中国和上海光伏产业的发展情况与趋势

魏光普 张静妹 宋小风 汤 泓

1上海新能源行业协会 2上海大学材料科学与工程学院

0 前言

能源短缺和环境污染是人类长期面临的两大难题，开发以可再生能源为主的新能源、发展低碳经济是解决这两大难题的重要途径，也是发展新兴产业的突破口。

据报道2010年全球能源消耗折合标准油120亿t，比2009年增加5%。全世界的能源消耗中，石油占总消费量的33.6%，煤的消费量占29.6%。2011年中国能源消耗总量折合34.8亿t标准煤（或24.5亿t标准油），中国的能源80%靠煤炭，2011年煤炭消费量占世界的46%，从2009年起，中国已经从煤炭的出口国变成净进口国。2011年，我国煤炭进口达到1.8亿t，成为全世界最大的煤炭进口国。2011年中国原油消耗量为4.6亿t，其中进口2.6亿t，对外依存度达到56.4%。

煤炭与石油的大量使用，造成二氧化碳等温室气体的大量排放，数量巨大。2010年，世界二氧化碳的排放量已经达到400余亿t，而我国二氧化碳排放总量达到98亿t，占世界的24.8%。按照前几年的发展情况，2015年我国煤炭消耗量将要达到40至41亿t的巨大数量，二氧化碳的排放量就会更多，国际压力很大。所以开发利用太阳能和风能等可再生能源非常重要，是人类面临的最大课题之一，也是我国发展太阳电池战略性新兴产业的一个重要机遇。

1 全球太阳电池产业发展现状

2011年全球太阳电池产量约 28.5GW,比2010年的18GW增加约60%。而2011年全球太阳电池的安装量约27.7GW,比2010年的16GW增加约70%。太阳电池组件价格从2010年底的每瓦1.6美元降低到2011年底的每瓦1.2美元左右。

从上述数据可以看出，尽管受到世界经济危机和欧洲债务危机的影响，全球太阳能产业还是得到了超速发展。

据欧洲光伏工业协会的统计，2011年全球太阳电池产量最大的十个企业按照太阳电池产量的排名如表1所示。从表1可见，全球太阳电池产量最大的十个企业中有八个在中国。

随着生产的发展和技术水平的提高，太阳电池的光电转换效率在不断提高。目前，砷化镓三结非聚光太阳电池的实验室最高效率已达到36.9%（日本夏普2011年发布），规模生产效率也达到28%-33%。砷化镓多结聚光电池效率最高45%,批产效率达到38%-40%。单晶硅太阳电池的最高实验室效率达到25%，大规模生产效率也已经达到18%-22%;多晶硅太阳电池的大规模生产效率也已经达到16.5%-19%;目前正在利用HIT(具有本征薄层的异质结太阳电池)、选择发射极、高效全背结结构(IBC)、钝化发射极等方法继续提高效率，再过几年晶体硅太阳电池有希望达到20%-25%的高效率。在薄膜太阳电池方面，非晶硅太阳电池的实验室最高稳定效率达到12.8%,规模生产效率为6%-11%。铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池的实验室最高效率已经达到20.3%，规模生产效率为12%-15%。碲化镉（CdTe）薄膜太阳电池的实验室最高效率已达到16.5%，规模生产效率为10%-13%。

表1 2011年世界十大太阳电池企业产量排序

2009年,美国 FirstSolar公司生产的碲化镉薄膜太阳电池产量达到1100MW，使全世界薄膜太阳电池的产量首次达到太阳电池总产量的20%左右。

2011年全球新增加太阳电池安装量达到27.7GW,其中欧洲安装量最大,占60%以上，这主要是由于欧洲各国政府和人民对新能源非常重视，对安装太阳电池发电系统的补助政策落实得很好。

技术的进步、生产规模的扩大、自动化程度的提高和太阳电池效率的不断提高，使太阳电池的生产成本不断降低。根据30余年的统计，太阳电池产业是所有可再生能源发电技术中，现代集约化生产效率迅速提高的最佳体现者,太阳电池组件的价格已经从30年前的每瓦20余美元下降至现在的每瓦0.68-0.8美元(约0.54-0.64欧元),人民币价格每瓦5-6元(根据质量和规格的差异而略有不同)。

近几年，太阳电池产量产能的大幅度增加，已经大大超过了世界的需要量。2011年，全世界太阳电池产能估计已经达到50GW，而实际产量只有28-30GW，安装量只有27-29GW，所以全世界的太阳电池的产能过剩已相当严重。太阳电池的产能过剩和价格的大幅度下降，特别是世界经济不景气和欧洲债务危机给太阳电池产业带来了很大的负面影响,使世界不少太阳电池工厂减产、停产和破产。但是历史表明太阳电池产业的发展呈现波浪式的周期性规律，也许再过几年又会有大发展。太阳电池产业将会一直得到发展。

2 中国太阳电池产业发展现状

中国2011年太阳电池的产能达到30GW,产量约18GW,比2010年的8GW增加约125%。而2011年全国太阳电池的安装量约2.9GW,比2010年的0.5GW增加约6倍。太阳电池组件价格从2010年底的每瓦12元降低到2011年底的每瓦6元左右。

近十年来，我国的太阳电池产业得到了飞速发展，太阳电池的年产量每年递增80%以上，自从2007年以来，连续5年位居世界第一，2010年产量达到 8000MW（8GW），2011年的产量约为18000MW（18GW）。图2是我国近十余年太阳电池产量增长情况表。整个产业链的总产值估计达到2500亿元左右，占我国国民生产总值（GDP）的百分之一，从业人员约50万人，形成了巨大的阳光产业与阳光经济，因此各级政府都非常重视。

根据不完全统计，至2011年底中国大约有太阳电池片的生产工厂70余个，30MW左右的太阳电池生产线约1200余条，太阳电池组件厂300余家。2011年中国国内太阳电池组件生产能力已经超过35GW ，占全球产能的60%左右，但实际销量却只有18GW。这说明我国太阳电池的产能过剩相当严重。近3年来，受到世界经济危机和欧洲债务危机的的影响，欧洲和美国等地区经济情况不佳，对安装太阳电池的补贴减少，太阳电池的价格下降很快，使我国的太阳电池产业受到很大影响，很多工厂减产或停产,不少企业产生了亏损。

随着太阳电池产量的增加和技术的进步,太阳电池的生产成本和价格都逐渐下降,至2012年3月,国内晶体硅太阳电池的价格已经降低到每瓦5-8元,建设太阳电池发电站的投资成本也在逐渐下降，这为在国内推广光伏发电的应用，大规模开发国内市场创造了条件。

3 中国太阳电池产业的希望和问题

1）中国的太阳能资源丰富

中国的太阳能资源非常丰富，特别是在西藏、新疆、青海、甘肃、宁夏等西北高原地区，日光强而且下雨天少，年平均日照时间长，太阳能资源特别丰富。如果按年平均日照时间来分，中国大致可以分为5个不同的地区。

在我国太阳能光伏发电的节能减排效果也非常好。根据多年的实际测量，每1瓦太阳电池在上海每年可发电1kWh左右，在西藏高原,日照强烈,下雨天数少,每瓦太阳电池每年可发电1.8kWh左右，在新疆、青海、宁夏等地每瓦太阳电池每年约可发电1.6kWh。

1m2的太阳电池，在标准光强（1kW/m2)照射下，若光电转换效率为10%,则可产生100W的电功率，若转换效率为15%，则可产生150W的电功率。

如果按照晶体硅太阳电池效率15%计算，在上海每平方米太阳电池，每年可发电150kkWh，如果按照每kWh电的发电用煤350g计算（现在燃煤电厂的平均值），可节省煤炭50余kg，减少二氧化碳排放150kg左右,节能减排的效益明显。

2)太阳电池价格的大幅度下降，为光伏发电的推广应用创造了条件。

随着太阳电池产量的增加和技术的进步,太阳电池的生产成本和价格都逐渐下降,至2012年3月,国内晶体硅太阳电池的价格已经降低到每瓦5-8元,建设太阳电池发电站的投资成本也在逐渐下降,太阳电池产量急速增加和价格的快速下降，为我国光伏发电的推广应用开辟了新时代。

3)中国太阳电池产业存在的问题

（1）太阳电池产业的产能过剩。

2011年我国太阳电池的产能达到30GW,产量约18GW,比2010年的8GW增加约125%。太阳电池产量的连续5年位居世界第一，年产量占全世界需要量的60%以上。但现在太阳电池的发电成本仍然偏高，是火力发电的2-3倍，国内应用仍然比较少，大部分太阳电池依靠出口，因此产业不很稳定。近2年来，由于世界经济低迷，国外政府因经济困难对光伏发电的补贴减少，太阳电池的出口大减。最近又受到美国和欧洲对我国光伏产品实施“反倾销”“反补贴”的高关税政策，使我国太阳电池产业市场大受影响，很多企业停产、减产，不少企业出现了亏损。为此努力降低太阳电池的生产成本,大力开发国内市场成为太阳电池产业的共识。

（2）太阳电池制造设备大都依靠进口

现在我国大部分太阳电池片生产厂的设备依靠进口。晶体硅太阳电池的主要设备如PECVD减反射膜制造设备、扩散炉、电极印刷烧结炉、测试分档设备大都是从欧洲和美国进口。高级的非晶硅等薄膜太阳电池的生产设备也依靠进口，与这些设备相关的核心技术很多没有掌握。

（3）太阳电池生产用的原料很多依靠进口

硅材料工厂近几年国内投资建厂很多，估计投资建设的总产能达到十万t以上,目前的产量尚未达到设计目标。根据统计，2010年的我国多晶硅产量为4.6万t。由于国外的大型多晶硅厂生产规模大，技术水平高，生产成本比国内低，产品价格也比国内低，所以仍有50%以上的硅材料从国外进口,由于缺少价格竞争优势,国内不少多晶硅生产工厂已经停产。电极材料银浆、铝浆，以及太阳电池封装用的EVA胶膜、TPT背膜以及特种玻璃也有很大部分依靠进口。

4 上海地区太阳电池产业发展情况

上海地区位于北纬度31.2度左右，年平均日照时间约2000h左右，年平均总辐射量约4600MJ/m2，也是太阳能资源比较丰富的地区，与德国、日本的情况相似。在上海，不论安装太阳电池或太阳能热水器，按照面积计算，每m2约可节省标准煤50kg左右，因此在上海开发利用太阳能有相当的经济效益和社会效益。

上海是太阳电池产业的发源地之一，1968年就开始研究和生产太阳电池，积累了很多技术和人才资源。2006年以来，上海地区太阳电池制造和组装厂从5-6家发展到目前的10余家。根据上海新能源行业协会的统计，2011年上海太阳电池片产量约1150MW，是2010年产量450MW的2.5倍多，而2011年的太阳电池组件产量2100MW，是2010年产量990MW的2倍多。虽然上海太阳电池产量增加很多，但据各单位反映，由于这一年多时间内，太阳电池的价格大幅度下降，所以企业的利润增加不多，有增产不增收的现象。

2012年上海太阳电池片产量为791MW，实现产值21.4亿元；光伏组件产量约2232MW，同比增长6%左右，产值约103亿元。2012年上海太阳能装备产量为443台套，产值8.58亿元。

5 我国太阳电池产业发展趋势

由于近2年世界经济低迷，各国对光伏发电的投入和补贴减少，太阳电池的需要量减少，而产能过剩比较严重，价格大幅度下降，不少太阳电池企业因此出现很大亏损或破产。所以预计今后2-3年内，世界太阳电池的产量和使用量不可能有大幅度增长，只能维持比较低的增长水平。国际相关权威专家大都认为，太阳电池产业将会继续发展壮大，但发展速度将放缓，增长速率可能仅为10%左右。我国的太阳电池企业因为美国和欧洲等国家对我国实施贸易保护政策、增加了输入关税，产品出口受到限制，产量也将会有所缩减，比较小的太阳电池企业将会减产、停产或破产。在国外“反倾销”“反补贴”的逼压下，启动国内市场成为国人的共识。

国际市场低迷，使大力开发国内市场成为业界的共识。为了开发国内市场，帮助光伏企业克服困难，近几年我国政府有关部门推出了一系列的鼓励政策：

○对装机容量大于50kW的光伏建筑系统，给予每瓦20元左右的一次性补贴；

○对光伏发电开始实行《上网电价法》，规定2011年7月1日以前并网发电的项目的上网电价为每千瓦时1.15元，2011年8月1日以后并网发电的项目的上网电价为每千瓦时1.00元。《上网电价法》的实行促进了我国光伏发电事业的发展。很多单位利用这个机会在我国太阳能资源丰富的西北荒漠地区建造了很多数十至数百兆瓦的大型光伏电站；

○鼓励分布式发电项目申报。第一期每省、市上报装机容量原则可达到500MW。鼓励各个企事业单位和人民群众利用屋顶资源等就近建设与建筑物结合的光伏电站，以自发自用为主，多余电力可出售给电网公司；

○大幅度降低光伏发电入网门槛，入网电压小于等于10千伏、装机容量不超过6兆瓦的光伏电站，全都可以申请接入大电网，由国家电网公司提供全过程免费接入服务。解决了我国光伏发电长久未能解决的上电网难的问题。

根据我国光伏产业的中长期目标和十二五规划，我国光伏发电要在2015年实现用户端平价上网，2020年实现发电端平价上网，国内光伏发电的应用也将得到很大发展。按照“十二五”规划，至2015年我国光伏发电装机目标将要达到15GW，但根据发展情况看，这个目标很可能被突破到21GW以上。现在国内各个大公司都在西北太阳能资源丰富的地区建设大规模的光伏电站。另一方面，利用屋顶的太阳能资源，建设分布式的与建筑一体化的光伏发电站（BIPV）的计划也正在实施。

在国家各级政府的支持下，我国太阳电池产业将在调整的基础上继续得到更好的发展!

6 对我国和上海发展太阳电池产业的建议

由于太阳电池产业目前还是一个稚嫩的产业，发展历史比较短，无论在基础理论、材料制备及器件制造工艺方面，都还处在产业成长的初级阶段。太阳电池无论从材料制造、结构设计及工艺设备改进等方面都有很多工作要做。因此政府和企业，对产业进行合理规划、并对产品研究和发展工作给以足够的经济投入和支持，是十分重要的。

下面对我国发展太阳电池产业提出几点建议：

1）促进高效率低成本晶体硅太阳电池的研究和生产

太阳电池产业的最终出路是要使光伏发电成本与燃煤发电成本非常接近，能使用户感到经济便利、乐于采用，所以提高太阳电池的光电转换效率、降低制造成本是关键所在。

目前国内很多太阳电池工厂都研究成功了不少高效率太阳电池，例如尚德公司的“冥王星”电池效率已经达到21%以上，晶澳公司的“赛秀”太阳电池的效率也已经达到21%以上。为了使我国太阳电池产品立于不败之地，攻克高效率、低成本是关键。以离子注入、双面钝化、新型金属化为核心技术的背接触（IBC）高效晶体硅太阳电池可以明显提高太阳电池批产效率至22%以上，并显着提高性价比。为此，建议有关部门重点扶持高效率太阳电池的产业化研究和生产，设立专项基金，攻克技术难点，并进行大力推广。

另外，准单晶硅片替代多晶硅片生产太阳电池可以明显提高太阳电池效率，降低生产成本，目前用准单晶硅片太阳电池的效率已可达到18%以上，今后会成为多晶硅太阳电池的替代品，所以应该大力推广。

2）组织太阳电池制造设备的规模化生产

现在我国太阳电池关键生产设备大多依靠进口，国内生产比较少。在过去几年中，我国已经研制成功了很多设备，例如：非晶硅薄膜太阳电池制造设备，等离子增强化学气相沉积（PECVD）设备、太阳电池组件层压机和多层层压机、太阳电池测试设备、单晶炉、多晶铸造炉、多线切片机等等，但是，很多试制成功的设备没有形成大规模的生产能力。希望政府部门和相关企业共同努力，组织人力物力，研究太阳电池制造和生产中急需的设备，并形成规模化的生产基地，这对推动我国制造业的技术水平的提高和产业发展有很大作用，并会产生很大的经济效益。

目前全世界约2000条太阳电池生产线的升级换代工作正在紧锣密鼓的进行，可显着提高太阳电池的光电转换效率和性价比；此外，为了降低成本，硅片厚度的降低成为必然的趋势，但目前的装备大部分不适用于100μm以下的硅片制造电池片的生产，所以开发新一代具有核心竞争力的太阳电池生产设备势在必行。我国作为太阳电池的生产大国，一定要在太阳电池高端制造装备上有一番大的作为。

3）制订积极的激励政策，大力推动光伏发电的应用

目前我国太阳电池企业的主要困难，仍然是缺乏市场。因此，推广太阳电池在我国的应用，启动国内市场，非常重要。目前世界范围的光伏应用市场规模是地面电站和屋顶系统（包括BIPV）各占半壁江山，但土地资源毕竟有限并且输电成本日益增加，因此几年后与屋顶相结合的应用市场必然占有越来越多的比例。我国有很多的大型学校、场馆、仓库、工厂、医院等公共建筑的屋顶，估计在数十亿m2以上，如果把这些屋顶的太阳能资源利用起来，每年将可以发电数万亿kWh，节约煤炭数千万t，这对于缺少电力和能源的中国来说，是非常值得利用的资源。所以，建议政府部门能采取相应的鼓励政策，推动光伏发电的应用，特别是支持光伏建筑一体化的应用，并发动民间资本投资太阳能光伏发电事业。这不但可以解决我国电力不足问题、而且对推动绿色能源的应用，减少环境和大气污染问题，能起到很好的积极作用。

现以上海为例，如果上海市在近几年内每年能拿出1亿元钱来支持光伏电站的建设，对光伏发电每kWh补助0.4元钱，就可在上海推动250MW光伏电站项目的建设，每年可以发电约2.5亿kWh,以工业用电每kWh0.8元计算，每年可创收2亿元。 另一方面，若以每发1kWh电消耗煤炭350g计算，每年可节约煤炭约8.75万t,减少二氧化碳排放约25万t,具有很大的经济效益和社会效益。所以希望上海市能够加大对市内建设屋顶分布式光伏发电站的投入。

结束语

光芒万丈的太阳为我们提供了用之不竭的清洁能源，估计几十年或数百年后，石油和煤等传统能源将会被人类采尽用竭，到那时太阳能将是我们的最主要能源。利用太阳电池进行光伏发电是利用太阳能的最方便途径，所以不断完善和发展太阳电池产业，提高效率、降低成本、推广应用、使其更好的为人类服务，也许是我们的最佳选择，可见太阳电池产业的前景肯定是美好的！