我國(guó)發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的思考
0 引言
能源問(wèn)題，成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題。為了落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，到“十一·五”計(jì)劃末，要實(shí)現(xiàn)資源利用效率顯著提高，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%左右。包括太陽(yáng)能發(fā)電在內(nèi)的新的可再生能源的利用，將成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。為此，“可再生能源法”已于2006年1 月1日正式實(shí)施。到2020 年，我國(guó)將大力扶持包括產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的可再生能源產(chǎn)業(yè)，我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)一個(gè)大發(fā)展時(shí)期。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在我國(guó)從事太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的單位已超過(guò)100家，出現(xiàn)了類(lèi)似無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力公司和保定英利新能源有限公司等知名的大企業(yè)，中電電氣集團(tuán)等其他行業(yè)的大企業(yè)紛紛進(jìn)入，我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅速壯大，早已突破以前提出的2006 年年產(chǎn)太陽(yáng)電池20MW，太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備累計(jì)裝機(jī)容量80MW的指標(biāo)。但是，也存在一些問(wèn)題。其中主要產(chǎn)品太陽(yáng)電池組件的上下游兩頭在外：90%以上的原依賴(lài)進(jìn)口，90%以上的產(chǎn)品依賴(lài)出口。很可能將阻礙我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)作為一種多學(xué)科綜合交叉技術(shù)，包括物理電源（太陽(yáng)電池）、化學(xué)電源（蓄電池）和電源變換（逆變器、充電器）等電源技術(shù)，也受到越來(lái)越多的電源工作者的注意。期刊《電源資訊》2006 年第6 期發(fā)表了“太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和展望”，讀后深受啟發(fā)，也引起筆者進(jìn)行思考。在這里，從國(guó)際貫用分析產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的幾個(gè)方面：技術(shù)、材料、國(guó)外現(xiàn)狀（同行業(yè)現(xiàn)狀）、相關(guān)技術(shù)等，對(duì)我國(guó)發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題和趨勢(shì)談?wù)効捶ǎ痛蠹疫M(jìn)行交流。如果有什么不當(dāng)之處，敬請(qǐng)指正。
1 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)
1.1 太陽(yáng)能發(fā)電的特點(diǎn)
太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)主要包括：太陽(yáng)電池和矩陣、蓄電池和充電器、逆變器等技術(shù)。它具有以下特點(diǎn)。
?。?）利用太陽(yáng)能。優(yōu)點(diǎn)是太陽(yáng)能總量巨大，是使用不會(huì)枯竭的能源；沒(méi)有影響環(huán)境的排泄物，是最清潔的能源；不集中在某個(gè)地方，是在整個(gè)地球上都可以利用的能源。但是，不集中也是它的缺點(diǎn)。有時(shí)可采取聚焦等方法，來(lái)提高效率。另外，還受天氣影響，一般在計(jì)算太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換功率時(shí)，都是在規(guī)定的天氣和輻射條件下來(lái)確定，采用單位叫峰瓦，符號(hào)為Wp。下面為了方便起見(jiàn)，在本文中仍用瓦（W）作為單位，但是實(shí)際意義是峰瓦（Wp）。
?。?）太陽(yáng)能發(fā)電使用的是靜止裝置，無(wú)可動(dòng)部分，容易維護(hù)。太陽(yáng)電池、蓄電池和逆變器都可以采用模塊結(jié)構(gòu)，自由組合，可大可小，可以大規(guī)模生產(chǎn)，降低成本。不需要運(yùn)送燃料，可以放置在邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島上。建設(shè)工期比水電站和火電站短，節(jié)省施工費(fèi)用。
?。?）太陽(yáng)能發(fā)電一般把設(shè)備安裝在用戶(hù)所在地，可以節(jié)省輸配電設(shè)備。據(jù)日本有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，可節(jié)約供電成本25%左右。但是1MW（1 000kW）以上的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，仍然要采用輸配電設(shè)備，形成獨(dú)立電網(wǎng)。
根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家科技部共同提出的可再生能源發(fā)展的總目標(biāo)：“提高轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本，增大在能源結(jié)構(gòu)中所占比例?！碧?yáng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向主要也是提高轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。
1.2 太陽(yáng)電池
太陽(yáng)電池技術(shù)是太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的主要組成部份。太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率是代表材料性能、器件結(jié)構(gòu)、制備技術(shù)、工藝設(shè)備和檢測(cè)手段等綜合性能水平的標(biāo)志性指標(biāo)。太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率分為兩種。一種是小尺寸（例如1cm2）的研究開(kāi)發(fā)水平：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)電池24.7%，多晶硅太陽(yáng)電池19.8%，非晶硅太陽(yáng)電池15%，銅銦硒太陽(yáng)電池18.8%，砷化鎵太陽(yáng)電池33%，有機(jī)納米晶太陽(yáng)電池5.48%。一種是大尺寸（例如1200cm2）的商品化生產(chǎn)水平：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)電池15%，多晶硅太陽(yáng)電池12%，非晶硅太陽(yáng)電池8%，銅銦硒太陽(yáng)電池10%。以上數(shù)據(jù)都是從已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)資料中收集來(lái)的，現(xiàn)在可能已有所變化。
提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率是降低太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備成本的主要手段。轉(zhuǎn)換效率高，可以在同樣發(fā)電容量下，減少太陽(yáng)電池矩陣面積，減少太陽(yáng)電池模塊用量。因此成為太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向。
我國(guó)從上世紀(jì)50 年代起就開(kāi)始對(duì)太陽(yáng)電池進(jìn)行研究。1993年成立中國(guó)光電發(fā)展技術(shù)中心，上世紀(jì)80 至90 年代先后從國(guó)外引進(jìn)多條太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)。到2001 年，太陽(yáng)電池的年生產(chǎn)能力達(dá)到6.5MW/年。近幾年，太陽(yáng)電池的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)飛躍地發(fā)展。保定英利新能源有限公司建成500MW的太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)。南開(kāi)大學(xué)在天津建立銅銦硒太陽(yáng)電池中試線(xiàn)，使我國(guó)成為繼德、美、日之后第4 個(gè)開(kāi)展這種電池中試的國(guó)家。中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所對(duì)非晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率下降機(jī)制的研究取得國(guó)際上領(lǐng)先的成果，轉(zhuǎn)換效率最低可限制在10%以?xún)?nèi)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所研制的有機(jī)納米晶太陽(yáng)電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5.48%，向?qū)嵱眯援a(chǎn)品邁出了重要一步。從整體上看，我國(guó)不但在太陽(yáng)電池生產(chǎn)能力上進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，而且在兩大主要發(fā)展的太陽(yáng)電池產(chǎn)品：非晶硅太陽(yáng)電池和銅銦硒太陽(yáng)電池的研究開(kāi)發(fā)上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)還在新的有機(jī)納米晶太陽(yáng)電池的研究中取得國(guó)際領(lǐng)先的成果。
1.3 逆變器技術(shù)
逆變器技術(shù)也是的主要組成部分。對(duì)逆變器的主要要求有以下三點(diǎn)。
?。?）可靠，能滿(mǎn)足使用條件要求國(guó)大多數(shù)獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用于邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島，要求逆變器能承受惡劣的使用條件，能保證在少維護(hù)條件下長(zhǎng)期工作。大多數(shù)并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用于家庭，要求逆變器的電磁干擾少，不影響人的生活環(huán)境，也不妨礙其他家用電器工作。
（2）效率高國(guó)由于現(xiàn)在常用的太陽(yáng)電池矩陣的光電轉(zhuǎn)換效率小于15%，如果逆變器效率低，將太陽(yáng)電池好不容易轉(zhuǎn)換來(lái)的電能損耗掉，十分可惜。這樣勢(shì)必要增加矩陣中太陽(yáng)電池組件的數(shù)量，增大矩陣所占的面積，從而大大增加太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的投資和土建費(fèi)用。所以，要求逆變器效率要大于90%。
（3）波形畸變小，功率因數(shù)高國(guó)并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備要并網(wǎng)，逆變器輸出波形必須與外電網(wǎng)一致，波形畸變小于5%，高次諧波含量小于3% ，功率因數(shù)接近于1。獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中的逆變器波形畸變可以大一些，小于10%。
太陽(yáng)能發(fā)電用逆變器分為以下幾種形式。
（1）工頻變壓器絕緣方式國(guó)用于獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，可靠性高，維護(hù)量少，開(kāi)關(guān)頻率低，電磁干擾小。
?。?）高頻變壓器絕緣方式國(guó)用于并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，體積小，重量輕，成本低。要經(jīng)兩級(jí)變換，效率問(wèn)題比較突出，采取措施后，仍可達(dá)到90%以上，高頻電磁干擾嚴(yán)重，要采用濾波和屏蔽措施。
（3）無(wú)變壓器非絕緣方式國(guó)本來(lái)希望進(jìn)一步降低成本，從兩級(jí)變換變?yōu)閱渭?jí)變換，提高效率，使它成為并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中更理想的逆變器，但是使用中出現(xiàn)一系列問(wèn)題。無(wú)變壓器非絕緣方式逆變器不能使輸入的太陽(yáng)電池與輸出電網(wǎng)絕緣隔離，輸入的太陽(yáng)電池矩陣正、負(fù)極都不能直接接地。太陽(yáng)電池矩陣面積大，對(duì)地有很大的等效電容存在，將在工作中產(chǎn)生等效電容充放電電流。其中低頻部分，有可能使供電電路的漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作。其中高頻部分，將通過(guò)配電線(xiàn)對(duì)其他用電設(shè)備造成電磁干擾，而影響其他用電設(shè)備工作。這樣，必須加濾波和保護(hù)，達(dá)不到降低成本的預(yù)期效果。
?。?）正激變壓器絕緣方式國(guó)是在無(wú)變壓器非絕緣方式使用效果不佳之后開(kāi)發(fā)出來(lái)的，既保留了無(wú)變壓器非絕緣方式單級(jí)變換的主要優(yōu)點(diǎn)，又消除無(wú)絕緣隔離的主要缺點(diǎn)，是到目前為止并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備比較理想的逆變器。
我國(guó)從上世紀(jì)80 年代起開(kāi)始對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用逆變器進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在已有專(zhuān)門(mén)的單位研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。由于我國(guó)并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備還未形成規(guī)模生產(chǎn)，如何正確選定并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用逆變器，將是近期必須面對(duì)的一個(gè)重要課題。最近報(bào)道，國(guó)內(nèi)有人開(kāi)發(fā)出“零功耗光伏并網(wǎng)逆變器”。在這里對(duì)此發(fā)表一點(diǎn)不同的意見(jiàn)，供研究開(kāi)發(fā)者參考?！傲愎摹保蛘摺盁o(wú)功耗”，雖然據(jù)研究開(kāi)發(fā)者說(shuō)，實(shí)際上有功耗只不過(guò)功耗小到接近于零，是略有夸張之意的一種說(shuō)法。但是，有與無(wú)，大與小，零與微小是兩種不同概念。絕不能把“小”說(shuō)成“無(wú)”，把“微小”說(shuō)成“零”。這樣，“零功耗”，效率將達(dá)到100%，是不是開(kāi)發(fā)出一種新的“永動(dòng)機(jī)”了嗎？有時(shí)，真理和謬誤只相差一步，邁過(guò)這一步，就會(huì)鬧出大笑話(huà)！作為科技工作者，要使用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)用詞，不能使用廣告式的語(yǔ)言，希望與有關(guān)的朋友共勉吧。
2 材料是決定技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大問(wèn)題
和研究開(kāi)發(fā)階段不同，在規(guī)模生產(chǎn)階段，開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品，需要有足夠的原材料才能批量生產(chǎn)。如果沒(méi)有可靠穩(wěn)定的材料來(lái)源，技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展很可能停滯，甚至夭折，這方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)相當(dāng)不少，值得注意。
我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的太陽(yáng)電池所用的，90%以上采用提煉的純凈硅（包括單晶硅和多晶硅）。據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，2005 年我國(guó)太陽(yáng)電池需用多晶硅2 691 噸，其中無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司和保定英利新能源有限公司兩家生產(chǎn)太陽(yáng)電池的大企業(yè)就需用多晶硅1000噸左右。國(guó)內(nèi)目前只有峨嵋半導(dǎo)體材料廠和洛陽(yáng)單晶硅有限公司生產(chǎn)多晶硅，2004年產(chǎn)量為60 噸。90%以上的多晶硅只能從國(guó)外進(jìn)口。但是，在我國(guó)多晶硅供需嚴(yán)重失衡的情況下，國(guó)外多晶硅主要生產(chǎn)企業(yè)結(jié)成企業(yè)聯(lián)盟，嚴(yán)格控制技術(shù)轉(zhuǎn)讓并壟斷全球多晶硅材料，抬高多晶硅價(jià)格，從13 美元/kg上漲到2005 年的80 美元/kg。更有，由于我國(guó)出口的太陽(yáng)電池組件價(jià)格低于某些多晶硅供應(yīng)國(guó)生產(chǎn)出口的太陽(yáng)電池組件價(jià)格，他們對(duì)我國(guó)采取限購(gòu)甚至禁購(gòu)多晶硅材料的辦法，以維護(hù)自身的市場(chǎng)。使我國(guó)某些太陽(yáng)電池生產(chǎn)企業(yè)，即使出高價(jià)也購(gòu)買(mǎi)不到足夠的多晶硅材料，形成非常尷尬的局面。太陽(yáng)電池90%以上的多晶硅材料依賴(lài)進(jìn)口，已經(jīng)成為制約我國(guó)產(chǎn)業(yè)的瓶頸。
為了改變這一尷尬局面，必須集中力量突破原材料這一難關(guān)。雖然以前我國(guó)從“七·五”計(jì)劃立項(xiàng)到“十·五”期末都未能突破多晶硅材料的關(guān)鍵技術(shù)，但是現(xiàn)在情況不一樣了。在如此巨大的市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)效益推動(dòng)下，投資者和科技工作者都會(huì)集中力量攻關(guān)，使多晶硅材料從60 噸迅速擴(kuò)產(chǎn)到3000 噸是完全可能的。因?yàn)閲?guó)內(nèi)已有生產(chǎn)單位可以作為依托，并不是從零開(kāi)始。據(jù)報(bào)道，洛陽(yáng)中硅高科技有限公司2005 年9 月投產(chǎn)300 噸多晶硅生產(chǎn)線(xiàn)，就是一例。與此同時(shí)，還正在研究開(kāi)發(fā)用其他材料的太陽(yáng)電池項(xiàng)目，例如銅銦硒太陽(yáng)電池，有機(jī)納米晶太陽(yáng)電池和非純凈硅材料太陽(yáng)電池生產(chǎn)技術(shù)?，F(xiàn)在，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的最佳切入點(diǎn)，不再是擴(kuò)大多晶硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)，而是開(kāi)發(fā)其他材料的太陽(yáng)電池，尤其是如何解決太陽(yáng)電池的多晶硅材料供應(yīng)問(wèn)題。
3 市場(chǎng)
現(xiàn)在，我國(guó)90%以上的太陽(yáng)電池出口，也會(huì)成為限制我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一個(gè)大問(wèn)題。
我國(guó)太陽(yáng)能源豐富。按各地區(qū)接受年太陽(yáng)輻射總量的多少，可以把全國(guó)劃分為五類(lèi)地區(qū)。一類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量6 680~8 400MJ/m2 ，包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海本部和西藏西部。二類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源較豐富地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量5 850~6 680 MJ/m2，包括北京、天津、河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古中部和南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、新疆南部和西藏東南部。三類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源中等類(lèi)型地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量為5 000~5 850 MJ/m2，包括河北東南部、山西南部、吉林、遼寧、陜西北部、甘肅東南部、新疆北部、云南、河南、廣東南部、香港、澳門(mén)、山東、江蘇北部、安徽北部、福建南部和臺(tái)灣西南部。四類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源較差地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量4200~5 000 MJ/m2，包括內(nèi)蒙古北部、黑龍江、陜西南部、湖北、湖南、廣西、廣東北部、上海、江蘇南部、安徽南部、江西、浙江、福建北部和臺(tái)灣東北部。五類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源最差地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量3 350~4 200MJ/m2，包括四川、重慶和貴州。我國(guó)總面積2/3以上屬于一、二、三類(lèi)地區(qū)，年平均日輻射量在4 000MJ/m2以上，年日照時(shí)數(shù)超過(guò)2 000 小時(shí)。同世界上同緯度的其他國(guó)家相比較，與美國(guó)相接近，比日本和歐洲國(guó)家都好。我國(guó)這樣豐富的太陽(yáng)能資源，為發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，提供了良好的市場(chǎng)。例如日本大部份地區(qū)相當(dāng)于我國(guó)的四類(lèi)地區(qū)，建造同樣的3 kW并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，按綜合效率75%，太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率10%計(jì)算，日本需用28m2太陽(yáng)電池，我國(guó)三類(lèi)地區(qū)需用20m2太陽(yáng)電池，可節(jié)約28.5%太陽(yáng)電池費(fèi)用，有利于并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的推廣使用。
要把良好的市場(chǎng)條件變成現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)，關(guān)鍵取決于成本，也就是太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的發(fā)電成本。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的發(fā)電成本，由設(shè)備初投資和利息加運(yùn)行維修費(fèi)再按運(yùn)行壽命20 年，每年日照時(shí)數(shù)所發(fā)出的電量分?jǐn)?，就可?jì)算出每度電（kW·h）的發(fā)電成本。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備運(yùn)行中不消耗燃料，在運(yùn)行壽命20 年期間，除蓄電池外，基本上不需要維修，因此發(fā)電成本主要決定于設(shè)備初投資和利息。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的投資大致分為太陽(yáng)電池矩陣占60%，逆變器占15%，蓄電池占15%，其他為10%，其中太陽(yáng)電池價(jià)格是主要因素。所以，一般文獻(xiàn)資料在列出太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的發(fā)電成本時(shí)，都要同時(shí)列出太陽(yáng)電池價(jià)格和太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備價(jià)格?，F(xiàn)在看到的文獻(xiàn)資料說(shuō)法不一致。作者比較相信的是2006年的太陽(yáng)電池價(jià)格為3.15美元/W，發(fā)電設(shè)備價(jià)格6美元/W，發(fā)電成本0.25美元/kW·h。2010 年的太陽(yáng)電池價(jià)格1.8 美元/W，發(fā)電設(shè)備價(jià)格3 美元/W，發(fā)電成本0.1 美元/kW·h。遺憾的是，沒(méi)有明確是指國(guó)外還是國(guó)內(nèi)的平均價(jià)格，也沒(méi)有說(shuō)明發(fā)電成本和上網(wǎng)電價(jià)之間的關(guān)系，所以才出現(xiàn)上網(wǎng)電價(jià)3.4 元或4.5 元/kW·h 與發(fā)電成本0.25 美元/kW·h 之間有比較大的差距，讓讀者無(wú)法弄清楚到底是怎么一回事？根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中提供的風(fēng)力發(fā)電成本與售價(jià)關(guān)系，可以推算出：上網(wǎng)電價(jià)等于發(fā)電成本乘120%（考慮20%利潤(rùn)）再乘117%（再考慮17%增值稅），也就是上網(wǎng)電價(jià)等于1.404倍發(fā)電成本。接照這個(gè)算法，2006 年的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的上網(wǎng)電價(jià)為（人民幣）2.8 元/kW·h 左右，2010年的上網(wǎng)電價(jià)應(yīng)為1.12 元/kW·h 左右（接1 美元等8 元人民幣計(jì)算）。
根據(jù)“可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃”，2010 年，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到500MW，其中300~350 MW 用于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)電區(qū)的供電。2020 年達(dá)到2 000MW，為我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇，除了通訊、交通和照明，我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的市場(chǎng)主要有兩個(gè)：獨(dú)立型發(fā)電設(shè)備和并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。下面分別討論其中的一些問(wèn)題。
我國(guó)從上世紀(jì)80 年代起就開(kāi)始推廣100~500W的農(nóng)牧民戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。后來(lái)實(shí)施光明工程，解決邊遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)電的2 300 萬(wàn)人民的生活用電問(wèn)題。從2001 年起，實(shí)施“全球環(huán)境基金/ 世界銀行可再生能源發(fā)展項(xiàng)目”和聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署支持的可再生能源村落發(fā)電項(xiàng)目計(jì)劃，到現(xiàn)在為止，已安裝50 萬(wàn)套以上100~500W的用戶(hù)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，在邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島上建立了縣級(jí)、鄉(xiāng)級(jí)、村級(jí)、學(xué)校用1 kW、10 kW 至100 kW大大小小的太陽(yáng)能發(fā)電站將近1000 座，累計(jì)總?cè)萘恳堰_(dá)50MW，今后還會(huì)以超過(guò)30%的速度逐年迅速增加。從1985 年在甘肅省榆中縣園子鄉(xiāng)建成10 kW 太陽(yáng)能發(fā)電站起，經(jīng)過(guò)20 多年，我國(guó)獨(dú)立型戶(hù)用和100 kW 以下太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備技術(shù)已基本成熟。今后，除了繼續(xù)推廣戶(hù)用和中小型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備外，還要向大型1MW以上的太陽(yáng)能發(fā)電站發(fā)展。2004 年9 月在廣東深圳建成1MW太陽(yáng)能發(fā)電站。2007 年以前上海準(zhǔn)備建設(shè)總?cè)萘?MW的示范太陽(yáng)能發(fā)電站，其中首先在崇明島建設(shè)1MW太陽(yáng) 能發(fā)電站。四川攀西地區(qū)準(zhǔn)備建設(shè)2MW太陽(yáng)能發(fā)電站。2005 年甘肅《敦煌8MW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)預(yù)可行性報(bào)告》，已通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審，列入國(guó)家“十一·五”規(guī)劃，如果建成容量將超過(guò)現(xiàn)在世界上最大的6.45MW太陽(yáng)能發(fā)電站。
我國(guó)發(fā)展獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在的無(wú)電區(qū)都處于太陽(yáng)能資源豐富的一、二、三類(lèi)的西部地區(qū)和東南部海島，太陽(yáng)能輻射總量大，年平均日照時(shí)間長(zhǎng)，建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電站可以少用太陽(yáng)電池和蓄電池，年發(fā)電量高，從而使太陽(yáng)能發(fā)電成本顯著下降。如果用柴油發(fā)電來(lái)解決這些無(wú)電地區(qū)的供電問(wèn)題，其發(fā)電成本考慮運(yùn)輸費(fèi)用在內(nèi)，超過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電成本。如果從現(xiàn)有輸電網(wǎng)架設(shè)線(xiàn)路來(lái)解決這些無(wú)電地區(qū)的供電問(wèn)題，投資費(fèi)用大。據(jù)資料介紹，建設(shè)1km的輸電線(xiàn)路，相當(dāng)于5~6 kW 太陽(yáng)能電設(shè)備的投資費(fèi)用。無(wú)電地區(qū)絕大部分都離輸電網(wǎng)幾十km，即使建設(shè)100 kW以上的太陽(yáng)能發(fā)電站的投資費(fèi)用也低于建設(shè)輸電線(xiàn)路的費(fèi)用。
獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中的逆變器，要根據(jù)容量大小來(lái)選用不同的類(lèi)型。100~500W戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，現(xiàn)在主要采用工頻變壓器絕緣方式。10 kW以下的太陽(yáng)能發(fā)電站也可以采有工頻變壓器絕緣方式。因?yàn)榧瓤煽?，又穩(wěn)定，維修量少，比較適合在邊遠(yuǎn)地區(qū)工作。但是，現(xiàn)在的工頻變壓器絕緣方式逆變器，主變壓器鐵心采用取向冷軋硅鋼，為了減少鐵心損耗，工作磁密低，體積和重量大。為改變這種主變壓器，美國(guó)在上世紀(jì)80 年代，就已經(jīng)采用鐵基非晶合金鐵心，在同樣的逆變器效率下，鐵心重量減少三分之一，主變壓器重量減少五分之二。現(xiàn)在，我國(guó)鐵基非晶合金鐵心和變壓器生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，同時(shí)取向冷軋鋼的價(jià)格上漲，已超過(guò)鐵基非晶合金價(jià)格，完全有條件采用鐵基非晶合金鐵心制造太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中的逆變變壓器。100kW以上的太陽(yáng)能發(fā)電站可以采用高頻變壓器絕緣方式或者正激變壓器絕緣方式，高頻變壓器和正激變壓器都可以采用非晶和納米晶合金鐵心，工作頻率20kHz，可以完全保證90%以上的逆變效率?，F(xiàn)在50kW以上的太陽(yáng)能發(fā)電站中的逆變器，國(guó)外已有企業(yè)采用模塊結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊10 kW 或20 kW，既便于生產(chǎn)，又可以靈活組成各種容量的逆變器，還可以提高運(yùn)行的可靠性。10 kW 以上的太陽(yáng)能發(fā)電站，如果供一個(gè)地區(qū)使用，還需要小型的輸配電網(wǎng)，供電距離小于500m，可采用380/220V電壓等級(jí)。供電距離3km以上，可采用1kV或6kV電壓等級(jí)。逆變器輸出從220 V升至1 kV 或6 kV，線(xiàn)路結(jié)構(gòu)不變，只需要改變主變壓器的參數(shù)和絕緣結(jié)構(gòu)，這時(shí)逆變器采用工頻變壓器絕緣方式比較好，便于實(shí)現(xiàn)高壓絕緣隔離。
并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備將成為我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的另一個(gè)主要市場(chǎng)。根據(jù)2006年1 月1 日實(shí)施的《可再生能源法》，并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備可以合法地與電網(wǎng)相聯(lián)，在白天可以把太陽(yáng)發(fā)電設(shè)備發(fā)出的多余的電供給電網(wǎng)，在晚上可以由電網(wǎng)供電。標(biāo)志著太陽(yáng)能發(fā)電由邊遠(yuǎn)和海島地區(qū)的特殊供電電源向一般電網(wǎng)電源發(fā)展，由補(bǔ)充能源向替代能源發(fā)展。并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備有以下優(yōu)點(diǎn)：
?。?）安裝在屋頂上，節(jié)省太陽(yáng)電池矩陣結(jié)構(gòu)；
?。?）直接與電網(wǎng)相連，不需要蓄電池和充電器；
?。?）直接供給用戶(hù)，不需要輸配電設(shè)備。
因此，發(fā)電成本比同地區(qū)的獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備低。
不過(guò)，目前并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的上網(wǎng)電價(jià)超過(guò)3 元/kW·h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電網(wǎng)城鄉(xiāng)電價(jià)0.5 元/kW·h，電網(wǎng)公司不可能用這樣高的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備多余的電力。如果并入電網(wǎng)讓所有的用戶(hù)分?jǐn)偅瑢p害收入較低人群的利益，不利于建設(shè)和諧社會(huì)。在這種高發(fā)電成本條件下，在我國(guó)推廣并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，即使采用政府補(bǔ)貼，仍然相當(dāng)困難?，F(xiàn)階段應(yīng)當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)性并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，使發(fā)電成本降到接近火力發(fā)電成本，并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備才能在真正意義上大規(guī)模推廣。
4 國(guó)外現(xiàn)狀
目前全世界有136 個(gè)國(guó)家正在普及推廣應(yīng)用，其中95 個(gè)國(guó)家正在大規(guī)模研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)各種太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備和太陽(yáng)電池應(yīng)用產(chǎn)品。2005 年全世界太陽(yáng)電池總產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到2 000MW。其中日本發(fā)展較快，太陽(yáng)電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的50%，10 年內(nèi)太陽(yáng)電池的每W成本下降90%。2001 年時(shí)日本太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備累計(jì)總裝機(jī)容量為450 MW，2003 年為887 MW，2004 年達(dá)到1 900 MW，估計(jì)到2008 年達(dá)到2 350 MW，2010 年達(dá)到5 000MW。2010 年全世界太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到18000MW。
世界各主要國(guó)家都在努力提高太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用規(guī)模，因?yàn)樘?yáng)電池從生產(chǎn)量10MW 開(kāi)始，每增加一倍，成本將降低20%。應(yīng)用上建立MW級(jí)的大型太陽(yáng)能發(fā)電站，不但可以降 低成本，還可以緩解荒漠和海島地區(qū)的供電和環(huán)境問(wèn)題，為荒漠地區(qū)打井抽水和海島淡化海水提供動(dòng)力，改善生態(tài)環(huán)境?，F(xiàn)在世界上MW級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站已超過(guò)10 座，其中最大的一個(gè)容量達(dá)到6.45MW。
并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，從1994 年后迅速發(fā)展，到2003 年已占當(dāng)年太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的55%。其中比較突出的是美國(guó)，1997 年提出的“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，按每戶(hù)3 kW 計(jì)算，計(jì)劃到2010 年將在100 萬(wàn)個(gè)用戶(hù)屋頂上安裝共計(jì)3 000MW 的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。德國(guó)1999 年開(kāi)始實(shí)施的10 萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，在2005 年安裝共計(jì)300~500MW的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。日本從1994年開(kāi)始發(fā)展并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，到2004年已安裝58000套，到2008年要達(dá)到147600套。
日本為了發(fā)展并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備（3~5kW），把它作為一種新的家用電器來(lái)對(duì)待，突破關(guān)鍵技術(shù)，降低成本。這其中包括把太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率提高到15%以上，發(fā)展新型的高頻變壓器絕緣方式或正激變壓器絕緣方式逆變器。據(jù)資料介紹，2005 年日本太陽(yáng)電池價(jià)格為140 日元/W，并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備價(jià)格為370 日元/W，發(fā)電成本為30 日元/kW·h。2010 年將分別下降為120 日元/W，300 日元/W和25 日元/kW·h。2020年將分別下降為60日元/W，200 日元/W和15 日元/kW·h。到那時(shí)完全可以和火力發(fā)電價(jià)格相競(jìng)爭(zhēng)。
5 相關(guān)技術(shù)
我國(guó)發(fā)展的可再生能源技術(shù)比較多，與太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)可以相比的首推風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。據(jù)估計(jì)，中國(guó)10 m 高度層實(shí)際可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)量為2.53×108kW，如果年滿(mǎn)發(fā)電按2 000 小時(shí)到2500小時(shí)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電年發(fā)電量可達(dá)5.06×1011 kW·h到6.325×1011 kW·h。
現(xiàn)在已開(kāi)發(fā)出100W到10 kW的獨(dú)立型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，10 kW到200 kW的風(fēng)力發(fā)電與柴油發(fā)電機(jī)或太陽(yáng)能發(fā)電混合供電設(shè)備。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，由單機(jī)容量150 kW 到2 500 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成。規(guī)模在10MW以上的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)已超過(guò)10 座。
到2005 年，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量為1 000~1 500 MW，為太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的20 倍以上。到2020 年規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量可達(dá)30 000MW，為太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的15 倍。據(jù)計(jì)算，2001 年風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)不含增值稅為0.55 元/kW·h，含增值稅為0.64 元/kW·h。2005年6 月上海12家企業(yè)以1 元/kW·h 的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)了上海的風(fēng)力發(fā)電的電力，成本和價(jià)格也比太陽(yáng)能發(fā)電低。因此，即使到2020年，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)也趕不上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模。
6 結(jié)語(yǔ)
本文從國(guó)外情況、相關(guān)技術(shù)等5個(gè)方面討論了我國(guó)發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題和趨勢(shì)。太陽(yáng)電池生產(chǎn)能力雖然進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，但光電轉(zhuǎn)換效率還有較大差距。逆變器技術(shù)發(fā)展并不成熟，面臨著選型的重要問(wèn)題。多晶硅材料依賴(lài)進(jìn)口，制約著我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須集中力量打破這一難關(guān)。獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備技術(shù)基本成熟，有比較可靠的市場(chǎng)前景。并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備發(fā)電成本較高，現(xiàn)在要通過(guò)建立試驗(yàn)性并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，解決關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，使發(fā)電成本接近火力發(fā)電成本，才能大規(guī)模推廣使用。世界上太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)在2010 年前都會(huì)快速發(fā)展。應(yīng)當(dāng)大力吸取國(guó)外（例如日本）的經(jīng)驗(yàn)，提高光電轉(zhuǎn)換效率，降低發(fā)電成本，才能擴(kuò)大太陽(yáng)能發(fā)電在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中所占的比例。與相關(guān)技術(shù)風(fēng)力發(fā)電相比，在現(xiàn)在的技術(shù)條件下，到2020 年，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)也趕不上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模，必須在太陽(yáng)電池等關(guān)鍵技術(shù)上有重大實(shí)破，才能改變這種局面。
能源問(wèn)題，成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題。為了落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，到“十一·五”計(jì)劃末，要實(shí)現(xiàn)資源利用效率顯著提高，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%左右。包括太陽(yáng)能發(fā)電在內(nèi)的新的可再生能源的利用，將成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。為此，“可再生能源法”已于2006年1 月1日正式實(shí)施。到2020 年，我國(guó)將大力扶持包括產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的可再生能源產(chǎn)業(yè)，我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)一個(gè)大發(fā)展時(shí)期。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在我國(guó)從事太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的單位已超過(guò)100家，出現(xiàn)了類(lèi)似無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力公司和保定英利新能源有限公司等知名的大企業(yè)，中電電氣集團(tuán)等其他行業(yè)的大企業(yè)紛紛進(jìn)入，我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅速壯大，早已突破以前提出的2006 年年產(chǎn)太陽(yáng)電池20MW，太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備累計(jì)裝機(jī)容量80MW的指標(biāo)。但是，也存在一些問(wèn)題。其中主要產(chǎn)品太陽(yáng)電池組件的上下游兩頭在外：90%以上的原依賴(lài)進(jìn)口，90%以上的產(chǎn)品依賴(lài)出口。很可能將阻礙我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)作為一種多學(xué)科綜合交叉技術(shù)，包括物理電源（太陽(yáng)電池）、化學(xué)電源（蓄電池）和電源變換（逆變器、充電器）等電源技術(shù)，也受到越來(lái)越多的電源工作者的注意。期刊《電源資訊》2006 年第6 期發(fā)表了“太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和展望”，讀后深受啟發(fā)，也引起筆者進(jìn)行思考。在這里，從國(guó)際貫用分析產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的幾個(gè)方面：技術(shù)、材料、國(guó)外現(xiàn)狀（同行業(yè)現(xiàn)狀）、相關(guān)技術(shù)等，對(duì)我國(guó)發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題和趨勢(shì)談?wù)効捶ǎ痛蠹疫M(jìn)行交流。如果有什么不當(dāng)之處，敬請(qǐng)指正。
1 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)
1.1 太陽(yáng)能發(fā)電的特點(diǎn)
太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)主要包括：太陽(yáng)電池和矩陣、蓄電池和充電器、逆變器等技術(shù)。它具有以下特點(diǎn)。
?。?）利用太陽(yáng)能。優(yōu)點(diǎn)是太陽(yáng)能總量巨大，是使用不會(huì)枯竭的能源；沒(méi)有影響環(huán)境的排泄物，是最清潔的能源；不集中在某個(gè)地方，是在整個(gè)地球上都可以利用的能源。但是，不集中也是它的缺點(diǎn)。有時(shí)可采取聚焦等方法，來(lái)提高效率。另外，還受天氣影響，一般在計(jì)算太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換功率時(shí)，都是在規(guī)定的天氣和輻射條件下來(lái)確定，采用單位叫峰瓦，符號(hào)為Wp。下面為了方便起見(jiàn)，在本文中仍用瓦（W）作為單位，但是實(shí)際意義是峰瓦（Wp）。
?。?）太陽(yáng)能發(fā)電使用的是靜止裝置，無(wú)可動(dòng)部分，容易維護(hù)。太陽(yáng)電池、蓄電池和逆變器都可以采用模塊結(jié)構(gòu)，自由組合，可大可小，可以大規(guī)模生產(chǎn)，降低成本。不需要運(yùn)送燃料，可以放置在邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島上。建設(shè)工期比水電站和火電站短，節(jié)省施工費(fèi)用。
?。?）太陽(yáng)能發(fā)電一般把設(shè)備安裝在用戶(hù)所在地，可以節(jié)省輸配電設(shè)備。據(jù)日本有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，可節(jié)約供電成本25%左右。但是1MW（1 000kW）以上的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，仍然要采用輸配電設(shè)備，形成獨(dú)立電網(wǎng)。
根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家科技部共同提出的可再生能源發(fā)展的總目標(biāo)：“提高轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本，增大在能源結(jié)構(gòu)中所占比例?！碧?yáng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向主要也是提高轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。
1.2 太陽(yáng)電池
太陽(yáng)電池技術(shù)是太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的主要組成部份。太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率是代表材料性能、器件結(jié)構(gòu)、制備技術(shù)、工藝設(shè)備和檢測(cè)手段等綜合性能水平的標(biāo)志性指標(biāo)。太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率分為兩種。一種是小尺寸（例如1cm2）的研究開(kāi)發(fā)水平：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)電池24.7%，多晶硅太陽(yáng)電池19.8%，非晶硅太陽(yáng)電池15%，銅銦硒太陽(yáng)電池18.8%，砷化鎵太陽(yáng)電池33%，有機(jī)納米晶太陽(yáng)電池5.48%。一種是大尺寸（例如1200cm2）的商品化生產(chǎn)水平：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)電池15%，多晶硅太陽(yáng)電池12%，非晶硅太陽(yáng)電池8%，銅銦硒太陽(yáng)電池10%。以上數(shù)據(jù)都是從已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)資料中收集來(lái)的，現(xiàn)在可能已有所變化。
提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率是降低太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備成本的主要手段。轉(zhuǎn)換效率高，可以在同樣發(fā)電容量下，減少太陽(yáng)電池矩陣面積，減少太陽(yáng)電池模塊用量。因此成為太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向。
我國(guó)從上世紀(jì)50 年代起就開(kāi)始對(duì)太陽(yáng)電池進(jìn)行研究。1993年成立中國(guó)光電發(fā)展技術(shù)中心，上世紀(jì)80 至90 年代先后從國(guó)外引進(jìn)多條太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)。到2001 年，太陽(yáng)電池的年生產(chǎn)能力達(dá)到6.5MW/年。近幾年，太陽(yáng)電池的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)飛躍地發(fā)展。保定英利新能源有限公司建成500MW的太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)。南開(kāi)大學(xué)在天津建立銅銦硒太陽(yáng)電池中試線(xiàn)，使我國(guó)成為繼德、美、日之后第4 個(gè)開(kāi)展這種電池中試的國(guó)家。中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所對(duì)非晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率下降機(jī)制的研究取得國(guó)際上領(lǐng)先的成果，轉(zhuǎn)換效率最低可限制在10%以?xún)?nèi)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所研制的有機(jī)納米晶太陽(yáng)電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5.48%，向?qū)嵱眯援a(chǎn)品邁出了重要一步。從整體上看，我國(guó)不但在太陽(yáng)電池生產(chǎn)能力上進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，而且在兩大主要發(fā)展的太陽(yáng)電池產(chǎn)品：非晶硅太陽(yáng)電池和銅銦硒太陽(yáng)電池的研究開(kāi)發(fā)上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)還在新的有機(jī)納米晶太陽(yáng)電池的研究中取得國(guó)際領(lǐng)先的成果。
1.3 逆變器技術(shù)
逆變器技術(shù)也是的主要組成部分。對(duì)逆變器的主要要求有以下三點(diǎn)。
?。?）可靠，能滿(mǎn)足使用條件要求國(guó)大多數(shù)獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用于邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島，要求逆變器能承受惡劣的使用條件，能保證在少維護(hù)條件下長(zhǎng)期工作。大多數(shù)并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用于家庭，要求逆變器的電磁干擾少，不影響人的生活環(huán)境，也不妨礙其他家用電器工作。
（2）效率高國(guó)由于現(xiàn)在常用的太陽(yáng)電池矩陣的光電轉(zhuǎn)換效率小于15%，如果逆變器效率低，將太陽(yáng)電池好不容易轉(zhuǎn)換來(lái)的電能損耗掉，十分可惜。這樣勢(shì)必要增加矩陣中太陽(yáng)電池組件的數(shù)量，增大矩陣所占的面積，從而大大增加太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的投資和土建費(fèi)用。所以，要求逆變器效率要大于90%。
（3）波形畸變小，功率因數(shù)高國(guó)并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備要并網(wǎng)，逆變器輸出波形必須與外電網(wǎng)一致，波形畸變小于5%，高次諧波含量小于3% ，功率因數(shù)接近于1。獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中的逆變器波形畸變可以大一些，小于10%。
太陽(yáng)能發(fā)電用逆變器分為以下幾種形式。
（1）工頻變壓器絕緣方式國(guó)用于獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，可靠性高，維護(hù)量少，開(kāi)關(guān)頻率低，電磁干擾小。
?。?）高頻變壓器絕緣方式國(guó)用于并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，體積小，重量輕，成本低。要經(jīng)兩級(jí)變換，效率問(wèn)題比較突出，采取措施后，仍可達(dá)到90%以上，高頻電磁干擾嚴(yán)重，要采用濾波和屏蔽措施。
（3）無(wú)變壓器非絕緣方式國(guó)本來(lái)希望進(jìn)一步降低成本，從兩級(jí)變換變?yōu)閱渭?jí)變換，提高效率，使它成為并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中更理想的逆變器，但是使用中出現(xiàn)一系列問(wèn)題。無(wú)變壓器非絕緣方式逆變器不能使輸入的太陽(yáng)電池與輸出電網(wǎng)絕緣隔離，輸入的太陽(yáng)電池矩陣正、負(fù)極都不能直接接地。太陽(yáng)電池矩陣面積大，對(duì)地有很大的等效電容存在，將在工作中產(chǎn)生等效電容充放電電流。其中低頻部分，有可能使供電電路的漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作。其中高頻部分，將通過(guò)配電線(xiàn)對(duì)其他用電設(shè)備造成電磁干擾，而影響其他用電設(shè)備工作。這樣，必須加濾波和保護(hù)，達(dá)不到降低成本的預(yù)期效果。
?。?）正激變壓器絕緣方式國(guó)是在無(wú)變壓器非絕緣方式使用效果不佳之后開(kāi)發(fā)出來(lái)的，既保留了無(wú)變壓器非絕緣方式單級(jí)變換的主要優(yōu)點(diǎn)，又消除無(wú)絕緣隔離的主要缺點(diǎn)，是到目前為止并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備比較理想的逆變器。
我國(guó)從上世紀(jì)80 年代起開(kāi)始對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用逆變器進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在已有專(zhuān)門(mén)的單位研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。由于我國(guó)并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備還未形成規(guī)模生產(chǎn)，如何正確選定并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用逆變器，將是近期必須面對(duì)的一個(gè)重要課題。最近報(bào)道，國(guó)內(nèi)有人開(kāi)發(fā)出“零功耗光伏并網(wǎng)逆變器”。在這里對(duì)此發(fā)表一點(diǎn)不同的意見(jiàn)，供研究開(kāi)發(fā)者參考?！傲愎摹保蛘摺盁o(wú)功耗”，雖然據(jù)研究開(kāi)發(fā)者說(shuō)，實(shí)際上有功耗只不過(guò)功耗小到接近于零，是略有夸張之意的一種說(shuō)法。但是，有與無(wú)，大與小，零與微小是兩種不同概念。絕不能把“小”說(shuō)成“無(wú)”，把“微小”說(shuō)成“零”。這樣，“零功耗”，效率將達(dá)到100%，是不是開(kāi)發(fā)出一種新的“永動(dòng)機(jī)”了嗎？有時(shí)，真理和謬誤只相差一步，邁過(guò)這一步，就會(huì)鬧出大笑話(huà)！作為科技工作者，要使用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)用詞，不能使用廣告式的語(yǔ)言，希望與有關(guān)的朋友共勉吧。
2 材料是決定技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大問(wèn)題
和研究開(kāi)發(fā)階段不同，在規(guī)模生產(chǎn)階段，開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品，需要有足夠的原材料才能批量生產(chǎn)。如果沒(méi)有可靠穩(wěn)定的材料來(lái)源，技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展很可能停滯，甚至夭折，這方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)相當(dāng)不少，值得注意。
我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的太陽(yáng)電池所用的，90%以上采用提煉的純凈硅（包括單晶硅和多晶硅）。據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，2005 年我國(guó)太陽(yáng)電池需用多晶硅2 691 噸，其中無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司和保定英利新能源有限公司兩家生產(chǎn)太陽(yáng)電池的大企業(yè)就需用多晶硅1000噸左右。國(guó)內(nèi)目前只有峨嵋半導(dǎo)體材料廠和洛陽(yáng)單晶硅有限公司生產(chǎn)多晶硅，2004年產(chǎn)量為60 噸。90%以上的多晶硅只能從國(guó)外進(jìn)口。但是，在我國(guó)多晶硅供需嚴(yán)重失衡的情況下，國(guó)外多晶硅主要生產(chǎn)企業(yè)結(jié)成企業(yè)聯(lián)盟，嚴(yán)格控制技術(shù)轉(zhuǎn)讓并壟斷全球多晶硅材料，抬高多晶硅價(jià)格，從13 美元/kg上漲到2005 年的80 美元/kg。更有，由于我國(guó)出口的太陽(yáng)電池組件價(jià)格低于某些多晶硅供應(yīng)國(guó)生產(chǎn)出口的太陽(yáng)電池組件價(jià)格，他們對(duì)我國(guó)采取限購(gòu)甚至禁購(gòu)多晶硅材料的辦法，以維護(hù)自身的市場(chǎng)。使我國(guó)某些太陽(yáng)電池生產(chǎn)企業(yè)，即使出高價(jià)也購(gòu)買(mǎi)不到足夠的多晶硅材料，形成非常尷尬的局面。太陽(yáng)電池90%以上的多晶硅材料依賴(lài)進(jìn)口，已經(jīng)成為制約我國(guó)產(chǎn)業(yè)的瓶頸。
為了改變這一尷尬局面，必須集中力量突破原材料這一難關(guān)。雖然以前我國(guó)從“七·五”計(jì)劃立項(xiàng)到“十·五”期末都未能突破多晶硅材料的關(guān)鍵技術(shù)，但是現(xiàn)在情況不一樣了。在如此巨大的市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)效益推動(dòng)下，投資者和科技工作者都會(huì)集中力量攻關(guān)，使多晶硅材料從60 噸迅速擴(kuò)產(chǎn)到3000 噸是完全可能的。因?yàn)閲?guó)內(nèi)已有生產(chǎn)單位可以作為依托，并不是從零開(kāi)始。據(jù)報(bào)道，洛陽(yáng)中硅高科技有限公司2005 年9 月投產(chǎn)300 噸多晶硅生產(chǎn)線(xiàn)，就是一例。與此同時(shí)，還正在研究開(kāi)發(fā)用其他材料的太陽(yáng)電池項(xiàng)目，例如銅銦硒太陽(yáng)電池，有機(jī)納米晶太陽(yáng)電池和非純凈硅材料太陽(yáng)電池生產(chǎn)技術(shù)?，F(xiàn)在，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的最佳切入點(diǎn)，不再是擴(kuò)大多晶硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)，而是開(kāi)發(fā)其他材料的太陽(yáng)電池，尤其是如何解決太陽(yáng)電池的多晶硅材料供應(yīng)問(wèn)題。
3 市場(chǎng)
現(xiàn)在，我國(guó)90%以上的太陽(yáng)電池出口，也會(huì)成為限制我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一個(gè)大問(wèn)題。
我國(guó)太陽(yáng)能源豐富。按各地區(qū)接受年太陽(yáng)輻射總量的多少，可以把全國(guó)劃分為五類(lèi)地區(qū)。一類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量6 680~8 400MJ/m2 ，包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海本部和西藏西部。二類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源較豐富地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量5 850~6 680 MJ/m2，包括北京、天津、河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古中部和南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、新疆南部和西藏東南部。三類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源中等類(lèi)型地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量為5 000~5 850 MJ/m2，包括河北東南部、山西南部、吉林、遼寧、陜西北部、甘肅東南部、新疆北部、云南、河南、廣東南部、香港、澳門(mén)、山東、江蘇北部、安徽北部、福建南部和臺(tái)灣西南部。四類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源較差地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量4200~5 000 MJ/m2，包括內(nèi)蒙古北部、黑龍江、陜西南部、湖北、湖南、廣西、廣東北部、上海、江蘇南部、安徽南部、江西、浙江、福建北部和臺(tái)灣東北部。五類(lèi)地區(qū)為太陽(yáng)能資源最差地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量3 350~4 200MJ/m2，包括四川、重慶和貴州。我國(guó)總面積2/3以上屬于一、二、三類(lèi)地區(qū)，年平均日輻射量在4 000MJ/m2以上，年日照時(shí)數(shù)超過(guò)2 000 小時(shí)。同世界上同緯度的其他國(guó)家相比較，與美國(guó)相接近，比日本和歐洲國(guó)家都好。我國(guó)這樣豐富的太陽(yáng)能資源，為發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，提供了良好的市場(chǎng)。例如日本大部份地區(qū)相當(dāng)于我國(guó)的四類(lèi)地區(qū)，建造同樣的3 kW并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，按綜合效率75%，太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率10%計(jì)算，日本需用28m2太陽(yáng)電池，我國(guó)三類(lèi)地區(qū)需用20m2太陽(yáng)電池，可節(jié)約28.5%太陽(yáng)電池費(fèi)用，有利于并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的推廣使用。
要把良好的市場(chǎng)條件變成現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)，關(guān)鍵取決于成本，也就是太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的發(fā)電成本。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的發(fā)電成本，由設(shè)備初投資和利息加運(yùn)行維修費(fèi)再按運(yùn)行壽命20 年，每年日照時(shí)數(shù)所發(fā)出的電量分?jǐn)?，就可?jì)算出每度電（kW·h）的發(fā)電成本。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備運(yùn)行中不消耗燃料，在運(yùn)行壽命20 年期間，除蓄電池外，基本上不需要維修，因此發(fā)電成本主要決定于設(shè)備初投資和利息。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的投資大致分為太陽(yáng)電池矩陣占60%，逆變器占15%，蓄電池占15%，其他為10%，其中太陽(yáng)電池價(jià)格是主要因素。所以，一般文獻(xiàn)資料在列出太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的發(fā)電成本時(shí)，都要同時(shí)列出太陽(yáng)電池價(jià)格和太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備價(jià)格?，F(xiàn)在看到的文獻(xiàn)資料說(shuō)法不一致。作者比較相信的是2006年的太陽(yáng)電池價(jià)格為3.15美元/W，發(fā)電設(shè)備價(jià)格6美元/W，發(fā)電成本0.25美元/kW·h。2010 年的太陽(yáng)電池價(jià)格1.8 美元/W，發(fā)電設(shè)備價(jià)格3 美元/W，發(fā)電成本0.1 美元/kW·h。遺憾的是，沒(méi)有明確是指國(guó)外還是國(guó)內(nèi)的平均價(jià)格，也沒(méi)有說(shuō)明發(fā)電成本和上網(wǎng)電價(jià)之間的關(guān)系，所以才出現(xiàn)上網(wǎng)電價(jià)3.4 元或4.5 元/kW·h 與發(fā)電成本0.25 美元/kW·h 之間有比較大的差距，讓讀者無(wú)法弄清楚到底是怎么一回事？根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中提供的風(fēng)力發(fā)電成本與售價(jià)關(guān)系，可以推算出：上網(wǎng)電價(jià)等于發(fā)電成本乘120%（考慮20%利潤(rùn)）再乘117%（再考慮17%增值稅），也就是上網(wǎng)電價(jià)等于1.404倍發(fā)電成本。接照這個(gè)算法，2006 年的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的上網(wǎng)電價(jià)為（人民幣）2.8 元/kW·h 左右，2010年的上網(wǎng)電價(jià)應(yīng)為1.12 元/kW·h 左右（接1 美元等8 元人民幣計(jì)算）。
根據(jù)“可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃”，2010 年，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到500MW，其中300~350 MW 用于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)電區(qū)的供電。2020 年達(dá)到2 000MW，為我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇，除了通訊、交通和照明，我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的市場(chǎng)主要有兩個(gè)：獨(dú)立型發(fā)電設(shè)備和并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。下面分別討論其中的一些問(wèn)題。
我國(guó)從上世紀(jì)80 年代起就開(kāi)始推廣100~500W的農(nóng)牧民戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。后來(lái)實(shí)施光明工程，解決邊遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)電的2 300 萬(wàn)人民的生活用電問(wèn)題。從2001 年起，實(shí)施“全球環(huán)境基金/ 世界銀行可再生能源發(fā)展項(xiàng)目”和聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署支持的可再生能源村落發(fā)電項(xiàng)目計(jì)劃，到現(xiàn)在為止，已安裝50 萬(wàn)套以上100~500W的用戶(hù)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，在邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島上建立了縣級(jí)、鄉(xiāng)級(jí)、村級(jí)、學(xué)校用1 kW、10 kW 至100 kW大大小小的太陽(yáng)能發(fā)電站將近1000 座，累計(jì)總?cè)萘恳堰_(dá)50MW，今后還會(huì)以超過(guò)30%的速度逐年迅速增加。從1985 年在甘肅省榆中縣園子鄉(xiāng)建成10 kW 太陽(yáng)能發(fā)電站起，經(jīng)過(guò)20 多年，我國(guó)獨(dú)立型戶(hù)用和100 kW 以下太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備技術(shù)已基本成熟。今后，除了繼續(xù)推廣戶(hù)用和中小型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備外，還要向大型1MW以上的太陽(yáng)能發(fā)電站發(fā)展。2004 年9 月在廣東深圳建成1MW太陽(yáng)能發(fā)電站。2007 年以前上海準(zhǔn)備建設(shè)總?cè)萘?MW的示范太陽(yáng)能發(fā)電站，其中首先在崇明島建設(shè)1MW太陽(yáng) 能發(fā)電站。四川攀西地區(qū)準(zhǔn)備建設(shè)2MW太陽(yáng)能發(fā)電站。2005 年甘肅《敦煌8MW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)預(yù)可行性報(bào)告》，已通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審，列入國(guó)家“十一·五”規(guī)劃，如果建成容量將超過(guò)現(xiàn)在世界上最大的6.45MW太陽(yáng)能發(fā)電站。
我國(guó)發(fā)展獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在的無(wú)電區(qū)都處于太陽(yáng)能資源豐富的一、二、三類(lèi)的西部地區(qū)和東南部海島，太陽(yáng)能輻射總量大，年平均日照時(shí)間長(zhǎng)，建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電站可以少用太陽(yáng)電池和蓄電池，年發(fā)電量高，從而使太陽(yáng)能發(fā)電成本顯著下降。如果用柴油發(fā)電來(lái)解決這些無(wú)電地區(qū)的供電問(wèn)題，其發(fā)電成本考慮運(yùn)輸費(fèi)用在內(nèi)，超過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電成本。如果從現(xiàn)有輸電網(wǎng)架設(shè)線(xiàn)路來(lái)解決這些無(wú)電地區(qū)的供電問(wèn)題，投資費(fèi)用大。據(jù)資料介紹，建設(shè)1km的輸電線(xiàn)路，相當(dāng)于5~6 kW 太陽(yáng)能電設(shè)備的投資費(fèi)用。無(wú)電地區(qū)絕大部分都離輸電網(wǎng)幾十km，即使建設(shè)100 kW以上的太陽(yáng)能發(fā)電站的投資費(fèi)用也低于建設(shè)輸電線(xiàn)路的費(fèi)用。
獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中的逆變器，要根據(jù)容量大小來(lái)選用不同的類(lèi)型。100~500W戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，現(xiàn)在主要采用工頻變壓器絕緣方式。10 kW以下的太陽(yáng)能發(fā)電站也可以采有工頻變壓器絕緣方式。因?yàn)榧瓤煽?，又穩(wěn)定，維修量少，比較適合在邊遠(yuǎn)地區(qū)工作。但是，現(xiàn)在的工頻變壓器絕緣方式逆變器，主變壓器鐵心采用取向冷軋硅鋼，為了減少鐵心損耗，工作磁密低，體積和重量大。為改變這種主變壓器，美國(guó)在上世紀(jì)80 年代，就已經(jīng)采用鐵基非晶合金鐵心，在同樣的逆變器效率下，鐵心重量減少三分之一，主變壓器重量減少五分之二。現(xiàn)在，我國(guó)鐵基非晶合金鐵心和變壓器生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，同時(shí)取向冷軋鋼的價(jià)格上漲，已超過(guò)鐵基非晶合金價(jià)格，完全有條件采用鐵基非晶合金鐵心制造太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中的逆變變壓器。100kW以上的太陽(yáng)能發(fā)電站可以采用高頻變壓器絕緣方式或者正激變壓器絕緣方式，高頻變壓器和正激變壓器都可以采用非晶和納米晶合金鐵心，工作頻率20kHz，可以完全保證90%以上的逆變效率?，F(xiàn)在50kW以上的太陽(yáng)能發(fā)電站中的逆變器，國(guó)外已有企業(yè)采用模塊結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊10 kW 或20 kW，既便于生產(chǎn)，又可以靈活組成各種容量的逆變器，還可以提高運(yùn)行的可靠性。10 kW 以上的太陽(yáng)能發(fā)電站，如果供一個(gè)地區(qū)使用，還需要小型的輸配電網(wǎng)，供電距離小于500m，可采用380/220V電壓等級(jí)。供電距離3km以上，可采用1kV或6kV電壓等級(jí)。逆變器輸出從220 V升至1 kV 或6 kV，線(xiàn)路結(jié)構(gòu)不變，只需要改變主變壓器的參數(shù)和絕緣結(jié)構(gòu)，這時(shí)逆變器采用工頻變壓器絕緣方式比較好，便于實(shí)現(xiàn)高壓絕緣隔離。
并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備將成為我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的另一個(gè)主要市場(chǎng)。根據(jù)2006年1 月1 日實(shí)施的《可再生能源法》，并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備可以合法地與電網(wǎng)相聯(lián)，在白天可以把太陽(yáng)發(fā)電設(shè)備發(fā)出的多余的電供給電網(wǎng)，在晚上可以由電網(wǎng)供電。標(biāo)志著太陽(yáng)能發(fā)電由邊遠(yuǎn)和海島地區(qū)的特殊供電電源向一般電網(wǎng)電源發(fā)展，由補(bǔ)充能源向替代能源發(fā)展。并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備有以下優(yōu)點(diǎn)：
?。?）安裝在屋頂上，節(jié)省太陽(yáng)電池矩陣結(jié)構(gòu)；
?。?）直接與電網(wǎng)相連，不需要蓄電池和充電器；
?。?）直接供給用戶(hù)，不需要輸配電設(shè)備。
因此，發(fā)電成本比同地區(qū)的獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備低。
不過(guò)，目前并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的上網(wǎng)電價(jià)超過(guò)3 元/kW·h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電網(wǎng)城鄉(xiāng)電價(jià)0.5 元/kW·h，電網(wǎng)公司不可能用這樣高的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備多余的電力。如果并入電網(wǎng)讓所有的用戶(hù)分?jǐn)偅瑢p害收入較低人群的利益，不利于建設(shè)和諧社會(huì)。在這種高發(fā)電成本條件下，在我國(guó)推廣并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，即使采用政府補(bǔ)貼，仍然相當(dāng)困難?，F(xiàn)階段應(yīng)當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)性并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，使發(fā)電成本降到接近火力發(fā)電成本，并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備才能在真正意義上大規(guī)模推廣。
4 國(guó)外現(xiàn)狀
目前全世界有136 個(gè)國(guó)家正在普及推廣應(yīng)用，其中95 個(gè)國(guó)家正在大規(guī)模研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)各種太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備和太陽(yáng)電池應(yīng)用產(chǎn)品。2005 年全世界太陽(yáng)電池總產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到2 000MW。其中日本發(fā)展較快，太陽(yáng)電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的50%，10 年內(nèi)太陽(yáng)電池的每W成本下降90%。2001 年時(shí)日本太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備累計(jì)總裝機(jī)容量為450 MW，2003 年為887 MW，2004 年達(dá)到1 900 MW，估計(jì)到2008 年達(dá)到2 350 MW，2010 年達(dá)到5 000MW。2010 年全世界太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到18000MW。
世界各主要國(guó)家都在努力提高太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用規(guī)模，因?yàn)樘?yáng)電池從生產(chǎn)量10MW 開(kāi)始，每增加一倍，成本將降低20%。應(yīng)用上建立MW級(jí)的大型太陽(yáng)能發(fā)電站，不但可以降 低成本，還可以緩解荒漠和海島地區(qū)的供電和環(huán)境問(wèn)題，為荒漠地區(qū)打井抽水和海島淡化海水提供動(dòng)力，改善生態(tài)環(huán)境?，F(xiàn)在世界上MW級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站已超過(guò)10 座，其中最大的一個(gè)容量達(dá)到6.45MW。
并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，從1994 年后迅速發(fā)展，到2003 年已占當(dāng)年太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的55%。其中比較突出的是美國(guó)，1997 年提出的“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，按每戶(hù)3 kW 計(jì)算，計(jì)劃到2010 年將在100 萬(wàn)個(gè)用戶(hù)屋頂上安裝共計(jì)3 000MW 的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。德國(guó)1999 年開(kāi)始實(shí)施的10 萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，在2005 年安裝共計(jì)300~500MW的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。日本從1994年開(kāi)始發(fā)展并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，到2004年已安裝58000套，到2008年要達(dá)到147600套。
日本為了發(fā)展并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備（3~5kW），把它作為一種新的家用電器來(lái)對(duì)待，突破關(guān)鍵技術(shù)，降低成本。這其中包括把太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率提高到15%以上，發(fā)展新型的高頻變壓器絕緣方式或正激變壓器絕緣方式逆變器。據(jù)資料介紹，2005 年日本太陽(yáng)電池價(jià)格為140 日元/W，并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備價(jià)格為370 日元/W，發(fā)電成本為30 日元/kW·h。2010 年將分別下降為120 日元/W，300 日元/W和25 日元/kW·h。2020年將分別下降為60日元/W，200 日元/W和15 日元/kW·h。到那時(shí)完全可以和火力發(fā)電價(jià)格相競(jìng)爭(zhēng)。
5 相關(guān)技術(shù)
我國(guó)發(fā)展的可再生能源技術(shù)比較多，與太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)可以相比的首推風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。據(jù)估計(jì)，中國(guó)10 m 高度層實(shí)際可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)量為2.53×108kW，如果年滿(mǎn)發(fā)電按2 000 小時(shí)到2500小時(shí)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電年發(fā)電量可達(dá)5.06×1011 kW·h到6.325×1011 kW·h。
現(xiàn)在已開(kāi)發(fā)出100W到10 kW的獨(dú)立型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，10 kW到200 kW的風(fēng)力發(fā)電與柴油發(fā)電機(jī)或太陽(yáng)能發(fā)電混合供電設(shè)備。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，由單機(jī)容量150 kW 到2 500 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成。規(guī)模在10MW以上的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)已超過(guò)10 座。
到2005 年，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量為1 000~1 500 MW，為太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的20 倍以上。到2020 年規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量可達(dá)30 000MW，為太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的15 倍。據(jù)計(jì)算，2001 年風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)不含增值稅為0.55 元/kW·h，含增值稅為0.64 元/kW·h。2005年6 月上海12家企業(yè)以1 元/kW·h 的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)了上海的風(fēng)力發(fā)電的電力，成本和價(jià)格也比太陽(yáng)能發(fā)電低。因此，即使到2020年，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)也趕不上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模。
6 結(jié)語(yǔ)
本文從國(guó)外情況、相關(guān)技術(shù)等5個(gè)方面討論了我國(guó)發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題和趨勢(shì)。太陽(yáng)電池生產(chǎn)能力雖然進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，但光電轉(zhuǎn)換效率還有較大差距。逆變器技術(shù)發(fā)展并不成熟，面臨著選型的重要問(wèn)題。多晶硅材料依賴(lài)進(jìn)口，制約著我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須集中力量打破這一難關(guān)。獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備技術(shù)基本成熟，有比較可靠的市場(chǎng)前景。并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備發(fā)電成本較高，現(xiàn)在要通過(guò)建立試驗(yàn)性并網(wǎng)型戶(hù)用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，解決關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，使發(fā)電成本接近火力發(fā)電成本，才能大規(guī)模推廣使用。世界上太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)在2010 年前都會(huì)快速發(fā)展。應(yīng)當(dāng)大力吸取國(guó)外（例如日本）的經(jīng)驗(yàn)，提高光電轉(zhuǎn)換效率，降低發(fā)電成本，才能擴(kuò)大太陽(yáng)能發(fā)電在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中所占的比例。與相關(guān)技術(shù)風(fēng)力發(fā)電相比，在現(xiàn)在的技術(shù)條件下，到2020 年，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)也趕不上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模，必須在太陽(yáng)電池等關(guān)鍵技術(shù)上有重大實(shí)破，才能改變這種局面。
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