太阳能发电的经济法则

太阳能发电的经济法则
一个太阳能发电的新时代正在渐行渐近。

随着太阳能发电技术的改进和传统能源价格的上涨，长期以来被嘲笑为经济性太差的太阳能发电正在发展壮大。

3～7年内，在许多市场上（如美国加州和意大利），太阳能电力的终端用户无补贴价格将不会高于用化石燃料或其他可再生替代能源发电的电力价格。

到2020年，全球太阳能发电的装机容量可能是当前水平的20～40倍。

但是，不要误解，太阳能发电行业仍然处于其发展初期。

到2020年，即使预测的增长全部实现，太阳能发电也将只占全部发电装机容量的大约3％～6％，或电力输出的1.5％～3％。

虽然太阳能发电确实有助于满足对更多电力和更少碳排放的需求，但它毕竟只是破解复杂难题的一部分努力。

此外，太阳能发电也面临着其他新兴行业通常要遇到的挑战。

为了赢得成本最低的桂冠，有几种技术正在激烈竞争，哪种技术能拔得头筹，目前尚不清楚。

该行业的快速发展造成了供应短缺，这给较早进入该行业的竞争者（如硅产品制造商Dow Corning 公司、REC Solar 公司、Wacker 公司以及元器件制造商First Solar 公司、Q-Cells 公司和SunPower 公司等）带来了丰厚的利润。

在来自风险投资公司和私募股权公司不断新增的资金（2007年达32亿美元）的推动下，具有创新意识的新竞争者正在纷纷进入该行业，随之而来的则可能是在一段时间内出现供过于求、价格下滑和财务业绩恶化的状况。

随着竞争的日趋激烈，制造太阳能发电设备的企业必须采取措施，大力削减成本，包括改进太阳能电池的制造工艺、在研究和开发上投资，以及将生产基地转移到低成本国家。

同时，它们必须确保能获得原材料，避免使自己采用错误的技术或与错误的伙伴合作。

太阳能技术的发展对于公用事业公司也是迫在眉睫的大事。

如果它们优柔寡断，在大规模长期投资上持一种不见兔子不撒鹰的态度，它们就会冒被其他竞争者夺走客户的风险（例如，太阳能板安装企业，它们愿意在用户建筑物的屋顶上投资安装太阳能电池板，作为回报，它们可以从用户节省的能源费用中提成）。

作为公用事业部门的一贯做法，制定聪明的应对监管的战略则是必不可少的，在某些地区，这种战略可能意味着包括对用于为消费者定价的资本基础进行太阳能设备的投资。

政府的政策对公用事业部门的发展也将继续发挥重大影响。

决定在何时、以何种方式逐步取消补贴，这对于创造一个充满活力和成本竞争的公用事业部门将至关重要。

即使在最有利的地区，太阳能发电也还需要好几年时间才能真正实现“同网同价”——即太阳能电力与传统方式生产的电力在电网上价格相等。

在中国和印度这样一些国家，所需的时间将要长得多，因为它们在未来数年里对电力的需求将需要新增大量发电能力，而它们价格便宜的燃煤发电使同网同价成为一个更加难以实现的目标。

一个行业的诞生
太阳能行业包括了各类不同的竞争者，其中有制造硅片、电池面板和如今用于生产许多太阳能电力的元器件的生产商；也有将小规模太阳能电池组安装在私人屋顶上的安装公司；还有公用事业公司和其他在沙漠中安装大量太阳能收集系统的公司；以及从事突破性技
术（如低成本薄膜技术）开发的创业公司。

所有的竞争者都在一种不断变化的大环境中运营，在这种环境中，一些长期持有的观念——补贴、以老牌企业为主、以及基于硅片的太阳能技术的一统天下——正在逐渐发生变化。

超越补贴
政府的补贴在太阳能产业的发展中起到了重要作用。

例如，美国的可再生能源生产商可享受退税；德国要求电力经销商为用可再生能源发的电支付高于市场价格的价钱。

如果没有这些优惠政策，太阳能发电的高成本将使其在大多数地区都无法与用传统化石燃料发电进行竞争。

但是，太阳能发电行业的经济状况正在发生变化。

在过去20年里，装机容量每翻一番，制造和安装一台太阳能光伏发电系统的成本就降低20％左右。

与此相反，采用传统能源的发电成本则一直在随着天然气价格的上涨而攀升。

在那
些有大量燃气发电厂的地区，天然气价格对电价影响极大，这些地区包括美国的加利福尼亚州、东北部和德克萨斯州，以及意大利、日本和西班牙。

其结果是，在一些地区，太阳能发电的成本竞争力一直在缓慢而持续地增长。

例如，美国加州就将丰富的阳光与零售电价结合起来。

部分由于该州政策的缘故，加州的电价在美国高居前列，居民用电价格高达每度（千瓦小时）36美分1。

无补贴的太阳能电力价格为每度36美分，在加州太阳能计划2（California Solar Initiative）的支持下，用户支付的电价降低为每度电27美分。

持续上涨的天然气价格、州政府为限制温室气体排放而实施的监管措施，以及为满足日益增长的用电需求而建造更多发电厂的要求都可能推动传统发电成本的进一步攀升。

今后3～7年内，在美国的部分地区（加州和西南部）以及意大利、日本和西班牙，太阳能电力的终端用户无补贴价格应该与传统电力价格相等。

这些市场的共同特点是，有比较强烈的日光辐射（日照）、高电价和具有支持力的监管制度，这些制度能刺激太阳能发电能力的增长，以推动发电成本进一步降低（图1）。

这些条件可以建立起一种良性循环：对太阳能电力不断增长的需求，将为企业创造更多的机会，使它们能通过改进太阳能电池的设计和制造工艺以降低生产成本，引入新的太阳能技术，以及从为市场份额而竞争的原材料和元器件供应商那里获得较低的供货价格。

我们通过估算不同国家和地区用户的投资回收期来预测全球对太阳能的需求。

（回收期估算基于预测的系统成本和电力价格，以及当地的日照情况和激励计划。

）我们的分析表明，到2020年，至少有10个阳光强烈的地区将能实现同网同价，太阳能电力的价格将从每度30美分以上下降到每度12美分（甚至10美分以下）。

从现在到2020年，全球太阳能发电的装机容量每年将新增30％～35％左右，从目前的100亿瓦增加到约2000亿瓦～4000亿瓦3（图2），需要投入的资金超过5000亿美元。

实际装机容量的精确分布范围将取决于太阳能成本、碳成本以及电力价格的变化（电力价格反过来又要受到天然气价格的显著影响）。

尽管这一数量仅占全球发电量的1.5％～3％，但每年新增的大约200亿瓦～400亿瓦太阳能发电装机容量将提供在此期间每年新增发电能力的大约10％～20％。

这一太阳能发电装机容量水平将使二氧化碳排放量减少大约
125兆吨～250兆吨——约占2020年全球二氧化碳排放量的0.3％～0.6％。

不断改进的技术
我们在预测电力需求和发电能力时，假定太阳能电池的设计和材料在持续改进，但并未考虑在技术上产生根本性突破或出现一种占统治地位的优势技术。

目前，有三种技术——基于硅片的光伏技术、薄膜光伏技术和聚光集热式太阳能发电技术——正在相互竞争，以获得成本上的领先地位。

每一种技术都在某些应用领域具有其优
势，但没有一种技术能在所有领域都独占鳌头。

在这些技术的相对成本竞争中，可能会出现一些重大创新和变化。

采用任何一种现有光伏技术（直接用光发电）的企业正在不断努力，通过提高它们系统的效率来降低成本。

在能量转换中，效率是指在给定时间段内照射到一块光电池表面的日光辐射所产生的电量。

对于产生的每一单位能量，系统的效率越高，所需的原材料就越少，收集日光的表面积就越小，重量也越轻，其运输和安装成本也越低。

基于硅片的光伏技术。

虽然在已经安装的太阳能发电系统中，90％都采用了基于硅片的光伏技术，但它仍然面临可能会为相互竞争的技术创造机会的两个挑战。

第一，虽然该技术非常适合在空间有限的屋顶使用（因为其效率约为目前的薄膜光伏技术的两倍），但太阳能面板及其安装的成本很高：制造这种面板所需的光伏材料（此处为硅）用量比制造薄膜光伏太阳能电池大得多4。

第二，企业正开始逐渐接近单结硅片光伏电池的理论效率极限
（31％）；有几家企业目前已达到20％～23％的效率水平。

当然，在达到理论效率极限之前，仍然存在改进空间，更先进的工程技术（如将阳光聚集在太阳能电池上，或增加很多用不同材料制成的结，以更有效地吸收更大部分的光谱）有可能进一步提高效率极限，尽管许多此类创意都会增加生产成本。

薄膜光伏技术。

另一种重要的光伏技术——薄膜技术5已应用多年，但仅在最近才被证明以商业批量生产的产品也能达到足够高的效率水平（大约10％）。

虽然薄膜的效率较低，但其硅材料的使用量却非常小——仅为基于硅片的光电池所需用量的大约1％～5％。

因此，其成本结构大约只是基于硅片光电池的一半左右。

从长远看，这项技术还有进一步扩大这一成本差距的巨大空间。

但是，薄膜光伏技术也面临挑战。

薄膜光伏组件6较低的效率意味着它们目前最适合安装在大片田野和大面积平屋顶上。

此外，这些薄膜光伏组件的寿命变化无常、难以确定；与此相反，基于硅片的光电池却能在超过25年的时间里长期保持高水平的电力输出。

在最有希望的几种薄膜技术中，只有一种碲化镉薄膜真正达到了商业规模的应用，但有一些专家对镉的毒性和碲的可用性表示担忧。

最后，还有一个日益复杂的因素，就是目前呼之欲出的新一代纳米级薄膜技术可能会大幅度提高效率，并降低太阳能发电的成本。

聚光集热式太阳能发电技术。

第三种主要的太阳能技术是聚光集热式太阳能发电技术7。

它是目前成本最低的一种可选技术方案，但存在两个方面的局限性。

光伏太阳能系统可以安装在用户附近，因此，可以降低输电和配电费用。

而聚光集热式太阳能系统需要近乎完美的阳光条件和大量的开放空间，而这两个条件通常只有在远离用户的地方才可能具备。

此外，聚光集热式太阳能系统进一步削减成本的能力可能也有限，因为它主要依赖于一些传统装置（如管道和反射镜），与基于半导体的光伏技术所使用的材料相比，其成本下降的可能性极小。

尽管如此，目前仍有几家欧洲的公用事业公司将聚光集热式太阳能发电技术作为备选的太阳能技术。

未来的发展道路
这一新兴行业发展的广度和速度将取决于其持续降低太阳能电力成本的能力。

没有哪一个或一批竞争者能够单枪匹马地做到这一点。

∙所需要的技术突破将来自太阳能元器件制造商，但是，快速的发展取决于来自终端用户强劲而持续增长的需求，许多制造商在赢得终端用户上受到了局限。

∙公用事业公司与居民、商家和工业用户有着紧密的联系，并且了解为它们服务的经济法则。

但是，除非公用事业公司对不同太阳能技术的成本潜力具有更加清晰的认识，否则，它们将很难推动太阳能电力的普及使用。

∙监管机构能够在一些地区加快实现同网同价的进程，正如它们在美国加州和德国所做的那样。

但是，监管机构并不能降低太阳能电力的实际成本。

糟糕的监管甚至可能延缓电价的下降。

虽然这些考虑因素为预测结果和提出应对策略带来了困难，但确实有一些适用的经济法则可用。

太阳能元器件制造商
对于希望保持竞争力的光伏器件制造商来说，有一些基本原则是十分清楚的：为了促进效率不断提高并改善运营以降低制造成本，就必须在研发上大量投资。

此外，考虑到技术的不确定性，已经建立的基于硅片光伏技术的企业应该通过同时投资先进的薄膜技术来规避风险。

有些制造商已在考虑通过建立合作伙伴关系或进行垂直整合，使它们能获得供应商、客户和资金，但这也可能将它们锁定在错误的技术之中。

为了作出正确的权衡，为硅片光伏技术和薄膜光伏技术生产元器件的制造商应该重点关注一些基本要素，如制造成本、效率改进，以及原材料的价格波动。

原材料。

多晶硅是基于硅片的太阳能电池制造商的主要原材料，目前，太阳能电池制造商对其消耗量超过了半导体行业的用量。

在过去两年里，多晶硅供不应求，价格也随之上扬。

高利润激励着老牌多晶硅生产商增加产能，并吸引了不少新入行者。

因此，有许多评论家预测，从2005年到2010年，全球多晶硅的生产能力将至少增加两倍。

而我们的预测表明，在同一时期，对多晶硅材料的需求量仅仅将增加一倍。

这种差距表明，多晶硅的现货价格可能会从每公斤200美元以上跌落到半导体行业以前享受过的价格水平——低至每公斤30～50美元。

当然，如果全球对基于硅片的太阳能组件的需求大幅飙升，或者由于项目撤销、质量问题或工程和建设延期（这种情况目前在其他许多资金密集型行业相当普遍）之类的原因，以及此前宣布的产能增量并未真正实现或被延迟，那么，对多晶硅价格的影响可能会大大减小。

因此，该行业内的企业应该持续关注供给与需求的发展变化。

生产工艺技术。

企业制造太阳能电池的方式对电池的效率及其价格影响最大。

许多老牌企业投入大量资金用于开发专有制造工艺。

与之相反，一些新入行的太阳能电池制造商则是从设备生产商（如Applied Materials公司）那里购买完整的生产线。

对于希望能参与太阳能行业发展的设备生产商来说，太阳能电池制造商是非常有价值的合作伙伴。

设备生产商需要与它们建立正式的合作伙伴关系，从而使自己能够保留与其制造工艺有关的知识产权的所有权——这是一项困难的谋略，这些设备生产商曾经尝试（但未能）在半导体行业实现这一目标。

除非设备提供商能够掌握如何使它们的设备具有极高的成本竞争力，并使设备操作者难以仿造或改造，否则，同样的事情可能还会再次发生。

在低成本地区进行生产。

许多生产基于硅片的光伏太阳能电池的一流企业都位于高工资国家。

这些制造商生产的电池通常比在低工资国家生产的电池效率更高；例如，德国和美国的许多电池的效率可以达到20％或更高，与此相比，中国电池的效率是15％～16％。

但是，像中国和印度这样的国家通过开发生产更高效率电池所需要的技能，将不可避免地赢得综合成本优势。

因此，位于高劳动力成本地区的企业应该不断监测将其下一个工厂建在劳动力成本低和政府补贴高的地区的收益与风险。

公用事业公司
虽然太阳能电力的分布式特点与公用事业公司集中式发电的业务模式似乎有些冲突，但公用事业公司确实也拥有太阳能时代所需的资产，首先是与用户的紧密联系。

此外，它们在将大量不同地理位置（如屋顶）所发的电力整合到现有网络中时也处于十分有利的地位。

许多公用事业公司可以利用它们先进的电力计量基础设施来计算太阳能电力在用电高峰期的全部价值。

充分利用这些资产的一种方式就是与太阳能元器件制造商建立合作伙伴关系。

建立有利可图的合作伙伴关系将需要公用事业公司开发新的技能（如安装和管理太阳能发电设备，以及确定哪些太阳能技术最适合它们的服务领域）。

目前对公用事业公司似乎最具吸引力的太阳能技术是聚光集热式太阳能发电技术，因为它主要采用集中发电方式，与传统的燃煤发电厂、核电厂和水电站非常相似，并且在如今的太阳能发电技术中成本最低。

由于它的长期成本前景不如某些新兴光伏技术，因此现在选用该技术实际上是对相对成本和当地补贴政策的变化节奏进行一次战略性赌博。

对于公用事业公司而言，虽然正常的做法可能是在技术前景变得明朗之前不要急于投资，但在场外坐等也有一些风险。

随着太阳能电力的成本下降，可能会有越来越多的企业加入安装太阳能设备的业务，从而可能切断某些公用事业公司与它们用户的联系。

安装公司购买太阳能面板，将其安装在家庭和企业，然后将它们出租给用户，虽然回收的电费低于主流方式供电的费用，但仍然足以为太阳能面板的投资挣回大量利润。

由于那些目前还支付最高电费的人群最有可能改换门庭，因此，公用事业公司将会失去它们最有价值的用户。

一种应对方式是建立与太阳能电池及组件制造商的合作关系，这些制造商可能会帮助公用事业公司获得一部分新兴的太阳能发电业务，同时，公用事业公司还可以获得将分布式发电能力整合到电网中的经验。

在非中介化投资削弱其作为合伙人的吸引力之前，迅速建立这种合作伙伴关系，应是符合公用事业公司利益之举，因为精明的制造商将会促使它们与太阳能安装公司进行竞争，以寻求对自己最有利的财务安排。

公用事业公司可以采取的另一种方法与监管战略有关——例如，它们可以尝试说服监管机构将对太阳能技术的投资增加到它们的收费基数（监管机构用于计算公平零售电价的费用支出和资本投入）上。

尽管这种重新调整将会提高电价，但公用事业公司可以证明，它具有巨大的长期效益：增加它们的储备利润，同时使投资于传统发电能力变得毫无必要；抑制因燃料价格不断上涨而引起的电价上涨；实现环境保护目标；以及加速太阳能电力成本的下降。

如果公用事业公司成功地将赌注押在正确的太阳能技术上，这种方法会产生一个固定的投资回报率（因为其投资额最终可能比其他可能的投资方式都要低），而且它还能降低投资风险。

政府与监管机构
监管机构的决定不仅将对公用事业公司产生影响，而且还会影响整个太阳能行业。

在实现同网同价的进程中，被透彻了解且目标明确的补贴对于树立投资者的信心和吸引投资至
关重要。

在快速发展的新兴市场（如中国和印度），政府的政策对太阳能行业发展速度的影响将尤为重要。

我们的基本情景预测并未包括这些市场的迅猛增长。

但是，到2020年，如果中国能在（比如说）13％的新建筑物的屋顶上安装太阳
能面板，该国每年将会新增150亿瓦的太阳能发电能力，约占全球每年增加量的40％。

与此类似，政府鼓励使用电动汽车的政策可能也会促进对太阳能需求的增长。

虽然对于不同的国家，最理想的监管方式将有显著的差异，但各国政府都应该重点关注以下几个关键要素。

∙明确目标。

在制定政策之前，监管机构必须确定，它们是否希望提高能源安全性、减少碳排放、建立高科技制造集群、为安装公司创造工作机会，或上述目标的各种组合。

一旦监管机构确定了目标及其轻重缓急，就能制定适当的政策，刺激该行业中某些特定部门的优先发展。

∙奖励生产企业而不是装机容量。

装机容量补贴就是以相同的费率对所有已安装的太阳能发电能力进行补贴，而不管其成本效益如何。

基于生产的补贴计划则只对发电企业进行奖励，以激励其降低成本，并鼓励首先关注那些具有高日照水平的诱人地区。

∙审慎地逐步取消补贴。

实际上，在世界的每一个地区，对太阳能的补贴目前仍然至关紧要。

2005年，日本终止了太阳能补贴，该国太阳能装机容量的增长随即大幅度下滑。

但是，由于太阳能电力的成本最终可以与传统电力成本进行竞争，因此，监管机构就必须与时俱进，及时调整激励结构，当实现同网同价后，就应该取消补贴。

太阳能在经济性上正变得越来越具有吸引力。

元器件制造商、公用事业公司和监管机构现在作出的决策将会决定这一新兴行业的规模、结构和绩效。

技术的不确定性使作出选择更加困难，然而，对于为了盈利的企业和为了变得更少依赖化石燃料的这个世界而言，机会是巨大的。

注释：
1美国加州居民零售电价随着终端用户用电量的增加而提高。

2到2017年，加州太阳能计划（California Solar Initiative）将为安装30亿瓦太阳能发电能力而提供31亿美元的补贴。

31 gigawatt=10亿瓦特。

作为一个参照，一家典型的燃煤发电厂的装机容量约为6～10
亿瓦特。

4由于硅的吸光率小于目前用于制造薄膜光伏太阳能电池的材料吸光率，因此，为了吸收等量的光，硅片就必须做得更厚一些。

5如果暂不考虑纳米级材料和技术的话，目前有四种很有希望的薄膜技术：碲化镉、铜铟镓二硒、非晶硅和薄膜多晶硅。

6组件就是为了产生较高的电流和电压而联接在一起的一组太阳能电池。

7光伏系统采用半导体材料将光直接转换为电。

聚光集热式太阳能发电是利用反射镜将阳光反射到液体上将其加热，然后液体通过一台热交换器产生蒸汽，并驱动涡轮发电机发电。

此类技术包括抛物线槽式发电系统、塔式发电系统、线性菲涅尔反射镜、碟式斯特林发电系统和太阳能烟囱。