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【聚焦】中国光伏20年:江湖风云录(十八)
2021-06-04 09:14:39   来源:中国有色金属报    点击:

作者:云翀
表 1990~2000世界太阳电池产量(单位:兆瓦)
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表 1992~1999世界光伏发电容量(单位:兆瓦)
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表 世界主要多晶硅厂产能(单位:t/a)
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  三、迈进:新政带来光明和希望
  (20世纪90年代)
 
  到了20世纪90年代后期,世界光伏行业迅速发展,各国频出的“阳光新政”让这一源源不断的清洁能源从过去的“高不可攀”落到了寻常百姓的屋顶之上。国际光伏工业在整个20世纪90年代平均增长率约15%,到后期还呈现出了供不应求的局面。
 
  1.全球光伏发展大幕拉开
 
  在20世纪90年代,气候变暖成为困扰世界发展的热点问题,各国都非常关注减少石化能源、减排温室气体、发展低碳环保的新能源等问题。1992年5月22日,联合国政府间谈判委员会就气候变化问题达成公约——《联合国气候变化框架公约》(简称“《公约》”),并于1992年6月4日巴西里约热内卢联合国环发大会(地球峰会)通过。这是世界上第一个为全面控制二氧化碳等温室气体的排放、以应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约,也是国际社会在应对全球气候变化问题上进行国际合作的第一个基本框架。《公约》于1994年3月21日正式生效,旨在控制大气中二氧化碳、甲烷和其他造成“温室效应”的气体的排放,将温室气体浓度稳定在使气候系统免遭破坏的水平上。《公约》对发达国家和发展中国家规定的义务以及履行义务的程序有所确保:发达国家作为温室气体的排放大户,要采取具体措施限制温室气体的排放,并向发展中国家提供资金以支付他们履行公约义务所需的费用。发展中国家只承担提供温室气体源与温室气体汇(“源”是指向大气排放温室气体的任何过程或活动;“汇”是从大气中清除温室气体的任何过程或者活动)的国家清单的义务,不承担有法律约束力的限控义务。《公约》要求,各国的共同目标是将全球平均地表温度的增长控制在2摄氏度之内,而这就意味着到2050年,全球温室气体的净增排放量需要接近于零。反过来,则需要各国通过碳减排来实现能源系统的深刻变革,这种变革还有赖于可持续再生能源的巨大增长,这无疑为光伏发电在随后的加速跨越奠定了良好的开端。
 
  1997年12月,第三次《公约》缔约方大会在日本京都召开。会上通过的《京都议定书》更加具体地指引了新能源的发展方向。《京都议定书》规定,到2010年,所有发达国家排放二氧化碳等温室气体的数量要比1990年减少5.2%,发展中国家没有减排义务。对发达国家来说,从2008年到2012年,必须完成的削减目标是:与1990年相比,欧盟削减8%,美国削减7%,日本和加拿大削减6%,东欧各国削减5%~8%,新西兰、俄罗斯、乌克兰可以将排放量稳定在1990年的水平上。《议定书》同时允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量分别比1990年增加10%、8%、1%,这标志着各国政府第一次考虑接受具有法律约束力的限控或者减排温室气体创新的“合作机制”。基于这个原因,《议定书》纳入了三个基于市场机制、旨在成本有效的实现减排目标的合作减排机制,国际排放贸易(IET),联合履行机制(JI)和清洁发展机制(CDM)。这些合作机制通过减排项目的全球配置,刺激了国际投资,并为全世界各国实现“更清洁”的经济发展提供了重要的实施手段,尤其是CDM,其目的在于通过促进工业化国家的政府机构以及商业组织对发展中国家的友好投资,从而帮助发展中国家实现可持续发展。正是基于需要按期减少碳排放的目标,发达国家纷纷启动了对新能源的扶持计划。《京都议定书》需要占1990年全球温室气体排放量55%以上的至少55个国家和地区批准之后,才能成为具有法律约束力的国际公约,这也为后续低碳减碳发展成为世界热点奠定了基础。
 
  正是减排低碳要求的驱动,各国又开始逐步加大对光伏行业的重视程度,纷纷启动屋顶光伏计划。这些分散式户用光伏系统具有很多优点,特别是如果能将光伏组件与建筑实现一体化,还可以进一步降低造价。公用光伏集团UPVG的研究表明,当光伏系统的安装成本降到3美元/瓦时,就能与常规发电价格相当,可大量进入电网。以当时的市场需求量每年9吉瓦计算,将形成270亿美元的光伏产业市场,无疑将为光伏发电进入电力工业开辟广阔的前景。从1994年开始,全球光伏电池产量和装机量都开始呈现两位数增长,平均增长率达到15%。尤其到上世纪末,世界太阳能市场出现供不应求的局面,发展极为迅速。1997年,世界太阳能电池光伏组件生产达到122兆瓦,超过了集成电路的发展速度。电池产量分别为1998年151.7兆瓦(多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池);1999年世界太阳能电池产量超过201.3兆瓦,这个数值是1990年的5倍,平均增长率高达31%;全球光伏发电总装机容量累计实现了1000兆瓦。产量提升的过程中,各国也通过扩大规模、提高自动化程度、改进技术水平、开拓市场等方式降低成本,并取得巨大进展,商品化电池效率从10%~13%提高到13%~15%,生产规模从1兆瓦/年~5兆瓦/年发展到5兆瓦/年~25兆瓦/年。
 
  从制造企业看,全球当时有30家硅片制造公司,生产集中在美、日、德、韩等国家,其中76%的市场份额控制在5家跨国公司手中。日本的信越、住友、三菱、小松等公司的硅片市场占有率之和近半。
 
  综上所述,在20世纪90年代,从1991年全球新安装仅为14兆瓦,到了1996年就已经高达47兆瓦。1999年,全球新安装125兆瓦,其中日本贡献60%,德国和美国也从每年增加3兆瓦~5兆瓦跃升至15兆瓦~17兆瓦。
 
  从上游原料看,20世纪90年代末,单晶硅太阳电池组件的平均效率己达到13%~15%,实验室最高效率已达到24%。多晶硅太阳电池组件的平均效率也有12%~14%,实验室最高效率己达到19.8%。由于生产规模扩大,生产工艺的改进,晶体硅太阳电池组件的制造成本已降到3美元/兆瓦~3.5美元/兆瓦,组件的售价也降到3.5美元/兆瓦~4.5美元/瓦,单结非晶电池组件原材料成本0.3美元/瓦,售价3美元/兆瓦~3.5美元/瓦,光电系统成本为7美元/兆瓦~9美元/瓦。
 
  当时,多晶硅的生产主要集中在美、日、德三国,世界市场由7家公司占有。以1998年为例,当年的多晶硅产量为1.62万吨,这当中日本的德山曹达、美国的赫姆洛克和德国瓦克就占了63%。当时,多晶硅生产能力能够满足集成电路及功率器件发展的要求,用户不经腐蚀、清洗,直接装炉,多晶硅质量好,产品稳定,N型电阻率超过1000欧·厘米。改良西门子法技术的完善与发展,使原辅材料及能耗大为降低。
 
  20世纪90年代,各国的研发工作一直在持续推进,其中,以晶硅材料为基础的高效电池和薄膜电池,是基础研究工作中的热点课题。澳大利亚南威尔士大学高校单晶硅电池效率达到24.4%,美国、日本、德国的高校电池效率达到23%以上。新南威尔士大学多晶硅电池效率突破19.8%(1平方厘米),美国、德国等超过18%。晶硅电池的这些成就极大地促进了产业的发展。在此阶段,薄膜电池的研究工作主要集中在非晶硅薄膜电池、CdTe、CIS和多晶硅电池上。非晶硅薄膜电池主要通过双结和三结迭层电池,在克服光衰减和提高效率上不断有新的突破,实验室稳定效率突破15%。CdTe电池效率达到15.8%,CIS电池效率超过17%。而且都有电池效率约10%的中试规模生产线。多晶硅薄膜电池的研究工作自1987年以来发展迅速,成为世界关注的热点。1995年,澳大利亚新南威尔士大学与太平洋能源公司合作,投资500万美元,计划用7年时间开发出此种薄膜电池的产业化技术,然后建立20兆瓦生产线。此间,瑞士联邦技术研究所还研发出氧化钛经过光敏染料敏化形成的电池,效率突破11%。
 
 

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