅薄膜的研究愈來愈重視。1995年澳大利亞新南威爾士大學(xué)與太平洋能源公司合作，投資5000萬美元，計劃用7年時間開發(fā)出此種薄膜電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，然后建立20MW生產(chǎn)線。可行性分析指出，電池成本可下降到每瓦1澳元以下，其發(fā)電
成本可與燃煤發(fā)電相比。此項工作在美國、日本、歐洲也在加緊進行。
我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作經(jīng)過近二十年的努力已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。先后開展了晶硅（單晶、多晶）高效電池，非晶硅薄膜電池，CdTe、CIS、多晶硅薄膜電池，技術(shù)水平不斷提高，個別項目達到或接近國際水平，如表3-3所示。同時開展了光伏發(fā)電系統(tǒng)及其關(guān)鍵電氣設(shè)備研制工作，建成kW級獨立和并網(wǎng)光伏示范電站，先后在西藏研建25kW－100kW 7個光伏電站及多種光伏應(yīng)用工程，為我國光伏電站的發(fā)展作出了開拓性工作。但在總體水平上同發(fā)達國家相比還有較大的差距。
二、太陽能熱利用技術(shù)
1．太陽能熱水器
太陽能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一。1998年世界太陽能熱水器的總保有量約5400萬m2。按照人均使用太陽能熱水器面積，塞浦路斯和以色列居世界首位，分別為1m2/人和0.7m2/人。日本有20％的家庭使用太陽能熱水器，以色列有80％的家庭使用太陽能熱水器。
我國二十多年來，太陽能熱水器得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用。70年代后期開始開發(fā)家用熱水器。目前全國有500多個熱水器生產(chǎn)廠家，1998年的產(chǎn)量約400萬m2，總安裝量約1400萬m2，產(chǎn)量占世界第一位。我國太陽能熱水器平均每平方米每年可節(jié)約100～150公斤標準煤。
80年代后期，我國開始研制高性能的真空管集熱器。清華大學(xué)開發(fā)的全玻璃真空管集熱器結(jié)構(gòu)簡單，類似拉長的暖水瓶，內(nèi)管外表面上選擇性吸收涂層是其關(guān)鍵技術(shù)。全玻璃真空管集熱器已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，目前全國有60多個全玻璃真空管集熱器生產(chǎn)廠，年產(chǎn)3百多萬只真空管。80年代后期至90年代初，北京市太陽能研究所相繼在我國政府、UNDP支持下，并與德國合作研制成功熱管式真空管集熱器，1996年與德國DASA公司合資建立了熱管式真空管集熱器生產(chǎn)廠，實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，1998年生產(chǎn)了11萬只真空管，產(chǎn)品銷往國內(nèi)外。
目前在市場上占主導(dǎo)地位的熱水器主要有平板型和真空管型兩種。平板型熱水器國內(nèi)市場份額約65％，；真空管熱水器分全玻璃和熱管式兩種，國內(nèi)市場份額約35％，不同熱水器的市場份額見表3-4，目前熱水器主要用于家庭，其次是廠礦機關(guān)公共場所等。
我國的太陽能熱水器工業(yè)逐步走向成熟，除了技術(shù)不斷改進、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高外，幾種熱水器的國家標準已經(jīng)頒布并開始實施：如
“平板熱水器熱性能評價實驗方法”（GB 4271-84）
“平板熱水器產(chǎn)品技術(shù)指標” （GB 6424-86）
“家用熱水器熱性能實驗方法” （GB 12915-91）
“全玻璃真空管集熱器” （GB/T 17049-1997）等。
但同時應(yīng)當看到，我國太陽能熱水器市場還遠沒有開發(fā)出來，熱水器的戶用比例只有3％，與日本的20％和以色列的80％相比相差甚遠，因此中國的市場容量還非常巨大。
2．太陽能空調(diào)降溫
就世界范圍而言，太陽能制冷及在空調(diào)降溫上應(yīng)用還處在示范階段，其商業(yè)化程度遠不如熱水器那樣高，主要問題是成本高。但對于缺電和無電地區(qū)，同建筑結(jié)合起來考慮，市場潛力還是很大的。我國“九五”期間，太陽能空調(diào)降溫示范工程列入國家技術(shù)攻關(guān)項目，廣州能源所和北京市太陽能研究所分別進行平板集熱器和真空管集熱器的示范工程。西北工業(yè)大學(xué)對除潮降溫系統(tǒng)進行了基礎(chǔ)性的研究工作，研究工作重點是尋找高效吸收和蒸發(fā)材料，優(yōu)化系統(tǒng)熱特性，建立數(shù)學(xué)模型和計算機程序，研究新型制冷循環(huán)等。實驗室建立了除潮系統(tǒng)的樣機和使用條件。
3．太陽能熱發(fā)電
太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。80年代以來美、歐、澳等國相繼建立起不同型式的示范裝置，促進了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。
1）槽式線聚焦系統(tǒng)
該系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機發(fā)電。Luz公司1980年開始開發(fā)此類熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后實現(xiàn)了商業(yè)化。1985年起先后在美國加州的Mojave沙漠上建成9個發(fā)電裝置，總?cè)萘?54MW，年發(fā)電總量10.8億kWh。9個電站都與南加州愛堤生電力公司聯(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，系統(tǒng)效率由起初的11.5％ 提高到13.6％。建造費用由5976美元/kW降低到3011美元/kW，發(fā)電成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh。
2）塔式系統(tǒng)
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本型式是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫。
80年代初，美國在南加州建成第一座塔式太陽發(fā)電系統(tǒng)裝置－Solar One。起初，太陽塔采用水－蒸汽系統(tǒng)，發(fā)電功率為10MW。1992年，Solar One經(jīng)過改裝，用于示范熔鹽接收器和儲熱系統(tǒng)。由于增加了儲熱系統(tǒng)，使太陽塔輸送電能的負載因子可高達65%。熔鹽在接收器內(nèi)由288℃加熱到565℃，然后用于發(fā)電。第二座太陽塔Solar Two于1996年開始發(fā)電，計劃試運行三年，然后進行評估。Solar Two發(fā)電的實踐不僅證明熔鹽技術(shù)的正確性，而且將進一步加速30-200MW范圍的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化。
以色列Weizmanm科學(xué)研究所最近正在對塔式系統(tǒng)進行改進。利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光反射到固定在塔的頂部的初級反射鏡——拋物鏡上，然后由初級反射鏡將陽光向下反射到位于它下面的次級反射鏡——復(fù)合拋物聚光器（CPC），最后由CPC將陽光聚焦在其底部的接收器上。通過接收器的氣體被加熱到1200℃，推動一臺汽輪發(fā)電機組，500℃左右的排氣再用于推動另一臺汽輪發(fā)電機組，從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達到25-28%。由于次級反射鏡接收到很強的反射輻射能，因而CPC必須進行水冷。整個實驗仍處于安裝、調(diào)試階段。
3）碟式系統(tǒng)
拋物面反射鏡/斯特林系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動發(fā)動機進行發(fā)電。
美國熱發(fā)電計劃與Cummins公司合作，1991年開始開發(fā)商用的7kW碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)，5年投入經(jīng)費1800萬美元。1996年Cummins向電力部門和工業(yè)用戶交付7臺碟式發(fā)電系統(tǒng)，計劃1997年生產(chǎn)25臺以上。Cummins預(yù)計10年后年生產(chǎn)超過1000臺。該種系統(tǒng)適用于邊遠地區(qū)獨立電站。
美國熱發(fā)電計劃還同時開發(fā)25kW的碟式發(fā)電系統(tǒng)。25kW是經(jīng)濟規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。1996年在電力部門進行實驗，1997年開始運行。
由于碟式/斯特林系統(tǒng)光學(xué)效率高，啟動損失小，效率高達29%，在三類系統(tǒng)中位居首位。
4）三種系統(tǒng)性能比較
三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。三種系統(tǒng)均可用單獨使用太陽能運行，也可安裝成燃料混合系統(tǒng)，其性能比較如表3-5所示。
我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作早在70年代末就開始了，但由于工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)未得到根本性的解決，加上經(jīng)費不足，熱發(fā)電項目先后停止和下馬。國家“八五”計劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項目，帶有技術(shù)儲備性質(zhì)，目前還沒有試驗樣機，與國外差距很大。
4．太陽房
太陽房是直接利用太陽輻射能的重要方面。把房屋看作一個集熱器，通過建筑設(shè)計把高效隔熱材料、透光材料、儲能材料等有機地集成在一起，使房屋盡可能多地吸收并保存太陽能，達到房屋采暖目的。太陽房概念與建筑結(jié)合形成了“太陽能建筑”技術(shù)領(lǐng)域，成為太陽能界和建筑界共同關(guān)心的熱點。太陽房可以節(jié)約75—90％的能耗，并具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，成為各國太陽能利用技術(shù)的重要方面。在太陽房技術(shù)和應(yīng)用方面歐洲處于領(lǐng)先地位，特別是在玻璃涂層、窗技術(shù)、透明隔熱材料等方面居世界領(lǐng)先地位。
我國太陽房開發(fā)利用自80年代初開始，截止1997年底，全國已經(jīng)建起740萬m2的太陽房，主要分布在山東、河北、遼寧、內(nèi)蒙、甘肅、青海和西藏的農(nóng)村地區(qū)。其中遼寧省的400所中小學(xué)校建造了被動太陽房，總面積達50萬m2。我國被動式太陽房平均每平米建筑面積每年可節(jié)約20～40公斤標煤。
我國太陽房的發(fā)展目前還存在以下問題：太陽房的設(shè)計和建造沒有和建筑真正結(jié)合起來變成建筑師的設(shè)計思想和概念，沒有納入建筑規(guī)范和標準，一定程度上影響快速發(fā)展和實現(xiàn)商業(yè)化。其次是相關(guān)的透光隔熱材料、帶涂層的控光玻璃、節(jié)能窗等沒有商業(yè)化，使太陽房的水平受到限制。
用于蔬菜和花卉種植的太陽能溫室在中國北方地區(qū)較多采用。全國太陽能溫室面積總計約700萬畝，發(fā)揮著較好的經(jīng)濟效益。
5．熱利用的其他方面
我國是太陽灶的最大生產(chǎn)國，主要在甘肅、青海、西藏等西北邊遠地區(qū)和農(nóng)村應(yīng)用。目前大約有15萬臺太陽灶在使用中。主要為反射拋物面型。其開口面積在1.6－2.5m2。每個太陽灶每年可節(jié)約300kg標煤。
太陽能干燥是熱利用的一個方面。目前我國已經(jīng)安裝了有1000多套太陽能干燥系統(tǒng)，總面積約2萬m2。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草藥干燥等。
聲明：本信息內(nèi)容的真實性未經(jīng)電源在線網(wǎng)證實，僅供參考。 來源：《中國新能源與可再生能源1999白皮書》
