太阳能的发展预测(图)
2006/6/27 17:49:12 电源在线网
一、全球能源消耗形势及太阳能未来的战略地位
一百年来，全球能源消耗基本趋于稳定态势，平均每年呈3％指数增加。尽管许多工业化国家能源消耗基本趋于稳定，但大多数发展中国家工业化进程加快（如中国），能耗不断增加，因此预计全球未来能源消耗态势仍将以3％的速度增长。
能耗平均呈指数增长趋势所带来的后果是十分严重：一方面伴随着化石燃料消耗的增加，大气中CO2的含量相应增加，地球不断变暖，生态环境恶化，自然灾害及其造成的损失逐年增加，另一方面将愈来愈快地消耗掉常规化石能源储量。有数据表明，世界化石燃料耗尽时间从现在开始只有几十年的时间。能源的潜在危机和生态环境的恶化迫使世界各国积极开发可再生能源。在今后的20－30年里，全球的能源结构必然发生根本性的变化。专家预测，在下世纪50年代，新能源与可再生能源在整个能源构成中会占到50％。
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的75％，已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量（煤炭、石油、天然气等）及可开采年限十分有限（表3-6），潜在危机比世界总的形势更加严峻，能源工业面临的经济增长、环境保护和社会发展的压力更大，因此开发利用包括太阳能在内的可再生能源、实现能源工业的可持续发展具有应该说更加迫切、更具重大战略意义。
表3-6 我国能源剩余资源探明储量和可开发年限
二、太阳能光伏技术
1．光伏产业将继续以高增长速率发展
光伏产业过去十年平均呈15％的年增长率发展，97、98两年增长率达到30～40％。多年来光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一。预测今后10年光伏组件的生产将以20－30％甚至更高的递增速度发展。 快速发展的屋顶计划、各种减免税政策、补贴政策以及逐渐成熟的绿色电力价格为光伏市场的发展提供了坚实的基础。市场将逐步由边远地区和农村的补充能源向全社会的替代能源过渡。预测下世纪中叶，光伏发电成为人类的基础能源之一。
光伏发电的未来前景已经被愈来愈多的国家政府和金融界（如世界银行）所认识。特别是97年以来许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划，如到2010年，美国计划累计安装4.6GW（含百万屋顶计划）；欧盟计划累计安装6.7GW（可再生能源白皮书），其中3.7GW安装在欧洲内部，3GW出口；日本计划累计安装5GW（NEDO日本新阳光计划），预计其他发展中国家1.8GW（估计约10％），预计世界总累计安装18GW。
2． 太阳电池组件成本将大幅度降低
光伏发电成本有数量级降低的潜力。根据美国能源部1996年关于光伏发电并网系统市场价格降低的发展和趋势。光伏发电系统安装成本每年以9％速率降低。1996年平均安装成本约7美元/Wp, 预计2005年可降到3美元/Wp, 相当于光伏发电成本0.11美元/kWh，2010年系统安装成本降到1.7美元/Wp，相当于发电成本6美分/kWh。
降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。欧洲就扩大规模对降低成本的影响进行了可行性研究，结果表明，年产500MW的规模，采用现有几种晶硅电池生产技术，可使光伏组件成本降低到0.71～1.78欧元/Wp，其中1＃和2＃为常规多晶硅和单晶硅技术，成本分别为0.91和1.25欧元/Wp, 如表3-7所示。如果加上技术改进和提高电池效率等措施，组件平均成本可降低到1美元/Wp以下，安装成本1.7美元/Wp的目标是合理和可行的。考虑到下世纪薄膜电池技术会有重大突破，其降低成本的潜力更大。因此下世纪太阳电池组件成本大幅度降低是必然的趋势。
表3-7 500MW/年生产规模，晶硅电池组件成本降低的可行性分析
3．光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展
目前光伏组件的生产规模在5－20MW/年，下世纪将向百兆瓦级甚至更大规模发展。同时自动化程度、技术水平也将大大提高，电池效率将由现在的水平（单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％）向更高水平（单晶硅18％－20％，多晶硅16％－18％）发展；
4．薄膜电池技术将获得突破
在降低成本上薄膜电池具有更大的潜力。薄膜电池与常规电池相比具有以下优点和特点：
1）电池活性材料厚度从微米到几十个微米，是常规电池的1/10～1/100,可节约大量材料；
2）可直接沉积出薄膜，没有切片损失；
3）可采用集成技术在电池形成过程中同时集成为组件，省去组件制作过程；
4）可采用多层技术，降低对材料品质要求等。因此，薄膜电池具有大幅度降低成本的潜力。世界许多国家都在大力研究开发薄膜电池。下世纪薄膜电池技术将获得重大突破，规模会向百兆瓦级以上发展，成本会大幅度降低，实现光伏发电与常规发电相竞争的目标，从而成为可替代能源。
5．太阳能光伏建筑集成及并网发电的快速发展
建筑光伏集成具有高技术、无污染和自供电的特点，能够强化建筑物的美感和建筑质量，具有多功能和可持续发展的特征；建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积，不需要占用昂贵的土地, 省去光伏系统的支撑结构, 省去输电费用，光伏阵列可以代替常规建筑材料，从而节省安装和材料费用，例如常规外墙包覆装修成本与光伏组件成本相当；光伏系统的安装可集成到建筑施工过程，成本又可大大降低；在用电地点发电，避免传输和分电损失（5－10％），降低了电力传输和电力分配的投资和维修成本；集成设计使建筑更加洁净、完美，更使人赏心悦目，更容易被专业建筑师、用户和公众接受。
太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视。国际能源组织（IEA）于1991年和1997年相继两次年起动建筑光伏集成计划，计划的实施对建筑光伏集成起了重要开拓和推动作用，许多国家相继制定了本国的屋顶计划，使得建筑光伏集成技术如旭日东升，蓬勃发展。
例如，1997年6月美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”，2010年完成。该计划旨在加速和促进美国光伏产业的快速发展，把发电成本降到6美分/kWh以下，起到减排CO2、增加社会就业、保持和加强美国光伏产业在世界的领先地位和支配地位的作用。欧洲于大致相同的时间宣布了“百万屋顶计划”，于2010年完成。 日本政府在1997财政年度计划安装9400套4kW的屋顶光伏系统，总计37MW，是上一个财政年度的6倍，是日本1996年生产太阳电池组件的2倍，是全世界1996年光伏组件生产总量的41％。日本政府的计划目标是，到2010年安装5000MW屋顶光伏发电系统。
德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于98年10月份提出了一个光伏工业20年来最庞大的计划－在6年内安装10万套光伏屋顶系统，总容量在300－500MW，总费用约9.18亿马克。该计划提供10年无息信贷，政府提供37.5％的补贴，该计划于1999年1月实施。该计划在德国引起了很大反响，对德国的PV工业将产生不可估量的影响。
建筑物自身能耗占世界总能耗的1/3，是未来太阳能光伏发电的最大市场。光伏系统和建筑结合将根本改变太阳能光伏发电在世界能源中的结构中的从属地位，前景光明。
6．下世纪前半期的光伏发电将达到世界总发电的10-20%
专家分析预测，未来光伏产业发展的年增长率在20-30%之间，光伏发电将很快发展成巨大的市场。
1997年世界发电总装机容量约2000GW，其中核能约370GW，占17％。世界核电发展是呈收缩或维持趋势，我国和许多发展中国家由于工业化速度加快，能源短缺，还会适当地发展核能。到下世纪30－50年代，估计世界核电将发展到500－600GW。1998年世界光伏发电总装机容量0.8GW，以2040年计算，这要求从现在开始，光伏发电每年增长速度为16.5％。专家预计下世纪前半期的30－50年代光伏发电将与核电相当。
石油对能源的贡献整整花了100年, 年青的光伏工业从今天到未来的重大贡献所需时间比石油要短得多。
三、太阳能热利用技术
1．热水器仍然是热利用的最大市场
目前太阳能热水器商业化程度最高，许多国家都得到了较普遍的应用，但世界太阳能热水器的平均户用比例还非常低。1998年世界热水器的保有量约为5400万m2，户用比例约1～2％。同日本的20％和以色列的80％相比，相差很远；除此之外，服务业、旅游业、公共福利事业等的中低温热水的应用市场也非常大。在下世纪的前半期，热水器仍然是太阳能热利用的最大市场。1997年世界太阳能热水器的市场约7亿美元。2015年世界人口约70亿，届时热水器户用比例达到20％（日本今天的水平）, 太阳能热水器的市场将超过500亿美元。
1998年, 我国有500多个热水器生产厂家， 年销售额400万m2，总安装量约1400万 m2，占世界第一位。但户用比例仅3％。到2015年，我国人口将近17亿，如果户用比例达到20％，户用家庭人均0.5 m2，则要求总保有量1.7亿m2，是目前的12倍，其市场十分可观，也必然是太阳能热利用的最大市场。
2．太阳能空调降温及太阳能建筑
建筑能耗占世界总能耗的1/3，其中空调和供热的能耗占有相当大的比例，是太阳能热利用的重要市场。太阳能建筑的发展不仅要求建筑师和太阳能专家互相密切合作，而且要求在概念上、技术上相互融合、渗透、集成一体，形成新的建筑概念和设计。目前太阳能建筑集成已成为国际上新的技术领域，将有无限广阔的前景。
太阳能建筑不仅要求有高性能的太阳能部件，同时要求高效的功能材料和专用部件，如隔热材料、透光材料、储能材料、智能窗（变色玻璃）、透明隔热材料等，这些都是未来技术开发的内容。
3．太阳能热发电
太阳能热发电技术同其他太阳能技术一样，在不断完善和发展，但其商业化程度还未达到热水器和光伏发电的水平。1980-1985年LuZ公司在美国加州安装了354兆瓦商业化槽式线聚焦发电系统。90年代以来美国能源部通过“热发电计划”对这种系统进行考查、分析，确定系统运行、维修优化方案，对分系统自动化、集热器的对准和净化、可靠性、分系统效率等进行分析。分析考查证明运行、维修成本可以降低30％。但十几年来这种系统没有扩大和推广，可以认为只是一种大型的商业化示范系统。
美国能源部正在通过“太阳能热发电”计划积极推动热发电技术的商业化进程展。该计划包括：
1）太阳能热发电系统和部件的研究开发；
2）与太阳能电力工业合作，开发适用于现在和未来的热发电技术；
3）对未来的用户开展教育，使之认识到该技术的意义。计划重点是帮助太阳能工业界开发商业化产品，改进现有技术使之进入近期的市场。
“热发电计划”的另一个内容是工业发展计划，以推动近期热发电成本的降低。如SolMaT（Solar Manufacturing Technology Initive）就是一个降低太阳能部件制造成本的计划，部件的高制造成本是通向商业化的重要障碍。SolMaT正在对现行制造技术（如定日镜制造技术）中的流水线工艺、废物处理、技术障碍、样机实验等进行评价。对塔式和碟式/斯特林系统部件进行类似的研究。
欧洲也制定了太阳能热发电计划，内容包括：
1）开发100－200MW具有成本效率的抛物面槽式系统和塔式接收器系统；建立1－5MW太阳/燃油混合碟式系统；
2）开展太阳热发电厂系统优化设计；
3）在欧洲南部、北非、建立示范装置；
4）制定系统和部件的研究开发计划，包括部件和系统优化设计；
5）新系统的试验和改进；
6）开发30MW级的工业系统；
7）开发市场。
从美国和欧洲的热发电现状和计划看出，这些工业发达国家正处在太阳能热发电商业化前夕，政府和工业界联合积极推动商业化进程，预计2020年前，太阳能热发电将在发达国家实现商业化，并逐步向发展中国家扩展。
太阳能利用技术和产业已经由技术开拓期步入蓬勃发展时代。到下世纪的一、二十年代，太阳能发电成本有可能降低到与常规电价相竞争的水平，一个广泛的大规模的利用太阳能和可再生能源的新时代－太阳能时代正在来临。
一百年来，全球能源消耗基本趋于稳定态势，平均每年呈3％指数增加。尽管许多工业化国家能源消耗基本趋于稳定，但大多数发展中国家工业化进程加快（如中国），能耗不断增加，因此预计全球未来能源消耗态势仍将以3％的速度增长。
能耗平均呈指数增长趋势所带来的后果是十分严重：一方面伴随着化石燃料消耗的增加，大气中CO2的含量相应增加，地球不断变暖，生态环境恶化，自然灾害及其造成的损失逐年增加，另一方面将愈来愈快地消耗掉常规化石能源储量。有数据表明，世界化石燃料耗尽时间从现在开始只有几十年的时间。能源的潜在危机和生态环境的恶化迫使世界各国积极开发可再生能源。在今后的20－30年里，全球的能源结构必然发生根本性的变化。专家预测，在下世纪50年代，新能源与可再生能源在整个能源构成中会占到50％。
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的75％，已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量（煤炭、石油、天然气等）及可开采年限十分有限（表3-6），潜在危机比世界总的形势更加严峻，能源工业面临的经济增长、环境保护和社会发展的压力更大，因此开发利用包括太阳能在内的可再生能源、实现能源工业的可持续发展具有应该说更加迫切、更具重大战略意义。
二、太阳能光伏技术
1．光伏产业将继续以高增长速率发展
光伏产业过去十年平均呈15％的年增长率发展，97、98两年增长率达到30～40％。多年来光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一。预测今后10年光伏组件的生产将以20－30％甚至更高的递增速度发展。 快速发展的屋顶计划、各种减免税政策、补贴政策以及逐渐成熟的绿色电力价格为光伏市场的发展提供了坚实的基础。市场将逐步由边远地区和农村的补充能源向全社会的替代能源过渡。预测下世纪中叶，光伏发电成为人类的基础能源之一。
光伏发电的未来前景已经被愈来愈多的国家政府和金融界（如世界银行）所认识。特别是97年以来许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划，如到2010年，美国计划累计安装4.6GW（含百万屋顶计划）；欧盟计划累计安装6.7GW（可再生能源白皮书），其中3.7GW安装在欧洲内部，3GW出口；日本计划累计安装5GW（NEDO日本新阳光计划），预计其他发展中国家1.8GW（估计约10％），预计世界总累计安装18GW。
2． 太阳电池组件成本将大幅度降低
光伏发电成本有数量级降低的潜力。根据美国能源部1996年关于光伏发电并网系统市场价格降低的发展和趋势。光伏发电系统安装成本每年以9％速率降低。1996年平均安装成本约7美元/Wp, 预计2005年可降到3美元/Wp, 相当于光伏发电成本0.11美元/kWh，2010年系统安装成本降到1.7美元/Wp，相当于发电成本6美分/kWh。
降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。欧洲就扩大规模对降低成本的影响进行了可行性研究，结果表明，年产500MW的规模，采用现有几种晶硅电池生产技术，可使光伏组件成本降低到0.71～1.78欧元/Wp，其中1＃和2＃为常规多晶硅和单晶硅技术，成本分别为0.91和1.25欧元/Wp, 如表3-7所示。如果加上技术改进和提高电池效率等措施，组件平均成本可降低到1美元/Wp以下，安装成本1.7美元/Wp的目标是合理和可行的。考虑到下世纪薄膜电池技术会有重大突破，其降低成本的潜力更大。因此下世纪太阳电池组件成本大幅度降低是必然的趋势。
3．光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展
目前光伏组件的生产规模在5－20MW/年，下世纪将向百兆瓦级甚至更大规模发展。同时自动化程度、技术水平也将大大提高，电池效率将由现在的水平（单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％）向更高水平（单晶硅18％－20％，多晶硅16％－18％）发展；
4．薄膜电池技术将获得突破
在降低成本上薄膜电池具有更大的潜力。薄膜电池与常规电池相比具有以下优点和特点：
1）电池活性材料厚度从微米到几十个微米，是常规电池的1/10～1/100,可节约大量材料；
2）可直接沉积出薄膜，没有切片损失；
3）可采用集成技术在电池形成过程中同时集成为组件，省去组件制作过程；
4）可采用多层技术，降低对材料品质要求等。因此，薄膜电池具有大幅度降低成本的潜力。世界许多国家都在大力研究开发薄膜电池。下世纪薄膜电池技术将获得重大突破，规模会向百兆瓦级以上发展，成本会大幅度降低，实现光伏发电与常规发电相竞争的目标，从而成为可替代能源。
5．太阳能光伏建筑集成及并网发电的快速发展
建筑光伏集成具有高技术、无污染和自供电的特点，能够强化建筑物的美感和建筑质量，具有多功能和可持续发展的特征；建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积，不需要占用昂贵的土地, 省去光伏系统的支撑结构, 省去输电费用，光伏阵列可以代替常规建筑材料，从而节省安装和材料费用，例如常规外墙包覆装修成本与光伏组件成本相当；光伏系统的安装可集成到建筑施工过程，成本又可大大降低；在用电地点发电，避免传输和分电损失（5－10％），降低了电力传输和电力分配的投资和维修成本；集成设计使建筑更加洁净、完美，更使人赏心悦目，更容易被专业建筑师、用户和公众接受。
太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视。国际能源组织（IEA）于1991年和1997年相继两次年起动建筑光伏集成计划，计划的实施对建筑光伏集成起了重要开拓和推动作用，许多国家相继制定了本国的屋顶计划，使得建筑光伏集成技术如旭日东升，蓬勃发展。
例如，1997年6月美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”，2010年完成。该计划旨在加速和促进美国光伏产业的快速发展，把发电成本降到6美分/kWh以下，起到减排CO2、增加社会就业、保持和加强美国光伏产业在世界的领先地位和支配地位的作用。欧洲于大致相同的时间宣布了“百万屋顶计划”，于2010年完成。 日本政府在1997财政年度计划安装9400套4kW的屋顶光伏系统，总计37MW，是上一个财政年度的6倍，是日本1996年生产太阳电池组件的2倍，是全世界1996年光伏组件生产总量的41％。日本政府的计划目标是，到2010年安装5000MW屋顶光伏发电系统。
德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于98年10月份提出了一个光伏工业20年来最庞大的计划－在6年内安装10万套光伏屋顶系统，总容量在300－500MW，总费用约9.18亿马克。该计划提供10年无息信贷，政府提供37.5％的补贴，该计划于1999年1月实施。该计划在德国引起了很大反响，对德国的PV工业将产生不可估量的影响。
建筑物自身能耗占世界总能耗的1/3，是未来太阳能光伏发电的最大市场。光伏系统和建筑结合将根本改变太阳能光伏发电在世界能源中的结构中的从属地位，前景光明。
6．下世纪前半期的光伏发电将达到世界总发电的10-20%
专家分析预测，未来光伏产业发展的年增长率在20-30%之间，光伏发电将很快发展成巨大的市场。
1997年世界发电总装机容量约2000GW，其中核能约370GW，占17％。世界核电发展是呈收缩或维持趋势，我国和许多发展中国家由于工业化速度加快，能源短缺，还会适当地发展核能。到下世纪30－50年代，估计世界核电将发展到500－600GW。1998年世界光伏发电总装机容量0.8GW，以2040年计算，这要求从现在开始，光伏发电每年增长速度为16.5％。专家预计下世纪前半期的30－50年代光伏发电将与核电相当。
石油对能源的贡献整整花了100年, 年青的光伏工业从今天到未来的重大贡献所需时间比石油要短得多。
三、太阳能热利用技术
1．热水器仍然是热利用的最大市场
目前太阳能热水器商业化程度最高，许多国家都得到了较普遍的应用，但世界太阳能热水器的平均户用比例还非常低。1998年世界热水器的保有量约为5400万m2，户用比例约1～2％。同日本的20％和以色列的80％相比，相差很远；除此之外，服务业、旅游业、公共福利事业等的中低温热水的应用市场也非常大。在下世纪的前半期，热水器仍然是太阳能热利用的最大市场。1997年世界太阳能热水器的市场约7亿美元。2015年世界人口约70亿，届时热水器户用比例达到20％（日本今天的水平）, 太阳能热水器的市场将超过500亿美元。
1998年, 我国有500多个热水器生产厂家， 年销售额400万m2，总安装量约1400万 m2，占世界第一位。但户用比例仅3％。到2015年，我国人口将近17亿，如果户用比例达到20％，户用家庭人均0.5 m2，则要求总保有量1.7亿m2，是目前的12倍，其市场十分可观，也必然是太阳能热利用的最大市场。
2．太阳能空调降温及太阳能建筑
建筑能耗占世界总能耗的1/3，其中空调和供热的能耗占有相当大的比例，是太阳能热利用的重要市场。太阳能建筑的发展不仅要求建筑师和太阳能专家互相密切合作，而且要求在概念上、技术上相互融合、渗透、集成一体，形成新的建筑概念和设计。目前太阳能建筑集成已成为国际上新的技术领域，将有无限广阔的前景。
太阳能建筑不仅要求有高性能的太阳能部件，同时要求高效的功能材料和专用部件，如隔热材料、透光材料、储能材料、智能窗（变色玻璃）、透明隔热材料等，这些都是未来技术开发的内容。
3．太阳能热发电
太阳能热发电技术同其他太阳能技术一样，在不断完善和发展，但其商业化程度还未达到热水器和光伏发电的水平。1980-1985年LuZ公司在美国加州安装了354兆瓦商业化槽式线聚焦发电系统。90年代以来美国能源部通过“热发电计划”对这种系统进行考查、分析，确定系统运行、维修优化方案，对分系统自动化、集热器的对准和净化、可靠性、分系统效率等进行分析。分析考查证明运行、维修成本可以降低30％。但十几年来这种系统没有扩大和推广，可以认为只是一种大型的商业化示范系统。
美国能源部正在通过“太阳能热发电”计划积极推动热发电技术的商业化进程展。该计划包括：
1）太阳能热发电系统和部件的研究开发；
2）与太阳能电力工业合作，开发适用于现在和未来的热发电技术；
3）对未来的用户开展教育，使之认识到该技术的意义。计划重点是帮助太阳能工业界开发商业化产品，改进现有技术使之进入近期的市场。
“热发电计划”的另一个内容是工业发展计划，以推动近期热发电成本的降低。如SolMaT（Solar Manufacturing Technology Initive）就是一个降低太阳能部件制造成本的计划，部件的高制造成本是通向商业化的重要障碍。SolMaT正在对现行制造技术（如定日镜制造技术）中的流水线工艺、废物处理、技术障碍、样机实验等进行评价。对塔式和碟式/斯特林系统部件进行类似的研究。
欧洲也制定了太阳能热发电计划，内容包括：
1）开发100－200MW具有成本效率的抛物面槽式系统和塔式接收器系统；建立1－5MW太阳/燃油混合碟式系统；
2）开展太阳热发电厂系统优化设计；
3）在欧洲南部、北非、建立示范装置；
4）制定系统和部件的研究开发计划，包括部件和系统优化设计；
5）新系统的试验和改进；
6）开发30MW级的工业系统；
7）开发市场。
从美国和欧洲的热发电现状和计划看出，这些工业发达国家正处在太阳能热发电商业化前夕，政府和工业界联合积极推动商业化进程，预计2020年前，太阳能热发电将在发达国家实现商业化，并逐步向发展中国家扩展。
太阳能利用技术和产业已经由技术开拓期步入蓬勃发展时代。到下世纪的一、二十年代，太阳能发电成本有可能降低到与常规电价相竞争的水平，一个广泛的大规模的利用太阳能和可再生能源的新时代－太阳能时代正在来临。
声明：本信息内容的真实性未经电源在线网证实，仅供参考。 来源：《中国新能源与可再生能源1999白皮书》
