21世紀太陽能的發展知多少？

新能源是二十一世紀世界經濟發展中最具決定力的五大技術領域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續發展戰略的重要內容。近年來國際光伏發電迅猛發展，1973年美國制定了政府級陽光發電計畫，1980年又正式將光伏發電列入公共電力規劃，累計投資達8億多美元，1994年度的財政預算中，光伏發電的預算達7800多萬美元，比1993年增加了23.4%，1997年美國和歐洲相繼宣佈"百萬屋頂光伏計畫"，美國到2010年已安裝1000～3000mw太陽電池。

日本不甘落後，1997年補貼"屋頂光伏計畫"的經費高達9200萬美元，安裝目標是7600mw。印度1998-002年太陽電池總產量為150mw，其中2002年為50mw。國際光伏發電正在由邊遠農村和特殊應用向並網發電和與建築結合供電的方向發展，光伏發電已由補充能源向替代能源過渡。到目前為止，世界太陽電池年銷售量己超過60兆瓦，電池轉換效率提高到15%以上，系統造價和發電成本已分別降至4美元/峰瓦和25美分/度電;在太陽熱利用方面，由於技術日趨成熟，應用規模越來越大，僅美國太陽能熱水器年銷售額就逾10億美元。太陽能熱發電在技術上也有所突破，目前已有20餘座大型太陽能熱發電站正在運行或建設。

光熱和光伏是當今太陽能發展的兩條平行線，而美國科學家的最新科研成果似乎正在讓這兩條平行線相交。據美國斯坦福大學的工程師們日前找到了一種同時利用太陽的光和熱來產生電能的方法，這將能使太陽能產品的效率達到現有方式的3倍，並有可能使太陽能便宜到可以和石油競爭。這種顛覆性的太陽能利用方法被稱為“光子增強型熱離子輻射”，簡稱為PETE。斯坦福大學材料科學和工程系副教授尼克・梅洛什領導的研究小組通過在一片半導體材料上噴塗一薄層金屬銫，使材料具有了利用光和熱來產生電力的能力。研究證實，這一新工藝將不再基於標準的光伏發電機制，能在很高的溫度條件下產生類似於光伏發電的反應，而且溫度越高，工作效率越高，而傳統的光伏發電在溫度升高時效率會逐漸降低。

大多數矽基太陽能電池在溫度達到100攝氏度時已呈現出惰性，但PETE設備在超過200攝氏度的條件下才會達到峰值效率，因而最適於應用在抛物面太陽能聚光器中。可達到800攝氏度高溫的抛物面聚光器通常作為太陽能發電廠設計的一部分。據梅洛什計算，PETE裝置在太陽能聚光器中效率可以達到50%或者更高的，再加上熱能轉化的回收迴圈，最後總的太陽能利用效率可達到55%甚至60%，這幾乎是現有太陽能系統效率的3倍。“這確實是一次概念上的突破，一種全新的能量轉化方法，而非僅僅是新材料或者是細微的改動調整，”梅洛什表示：“它在如何收穫能源的方式上確實有著根本性的區別。”與此同時，這套設備的原材料能夠容易獲取，這意味著它的生產成本具備競爭力。梅洛什已將這一研究成果發表在了最新一期的《自然材料》上。

研究者們很重視這套系統的相容性。起初研究人員採用半導體材料氮化鎵進行試驗，卻發現它的發電效率遠低於計算出的數值，不過這個屬於預測之中，使用氮化鎵的原因在於它是一種有能力在高溫下堅持工作的材料，並且依然能發生PETE過程。之後研究者們發現，採用砷化鎵這種廣泛運用在普通家用電器中的半導體材料，PETE的實際效率足以達到研究者估算的50%或60%。目前研究人員正在積極尋找其他的有效材料。PETE系統有一個明顯的優勢，由於是在太陽能聚光器中使用，因此實際設備需要的半導體材料非常小。“對每一個設備，我們計算出類似一個6英寸的半導體材料圓盤就足夠了。”Melosh解釋說：“所以同大型的矽制太陽能板相比，材料的費用對我們來說根本不是一個問題。”高昂的材料成本可以說是限制目前太陽能工業發展的一個瓶頸，PETE則能夠大幅降低太陽能發電成本。

研究人員表示，PETE工藝大大增強了太陽能發電的可行性，即使達不到最佳效率，只要能將轉換效率從20%提高到30%，其整體轉換效率也將在原有基礎上提高50%，這將大大促進太陽能產業對石油業的競爭能力。據悉，這項研究得到了斯坦福大學的全球氣候和能源項目、斯坦福大學材料能源系統學會、美國能源部以及美國國防部高級研究計畫局的大力支持。太陽能熱利用行業在歷經2009年的高漲和2010年的蕭條之後，2011年開始轉入一個寂靜與冷清的時光。

大多數太陽能企業的盈利模式內容大致一樣：規模化＋同質化生產＋低價競爭＋高成本的行銷=低溢價收益。這種結構的盈利模式，導致太陽能企業陷入了一種盲動下高擴張帶來的巨大虧損或潛虧的狀態。太陽能熱利用產業面臨的陣痛是巨大的，而最終出路是戰略模式的根本轉型。太陽能熱利用產業面臨的轉型有三個方向。

一是從盲動化向戰略化轉型。就拿浙江、江蘇兩大太陽能產業群來說，這兩地產業集群擁有中國太陽能產業65%以上的企業。但是大多數太陽能企業是沒有企業戰略規劃的，一切憑感覺在盲目或者跟風經營。這種經營現狀必將導致企業經營目光短淺。太陽能企業要學會做戰略規劃，要有一個3~5年的中期規劃，並嘗試做10年、20年的戰略規劃。通過做戰略規劃，才能更客觀、更理性、更前瞻地認識產業、認識企業自己，知道自己如何發展。從一些2009年盲目進入太陽能產業的中小企業來看，當時就缺乏戰略眼光，看不到二三年後的產業殘酷競爭。在做好中期戰略規劃後，企業應建立自己的戰略支援組織，配備相應的戰略資源，構建支援戰略實施的盈利模式。

二是從價格化向品牌化轉型。價格導向的經營模式是中國大多數企業的慣性行為，太陽能行業也不例外。太陽能行業過度追求價格導向和太陽能企業主缺乏做品牌的思想有關。太陽能的企業主必須從做生產、做產品、做價格行銷轉到做品牌上來。一個理由是當前制約太陽能行業的瓶頸不是核心技術和產品，而是品牌。目前太陽能產品大部分同質化，不少都是OEM的產品，或冠名另一品牌銷售。在整個價值鏈分配上，製造產品的工廠只分配到8%~10%的加工費，而品牌主通過品牌獲得的品牌權益則可高達65%。很多中小企業一直在做產品創新，但成功的產品創新卻不多。這是要把太陽能產品創新做好，保證了消費者的利益，也保證了品牌的信譽，支持了市場行銷。中小企業的產品創新，必須要讓市場接受才能轉化為商品，要讓市場接受有兩個因素：讓代理商接受、讓消費者接受。如果沒有品牌力的產品創新，很難快速讓代理商和消費者接受，因為你缺乏公信力，品牌是代理商和消費者認同企業的價值。

還有一個理由是當前太陽能行業缺乏有價值的品牌，尤其是缺乏具有“稀缺價值”的品牌。品牌的“稀缺價值”是指本品牌特別具有的，而其他品牌所不具備或階段性不具備的特值。具備品牌“稀缺價值”的品牌才值錢，企業才有資源創新。太陽能企業不缺技術、管理、銷售人才，但奇缺系統營造品牌、懂得品牌價值管理的專業人才，這是太陽能行業缺乏有價值品牌的關鍵。太陽能企業必須轉型做品牌，配備做品牌的組織結構，借助專業品牌外腦戰略合作的方式快速協助企業進行品牌營造、品牌價值管理。如果太陽能企業能從思想觀念上轉型做品牌，是可以改變太陽能行業缺乏大品牌的產業困境的。

三是從拼裝化向創意設計化轉型。大多數太陽能企業產品存在高度的同質化，一味靠社會通用配件拼裝生產，缺少對新技術的研發儲備，缺少對產品功能的創意設計。當缺乏品牌價值時，產品又大量同質化，價格戰就出現了。所以太陽能企業第三個戰略轉型是產品、技術從拼裝化向創意設計化轉型。近幾年，太陽能企業的產品與技術創新更多固守在真空管和水箱保溫的概念策劃上，是一種行銷傳播層面的東西，對消費者幫助並不大。例如中國2010年比較有亮點的太陽能產品與技術創新有兩個：一個是江蘇太陽寶的殺菌太陽能，另一個是浙江陽港的3O活水太陽能。這兩個創新產品，都是針對太陽能熱水器水箱長期處在60℃左右的水溫段，針對最易滋生細菌的產業難題，分別用UV技術和臭氧技術殺菌。這種創新真正滿足了消費者的健康需求。可以說太陽寶的“鮮氧水”和陽港的臭氧殺菌產品開啟了一個太陽能產業“健康太陽能熱水器”的時代。從太陽寶和陽港的創新看出，太陽能企業有兩種形式：一種是顛覆性創新，這種創新是前所未有的，或顛覆現有的技術和產品。另一種是整合性創新，利用現有的成熟技術，通過改進、整合後應用到一種產品上實現新的創新。

在2014年世界最大光伏設備取代燃煤發電--電網回購使加拿大安大略省成為光伏亮點，全省目標是到2014年全部淘汰燃煤發電。那裡正運行著世界最大的太陽能光伏設施，不是在美國加州，西班牙，義大利，或任何其他陽光明媚的地方。它在加拿大安大略省（Ontario），這個省出名的是它漫長多雪的冬季，而不是無雲的晴空。這個四向蔓延的97兆瓦的設施，就在薩尼亞（Sarnia）市外，製造者是薄膜製造商第一太陽能公司（First Solar），從2010年十月以來就一直在運營，運營者安橋公司（Enbridge）是一家天然氣管道公司，位於阿爾伯塔省（Alberta）。這是一個罕見的景象，這一地區更出名的是它的化學煉油廠，但這也表明了一種太陽能熱潮，這一熱潮已經使安大略省成為北美增長最快的市場之一。

安大略省首府多倫多（Toronto）獲取的陽光每年比洛杉磯少20%，這意味著，從一開始這些專案的經濟性就低五分之一。因此，在2006年全省啟動了一項計畫，就是支付每千瓦小時42美分，作為20年電力採購協議的一部分。第一太陽能公司屬於為數眾多的開發商之一，他們立刻抓住了這個機會，獲取了300多兆瓦價值的項目。在2009年秋季，安大略省取代了這一方案，採用更加全面的上網電價（feed-in tariff）方案，以便作為一部分戰略，吸引綠色製造和投資，同時幫助全省實現其目標，就是到2014年全部淘汰燃煤發電。政府認為，這一方案按計劃將創造5萬份綠領工作（green-collar job）。

這一方案模仿了歐洲的類似方案，但在北美是不尋常的，它將支付每千瓦小時44.30美分用於多兆瓦太陽能項目，而且將支付高達80.2美分，用於屋頂系統，這些系統都低於10千瓦規格。（相比之下，安大略省居民支付約每千瓦小時10美分，這是在高峰時間，這時，太陽能電池板最有生產力，而且高峰需求通常會得到滿足，因為混合了煤和天然氣。）有了這些價格，就不奇怪安大略省都已經紛紛應用。在不到18個月裏，超過3萬個專案已經申請審批程式，到目前為止，合同總額超過1400兆瓦，這是已經出價的，另外，還有300兆瓦要建造，這是按照以前的計畫。五年前，對於一個省而言，不到1兆瓦的並網太陽能也是不錯的。

一些行業觀察家擔心，這一計畫會成為它自身成功的犧牲品。例如，公用事業機構就難以跟上連接請求了。今年一月，有1000多個項目被擱置，都是由於電網容量的限制。與此同時，公眾已經開始擔憂這一方案會影響未來電價，反對黨政客正在急切地煽動不滿的火焰，因為十月的選舉即將來臨。該省的進步保守黨（Progressive Conservative Party）在民意調查中領先，該黨暗示，如果執政，它將取消上網電價方案，這就帶來了不確定性，會影響投資者和開發商。“這確實讓我們感到擔憂，”傑生·格雷（Jason Gray）說，他是太陽能開發商森艾迪森公司（SunEdison）加拿大業務主管，這家公司擁有超過100兆瓦的專案在建或正在開發。格雷說，他理解，需要開始降價，但他告誡，要提防任何反應破壞人們對市場的信心。預計，在任何情況下，方案審查在今年都將導致價格下降。問題是會下降多少。

無論如何，公眾瞭解的太陽能對電價的影響可能是被誇大了。方案支持者認為，電力只要是來自新型電廠，不管是任何類型的電廠，而不僅僅是太陽能，這些電力都會更昂貴，預計價格都會高漲，在安大略省，這主要涉及到的成本是要更新基礎設施，此前多年投資不足。他們還表示，從價格看，太陽能並網高的是絕對值，相對來說是低的，因為要從系統的角度看。太陽能對總體價格的影響至今都是無關緊要的。加汀·納斯萬尼（Jatin Nathwani）是滑鐵盧可持續能源研究所（Waterloo Institute for Sustainable Energy）執行主任，他說，最大的問題是，這個方案打擊創新，保證充足利潤給予的那些人，都部署的是更陳舊、更昂貴太陽能技術。它也沒有儘快調整價格，以計入迅速下降的技術價格，這意味著，電力消費者最終付出了不必要的額外費用。你會得到大量太陽能項目、利潤以及一些相關的就業。但它會創造一個長期的可持續產業，並具有光明的未來嗎？

在義大利當地時間2011年5月5日的內閣會議上，政府正式簽署通過了討論已久的“第4號能源法案”，這個2010年全球第二大光伏安裝市場的新補貼政策最終敲定，新法案將於6月1日起開始生效。2011年底前，上網電價逐月遞減，2012~2016年每半年削減一次，2017年以後不再提供補貼。2010年爆發的義大利市場將步入平穩增長。根據新法案的規定，從今年6月1日開始到2011年底，光伏上網電價將逐月下調，到年底時，針對不同規模及類型專案電價的下調幅度將達到11%~31%（與“第3號”舊法案所規定的同期電價相比）；隨後每半年下調一次電價直到2016年底；2017年開始不再提供上網電價補貼。

這份縝密而略顯複雜的新法案的最終通過，修正了義大利之前對光伏發電過於慷慨的補貼政策，其預期效果是將政府補貼支出和居民電價負擔控制在可接受範圍內。新法案的執行，預計將使義大利這個2010年僅次於德國的全球第二大光伏安裝市場在實現“平價上網”前，步入平穩增長，同時（對光伏產業界來說）也為該市場提供了一個可預期的前景。對“中大型項目”設置補貼額上限，“小型項目”則不受限制。好於此前流傳的“草案”內容。新法案將1MW以下的屋頂系統和200KW以下的地面電站定義為“小型項目”，這類項目的審批將不受到補貼額上限的影響，而此前流傳的版本為“補貼額上限覆蓋所有項目類型”。對“中大型專案”設置補貼上限的措施將有助於消除以騙取高額補貼款為目的的投機行為，具體的補貼額上限及其所對應的裝機量情況詳見。

由於對“小型項目”的投資和項目申請沒有設置任何限制，因此只要以元件價格為代表的光伏系統建設成本，以合理的速度持續下降，那麼這部分市場的增長仍然值得期待。採用60%以上歐盟產品的專案能夠享受10%的額外補貼。新法案中的規定還為一些滿足特定條件的專案提供了額外的優惠上網電價，其中值得關注的一條是“對投資額中60%以上（不含安裝費用）採用歐盟成員國所生產的產品的專案可獲得額外10%的上網電價補貼。”表面上看，這一條款對產量已占全球半壁江山的國內光伏組件企業來說顯得十分不利，但實際影響應該有限。歐洲本地的元件產能能否滿足義大利市場的巨大需求，中國出口更多的光伏電池給歐洲企業進行元件生產、或者直接在歐洲設廠進行單純的元件拼裝，都是應對這一條款的有效辦法。

“已獲批項目”若能在8月底前完成並網，將能繼續享受現行的“第3號能源法案”所規定的較優厚補貼政策。不會因此而額外激發大量新專案投建。對現有專案延期三個月享受舊法案政策的條款也寫入了新的法案，使新舊法案出現了三個月的重疊期（6月~8月），但由於這一條款僅針對申請已獲批的專案，因此不會激發額外的大量專案申請。對光伏元件市場的影響：短期有助庫存消化，不改中長期產品跌價趨勢。此前由於政策的巨大不確定性，導致義大利市場的元件銷售幾乎停滯，貨物積壓甚至大批訂單取消的消息不絕於耳。新政策正式發佈後，投資商和放貸銀行對回報和風險都將有明確的預期，從而觸發義大利市場快速重啟。年初以來在義大利所積壓的大量庫存、和去年底已達37GW的全球電池產能，確是不爭的事實，短期內銷售重啟對庫存的消化，將有望使兩個多月來已下跌了近10%的元件價格得以企穩，但大範圍的價格反彈仍很難發生，下半年的元件價格仍面臨著10%以上的下跌空間。近期元件價格走勢見。

要認識太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質能、風能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。對太陽能的轉換和利用主要有以下三種方式。

1.光-熱轉換。通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成熱能利用的屬於太陽能熱利用技術，再利用熱能進行發電的稱為太陽能熱發電，也屬於這一技術領域。2.光-化學轉換。包括半導體電極產生電而電解水制氫、利用氫氧化鈣或金屬氧化物熱分解儲能等。3.光-電轉換。是指太陽能與電能的直接轉化和利用。通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成電能利用的屬於太陽能光發電技術，光電轉換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉換的，因此又稱太陽能光伏技術。本文主要介紹太陽能光伏發電情況。太陽能電池是利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變為電能的一種器件，這種光電轉換過程通常叫做“光生伏打效應”，因此，太陽能電池又稱為“光伏電池”。

用於光伏電池的半導體材料是一種介於導體和絕緣體之間的特殊物質，和任何物質的原子一樣，半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，半導體矽原子的外層有4個電子，按固定軌道圍繞原子核轉動。當受到外來能量的作用時，這些電子就會脫離軌道而成為自由電子，並在原來的位置上留下一個“空穴”，在純淨的矽晶體中，自由電子和空穴的數目是相等的。如果在矽晶體中摻入硼、鎵等元素，由於這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導體，通常用符號P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導體，以符號N代表。若把這兩種半導體結合，交界面便形成一個P-N結。光伏電池的奧妙就在這個“結”上，P-N結就像一堵牆，阻礙著電子和空穴的移動。當光伏電池受到陽光照射時，電子接受光能，向N型區移動，使N型區帶負電，同時空穴向P型區移動，使P型區帶正電。這樣，在P-N結兩端便產生了電動勢，也就是通常所說的電壓。這種現象就是上面所說的“光生伏打效應”。如果分別在P型層和N型層焊上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯、並聯起來，就能產生一定的電壓和電流，輸出功率。

光伏元件其實就是把單個的太陽能電池片連接起來，封裝成防水元件，以防潮和防漏電。光伏元件一般是由玻璃基板，膠聯醋酸乙烯封裝薄膜(E V A )，矽片和相關線材及起保護固定作用的背板材料組成。製造光伏元件的半導體材料已知的有十幾種，如鍺、矽、硒、砷化鎵、磷化鎵、銻化銦等，因此，光伏組件的種類也很多。目前，技術最成熟，並具有商業價值的太陽能電池要算矽光伏電池，但從固體物理學上講，矽材料並不是最理想的光伏材料，這主要是因為矽是間接能帶半導體材料，其光吸收係數較低，所以研究其他光伏材料成為一種趨勢。其中，碲化鎘(C dT e)和銅銦硒(C uInSe2)被認為是兩種非常有前途的光伏材料，目前已經取得一定的進展，但是距離大規模生產，並與晶體矽太陽能電池抗衡還需要大量的工作去做。