卿 羊

(成都七中，四川 成都 611139)

1 概 述

眾所周知，近年來我國的環(huán)境景況日益惡化，中央氣象臺(tái)連續(xù)發(fā)布大霧黃色預(yù)警和霾黃色預(yù)警，我國已有多達(dá)25個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)不同程度地出現(xiàn)過霧霾天氣。面對(duì)如此窘態(tài)，筆者作為一名科普愛好者心急如焚，迫切想找出環(huán)境惡化的原因并盡己所能尋找解決的辦法，為早日實(shí)現(xiàn)“中國夢(mèng)”盡一份薄力。

筆者通過查閱相關(guān)資料并進(jìn)行認(rèn)真分析了解后認(rèn)為：在形成“霾”的原因中，無疑利用煤炭發(fā)電、取暖以及汽柴油車所產(chǎn)生的尾氣已成為對(duì)空氣質(zhì)量造成惡化的最大的人為條件。在人們享受以煤炭和石油為主的傳統(tǒng)能源所帶來的舒適生活的同時(shí)，其對(duì)環(huán)境的危害日趨明顯。

隨著人類生產(chǎn)、生活水平的不斷提高，能源需求量急劇上升，已出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面；同時(shí)，煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的大量開采，資源存儲(chǔ)量已逐年減少，已對(duì)子孫后代造成威脅。因化石燃料過度消耗產(chǎn)生的溫室效應(yīng)亦已成為世界范圍內(nèi)的關(guān)注焦點(diǎn)，世界各國正在各個(gè)領(lǐng)域大力發(fā)展低碳策略，但這一問題可能會(huì)隨著化石燃料開采和使用的增加而持續(xù)惡化[1]。目前，中國已經(jīng)位列世界上第一大二氧化硫排放國，同時(shí)也是世界上繼美國之后的第二大二氧化碳排放國。面對(duì)這種局面，無不令人痛心疾首。

筆者通過學(xué)習(xí)、了解后對(duì)太陽能光伏發(fā)電這一新能源產(chǎn)生了濃厚的興趣，認(rèn)為既然是不可再生能源愈用愈少且污染嚴(yán)重，為何國家不下大力氣發(fā)展可再生能源，諸如光伏發(fā)電。筆者深究其精髓并將其優(yōu)缺點(diǎn)、發(fā)電原理等闡述于后，供大家參考，期望共同為我國整治環(huán)境污染盡力。

太陽能光伏發(fā)電作為可再生能源的重要組成部分，相比于其他新能源，太陽能具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。據(jù)計(jì)算，太陽1 s內(nèi)發(fā)出的能量相當(dāng)于1.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)所放出的熱量，而到達(dá)地球表面的太陽能大約相當(dāng)于目前全世界所有發(fā)電能力總和的20萬倍；地球每天接收的太陽能相當(dāng)于全球一年所消耗的總能量的104倍?；诖?，世界各國紛紛大力發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)。據(jù)測(cè)算，安裝1 MW光伏系統(tǒng)至少要比現(xiàn)有同樣規(guī)模最“干凈”的燃煤電廠減少二氧化碳(CO2)排放量2萬t、減少二氧化氮(NO2)排放量25 t[2]。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)：如果我們把人類1/100 的建筑物上都安裝配備太陽能光伏發(fā)電裝置，以目前太陽光能利用率的1/7 計(jì)算，其所發(fā)的能源供應(yīng)量就足以滿足目前人類總耗能的需求。

2 太陽能光伏發(fā)電原理

2.1 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈

光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括硅料(多晶硅)、硅棒/晶片、電池片、電池組件、應(yīng)用系統(tǒng)及安裝等5個(gè)環(huán)節(jié)。上游為硅料/晶片環(huán)節(jié)；中游為電池片、電池組件環(huán)節(jié)；下游為應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)節(jié)。從全球范圍看，該產(chǎn)業(yè)鏈5個(gè)環(huán)節(jié)所涉及到的企業(yè)數(shù)量依次大幅增加，光伏市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈呈金字塔形結(jié)構(gòu)。

2.2 太陽能光伏發(fā)電原理

圖1 太陽能光伏發(fā)電原理示意圖

如圖1所示，當(dāng)光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被吸收后，具有足夠能量的光子就能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過空間電荷的電場(chǎng)作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)以及空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動(dòng)。通過界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個(gè)向外的、可測(cè)試的電壓，此時(shí)，可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。通過光照在界面層產(chǎn)生的電子——空穴對(duì)越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流亦越大。利用這種光生伏特效應(yīng)，輔以精確的控制系統(tǒng)，大于全球發(fā)電能力總和20萬倍的太陽能就能轉(zhuǎn)化為電能而被人類所利用，這是多么令人歡欣鼓舞的一件事情?。?/p>

3 光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

3.1 全球光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及趨勢(shì)

有關(guān)資料顯示，目前全世界已有上百個(gè)國家投入到普及應(yīng)用太陽能電池的熱潮中并正在大規(guī)模地進(jìn)行新型高效太陽能電池的研制開發(fā)。彭博社的報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2013年全球太陽能發(fā)電新裝機(jī)容量將首次超過風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量。2013年，全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量將新增36.7 GW，比2012年高20%；而風(fēng)能裝機(jī)容量僅新增35.5 GW，比去年降低25%。在美國，截止2013年10月，太陽能發(fā)電裝機(jī)容量為2.528 GW，是同期風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量1.027 GW的兩倍多。

根據(jù)世界能源組織(IEA)對(duì)太陽能光伏發(fā)電未來發(fā)展的預(yù)測(cè)，2020 年世界光伏發(fā)電量占總發(fā)電量的1%，2040 年占總發(fā)電量的20%(圖2)；根據(jù)歐洲聯(lián)合研究中心(JRC)及歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)(EPIA)對(duì)未來可再生能源和太陽能發(fā)電的預(yù)測(cè)，到2030 年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中將達(dá)到10%以上；2040 年，可再生能源將在總能源結(jié)構(gòu)中占到50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到本世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電占到60%以上[3]。以上數(shù)據(jù)無不顯示出太陽能所具有的、重要的戰(zhàn)略地位。

圖2 全球光伏市場(chǎng)增長趨勢(shì)圖(2012年開始為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù))

3.2 我國光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及趨勢(shì)

中國國家能源局(NEA)日前預(yù)計(jì)，到2013年年底，中國并網(wǎng)的太陽能裝機(jī)容量將達(dá)到10 GW(該數(shù)據(jù)為累計(jì)數(shù)據(jù))。中國到2015年，太陽能發(fā)電的裝機(jī)容量目標(biāo)為35 GW。2013年10月，國家能源局局長吳新雄表示：到2015年，分布式太陽能裝機(jī)容量目標(biāo)將拓展到20 GW(圖3)。

圖3 中國光伏市場(chǎng)增長趨勢(shì)圖

4 我國太陽能資源概況及分布情況

我國幅員遼闊，有著十分豐富的太陽能資源。據(jù)估算，我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為50×1 018kJ，全國各地太陽年輻射總量達(dá)335～837 kJ/cm2·a，中值為586 kJ/cm2·a。太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和氣候條件有關(guān)。我國太陽能資源分布的主要特點(diǎn)為：太陽能的高值中心和低值中心均處于北緯22°～35°一帶。青藏高原是高值中心，四川盆地為低值中心，而四川西部地區(qū)的資源值則是高值；太陽年輻射總量的具體情況是西部地區(qū)高于東部地區(qū)。除西藏和新疆兩個(gè)自治區(qū)外，基本上都是南部低于北部；由于南方多數(shù)地區(qū)云霧及雨水較多，在北緯30°～40°地區(qū)，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規(guī)律相反，太陽能不是隨著緯度的增加而減少，而是隨著緯度的增加而增長的。

需要說明的是：不是太陽能資源越好的地區(qū)越適合建設(shè)光伏電站。根據(jù)《國家發(fā)展改革委關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》(發(fā)改價(jià)格[2013]1638號(hào))，根據(jù)各地太陽能資源條件和建設(shè)成本，將全國分為三類太陽能資源區(qū)，相應(yīng)制定了光伏電站標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)，并且載明西藏自治區(qū)光伏電站標(biāo)桿電價(jià)另行制定(表1)。

表1 全國光伏電站標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)表(2013年發(fā)布)

5 我國發(fā)展太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)、缺點(diǎn)

5.1 我國太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)

第一，我國光伏產(chǎn)業(yè)起步早，光伏組件、系統(tǒng)技術(shù)逐步成熟，為國內(nèi)光伏發(fā)電的發(fā)展提供了前提；第二，可以充分利用我國豐富的太陽能輻射資源，解決在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中能源供應(yīng)的資源瓶頸問題；第三，太陽能光伏發(fā)電的過程，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不污染空氣，不產(chǎn)生噪聲，對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定而造成的沖擊；第四，通過近幾年的技術(shù)進(jìn)步，我國太陽能光伏發(fā)電的成本在逐年降低，每kW·h電的成本逐步與傳統(tǒng)能源接近。

5.2 我國太陽能光伏發(fā)電的缺點(diǎn)

第一，目前我國光伏電站系統(tǒng)還以低發(fā)電效率的多晶硅電池系統(tǒng)為主，衰減現(xiàn)象嚴(yán)重且普遍；第二，目前的光伏發(fā)電成本高于傳統(tǒng)能源發(fā)電(火電)一倍左右，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依靠國家補(bǔ)貼，沒有能夠?qū)崿F(xiàn)自身良性發(fā)展；第三，光伏電站占地面積大，如果不與建筑、農(nóng)牧業(yè)相結(jié)合，則存在土地資源浪費(fèi)嚴(yán)重的問題；第四，此前的政策引導(dǎo)以安裝量作為補(bǔ)貼的依據(jù)，部分地區(qū)出現(xiàn)了搶裝不能并網(wǎng)的問題；第五，光伏發(fā)電并網(wǎng)瓶頸問題突出。由于太陽能資源受晝夜更替和季節(jié)變化影響較大，光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響與風(fēng)電系統(tǒng)單獨(dú)并網(wǎng)類似，其波動(dòng)的功率給電網(wǎng)調(diào)度及運(yùn)行增加復(fù)雜性[4]。光伏發(fā)電的“間歇性”特征明顯，其并網(wǎng)發(fā)電后發(fā)生“脫網(wǎng)”現(xiàn)象的可能性較大，對(duì)電網(wǎng)的沖擊程度高。而現(xiàn)有電網(wǎng)體系的輸配電能力還不足以應(yīng)對(duì)大規(guī)模的光伏電站“脫網(wǎng)”現(xiàn)象，因此，技術(shù)因素成為限制光伏電站并網(wǎng)的重要因素。

6 我國光伏發(fā)電可能的裝機(jī)容量

國家能源局的數(shù)據(jù)顯示，截至2012年底，2012年我國全社會(huì)用電量為4.9萬億kW·h。如果按照5%為光伏發(fā)電，那么,光伏發(fā)電需要貢獻(xiàn)2 450億kW·h的發(fā)電量，則我國需要約184.5 GW的光伏電站。而2013年，我國累計(jì)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量僅為10 GW。由此可見，中國光伏發(fā)電的總裝機(jī)量還有很大的市場(chǎng)空間。

我國地大物博，自然資源儲(chǔ)量豐富，GDP總量排名全球第二，但一旦計(jì)算人均占有量，中國總是排在世界的中下位置，淡水資源還不到世界人均水量的1/4，煤炭、石油等自然資源人均占有量遠(yuǎn)小于世界平均水平。國土資源部曾指出，我國是人均占有量較低的資源小國。中國是光伏裝機(jī)小國，也是在新能源發(fā)展方面的小國。因?yàn)槲覀兊墓夥b機(jī)容量在總用電量中的占比還不到0.1%，與歐洲部分國家動(dòng)輒超過10%的占比差距非常大。

7 光伏發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步及趨勢(shì)

(1)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)開始逐步進(jìn)入到“成熟期”，光伏電站投資者的財(cái)務(wù)模型也已從“瓦特價(jià)格模型(Per Watt)”轉(zhuǎn)變到“系統(tǒng)度電成本模型(Per Kwh )”。土地成本上升和環(huán)境友好的要求使光伏電池及發(fā)電系統(tǒng)的效率取代產(chǎn)業(yè)規(guī)模和成長速度成為競爭的關(guān)鍵。

(2)從產(chǎn)業(yè)鏈制造方面分析，光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈成本重心已經(jīng)完成向產(chǎn)業(yè)鏈后端的轉(zhuǎn)移，成本已從重量的函數(shù)演變?yōu)槊娣e的函數(shù)。在電池轉(zhuǎn)組件化率方面，國內(nèi)多晶硅電池組件平均轉(zhuǎn)化率為15%，單晶硅電池組件平均轉(zhuǎn)化率接近17%，個(gè)別企業(yè)的高效單晶硅電池組件轉(zhuǎn)化率已達(dá)到20%以上甚至更高。晶體硅產(chǎn)業(yè)中不同路徑(澆鑄多晶硅、普通單晶硅和高效單晶硅)的競爭實(shí)際上是低技術(shù)門檻企業(yè)采用的速度——效益型競爭和高技術(shù)企業(yè)采用差異化的效率——效益型競爭的比較。

8 國家近年來出臺(tái)的光伏產(chǎn)業(yè)扶持政策

我國在2006 年頒布并實(shí)施了《可再生能源法》，鼓勵(lì)使用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。2009 年以來，我國連續(xù)發(fā)布了《太陽能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》、《關(guān)于加快推進(jìn)太陽能光電建筑應(yīng)用的實(shí)施意見》，支持開展光伏建筑應(yīng)用示范，實(shí)施“太陽能屋頂計(jì)劃”。2009 年7 月，國家有關(guān)部門又印發(fā)了《關(guān)于實(shí)施金太陽示范工程的通知》，計(jì)劃在2 到3 年內(nèi)，財(cái)政補(bǔ)助不低于500 MW的光伏發(fā)電示范項(xiàng)目，并采取多種方式加快國內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。2012年9月，國家能源局發(fā)布《太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，提出到2015年底我國太陽能發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到2 100萬kW(21 GW)以上，這意味著未來3年中國光伏發(fā)電裝機(jī)容量有望擴(kuò)大6倍以上。

2013年7月，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》(國發(fā)[2013]24號(hào)，以下簡稱《若干意見》)。為貫徹落實(shí)《若干意見》中的有關(guān)要求，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部、國家能源局等有關(guān)部門，從光伏發(fā)電補(bǔ)貼、標(biāo)桿電價(jià)、企業(yè)增值稅以及分布式發(fā)電管理等方面制定了一系列政策措施用以在國內(nèi)大力促進(jìn)光伏發(fā)電發(fā)展并已取得較好效果。

這些政策措施有利于加快啟動(dòng)我國的光伏發(fā)電市場(chǎng)，促進(jìn)光伏發(fā)電項(xiàng)目合理布局，發(fā)揮價(jià)格杠桿作用，激勵(lì)光伏企業(yè)提高技術(shù)水平，緩解光伏設(shè)備制造上游企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營困難，為我國光伏產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。

9 結(jié) 語

筆者針對(duì)目前傳統(tǒng)能源的利用所帶來的環(huán)境污染及所面臨其消耗殆盡的危機(jī)，通過學(xué)習(xí)、了解，對(duì)光伏發(fā)電原理、優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)、我國光照分布情況以及光伏發(fā)電趨勢(shì)與相關(guān)補(bǔ)貼政策進(jìn)行了分析，通過分析我國光伏發(fā)電需求量、光伏發(fā)電經(jīng)濟(jì)模型并對(duì)近年來國家支持光伏發(fā)電行業(yè)的政策進(jìn)行了梳理，得出了我國在光伏發(fā)電方面的潛力非常大、發(fā)展空間十分廣闊的結(jié)論。

光能是一種清潔、可再生能源，并且太陽能資源在我國廣泛分布。鑒于我國是一個(gè)能源消耗大國，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于我國的可持續(xù)發(fā)展、保持能源供給的獨(dú)立性和安全性具有重要意義。光伏發(fā)電的發(fā)展離不開政府的大力支持，并且光伏電站的建設(shè)要與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合，只有國家與企業(yè)聯(lián)手，光伏發(fā)電才有可能有大的發(fā)展，期望筆者的思考能對(duì)光伏發(fā)電的發(fā)展有所幫助。最后，筆者對(duì)如何更好地發(fā)展我國的光伏發(fā)電事業(yè)提出了幾點(diǎn)建議：

(1) 完善“上網(wǎng)電價(jià)法”(FIT)實(shí)施細(xì)則，按照不同資源制定不同的上網(wǎng)電價(jià)，在電價(jià)上體現(xiàn)各利益攸關(guān)方的權(quán)益，使法規(guī)在全國有效、普遍實(shí)施；加強(qiáng)和完善“FIT”的實(shí)施監(jiān)管制度，依照“依法治國”原則使“FIT”得到切實(shí)地貫徹實(shí)施。

(2) 國家應(yīng)明確電網(wǎng)企業(yè)的并網(wǎng)義務(wù)，要通過制定“上網(wǎng)電價(jià)法”等法律法規(guī)來敦促電網(wǎng)企業(yè)積極并網(wǎng)購電；國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等電網(wǎng)企業(yè)及相關(guān)科研院所應(yīng)在智能電網(wǎng)技術(shù)和規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)等的研發(fā)和推廣方面加大力度，破解接納光伏電力并網(wǎng)的技術(shù)瓶頸。

(3) 疏通光伏電站企業(yè)融資渠道。鑒于光伏電站項(xiàng)目投資巨大，只有建立健全銀行等金融市場(chǎng)主體特別是國家開發(fā)銀行等政策性銀行對(duì)光伏電站項(xiàng)目的貸款政策支持支撐，才能解決融資難題。

(4) 除分布式光伏電站以外，支持并保護(hù)在邊遠(yuǎn)地區(qū)、少數(shù)民族地區(qū)建設(shè)高效率大型光伏電站。土地是不可再生資源，光伏電站項(xiàng)目占地面積大，應(yīng)大力支持能與農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)相結(jié)合的高效光伏電站，對(duì)于防止草場(chǎng)的沙化具有積極意義，同時(shí)亦能為當(dāng)?shù)刎?cái)政收入的改善、農(nóng)牧民就業(yè)、維持少數(shù)民族地區(qū)穩(wěn)定做出有益貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉 偉，朱繼柱.光伏產(chǎn)業(yè)的“中國夢(mèng)”—從美國的“雙反”說起.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013，8(8)：71-76.

[2] 何 鐘，何 楓，孫麗雅.循環(huán)經(jīng)濟(jì)視角下我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題對(duì)策研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2011，31(4)：24-26.

[3] 周四清，馬超群，李 林.太陽能光伏產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論研究思考[J].科技進(jìn)步與對(duì)策.2007，24(7)：88-90..

[4] 蔡國偉，孔令國，等.大規(guī)模風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)建模與運(yùn)行特性研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36(1)：65-71.