一、全球能源消耗形勢(shì)及太陽(yáng)能未來(lái)的戰(zhàn)略地位

　　一百年來(lái)，全球能源消耗基本趨于穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，平均每年呈3％指數(shù)增加。盡管許多工業(yè)化國(guó)家能源消耗基本趨于穩(wěn)定，但大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家工業(yè)化進(jìn)程加快（如中國(guó)），能耗不斷增加，因此預(yù)計(jì)全球未來(lái)能源消耗態(tài)勢(shì)仍將以3％的速度增長(zhǎng)。

　　能耗平均呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)所帶來(lái)的后果是十分嚴(yán)重：一方面伴隨著化石燃料消耗的增加，大氣中CO2的含量相應(yīng)增加，地球不斷變暖，生態(tài)環(huán)境惡化，自然災(zāi)害及其造成的損失逐年增加，另一方面將愈來(lái)愈快地消耗掉常規(guī)化石能源儲(chǔ)量。有數(shù)據(jù)表明，世界化石燃料耗盡時(shí)間從現(xiàn)在開(kāi)始只有幾十年的時(shí)間。能源的潛在危機(jī)和生態(tài)環(huán)境的惡化迫使世界各國(guó)積極開(kāi)發(fā)可再生能源。在今后的20－30年里，全球的能源結(jié)構(gòu)必然發(fā)生根本性的變化。專家預(yù)測(cè)，在下世紀(jì)50年代，新能源與可再生能源在整個(gè)能源構(gòu)成中會(huì)占到50％。

　　我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，煤炭占商品能源消費(fèi)的75％，已成為我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源。已經(jīng)探明的常規(guī)能源剩余儲(chǔ)量（煤炭、石油、天然氣等）及可開(kāi)采年限十分有限（表3-6），潛在危機(jī)比世界總的形勢(shì)更加嚴(yán)峻，能源工業(yè)面臨的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展的壓力更大，因此開(kāi)發(fā)利用包括太陽(yáng)能在內(nèi)的可再生能源、實(shí)現(xiàn)能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有應(yīng)該說(shuō)更加迫切、更具重大戰(zhàn)略意義。

表3-6 我國(guó)能源剩余資源探明儲(chǔ)量和可開(kāi)發(fā)年限
二、太陽(yáng)能光伏技術(shù)

　　1．光伏產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)以高增長(zhǎng)速率發(fā)展

　　光伏產(chǎn)業(yè)過(guò)去十年平均呈15％的年增長(zhǎng)率發(fā)展，97、98兩年增長(zhǎng)率達(dá)到30～40％。多年來(lái)光伏產(chǎn)業(yè)一直是世界增長(zhǎng)速度最高和最穩(wěn)定的領(lǐng)域之一。預(yù)測(cè)今后10年光伏組件的生產(chǎn)將以20－30％甚至更高的遞增速度發(fā)展。 快速發(fā)展的屋頂計(jì)劃、各種減免稅政策、補(bǔ)貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價(jià)格為光伏市場(chǎng)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。市場(chǎng)將逐步由邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村的補(bǔ)充能源向全社會(huì)的替代能源過(guò)渡。預(yù)測(cè)下世紀(jì)中葉，光伏發(fā)電成為人類的基礎(chǔ)能源之一。

　　光伏發(fā)電的未來(lái)前景已經(jīng)被愈來(lái)愈多的國(guó)家政府和金融界（如世界銀行）所認(rèn)識(shí)。特別是97年以來(lái)許多發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)紛紛制定光伏發(fā)展規(guī)劃，如到2010年，美國(guó)計(jì)劃累計(jì)安裝4.6GW（含百萬(wàn)屋頂計(jì)劃）；歐盟計(jì)劃累計(jì)安裝6.7GW（可再生能源白皮書(shū)），其中3.7GW安裝在歐洲內(nèi)部，3GW出口；日本計(jì)劃累計(jì)安裝5GW（NEDO日本新陽(yáng)光計(jì)劃），預(yù)計(jì)其他發(fā)展中國(guó)家1.8GW（估計(jì)約10％），預(yù)計(jì)世界總累計(jì)安裝18GW。

　　2． 太陽(yáng)電池組件成本將大幅度降低

　　光伏發(fā)電成本有數(shù)量級(jí)降低的潛力。根據(jù)美國(guó)能源部1996年關(guān)于光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)市場(chǎng)價(jià)格降低的發(fā)展和趨勢(shì)。光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝成本每年以9％速率降低。1996年平均安裝成本約7美元/Wp, 預(yù)計(jì)2005年可降到3美元/Wp, 相當(dāng)于光伏發(fā)電成本0.11美元/kWh，2010年系統(tǒng)安裝成本降到1.7美元/Wp，相當(dāng)于發(fā)電成本6美分/kWh。

　　降低成本可通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模、提高自動(dòng)化程度和技術(shù)水平、提高電池效率等技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)。歐洲就擴(kuò)大規(guī)模對(duì)降低成本的影響進(jìn)行了可行性研究，結(jié)果表明，年產(chǎn)500MW的規(guī)模，采用現(xiàn)有幾種晶硅電池生產(chǎn)技術(shù)，可使光伏組件成本降低到0.71～1.78歐元/Wp，其中1＃和2＃為常規(guī)多晶硅和單晶硅技術(shù)，成本分別為0.91和1.25歐元/Wp, 如表3-7所示。如果加上技術(shù)改進(jìn)和提高電池效率等措施，組件平均成本可降低到1美元/Wp以下，安裝成本1.7美元/Wp的目標(biāo)是合理和可行的�？紤]到下世紀(jì)薄膜電池技術(shù)會(huì)有重大突破，其降低成本的潛力更大。因此下世紀(jì)太陽(yáng)電池組件成本大幅度降低是必然的趨勢(shì)。

表3-7 500MW/年生產(chǎn)規(guī)模，晶硅電池組件成本降低的可行性分析

　　3．光伏產(chǎn)業(yè)向百兆瓦級(jí)規(guī)模和更高技術(shù)水平發(fā)展

　　目前光伏組件的生產(chǎn)規(guī)模在5－20MW/年，下世紀(jì)將向百兆瓦級(jí)甚至更大規(guī)模發(fā)展。同時(shí)自動(dòng)化程度、技術(shù)水平也將大大提高，電池效率將由現(xiàn)在的水平（單晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％）向更高水平（單晶硅18％－20％，多晶硅16％－18％）發(fā)展；

　　4．薄膜電池技術(shù)將獲得突破

　　在降低成本上薄膜電池具有更大的潛力。薄膜電池與常規(guī)電池相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：

　　1）電池活性材料厚度從微米到幾十個(gè)微米，是常規(guī)電池的1/10～1/100,可節(jié)約大量材料；

　　2）可直接沉積出薄膜，沒(méi)有切片損失；

　　3）可采用集成技術(shù)在電池形成過(guò)程中同時(shí)集成為組件，省去組件制作過(guò)程；

　　4）可采用多層技術(shù)，降低對(duì)材料品質(zhì)要求等。因此，薄膜電池具有大幅度降低成本的潛力。世界許多國(guó)家都在大力研究開(kāi)發(fā)薄膜電池。下世紀(jì)薄膜電池技術(shù)將獲得重大突破，規(guī)模會(huì)向百兆瓦級(jí)以上發(fā)展，成本會(huì)大幅度降低，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與常規(guī)發(fā)電相競(jìng)爭(zhēng)的目標(biāo)，從而成為可替代能源。

　　5．太陽(yáng)能光伏建筑集成及并網(wǎng)發(fā)電的快速發(fā)展

　　建筑光伏集成具有高技術(shù)、無(wú)污染和自供電的特點(diǎn)，能夠強(qiáng)化建筑物的美感和建筑質(zhì)量，具有多功能和可持續(xù)發(fā)展的特征；建筑物的外殼能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要占用昂貴的土地, 省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu), 省去輸電費(fèi)用，光伏陣列可以代替常規(guī)建筑材料，從而節(jié)省安裝和材料費(fèi)用，例如常規(guī)外墻包覆裝修成本與光伏組件成本相當(dāng)；光伏系統(tǒng)的安裝可集成到建筑施工過(guò)程，成本又可大大降低；在用電地點(diǎn)發(fā)電，避免傳輸和分電損失（5－10％），降低了電力傳輸和電力分配的投資和維修成本；集成設(shè)計(jì)使建筑更加潔凈、完美，更使人賞心悅目，更容易被專業(yè)建筑師、用戶和公眾接受。

　　太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和建筑的完美結(jié)合體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理想范例，國(guó)際社會(huì)十分重視。國(guó)際能源組織（IEA）于1991年和1997年相繼兩次年起動(dòng)建筑光伏集成計(jì)劃，計(jì)劃的實(shí)施對(duì)建筑光伏集成起了重要開(kāi)拓和推動(dòng)作用，許多國(guó)家相繼制定了本國(guó)的屋頂計(jì)劃，使得建筑光伏集成技術(shù)如旭日東升，蓬勃發(fā)展。

　　例如，1997年6月美國(guó)宣布了“克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)屋頂光伏計(jì)劃”，2010年完成。該計(jì)劃旨在加速和促進(jìn)美國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，把發(fā)電成本降到6美分/kWh以下，起到減排CO2、增加社會(huì)就業(yè)、保持和加強(qiáng)美國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在世界的領(lǐng)先地位和支配地位的作用。歐洲于大致相同的時(shí)間宣布了“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”，于2010年完成。 日本政府在1997財(cái)政年度計(jì)劃安裝9400套4kW的屋頂光伏系統(tǒng)，總計(jì)37MW，是上一個(gè)財(cái)政年度的6倍，是日本1996年生產(chǎn)太陽(yáng)電池組件的2倍，是全世界1996年光伏組件生產(chǎn)總量的41％。日本政府的計(jì)劃目標(biāo)是，到2010年安裝5000MW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。

　　德國(guó)聯(lián)合政府在歐洲百萬(wàn)屋頂?shù)目蚣芟掠?8年10月份提出了一個(gè)光伏工業(yè)20年來(lái)最龐大的計(jì)劃－在6年內(nèi)安裝10萬(wàn)套光伏屋頂系統(tǒng)，總?cè)萘吭?00－500MW，總費(fèi)用約9.18億馬克。該計(jì)劃提供10年無(wú)息信貸，政府提供37.5％的補(bǔ)貼，該計(jì)劃于1999年1月實(shí)施。該計(jì)劃在德國(guó)引起了很大反響，對(duì)德國(guó)的PV工業(yè)將產(chǎn)生不可估量的影響。

　　建筑物自身能耗占世界總能耗的1/3，是未來(lái)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的最大市場(chǎng)。光伏系統(tǒng)和建筑結(jié)合將根本改變太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界能源中的結(jié)構(gòu)中的從屬地位，前景光明。

　　6．下世紀(jì)前半期的光伏發(fā)電將達(dá)到世界總發(fā)電的10-20%

　　專家分析預(yù)測(cè)，未來(lái)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的年增長(zhǎng)率在20-30%之間，光伏發(fā)電將很快發(fā)展成巨大的市場(chǎng)。

　　1997年世界發(fā)電總裝機(jī)容量約2000GW，其中核能約370GW，占17％。世界核電發(fā)展是呈收縮或維持趨勢(shì)，我國(guó)和許多發(fā)展中國(guó)家由于工業(yè)化速度加快，能源短缺，還會(huì)適當(dāng)?shù)匕l(fā)展核能。到下世紀(jì)30－50年代，估計(jì)世界核電將發(fā)展到500－600GW。1998年世界光伏發(fā)電總裝機(jī)容量0.8GW，以2040年計(jì)算，這要求從現(xiàn)在開(kāi)始，光伏發(fā)電每年增長(zhǎng)速度為16.5％。專家預(yù)計(jì)下世紀(jì)前半期的30－50年代光伏發(fā)電將與核電相當(dāng)。

　　石油對(duì)能源的貢獻(xiàn)整整花了100年, 年青的光伏工業(yè)從今天到未來(lái)的重大貢獻(xiàn)所需時(shí)間比石油要短得多。

三、太陽(yáng)能熱利用技術(shù)

　　1．熱水器仍然是熱利用的最大市場(chǎng)

　　目前太陽(yáng)能熱水器商業(yè)化程度最高，許多國(guó)家都得到了較普遍的應(yīng)用，但世界太陽(yáng)能熱水器的平均戶用比例還非常低。1998年世界熱水器的保有量約為5400萬(wàn)m2，戶用比例約1～2％。同日本的20％和以色列的80％相比，相差很遠(yuǎn)；除此之外，服務(wù)業(yè)、旅游業(yè)、公共福利事業(yè)等的中低溫?zé)崴�的�?yīng)用市場(chǎng)也非常大。在下世紀(jì)的前半期，熱水器仍然是太陽(yáng)能熱利用的最大市場(chǎng)。1997年世界太陽(yáng)能熱水器的市場(chǎng)約7億美元。2015年世界人口約70億，屆時(shí)熱水器戶用比例達(dá)到20％（日本今天的水平）, 太陽(yáng)能熱水器的市場(chǎng)將超過(guò)500億美元。

　　1998年, 我國(guó)有500多個(gè)熱水器生產(chǎn)廠家， 年銷售額400萬(wàn)m2，總安裝量約1400萬(wàn) m2，占世界第一位。但戶用比例僅3％。到2015年，我國(guó)人口將近17億，如果戶用比例達(dá)到20％，戶用家庭人均0.5 m2，則要求總保有量1.7億m2，是目前的12倍，其市場(chǎng)十分可觀，也必然是太陽(yáng)能熱利用的最大市場(chǎng)。

　　2．太陽(yáng)能空調(diào)降溫及太陽(yáng)能建筑

　　建筑能耗占世界總能耗的1/3，其中空調(diào)和供熱的能耗占有相當(dāng)大的比例，是太陽(yáng)能熱利用的重要市場(chǎng)。太陽(yáng)能建筑的發(fā)展不僅要求建筑師和太陽(yáng)能專家互相密切合作，而且要求在概念上、技術(shù)上相互融合、滲透、集成一體，形成新的建筑概念和設(shè)計(jì)。目前太陽(yáng)能建筑集成已成為國(guó)際上新的技術(shù)領(lǐng)域，將有無(wú)限廣闊的前景。

　　太陽(yáng)能建筑不僅要求有高性能的太陽(yáng)能部件，同時(shí)要求高效的功能材料和專用部件，如隔熱材料、透光材料、儲(chǔ)能材料、智能窗（變色玻璃）、透明隔熱材料等，這些都是未來(lái)技術(shù)開(kāi)發(fā)的內(nèi)容。

　　3．太陽(yáng)能熱發(fā)電

　　太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)同其他太陽(yáng)能技術(shù)一樣，在不斷完善和發(fā)展，但其商業(yè)化程度還未達(dá)到熱水器和光伏發(fā)電的水平。1980-1985年LuZ公司在美國(guó)加州安裝了354兆瓦商業(yè)化槽式線聚焦發(fā)電系統(tǒng)。90年代以來(lái)美國(guó)能源部通過(guò)“熱發(fā)電計(jì)劃”對(duì)這種系統(tǒng)進(jìn)行考查、分析，確定系統(tǒng)運(yùn)行、維修優(yōu)化方案，對(duì)分系統(tǒng)自動(dòng)化、集熱器的對(duì)準(zhǔn)和凈化、可靠性、分系統(tǒng)效率等進(jìn)行分析。分析考查證明運(yùn)行、維修成本可以降低30％。但十幾年來(lái)這種系統(tǒng)沒(méi)有擴(kuò)大和推廣，可以認(rèn)為只是一種大型的商業(yè)化示范系統(tǒng)。

　　美國(guó)能源部正在通過(guò)“太陽(yáng)能熱發(fā)電”計(jì)劃積極推動(dòng)熱發(fā)電技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程展。該計(jì)劃包括：

　　1）太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)和部件的研究開(kāi)發(fā)；

　　2）與太陽(yáng)能電力工業(yè)合作，開(kāi)發(fā)適用于現(xiàn)在和未來(lái)的熱發(fā)電技術(shù)；

　　3）對(duì)未來(lái)的用戶開(kāi)展教育，使之認(rèn)識(shí)到該技術(shù)的意義。計(jì)劃重點(diǎn)是幫助太陽(yáng)能工業(yè)界開(kāi)發(fā)商業(yè)化產(chǎn)品，改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)使之進(jìn)入近期的市場(chǎng)。

　　“熱發(fā)電計(jì)劃”的另一個(gè)內(nèi)容是工業(yè)發(fā)展計(jì)劃，以推動(dòng)近期熱發(fā)電成本的降低。如SolMaT（Solar Manufacturing Technology Initive）就是一個(gè)降低太陽(yáng)能部件制造成本的計(jì)劃，部件的高制造成本是通向商業(yè)化的重要障礙。SolMaT正在對(duì)現(xiàn)行制造技術(shù)（如定日鏡制造技術(shù)）中的流水線工藝、廢物處理、技術(shù)障礙、樣機(jī)實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)塔式和碟式/斯特林系統(tǒng)部件進(jìn)行類似的研究。

　　歐洲也制定了太陽(yáng)能熱發(fā)電計(jì)劃，內(nèi)容包括：

　　1）開(kāi)發(fā)100－200MW具有成本效率的拋物面槽式系統(tǒng)和塔式接收器系統(tǒng)；建立1－5MW太陽(yáng)/燃油混合碟式系統(tǒng)；

　　2）開(kāi)展太陽(yáng)熱發(fā)電廠系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)；

　　3）在歐洲南部、北非、建立示范裝置；

　　4）制定系統(tǒng)和部件的研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃，包括部件和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)；

　　5）新系統(tǒng)的試驗(yàn)和改進(jìn)；

　　6）開(kāi)發(fā)30MW級(jí)的工業(yè)系統(tǒng)；

　　7）開(kāi)發(fā)市場(chǎng)。

　　從美國(guó)和歐洲的熱發(fā)電現(xiàn)狀和計(jì)劃看出，這些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正處在太陽(yáng)能熱發(fā)電商業(yè)化前夕，政府和工業(yè)界聯(lián)合積極推動(dòng)商業(yè)化進(jìn)程，預(yù)計(jì)2020年前，太陽(yáng)能熱發(fā)電將在發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并逐步向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展。

　　太陽(yáng)能利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)由技術(shù)開(kāi)拓期步入蓬勃發(fā)展時(shí)代。到下世紀(jì)的一、二十年代，太陽(yáng)能發(fā)電成本有可能降低到與常規(guī)電價(jià)相競(jìng)爭(zhēng)的水平，一個(gè)廣泛的大規(guī)模的利用太陽(yáng)能和可再生能源的新時(shí)代－太陽(yáng)能時(shí)代正在來(lái)臨。