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太阳能光伏发电应用与前景

2022-11-06 08:25:39 3038

摘要:太阳能光伏发电概述太阳能是首屈一指的绿色能源,太阳能每秒钟到达地面的能量高达8×10^5kW,假如把到达地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率为5%,每年发电量可达5.6×10^12kW·h,相当于全球能耗的 40倍。大阳能光伏发电(PV...

  1. 太阳能光伏发电概述

太阳能是首屈一指的绿色能源,太阳能每秒钟到达地面的能量高达8×10^5kW,假如把到达地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率为5%,每年发电量可达5.6×10^12kW·h,相当于全球能耗的 40倍。

大阳能光伏发电(PV)是指利用太阳能电池组件将太阳光能直接转化为电能。光伏发电具有转化环节少、资源蕴含量取之不尽、能源质量高、建设周期短、发电方式接近零排放等优势。

太阳能光伏发电产品主要用于三大方面∶一是为无电场合提供电源;二是太阳能用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地灯具等;三是并网发电,这在发达国家已经大面积推广实施。

太阳能光伏(PV)发电工业自 20世纪60 年代诞生开始,已发生了一场深刻的变革。

起初,太阳能光伏发电是昂贵的,超过100 美元/(kW·h),仅在一些超高价值或偏远的地区应用,如在人造卫星和宇宙飞船上使用。

太阳能光伏的应用潜力在于作为一种清洁的、无碳排的(使用阶段)和很低碳排的(包括制造)技术而受到人们青睐。初步的技术突破和制造技术进步已使能源分析家预言,大规模的太阳能利用可望在一定程度上替代化石燃料发电厂。

世纪 80 年代,在美国加利福尼亚州南 Davis 建成称之为"公用设施规模化应用光伏"系统,设置了1MW的光伏电池板。这项大规模的、处于稍为偏远地区的光伏系统于20世纪 90年代后期投入使用。

2006年总的生产量超过 2000MW,对于最佳的应用,所设置光伏设施无补贴时成本现接近 20 美分/(kW·h)。这已是极大的进步,预计在10年内,太阳能光伏将成为改变全球变暖的重要贡献者。

太阳能光伏也可减少对传输和分销系统的需求,给人类提供无排放的电力,因此可直接给城市空气质量和人类健康带来效益。

21世纪以来,一些发达国家纷纷制定了发展包括太阳能电池在内的可再生能源计划。太阳能电池的研究和生产在欧洲、美洲、亚洲大规模铺开。

美国和日本为争夺世界光伏市场的霸主地位,争相出台太阳能技术的研究开发计划,如到 2010年,美国计划累积安装 4600MW(含"百万屋顶太阳能计划"),日本计划累计安装 5000MW(日本"新阳光计划")。

根据欧洲、日本等能源机构预测,2020年,太阳能光伏发电将占到全球发电量的1%;2040年将占到全球发电量的 21%;2050 年左右,太阳能将成为全球主力替代能源。

  1. 太阳能光伏市场发展回顾

2005年世界太阳能产业销售光伏电力1.7GW,接近于核能发电的两倍,发电价值达58亿欧元。

据 2007年9月在美国加利福尼亚州Long Beach 召开的 2007年太阳能发电会议披露的信息,2006年太阳能光伏发电量比上年增长 41%,至 2520MW。

2006年世界光伏设施能力1774MW,比上年增长 19%。

在 2006 年世界光伏设施能力1774MW 中,德国占55%、日本占17%、欧盟其他国家占11%、美国占8%、世界其他地区占9%。

2006年的光伏电池生产以日本为主,占电池生产总量的37%。但德国的光伏电池生产仍占世界总量 55%,为960MW。

日本和德国均是光伏电池生产的领先国。2006年日本太阳能电池模块产量有下降,占市场份额下降7%,而美国生产量增长30%,欧洲增长 42%,西班牙增长超过 200%。

1999年美国曾处光伏销售量领先地位,到 2007年日本则占销售量最大份额。

太阳能电力协会(SPA,Solar Power Association)发布的统计指出,2008年公用事业使用太阳能翻了一番。

SolarBuzz的统计表明,世界太阳能光伏设施已由 2007年的2826MW增加到 2008年的5948MW,比2007年增长 110%。2008年世界 PV工业营业收入达到371亿美元,比上年增长11%,

太能市场方面,据欧洲光伏工业协会统计,2008 年仅前二大市场,西班牙和德国,占了世界总市场的72.9%,前十位市场则占了 96.5%。西班牙在2008年占全球太阳能市场的 45%,占累积设置能力的21%。

发展中的太阳能发电市场方面,年设置量超过10MW。

发展最快的市场包括∶捷克,从2007年5MW 翻了近11 倍,达2008 年54MW;希腊,从2007年 3MW 翻了5倍,达 2008年 15MW;韩国,从 2007年 50MW 翻了五倍多,达到2008年 258MW;西班牙,从 2007年526MW 翻了4倍,达 2008年2.5GW;意大利,从2007年 60MW翻了4倍,达2008年271MW。

  1. 太阳能光伏市场发展预测

欧洲光电产业协会(EPIA)2009年11月公布的预测数据指出,2013年太阳能电池市场规模将为2008年的4倍,达2.23MW。

PEPIA指出,在各国的补贴政策下,市场需求迅速增温,该协会预计2013年全球太阳能市场规模将由2008年的5559MWp增为2.23万MW。

就地区需求来看,2008年占全球8成的欧洲市场至2013年仍可望维持领先地位,但份额将明显下滑,且不及全球的一半;而2007年之前需求不及日本的美国,在总统奥巴马提出绿色能源政策后,需求急剧攀升,预计至2013年市场规模将为日本的近3倍。

另外,市场规模扩增最具潜力的是中国大陆市场。

今后10年内对并网市场规模的预测,按照保守的预测,预计到2017年的综合年增长率为31%。而按照加速预测的发展情况,预计到2017年的综合年增长率为42%

分析人士指出,预计在今后10年将会加快发展,对清洁、可再生能源需求的增长将助推太阳能光伏工业。

  1. 世界各国(地区)的太阳能光伏市场

市场调研机构发布报告,2008年光伏电池和组件制造设备市场销售额达到了44亿美元,太阳能产业持续发展并不断增加新的产能。由于各种薄膜技术的兴起并在2008年第一次进入规模量产,设备市场获得了迅速成长,促使设备供应商也创造了新的收入记录。

经济合作组织(简称经合组织,OECD)部分国家太阳能光伏发电市场的情况如下:

意大利:2008年太阳能光伏发电达150MW,在今后两年内设置能力将会每年翻一番。该国大多数太阳能光伏设置仍小于20MW。

希腊:市场开发主要取决于新颁布的法律。2008年达10MW,预计在20年内市场将至少扩大10倍。

法国:目标是从2007年的45MW提高到2020年的4.9MW

西班牙:到2020年的目标是达到10GW

德国:市场规模从2007年的1100MW提高到2008年的1375MW。

葡萄牙:2008年投运大型42MW设施。

奥地利:2008年能力为4MW。

英国:2007年为2.7MW,2008年达10MW。

瑞士:2007年设置能力为6.5MW。

比利时:2007年设置能力为14MW,2008年达20~25MW

加拿大:2007年设置能力为13.3MW,2008年约为20MW,2010年将达到100~300MW。

澳大利亚:2007年设置能力为20MW,2008年市场约翻一番。

欧洲光伏工业协会(EPIA)公布年度市场数据,2008年全球光伏市场增长至少达到5.5GW,而2007年为2.4GW。其中,按地区排名,西班牙位居首位,德国位居第二。

2008年全球太阳能累积安装总量已达15GW,而2007年为9GW。西班牙以2.5GW几乎占2008年新增安装量的一半,德国以1.5GW排名第二,美国以342MW排名第三,韩国以274MW排名第四,意大利以260MW排名第五,以下依次是捷克(51MW)、葡萄牙(50MW)、比利时(48MW)和法国(46MW)。

2008年全球太阳能产业的产值高达371亿美元。

欧洲光伏工业协会预测,欧盟PV市场将从2008年的4.5GW增长到2013年的11GW;美国PV市场将从2008年的0.3GW增长到2013年的4.5GW;日本PV市场将从2008年的0.23GW增长到2013年的1.7GW;世界其他地区的PV市场将从2008年的0.5GW增长到2013年超过5GW。

欧洲战略咨询公司罗兰贝格于2009年8月中旬分析指出,西方光伏化学工业的发展正处在十字路口,在享受光伏产业带来的无限商机的同时,还面临巨大的结构性调整。

光伏产品供应商面临的结构性调整在于需求和产能的增长在短期内将转移至亚洲,特别是未来领先的光伏产品生产国中国。这种变化给西方光伏化学品供应商带来了新的挑战,未来能否在这个高达数万亿欧元规模的潜在市场上获得成功,则取决于所采取的发展策略。

光伏产业的高投入、低效率一直制约着它在成本上的竞争力,目前,世界上大多数装机容量都集中在德国、日本等能提供可观补贴的国家。而以中国、印度为代表的亚洲市场目前也逐渐从中觅得机遇。

2007年,亚洲(日本除外)光伏装机容量仅占全球总量的2.8%,但预计2030年其份额将超过40%,这主要是受中国和印度经济强劲增长的推动。

中国计划在未来5年内出资32亿欧元提供200万家用光伏系统;印度联邦政府打算通过可再生能源为1.8万个偏远村庄供电。因此光伏产品需求和产能的增长将在短期内转至亚洲。

  1. 世界各国太阳能光伏政策补贴

业内预期2015年前后太阳能光伏发电成本即可与常规能源相当,但现阶段光伏市场需求仍是由政策推动。

各国的补贴政策主要可以分为两类:一类是对安装光伏系统直接进行补贴,如日本;一类是对光伏发电的上网电价进行设定,该方法在德国、西班牙等国显示出巨大威力,刺激了光伏产业迅速发展。另外,如美国加利福尼亚州两种政策混合执行。

日本政府在1994~2003年成功实施一轮补贴,促使2004年日本光伏累计安装量达1100MW,成为当时全球光伏容量最大的国家。

2004年,德国政府启动上网电价法,即著名的EEG法案,导致德国光伏安装量激增,最初的上网电价为3倍的零售电价或者8倍的工业电价。光伏系统在安装后的20年内固定价格,但推迟一年,固定价格下调一定的比率。

在这之后,西班牙、意大利、希腊、法国也都引入了上网电价法,并且补贴程度相对德国而言更加丰厚。

2006年,美国加利福尼亚州开始实施混合两种扶持政策的补贴方案,对中小系统实施投资补贴或上网电价法,对大系统实施上网电价法,初始上网电价为0.39美元/(kW·h),维持5年,逐年降低。

投资补贴法增加了财政支出,从而增加了纳税人的负担,但这种方法实施起来非常方便。

上网电价法使得光伏补贴由电力公用事业的消费者承担,且更加注重光伏发电的实际效果,但增加了管理负担。

另外,投资补贴法主要注重设备安装的容量,忽略了设备的实际运行情况,而上网电价法更有效地促进了光伏设备的使用。

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