而且,越來越多的個(gè)人開始安裝光伏設(shè)備;光伏發(fā)電廠如雨后春筍般冒出,以“潤(rùn)物細(xì)無聲”的姿勢(shì)改變了光伏市場(chǎng)的格局,速度之快可以用“城頭變幻大王旗”來形容。
從各國(guó)經(jīng)驗(yàn)來看,政府的財(cái)政激勵(lì)政策是啟動(dòng)光伏市場(chǎng)的主要?jiǎng)恿?。這些政策通常以投資補(bǔ)貼的方式進(jìn)行,這種補(bǔ)貼將一部分安裝成本返還給個(gè)人或者發(fā)電廠;激勵(lì)政策還包括當(dāng)?shù)仉娏κ聵I(yè)單位以收購(gòu)電價(jià)稅率的形式從光電生產(chǎn)商那里購(gòu)買光電。
2004年,德國(guó)政府最先出臺(tái)上網(wǎng)電價(jià)法,實(shí)施購(gòu)電補(bǔ)償,根據(jù)不同的太陽能發(fā)電形式,給予為期20年不同等級(jí)的補(bǔ)貼,幾年后超過日本成為世界最大的光伏市場(chǎng)。
隨后,西班牙、法國(guó)、意大利、希臘等國(guó)紛紛效仿,日本、韓國(guó)和美國(guó)的部分州也相繼開放了市場(chǎng)。中國(guó)已通過《可再生能源法》,并規(guī)定了“上網(wǎng)電價(jià)”和“全網(wǎng)平攤”的法規(guī)條款。
硅短缺制約光伏市場(chǎng)的發(fā)展
然而,當(dāng)這一技術(shù)落到地面時(shí),其發(fā)展卻有點(diǎn)緩慢。光伏市場(chǎng)的回報(bào)與投資不相匹配,其他資源比如煤、水利或者核能發(fā)電現(xiàn)在還是便宜很多。除此之外,原材料硅短缺成為制約光伏技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展的瓶頸。
作為整條產(chǎn)業(yè)鏈的核心,太陽能電池目前主要分為單晶硅、多晶硅及以非晶硅為代表的薄膜技術(shù)三種。
標(biāo)準(zhǔn)的光伏組件由單晶和多晶硅制成。制作一個(gè)組件的成本中,50%的成本在于經(jīng)過加工了的硅片的成本。1980年,美國(guó)麻省理工學(xué)院的伊曼紐爾·薩克斯發(fā)明了成串帶狀晶體生長(zhǎng)技術(shù)(美國(guó)4661200號(hào)專利),這個(gè)工藝使生產(chǎn)連續(xù)的薄條多晶硅片成為可能,消除了之前切割硅棒造成的浪費(fèi)和巨大費(fèi)用,生產(chǎn)成本的降低使更廣泛應(yīng)用太陽能技術(shù)變得更加切實(shí)可行,太陽能電池板行業(yè)從此開始高歌猛進(jìn)。
單晶硅技術(shù)工藝成熟,實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率最高為25%,商業(yè)化轉(zhuǎn)換效率為15%至18%,但成本較高;多晶硅技術(shù)成本較低,但轉(zhuǎn)換效率不如單晶硅,實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率最高為21%,商業(yè)化轉(zhuǎn)換效率為13%至16%。
而且,晶體硅的生產(chǎn)是能源密集型,使光伏產(chǎn)業(yè)依賴于昂貴而稀缺的原材料硅,導(dǎo)致光伏太陽能產(chǎn)業(yè)同微電子產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。
目前,全球只有12家工廠生產(chǎn)光伏級(jí)別的多晶硅,當(dāng)微處理器和光伏市場(chǎng)都繁榮發(fā)達(dá)時(shí),硅價(jià)就會(huì)飆升。比如,2004年,因?yàn)殡娮有袠I(yè)的需求相當(dāng)旺盛,硅的成本大幅上漲。因此,科學(xué)家在繼續(xù)進(jìn)行硅研究的同時(shí),也開始著手尋找替代原材料的研究。
能效提升初露端倪
固態(tài)物理學(xué)表明,硅并非光電轉(zhuǎn)換的理想材料。外太空應(yīng)用方面使用的技術(shù)都是最先進(jìn)的,使用的也是最純凈的、高性能的硅,其光電轉(zhuǎn)換效能約為30%。但市場(chǎng)上絕大部分光伏組件的平均轉(zhuǎn)換效能為12%至18%,改進(jìn)轉(zhuǎn)換效率是業(yè)內(nèi)的頭等大事。
最近,能效轉(zhuǎn)換取得的進(jìn)步依靠集中太陽光線,這同放大鏡集中光線來點(diǎn)火有異曲同工之處,它需要配備30厘米厚的透鏡的笨重裝置。研究人員使用革新的薄膜技術(shù),可以在打破能效轉(zhuǎn)換記錄的同時(shí),制造比以往更加輕便的太陽能電池。他們的目的是找出太陽能電池的理想結(jié)構(gòu),更好地降低成本、縮小尺寸、方便大批量生產(chǎn)。
2007年,美國(guó)特拉華大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一個(gè)項(xiàng)目,旨在為新的高效的晶體硅太陽能電池研發(fā)技術(shù)基礎(chǔ),經(jīng)過21個(gè)月的刻苦攻關(guān),該研究團(tuán)隊(duì)獲得了42.8%的能效轉(zhuǎn)換記錄。他們獨(dú)特的太陽能電池結(jié)構(gòu)將光學(xué)設(shè)計(jì)整合進(jìn)入太陽能電池,研制出了一種很容易安裝在筆記本電腦上的便攜小設(shè)備,該研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是,到2010年突破50%的能效轉(zhuǎn)換記錄。
隨著多晶硅產(chǎn)能的不斷增長(zhǎng),目前供不應(yīng)求的狀況會(huì)得到緩解,預(yù)計(jì)到2010年前后,太陽能面板的價(jià)格將降至目前的1/3,這將縮小和傳統(tǒng)能源價(jià)格方面的差距,從而進(jìn)一步增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
新材料技術(shù)前景廣闊
最近,科學(xué)家除了在利用硅制造太陽能電池方面取得新突破之外,也在使用非硅物質(zhì),比如半導(dǎo)體和有機(jī)化學(xué)化合物替代硅方面取得了一定的突破。使用其他物質(zhì)而不是硅能夠降低成本,因?yàn)槠渖a(chǎn)過程簡(jiǎn)單而廉價(jià),并且也不會(huì)同其他使用硅的工業(yè)“勢(shì)如水火”。然而,還需要對(duì)這些替代物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的研究,看其能效是否優(yōu)異于硅。這些研究正在快速發(fā)展中。
“薄膜光伏”無疑是備受追捧的技術(shù)之一,與硅基太陽能電池相比,薄膜太陽能電池用材少、成本低,盡管其轉(zhuǎn)換效率也相對(duì)較低,但其安裝方便的優(yōu)勢(shì)可能可以開辟出另一片市場(chǎng)。
另外,薄膜太陽能電池既可安裝在屋頂,也可安裝在建筑物的側(cè)墻或窗戶上,將來甚至可能印刷或裝訂在柔軟的書脊或衣服上,豐田汽車目前正在試驗(yàn)將薄膜太陽能電池運(yùn)用在其混合動(dòng)力車如普瑞斯(Prius)上的技術(shù)。歐洲能源協(xié)會(huì)預(yù)測(cè),到2010年,薄膜太陽能電池將占據(jù)光伏市場(chǎng)20%的份額。
目前,市場(chǎng)上的太陽能新技術(shù)出現(xiàn)了單晶硅、多晶硅、薄膜太陽能電池幾足鼎立的格局,薄膜已經(jīng)占據(jù)了光伏市場(chǎng)的7%到10%。據(jù)總部位于美國(guó)馬薩諸塞州的“普羅米修斯可持續(xù)發(fā)展研究所”預(yù)測(cè),到2012年,非硅薄膜應(yīng)用將占據(jù)40%的市場(chǎng)份額。
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