中国光伏产业发展技术路线图

中国光伏产业发展技术路线图

发展光伏产业从根本上讲是为了解决能源问题。面对日益枯竭的化石能源和不断恶化的生态环境，人类需要进行第三次能源结构转换，从矿物能源向可再生能源转换，用可再生能源替代矿物能源，用无碳能源、低碳能源替代高碳能源。

与石油、天然气、煤炭、铀等化石能源相比，光伏发电最大的优点是资源取之不尽；与风能、水能、生物质能等可再生能源相比，光伏发电最大的优点是可开采资源几乎是无限的。据测算，全球太阳能可开采资源达6000亿千瓦，是20 08年全球电力装机容量的100倍。

过去10年，是光伏产业快速发展的10年，光伏电站累计装机容量从1998年的962MW增长到2008年的14730MW。其中，欧洲占65%、日本占15%、美国占8%。

2008年，全球发电装机容量约60亿千瓦（6000GW）；其中，中国累计装机约8亿千瓦（800GW）。光伏发电装机容量仅占发电装机容量的0.25%。按照电力装机年均增长3%、2020年光伏电站装机容量占发电装机容量的3%测算，2 020年光伏电站的累计装机容量超过255GW。

1998年，全球光伏电池实现营收5.1亿美元；2008年，全球实现营收203. 7亿美元。按照市场规模增长1倍，太阳能光伏发电系统成本下降10%测算，上述255GW光伏发电系统市场规模超过7200亿美元。

面对每年超过2500万千瓦市场需求、超过5000亿元人民币终端市场价值的新兴产业和新兴市场，对于中国而言，问题的关键在于找准市场定位，壮大产业规模，扩大市场份额。

拉动光伏产业形成和发展的主要力量来自于市场，市场需求是决定产业规模的核心要素，但其发展速度却可以通过有效的政府公共政策来推动。市场拉动和政府推动是促进光伏产业发展的主要外生力量。

高成本是制约光伏发电大规模应用的主要障碍。2008年，光伏电站的平均初始投资高达2.8万元/千瓦，按照年发电小时数1500小时、25年设备使用期计算，发电成本达1.47元/千瓦时，根本无法与常规能源发电竞争。目前，光伏发

电需求主要还是靠政府支持，包括初始投资补助、上网电价补贴、净电量回购等。通过降低电池材料成本、提高光电转换效率、提高发电量、降低系统固定成本等形式，光伏发电有望在2012年实现“平价上网”，从而实现由政府扶持转向市场化发展。

由于光伏产业政策的缺位，2008年以前中国光伏产业总体上处于自我发展状态，形成了生产大国和消费小国的发展格局。2009年3月，财政部、住房和城乡建设部联合下发的《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》标志着中国光伏产业政策逐渐补位，中国光伏产业将进入政策扶持下的规模化应用阶段。

从消费者角度看，光伏产品可以分为三类：一是电力服务类，为消费者提供220/380伏交流电服务；二是电源服务类，为通讯等生产生活设备提供非标电源（主要是直流电源）；三是日用服务类，与各类日用品一起为消费者提供光电服务（如PV-LED）。其中电源服务类、日用服务类光伏产品市场化程度高，从发达国家的发展经验看，依托市场力量基本上能够解决，政府的主要工作应放在电力服务类产品的市场推广上。

总体上看，并网光伏发电是光伏产品的主流应用领域。2000年以来，并网光伏的市场份额不断攀升，目前占80%左右，居市场主体地位。

光伏产品用于并网发电需要解决的核心问题是“平价上网”问题，也就是光伏发电与化石能源发电（我国主要是煤炭发电）上网电价的市场竞争问题。技术路线主要围绕这个问题展开。

1、大幅降低光伏电池材料成本

目前，工业化生产的无机半导体太阳能光电材料主要有两类：一是元素半导体，主要有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）；二是化合物半导体，主要有Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体（如砷化镓GaAs）、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体（如碲化镉CdTe）以及多元化合物半导体（如铜铟镓硒CIGS）。其中，化合物半导体材料主要用于生产薄膜太阳能电池；近年来，多晶硅、非晶硅也被批量用于生产薄膜太阳能电池，但市场主流依然还是多晶硅/单晶硅太阳能电池，约占80%市场份额。

2008年，晶体硅光伏电站系统平均成本为4.2美元/Wp（约合2.8万元/千瓦）。其中，电池组件占60%、系统及安装占40%。在电池组件成本中，硅材料占50%、

硅片生产占24%、电池片生产占16%、组件封装占20%。硅片、电池片、电池组件以及光伏系统平衡部件的生产具有规模经济性，随着光伏电站装机规模的扩张、固定成本的摊薄，其生产成本将不断降低。因此，实现“平价上网”的根本途径在于大幅度降低光伏电池材料成本。

从现状看，降低光伏电池材料成本的技术途径有三：

一是冶金法生产太阳能级多晶硅（UMG-Si）。相比较于目前主流的改良西门子法生产多晶硅工艺，冶金法具有明显的成本优势。规模化生产成本前者约3 0美元/公斤、后者约10美元/公斤。目前的主要障碍在于冶金法生产的多晶硅杂质不稳定性十分明显，杂质分布不均匀，批次间质量不稳定。如何解决质量稳定性问题已经成为冶金法最重要的课题。

二是改进硅片生产工艺。通过降低硅片厚度、减少切片损耗降低硅材料成本。目前硅片厚度已普遍从370微米降到200微米甚至更薄。

三是采用薄膜技术。薄膜太阳能电池的厚度一般只有1～10微米，制备在玻璃等相对廉价的衬底材料上，可以实现低成本、大面积的工业化生产。对于非晶硅薄膜、多晶硅薄膜太阳能电池而言，目前的主要问题是转换效率低，而且存在光致衰减。

2、逐步提高光电转换效率

太阳能电池是大面积的p-n结二极管，用于接收太阳辐射光引起光生伏特效应实现光能向电能转换。光电转换效率对光伏发电成本影响显著。以晶体硅为例，效率提高1个百分点，单位发电成本降低10%；未来转换效率若提高到22%，则成本可下降一半左右。

提高光电转换效率主要朝两个方向发展：一是太阳光；二是光伏电池。

围绕太阳光提高光电转换效率目前的技术路径有三：一是减少太阳光反射；二是通过“聚光”技术发展聚光太阳能电池；三是通过“跟踪”技术提高太阳光照度。

围绕光伏电池提高光电转换效率目前的技术路径也有三：一是改进光生载流子效能，有效收集光生载流子，减少光生载流子的复合损失；二是减少光伏效应损失，减少电极直接电阻损失；三是改善光谱效应，通过整合光伏电池材料改善光谱效应，提高光伏电池的光吸收系数，实现更宽光谱的光能收集。