能源与环境问题是制约世界经济和社会可持续发展的两个突出问题。工业革命以来,石油、天然气和煤碳等化石能源的消费剧增,生态环境保护压力日趋增大,迫使世界各国必须认真考虑并采取有效的应对措施。节能减排、绿色发展、开发利用各种可再生能源已成为世界各国的发展战略。
太阳能属于可再生能源的一种,具有储量大、永久性、清洁无污染、可再生、就地可取等特点,因此成为目前人类所知可利用的最佳能源选择。自上世纪五十年代美国贝尔实验室三位科学家研制成功单晶硅电池以来,光伏电池技术经过不断改进与发展,目前已经形成一套完整而成熟的技术。随着全球可持续发展战略的实施,该技术得到了许多国家政府的大力支持,在全球范围内广泛使用。尤其在二十一世纪,光伏产业以令世人惊叹的速度向前发展。2000年至2016年间,全球累计装机容量自1,250MW增至304,300MW,年复合增长率高达40.98%。
(2)光伏产业的格局从欧洲一枝独秀发展为全球百家齐放
2、光伏产业发展前景
(1)全球能源转型为太阳能提供了广阔的市场空间
一次能源的占比
各类能源每年需求的增长
①在技术的推动下,光伏电池效率持续提升
系统发电效率影响因素包括了光伏电池组本身的转化效率、系统使用效率和并入系统电网前的中间损失等等,其中,光伏电池组本身的转化效率起着基础性的作用,而决定光伏电池组转换效率的是太阳能电池的光电转换效率。近年来,中国太阳能电池与组件规模迅速扩大,光伏电池制造技术进步不断加快,产品质量位居世界前列,商业化产品效率平均每年提升约0.3%~0.4%。2015年我国单晶硅和多晶硅太阳能电池转换效率4平均分别达到19.5%和18.3%。国家能源局在2016年12月30日公布的《能源技术创新“十三五”规划》中提出将推动高效、低成本晶体硅电池商业化关键技术之研发与应用,要在2020年前将晶硅太阳能电池效率提高到23%以上。
②光伏发电系统单位建设成本持续下降
光伏电站初始投资大致可分为光伏组件、并网逆变器、配电设备及电缆、电站建设安装等成本,其中光伏组件投资成本占初始投资的50%~60%。因此,光伏电池组件效率的提升、制造工艺的进步以及原材料价格下降等因素都会导致光伏发电成本的下降。组件是光伏系统最大的成本,而组件的价格变化取决于硅片价格,硅片价格又取决于其上游原料多晶硅,多晶硅价格变动对组件乃至光伏系统的价格变动有着决定性的影响。2000年以前,多晶硅价格基本保持在25美元/公斤的水平,随着光伏市场的扩容,在2006年后价格一度飙升到400美元/公斤,这导致了全球上马了大量的多晶硅产能。2011年后,多晶硅价格泡沫破裂,近年来维持在14-17美元/公斤左右。目前国内多晶硅先进生产企业的生产成本降至10美元/公斤5以下,随着硅烷流化床技术的应用,多晶硅生产成本还将进一步降低。
此外,在光伏产品生产过程中,随着单炉产出的提升、金钢线切割等技术的推广应用,非硅成本也在不断下降。因此,近几年来太阳能电池组件的成本大幅下降。2010~2015年,世界光伏组件价格累计下降了75%~80%6。2016年,我国晶硅太阳能电池组件生产成本已下降至2.5元/瓦7以下。伴随着太阳能电池效率的持续提升和组件成本的大幅下降,再加上光伏发电装机快速增加产生的规模化效应和光伏发电产业链的逐渐完善等因素,不仅光伏组件价格下降,逆变器价格也大幅下滑,光伏电站系统成本降至7元/瓦8左右,光伏发电成本在“十二五”期间总体降幅超过60%9。2016年,我国资源较好的地区的光伏发电成本已下降至0.65元/度10水平,不断逼进平价上网。按照《太阳能“十三五”规划》,到2020年,中国光伏发电电价水平在2015年基础上下降50%以上,在用电侧实现平价上网。可以预见,随着太阳能光伏发电成本的不断下降,太阳能光伏发电将在能源消费中占据重要的席位,不但能替代部分常规能源,而且有望发展成为能源供应的主体。
(3)光伏发电应用多元化、多样化进一步拓展了光伏市场的空间
目前,我国大型地面电站占据光伏装机总量的80%以上,但近年来,我国政策在鼓励建设光伏电站的同时,积极促进光伏应用不断向其他产业渗透,光伏发电的应用模式因此开始多样化。现阶段,我国光伏电站开发呈现与农业、养殖业、矿业、生态治理相融合的多元化发展趋势,开辟了各种与光伏行业结合应用的新模式。光伏水泵、光伏路灯、光伏树及光伏消费品等光伏应用产品型态逐步多样化。2016年12月16日,国家能源局发布《太阳能发展“十三五”规划》,“十三五”期间,我国将按照“创新驱动、产业升级、降低成本、扩大市场、完善体系”的总体思路,大力推动光伏发电多元化应用。
①大力推进屋顶分布式光伏发电
“十三五”期间,国家将继续开展分布式光伏发电应用示范区建设,到2020年建成100个分布式光伏应用示范区,园区内80%的新建建筑屋顶、50%的已有建筑屋顶安装光伏发电。在具备开发条件的工业园区、经济开发区、大型工矿企业以及商场学校医院等公共建筑,采取“政府引导、企业自愿、金融支持、社会参与”的方式,统一规划并组织实施屋顶光伏工程。在太阳能资源优良、电网接入消纳条件好的农村地区和小城镇,推进居民屋顶光伏工程,结合新型城镇化建设、旧城镇改造、新农村建设、易地搬迁等统一规划建设屋顶光伏工程,形成若干光伏小镇、光伏新村。
②拓展“光伏+”综合利用工程
国家鼓励结合荒山荒地和沿海滩涂综合利用、采煤沉陷区等废弃土地治理、设施农业、渔业养殖等方式,因地制宜开展各类“光伏+”应用工程,促进光伏发电与其他产业有机融合,通过光伏发电为土地增值利用开拓新途径。探索各类提升农业效益的光伏农业融合发展模式,鼓励结合现代高效农业设施建设光伏电站;在水产养殖条件好的地区,鼓励利用坑塘水面建设渔光一体光伏电站;在符合林业管理规范的前提下,在宜林地、灌木林、稀疏林地合理布局林光互补光伏电站;结合中药材种植、植被保护、生态治理工程,合理配建光伏电站。
③创新分布式光伏应用模式
国家将结合电力体制改革开展分布式光伏发电市场化交易,鼓励光伏发电项目靠近电力负荷建设,接入中低压配电网实现电力就近消纳。各类配电网企业将为分布式光伏发电接入电网运行提供服务,优先消纳分布式光伏发电量,建设分布式发电并网运行技术支撑系统并组织分布式电力交易。推行分布式光伏发电项目向电力用户市场化售电模式,向电网企业缴纳的输配电价按照促进分布式光伏就近消纳的原则合理确定。因此,太阳能光伏市场应用将呈现宽领域、多样化的趋势,适应各种需求的光伏产品将不断问世,除了大型并网光伏电站外,与建筑相结合的光伏发电系统、小型光伏系统、离网光伏系统等也将快速兴起。光伏发电具有广阔的前景并将最终占据重要的战略地位。
(4)国内外市场需求情况
①中国市场:仍有巨大发展空间
在国家政策的扶持下,中国光伏行业发展迅速。2013年至2016年,中国连续四年光伏发电新增装机容量世界排名第一,2016年新增装机容量34.54GW,同比增长126.31%,占全球新增装机总量市场份额由2008年的0.60%增长到2016年的45.65%,累计装机容量在2016年末达到77.42GW,继2015年超越德国之后继续保持世界第一。尽管近年来,为实现光伏发电平价上网,对光伏企业形成降本增效、降低光伏产品价格的倒逼机制,国家根据光伏发电发展规模、发电成本变化情况等因素,逐步调减光伏电站标杆上网电价。但在分布式光伏、“领跑者”计划以及光伏扶贫项目的推动下,中国光伏仍有巨大的发展空间。2017年前三季度,全国光伏发电新增装机达到42GW,同比增加近60%,超过2016年全年34.54GW的装机量,其中,分布式光伏的装机量约15GW,占新增装机量的37.50%,同比增长幅度在300%以上。