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中国光伏20年:江湖风云录(十六)
2021-05-14 00:10:04   来源:中国有色金属报    点击:

 
责编·作者:云翀
 
  二、落地:探索应用
 
  (20世纪70年代~80年代)
 
  4.全球光伏发展情况
 
  据统计,1977年~1988年,世界光伏发展平均增长率为25%,并在前5年的美国工业生产总销量中占比近半。
 
  前文写过,美国在1973年率先制定了政府级的阳光发电计划,自1974年开始,陆续颁布推动能源可持续发展的相关法令,光伏产业被列入发展优先领域,先后出台《太阳能研发法令》《太阳能光伏研发示范法令》《能源税法》《税收改革法》《能源政策法令》等法令,从发展目标、资金、研发等各个方面支持光伏技术及产业的商业化发展。在1975年~1987年之间,美国共投入6.5亿美元、此后平均每年不少于4000美元,用于支持行业发展。1988年,美国太平洋煤气电力公司等发起了PVUSA计划,包括电力公司、政府部门、研究单位的19个成员参与其中,正式将光伏发电列入公共电力规划,定名为Solar2000,目标是到2000年实现太阳电池总产量达到1400兆瓦。更为重要的是,美国各大电力集团还积极参与光伏发电工业的发展,除了PVUSA计划,13家电力公司自发成立了光伏电力集团(UPXG)。IDAHO电力公司投资500万美元的光伏供电计划,美国联合电力公司(IPC)还实施了光伏并网电站计划和德克萨斯门托市政公司SMUDPV计划,纽约电力集团实施了偏僻住户光伏供电计划。
 
  德国更是雄心勃勃,在上世纪80年代末持续发布新的光伏计划,如GTZ的光伏水泵计划,政府“5000屋顶”计划以及向世界市场进军的“ELDURADO”计划等。西门子公司以其强大的经济实力买下了当时美国最大(也是世界最大)的太阳电池厂ARCO SOLAR。在1988年,晶体和非晶平板组件在美国的售价为每瓦4美元~7美元,安装好的系统价格为7美元~15美元,小系统价格偏高。假定系统寿命20年,平均日照较好,运行维修费用较低,则每千瓦时电的电价约为0.3美元~1美元。(当时,大多数美国光电生产线的容量都是5兆瓦,生产率低,不是处于最佳状态,它们主要是被看作试验装置,在扩产后,具有降低成本过半的可能性。)
 
  在这一时期,为了使光伏发电工业稳步发展, 各发达国家都投入了大量资金, 改进电池工艺和开发新型太阳电池, 以降低太阳电池的成本。如英国的BP SOLAR和德国的Telefunken公司买下了澳大利亚马丁·格林教授的高效单晶硅电池技术,并生产出效率高达18%的太阳电池(采用一般工艺的工业化生产的太阳电池效率仅为12%~14%);德国的NUKEM公司建起了一条年生产能力达1兆瓦的MIS电池生产线,电池效率达16%,成本降低了30%。
 
  这里要详细介绍一下BP Solar公司。BP名为British Petroleum,英国石油,是世界上最大的私营企业集团之一。该公司前身是创立于1908年的Anglo-Persian Oil Company盎格鲁·波斯石油公司(APOC)。初时业务进展不大,但第一次世界大战爆发时,英国政府认识到了石油资源的重要性,开始收购该公司股权,该公司也开始向皇家海军提供燃油。战后,英国政府已经拥有达51%之股份,并开展在欧洲各地的业务。1931年,该公司并购了当时与其合作从事行销的壳牌公司,改组出Shell Mex and BP Ltd壳牌麦克斯英国石油公司。不过,公司主要聚焦的波斯湾石油业务,也因伊朗态度的变化而变化。1932年,伊朗曾在战时撤回对APOC的许可,经过一年谈判并承诺更多收益才得以恢复业务。1936年,波斯改成伊朗,该公司亦改名为Anglo-Iranian Oil Company昂格鲁-伊朗石油公司(AIOC)。1953年8月,AIOC经历了伊朗的驱逐后再次回到海外,以40%外资股权方式在伊朗恢复业务,并正式改称英国石油公司(BP)。上世纪60年代,BP就开始关注美国阿拉斯加和欧洲北海的油源开发。这一创举在1970年实现量产,使其能够抗击后来暴发的石油危机。1970年,公司又并购了美国的俄亥俄标准石油公司,而其对光伏产业的投入也非常值得关注。这是世界上第一个将光伏太空电力转入地球商用的公司,是80年代末第一个发明低成本硅锭成长制备技术,并使之商业化的公司,是第一个生产半透明屋顶用组件、在光伏中使用线锯技术、使用热熔金属胶形成电极、发明线链式发射极沉积设备的公司。在此后的光伏发展历程中,诸多重要节点都与之相关,留待后文再叙。
  在这一时期,各国着力开发的新型太阳能电池还有各种薄膜电池,如非晶硅电池、多晶薄膜电池、碲化镉CdTe电池、铜铟锡CuInSe电池(简称CIS)等。发表在1983年《太阳能》上的《多晶硅太阳电池》一文曾写到,多晶硅太阳电池制备工艺简单,成本低,并适于大规模生产(与单晶硅太阳电池相比),已经日益引起人们的重视。不少国家投入了大量的人力和资金对多晶硅太阳电池进行研究,并取得了可喜的进展。美国研制成的多晶硅太阳电池(面积30平方厘米~60平方厘米)的效率已达9.85%,预计近期即可达到11%,批量生产时,每峰瓦可降到0.7美元以下;西德用铸造多晶硅制成的太阳电池,平均效率高于10%,最高可达15%,其成本比单晶硅太阳能电池低20%~30%。近年来,薄膜多晶硅太阳电池的研究有很大进展。可见,研发未曾止步。
 
  除了在太阳电池上的努力,发达国家还非常重视光伏电池市场的开发。上世纪80年代末的光伏电池市场,主要靠通讯部门和边远地区,包括微波中继站、卫星地面站、农村电话系统、边远地区照明、独立光电站、混合电站系统、光电水泵系统等,大约占太阳电池总用量的62%。其他的民用电器,包括太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器、便携式电源等,大约占太阳电池总用量的31%。此外,光伏发电并网系统发展较快,占光伏市场的7%。在这一阶段,光伏发电并网系统可以明显提高电网末端的供电质量,这一结论已经得到广泛认可。
 
  在这方面,尤其值得一提的是日本。日本是能源匮乏、需求量大的发达国家。上世纪七八十年代,其能源消耗占世界总消耗的5%,是仅次于美国的世界第二大能耗国。能源短缺成为制约其经济发展的重大因素。上世纪70年代的石油危机让日本意识到,仅靠传统能源支撑经济发展存在诸多不确定性。在石油危机的刺激下,日本政府开始大力发展核能、太阳能、风能等诸多新能源,并出台了“阳光计划”和“月光计划”,从如何开发新能源和节能两个角度进行了全面规划,这两个规划从1974年7月开始正式公布执行,并取得了显著的成效。也就是说,从上世纪70年代开始,日本就针对自身实际情况,着手重点开发太阳能等新能源相关的基本技术、输送、有效利用和储存等方面问题。
 
  1980年,日本成立国家新能源和产业技术综合开发机构,负责组织实施太阳能技术的开发应用工作,并投入大量人力物力,依托政府和民间的很多研究院所开展具体研发,以进一步降低生产成本、提高电池效率,同时将着力点放在制取生产多晶硅太阳电池的原材料上,即低成本硅精制工艺的开发,并注意高效率太阳电池以及非晶硅太阳电池制造技术的研究。同时,设立专门的太阳光发电系统的学校和工厂,进行实际应用的教学和实验研究,其中还尤为注意独立分散型太阳光发电利用系统以及太阳光发电系统的联接和控制技术的研究开发。对于集中型大功率太阳光发电系统,日本也给予高度重视。尤其值得一提的是,日本对光伏与建筑相结合表现了很大的热情。政府资助了一些大学和公司进行开发研究,如三洋电气公司推出了几种非晶硅电池与建筑材料相结合的产品,一种是做成曲线形传统瓦片形状,每片面积为305平方厘米、输出功率2.7瓦,价格较昂贵,另一种是长宽为90厘米×35厘米的平板非晶硅电池组件,组件背面有突出的“脚”以便于安装,一般可作为屋顶材料。该公司还推出了半透明和不透明的非品硅玻璃组件,用于商业建筑的垂直幕墙,其半透明组件的透光率为30%,作为窗户或天窗材料时还可以减少太阳直射的眩光。这种非晶硅玻璃组件的大小为1.2米×0.37米,高9毫米,重6.4千克。以上光伏组件安装在三洋电气公司、Fsukasa电力公司等办公楼建筑物上。
 
  正是基于持续的相关投入,日本对石油的依赖情况得到了有效改善,从1973年的77%下降到了1989年的57%,初步形成了多渠道的能源供应体制。多晶硅电池的转换率也从最初(1984年)的12%提升到了17%~18%,低成本的非晶硅电池从最初的2%提升到8%,甚至达到了12%。转换率在10年内的翻倍,创造了当时世界最高水平。成本也在逐步降低,太阳能电池的模块成本在1974年为2万日元/瓦~3万日元/瓦,在80年代降到了700日元/瓦~1000日元/瓦,接近于柴油发电的成本。在1985年,日本的太阳能电池产量超过美国,达到了1.3万千瓦,成为世界之最。
 
  在此期间,日本的几家规模光伏企业也逐步占据重要位置:夏普是日本最早一批参与光伏研发的企业,在单晶硅和非晶硅电池方面、效率方面分别取得世界第一的纪录,在研判光伏大势的过程中,公司大力扩张,迅速扩大产能,在随后的90年代就显现出无可替代的霸主地位,成为世界第一。京瓷公司从1980年开始生产太阳能产品且首家量产多晶硅电池,1984年建立光伏研发中心,1991年安装日本首个并网系统。著名的德山公司前身成立于1918年,上世纪70年代末就涉足多晶硅领域,成为日本三大、世界七大巨头之一;1983年,进入电子化工领域,生产电子工业需要的高纯度化学品;1984年建成高纯度多晶硅生产厂,开启了日本和世界德山的多晶硅时代;上世纪90年代继续扩产,随后进入世界前三,占世界两成份额。
 
 

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