太阳能光伏行业发展概述

第一节  光伏发电系统的分类

一般我们将光伏系统分为独立系统、并网系统和混合系统。如果根据太阳能光伏系统的应用形式，应用规模和负载的类型，对光伏供电系统进行比较细致的划分。还可以将光伏系统细分为如下六种类型：小型太阳能供电系统（Small DC）；简单直流系统（Simple DC）；大型太阳能发电系统（Large DC）；交流、直流供电系统（AC/DC）；并网系统（Utility Grid Connect）；混合供电系统（Hybrid）；并网混合系统。下面就每种系统的工作原理和特点进行说明。

1、小型太阳能供电系统（Small DC）

该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小，整个系统结构简单，操作简便。其主要用途是一般的家庭户用系统，各种民用的直流产品以及相关的娱乐设备。如在我国西部地区就大面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流灯，用来解决无电地区的家庭照明问题。

2、简单直流系统（Simple DC）

该系统的特点是系统中的负载为直流负载而且对负载的使用时间没有特别的要求，负载主要是在白天使用，所以系统中没有使用蓄电池，也不需要使用控制器，系统结构简单，直接使用光伏组件给负载供电，省去了能量在蓄电池中的储存和释放过程，以及控制器中的能量损失，提高了能量利用效率。其常用于PV水泵系统、一些白天临时设备用电和一些旅游设施中。下图显示的就是一个简单直流的PV水泵系统。这种系统在发展中国家的无纯净自来水供饮的地区得到了广泛的应用，产生了良好的社会效益。

3、大型太阳能供电系统（Large DC）

与上述两种光伏系统相比，这种光伏系统仍然是适用于直流电源系统，但是这种太阳能光伏系统通常负载功率较大，为了保证可以可靠地给负载提供稳定的电力供应，其相应的系统规模也较大，需要配备较大的光伏组件阵列以及较大的太阳能蓄电池组，其常见的应用形式有通信、遥测、监测设备电源，农村的集中供电，航标灯塔、路灯等。我国在西部一些无电地区建设的部分乡村光伏电站就是采用的这种形式，中国移动公司和中国联通公司在偏僻无电网地区建设的通讯基站也有采用这种光伏系统供电的。如山西万家寨的通讯基站工程。

4、交流、直流供电系统（AC/DC）

与上述的三种太阳能光伏系统不同的是，这种光伏系统能够同时为直流和交流负载提供电力，在系统结构上比上述三种系统多了逆变器，用于将直流电转换为交流电以满足交流负载的需求。通常这种系统的负载耗电量也比较大，从而系统的规模也较大。在一些同时具有交流和直流负载的通讯基站和其它一些含有交、直流负载的光伏电站中得到应用。

5、并网系统（Utility Grid Connect）

种太阳能光伏系统最大的特点就是光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入市电网络，并网系统中PV方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，光伏阵列没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用PV方阵所发的电力从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压，频率等指标的要求。因为逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能光伏组件阵列作为本地交流负载的电源。降低了整个系统的负载缺电率。而且并网PV系统可以对公用电网起到调峰作用。但是，并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。

6、混合供电系统（Hybrid）

这种太阳能光伏系统中除了使用太阳能光伏组件阵列之外，还使用了油机作为备用电源。使用混合供电系统的目的就是为了综合利用各种发电技术的优点，避免各自的缺点。比方说，上述的几种独立光伏系统的优点是维护少，缺点是能量的输出依赖于天气，不稳定。综合使用柴油发电机和光伏阵列的混合供电系统和单一能源的独立系统相比就可以提供不依赖于天气的能源，它的优点是：

1）使用混合供电系统的还可以达到可再生能源的更好的利用。因为使用可再生能源的独立系统通常是按照最坏的情况进行设计，因为可再生能源是变化的，不稳定的，所以系统必须按照能量产生最少的时期进行设计。由于系统是按照最差的情况进行设计，所以在其他的时间，系统的容量是过大的。在太阳辐照最高峰时期产生的多余的能量没法使用而浪费了。整个独立系统的性能就因此而降低。如果最差月份的情况和其他月份差别很大，有可能导致浪费的能量等于甚至超过设计负载的需求。

2）具有较高的系统实用性。在独立系统中因为可再生能源的变化和不稳定会导致系统出现供电不能满足负载需求的情况，也就是存在负载缺电情况，使用混合系统则会大大的降低负载缺电率。

3）和单用柴油发电机的系统相比，具有较少的维护和使用较少的燃料。

4）较高的燃油效率。在低负荷的情况下，柴油机的燃油利用率很低，会造成燃油的浪费。在混合系统中可以进行综合控制使得柴油机在额定功率附近工作，从而提高燃油效率。

5）负载匹配更佳的灵活性。使用混合系统之后，因为柴油发电机可以即时提供较大的功率，所以混合系统可以适用于范围更加广泛的负载系统，例如可以使用较大的交流负载，冲击载荷等。还可以更好的匹配负载和系统的发电。只要在负载的高峰时期打开备用能源即可简单的办到。有时候，负载的大小决定了需要使用混合系统，大的负载需要很大的电流和很高的电压。如果只是使用太阳能成本就会很高。

混合系统还有其自身的缺点：

1）控制比较复杂。因为使用了多种能源，所以系统需要监控每种能源的工作情况，处理各个子能源系统之间的相互影响、协调整个系统的运作，这样就导致其控制系统比独立系统复杂，现在多使用微处理芯片进行系统管理。

2）初期工程较大。混合系统的设计，安装，施工工程都比独立工程要大。

3）比独立系统需要更多的维护。油机的使用需要很多的维护工作，比如更换机油滤清器，燃油滤清器，火花塞等，还需要给燃油箱添加燃油等。

4）污染和噪音。光伏系统是无噪音，无排放的洁净能源利用，但是因为混合系统中使用了柴油机，这样就不可避免的产生噪音和污染。

很多在偏远无电地区的通信电源和民航导航设备电源，因为对电源的要求很高，都是采用的混合系统供电，以求达到最好的性价比。我国新疆、云南建设的很多乡村光伏电站就是采用光/柴混合系统。

7、并网混合供电系统（Hybrid）

随着太阳能光电子产业的发展，出现了可以综合利用太阳能光伏组件阵列，市电和备用油机的并网混合供电系统。这种系统通常是控制器和逆变器集成一体化，使用电脑芯片全面控制整个系统的运行，综合利用各种能源达到最佳的工作状态，并还可以使用蓄电池进一步提高系统的负载供电保障率，例如AES的SMD逆变器系统。该系统可以为本地负载提供合格的电源，并可以作为一个在线的UPS（不间断电源）工作。还可以向电网供电或者从电网获得电力。系统的工作方式通常的是将市电和太阳能电源并行工作，对于本地负载而言，如果光伏组件产生的电能足够负载使用，它将直接使用光伏组件产生的电能供给负载的需求。如果光伏组件产生的电能超过即时负载的需求还能将多余的电能返回到电网；如果光伏组件产生的电能不够用，则将自动启用市电，使用市电供给本地负载的需求，而且，当本地负载的功率消耗小于SMD逆变器的额定市电容量的60％时，市电就会自动给蓄电池充电，保证蓄电池长期处于浮充状态；如果市电产生故障，即市电停电或者是市电的品质不合格，系统就会自动的断开市电，转成独立工作模式，由蓄电池和逆变器提供负载所需的交流电能。一旦市电恢复正常，即电压和频率都恢复到上述的正常状态以内，系统就会断开蓄电池，改为并网模式工作，由市电供电。有的并网混合供电系统中还可以将系统监控、控制和数据采集功能集成在控制芯片中。这种系统的核心器件是控制器和逆变器。

第二节  光伏系统的关键技术及产业链

一、关键技术

太阳能光伏发电的关键技术就是太阳能电池技术。

1、“两头在外”待破技术难关

我国是世界第三大光伏电池生产国，仅次于日本和德国。据中国太阳能协会统计，2007年全球太阳能电池产量为4000MW(兆瓦)，我国太阳能电池的产量约为1180MW，比2006增长近3倍，占世界1/4，光伏组件产量占世界一半以上。

目前，我国已形成了一个国际化光伏产业群，以江西赛维、无锡尚德为代表的一批民营光伏企业已成长为具有强大国际竞争力的领军企业。2005年至2007年短短3年间，我国共有10家光伏企业在海外上市，融资额达200亿美元，接近国内所有煤炭上市公司融资额的总和，这在其他行业是罕见的。

只要我国能牢牢抓住机遇，加大培育力度，未来最有可能在光伏领域产生类似微软的“超级航母企业”，引领全球光伏产业发展。

然而，据了解，多晶硅核心技术——三氯氢硅还原法被垄断在美国、德国、日本等国家少数企业手中，中国企业很难获得关键技术。由于不掌握核心技术，国内光伏产业大部分利润被成本抵消。

按照从硅料(多晶硅材料)到太阳能电池的产业划分，太阳能光伏发电的产业结构呈现上游小、下游大的金字塔结构。而在利润分配上，则是上游占大头，高纯度硅料价格约占太阳能电池成本的70%以上。

在业内人士看来，我国的太阳能电池行业和中国其他行业所经历的路一样，也在充当着代工的角色，一方面国内太阳能企业高价进口多晶硅等原材料，另一方面生产出的太阳能电池大部分平价销往国外，且在国际市场上没有竞争力，这就使得国内太阳能电池的生产利润越来越薄，耗费国内能源和人力只能换取到微薄的“代工费”。”

2、多晶硅生产技术不过关，还对安全生产和环境保护带来极大隐患。

生产多晶硅是一个提纯过程，在这个过程中，如果回收工艺不成熟，生产过程中产生的三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢、氯气等有害物质极有可能外溢，存在重大的安全和污染隐患。其中，对四氯化硅的无害化处理成为制约多晶硅发展的最大瓶颈之一。

同时，光伏产业技术门槛很高，需要大量专业人才充实到生产和研发环节，目前我国还没有一所专门培养光伏人才的高校，很多人是从半导体专业转型的，大量企业面临“用工荒”。国内太阳能光伏研发机构寥寥无几，国家研发投入经费少得可怜。国内大企业自主创新能力差，小企业以赚“快钱”为目的，更不愿投入资金进行研发。

此外，我国还只是太阳能“应用小国”，国内市场基本没有启动。2006年底光伏累计安装量只有80MW，占世界市场的1%；2007年安装量约20MW，累计安装量只有100MW，占世界市场0.8%，这也加剧了我国光伏产业对外部市场的依赖。

二、光伏发电产业链

太阳能光伏产业链包括多晶硅原料生产、硅棒、硅锭生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏产品生产和光伏发电系统等环节（如下图）。其他与产业链相关联的产业，如专用设备制造等，这里不再详述。赛迪顾问认为，产业链中，太阳能电池是最重要的生产环节。目前，世界上太阳能光伏电池90%以上以单晶硅或多晶硅为原材料生产的。

太阳能光伏产业链图

第三节  太阳能光伏发电系统应用市场分类

1、并网系统

并网系统是发达国家家庭和商业最受欢迎的光伏系统。与地方电网连接，使得发出的富余电量都可出售给电网。夜晚则可从电网买电。逆变器将光伏发出的直流电转换为交流电，以供一般电器之用。在实行固定电价的国家，电力公司购买太阳能电费远高于用户从电力公司购电的价格，因此，通常所有的太阳能电力都输入公共电网卖给电力公司。德国和西班牙就是这种情况。

2、离网系统

没有主电网时，光伏发电系统通过充电控制器与蓄电池连接。生产的电可蓄存起来供以后使用。 离网系统通过逆变器提供交流电，供一般家电使用。典型的离网系统用于通讯中继站，偏远地区和农村供电。农村供电通常包括供单个家庭用电的小型光伏户用系统，或可以供几家用电较大的独立电站。

3、混合系统

光伏系统可与生物质能发电系统、风力发电系统或柴油发电系统等其他发电系统组合，以保证持续的电力供应。混合系统可以采取并网或离网的形式。

第四节  太阳能光伏发展的意义

除提供能源外，太阳能光伏还有许多特殊优势，尤其是它可以为边远地区、特殊场合供电。考虑到太阳能光伏的附加价值，光伏发电的综合经济效益大大提升，因此不能单纯与传统发电模式比较单位发电成本。太阳能光伏可以降低温室气体和污染物排放、创造就业机会、保障能源安全和促进农村尤其是边远农村的发展。总之，发展太阳能光伏有许多经济、社会和环境保护的积极意义。

IPCC对气候变化的科学评估

2007年2月，联合国气候变化政府间委员会发布了气候变化评估报告的第一部分。报告比以往

更加确定：人类活动是过去半个世纪气候变暖的主因（超过90％的可能性）。主要影响包括：

●过去12年中有11年是有历史记录以来最热的年份；

●全球海平面上升加速；

●南北半球的高山冰川和积雪正在消融；

●自20世纪70年代以来，更多地区（尤其是热带和亚热带）干旱更加严重，持续时间更长。

如果我们不采取措施，将温室气体排放限制在2000年的水平，未来20年气温将增加2倍。具体预测包括：

●气温将上升1.1℃~6.4℃；

●随着热带海洋温度上升，未来热带气旋（台风和飓风等）将更加强烈，最高风力加大，降雨增强；

●热浪和强降雨等极端天气日益频繁的可能性将超过90％。

报告的主要研究结果包括：

●今后60~70年，气候变化将有可能导致物种大量灭绝。

●今后几十年，缺水的人口将由几百万增加到几十亿；印度及南亚其他地区和非洲水源将渐减少。贫困国家受到的打击最大，澳大利亚和南欧的发达国家等也首当其冲。

●贫困地区粮食产量将下降，导致更多的饥饿。中国和印度等国小麦和水稻产量将降低。干旱和饥荒将导致非洲产生更大的难民潮。

●亚洲、南美和欧洲冰川的消融必将导致全球大量人口缺水，冰湖导致洪水泛滥。

●由于海平面上升、风暴增强、洪水泛滥，中国的珠江三角洲和孟加拉的恒河三角洲的居民将面临严重威胁。

●气温再升高1℃，就可能导致格陵兰和西大西洋大冰原融化，导致海平面上升几米，沿海居民将被迫迁移。

1、保护气候

太阳能光伏发电最重要的特征是在发电过程中只排放很少的CO2，而CO2作为最主要的温室气体，是导致气候变化的罪魁祸首。同时，电池板可循环使用，系统材料可再利用，光伏的能源投入可进一步降低。如果广泛使用光伏发电技术，可以为减缓气候变化作出贡献。

2、改善环境

我国能源消费占世界的10％以上，同时我国一次能源消费中煤占到70%左右，比世界平均水平高出40多个百分点。燃煤造成的二氧化硫和烟尘排放量约占排放总量的70%~80%，二氧化硫排放形成的酸雨面积已占国土面积的1/3。

环境质量的总体水平还在不断恶化，世界十大污染城市我国一直占多数。环境污染给我国社会经济发展和人民健康带来了严重影响。世界银行估计2020年中国由于空气污染造成的环境和健康损失将达到GDP总量的13％。

光伏发电不产生传统发电技术（例如燃煤发电）带来的污染物排放和安全问题，没有废气或噪音污染。系统报废后也很少有环境污染的遗留问题。

3、节省空间

光伏发电是一种简单的低风险技术，几乎可以安装在任何有光的地方。这意味着在公共、私人和工业建筑的屋顶和墙面上都有广泛的安装潜力。在运行中，这个系统还可以降低建筑的受热，增加通风。光伏还可以作为隔声板装在公路两侧。光伏在提供大量电力供应的同时，避免占用更多的土地。

4、增加就业

光伏发电可以提供重要的就业机会。安装阶段创造大量的就业产生在（安装工人、零售商和服务工程师），促进地方经济发展。根据欧洲光伏发电行业信息显示，生产每兆瓦光伏产品大约产生10个就业机会，安装每兆瓦光伏系统创造大约33个就业机会。批发和间接供应可提供3~4个就业岗位，研究领域提供1~2个就业机会。整个产业链中，每兆瓦的生产、安装和使用，可提供50个就业机会。在未来几十年，随着规模的扩大，自动设备的使用，这些数据会有所降低。但是，光伏发电产业不仅仅是一个资金密集型的产业，同时也是一个劳动密集型的产业。目前中国光伏技术及产业的就业总人数近万。到2020年将达到10万人左右。按照中国电力专家的研究，2050年，光伏发电将达到装机容量10亿KWp，年生产和安装量1亿KWp，就业人口将超过500万人。

5、提供农村电力

太阳能光伏发电系统可以很容易地在偏远的农村地区安装，这些地区可能多年无法架设电网。光伏发电等可再生能源特别适用于远离电网、零星分布的社区。离网农村电力以家庭为单位或设立小电网可提供照明、冷藏、教育、通讯和卫生等所需电力，提高经济生产力，增加创收的机会。光伏发电系统结实耐用、易于安装和具有灵活性等特征，使其可满足世界任何地方的农村电力需求。2006年底，中国还有无电人口1100万，使用光伏发电系统可以解决大部分无电人口的用电问题。

6、电力普遍服务

在欧洲光伏产业协会和绿色和平政策模式中，全球2030年太阳能光伏发电可生产1500TW.h电，可满足目前欧洲电力需求一半以上，替代300家燃煤电厂（平均装机容量750MWp）。2030年，全球太阳能光伏发电装机容量可能会达到1300GWp，大约2/3是并网发电。假设80％的系统装在居民楼上，每3口人的家庭年平均电力消费为3500kW.h，使用并网太阳能的人口将达到10亿。

目前，太阳能光伏发电的主要市场在工业化国家，但是，未来光伏发电的主要市场是广大的发展中国家，在那里还有20多亿人没有电力服务，而电力普遍服务是人类社会文明和谐发展的重要因素，也是联合国千禧年发展的重要目标，2004年的《波恩世界可再生能源大会宣言》提出了要利用太阳能为10亿无电人口提供电能的号召。无电人口供电是目前太阳能光伏发电技术最具吸引力的市场。