国内外太阳能产业发展调研报告

1 太阳能产业发展调研报告 06 年 8 月 30 日 2 目 录 引 言 第一章 太阳能光热产业发展及趋势 第一节 我国太阳能光热应用现状 1.综 述 2太阳能热水器 3太阳能地板采暖 4太阳能空调技术 5太阳能干燥除湿技术 6. 太阳能热发电技术 7太阳能海水淡化 第二节 我国太阳能光热产业发展 1 光热 产业发展现状 2.太阳能光热产品优势 3.太阳热水器国内市场销量 4.太阳热水器出口看好 第三节 太阳能光热 利用产业发展趋势 3 1.内需旺盛 2.规模扩大 3.太阳能与建筑一体化 4.太阳能热利用发展的重点 5.我国太阳能热利用发展的目标 第四节 发达国家太阳能热利用 现状及趋势 1.美国太阳能热利用 2.西欧太阳能热利用 3.日本 太阳能热利用 4 .韩国 太阳能热利用 5. 太阳能 热利用产品国际 市场分析 第二章 太阳能光电产业发展状况及趋势 第一节 太阳能光电发展状况 第二节 光伏新技术发展趋势 第三节 国外光伏市场发展 现状与趋势 1 德国 :巴伐利亚州将建成大型太阳能发电场 2.日本：自家发电还能卖给政府 3.韩国： 2006 年将建设世界最大太阳能电厂 4.以色列：立法推动太阳能开发 4 第四节 太阳能光电应用 1.太阳能光伏电站 2.太阳能光电制氢 3.太阳能汽车 第三章 发展太阳能产业对东莞市的意义及作用 1.发展阳光经济，建设节能东莞 2.审时度势，实现东莞经济结构调整 3.近水楼台先得月 4.未雨绸缪，应对“后石油时代” 第五章 东莞发展太阳能产业的基础和条件 1. 东莞市政府重视太阳能的开发利用 2.太阳能龙头企业在东莞 3 发挥技术资金优势，转化产业优势 太阳能产业发展调研报告 5 摘 要： 太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用 的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，其开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。当前，太阳能开发利用技术及其推广应用突飞猛进，成为全球发展最快的能源。 2005 年，全球太阳能电池的销售量增加了 40% ，太阳能热水器正以其优良的性能价格比不断地冲击燃气、电热水器市场，年平均递增速度高达 20%-30%，已形成行业；太 阳能热电站也已商业化，是大型太阳能电站的希望所在；光电 技术发展更快，表现在光电转换效率的不断提高和光电池制造成本的不断下降以及各种新型太阳能电池的问世。各国对太阳能的开发利用给予了极大关注，突出表现在各国政府推出的 光伏计划，如德国的“千顶计划”，日本的“朝日七年计划”以及美国的“百万屋顶计划” 等。以色列在其房屋太阳能热水器安装率达 80%的情况下，更是明文规定，凡新建房屋必须 配置太阳能热水器。我国太阳能开发利用有其成功之处，但也存在诸多问题和不足。在综合 分析我国太阳能开发利用现状的基础上，对进一步发 展东莞市太阳能产业进行了如下思考： 重视太阳能 开发利用，迎接太阳能经济时代；加大投资力度，实施强化的光电、光热发展战略；加大政策 优惠程度，扶植太阳能产业；发挥东莞资源优势，转化太阳能产业优势。 引 言 人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢，现代意义上的开发利用只是近半个世纪的事情。 1954 年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是 70 年代爆发的世界性的石油危机有力地促进了太阳能开发利用。经过 近半个世纪的努力，太阳能利用技术及其产业异军突起，成为能源工业的一支生力军。 6 在跨入 21 世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点、难点问题。而能源问题将更为突出，一方面，常规能源的需求剧增和能源资源严重匮乏，另一方面，化石能源的开发利用带来了一系列诸如环境污染，温室效应等问题，目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步 ， 大规模地开发利用可再生洁净能 源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在 21 世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担当重任，成为 21 世纪后期的主导能源。如果说 20 世纪是石油世纪的话，那么 21 世纪则是可再生能源的世纪，太阳能的世纪。 世界各国，尤其发达国家对 21 世纪的能源问题都特别关注。各国专家都看好太阳能等可再生能源，尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消费中占很小的一部分。据权威专家估计，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的 3/5，燃料市场的 2/5。在世界能源结构转换中， 太阳能处于突出位置 。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，太阳能将在 21 世纪初进入一个快速发展阶段，并在 2050 年左右达到 30%的比例，次于核能居第二位， 21 世纪末太阳能将取代核能居第一位。壳牌石油公司经过长期 研就得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更乐观地估计，到 2030 年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。正如世界观察研究所的一期报告所指出：正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。 太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归结为太阳能光热利用和光电利用两个方面。 第一章 太阳能光热产业发展及趋势 第一节 我国太阳能光热应用现状 7 1.综 述 当前太阳能热利用最活跃、并已形成一个朝气蓬勃的产业。太阳能热利用可归纳为太阳能热发电 (能源产出 )和建筑用能 (终端直接用能 包括采暖、空调和热水 )。 中国从 20 世纪 50 年代开始太阳能集热器的研究，在高温集热器、中温集热器及应用技术方面都进行过一定的研究，但目前只有低温集热器及其应用技术最成熟，其中太阳能热水器已形成了相当的规模，已形成中国可再生能源领域中最大的产业之一；太阳能干燥器和被动太阳房技术日趋成熟，也得到了相当规模的推广及应用 。 太阳能热发电技术研究已经取得突破，各地争相筹建示范工程，势头看好。 2太阳能热水器 太阳能热利用技术的核心部件是集热器。从“七五”至“十五”的科技攻关，并成功将一大批科研成果转化为生产力，如：铜铝复合平板太阳集热器、全玻璃真空太阳集热器及热水器，特别是立式单靶磁控溅射铝 -氧铝 -全玻璃真空太阳集热管技术的成功转化全面带动了我国太阳能热利用的产业化进程。太阳热水器企业，尤其是大型企业也积极开发生产与建筑结合的新技术、新产品，如分体式、阳台壁挂式热水器、模块式太阳集热器。 3太阳能地板采暖 太阳能地板采暖 是近几年在我国兴起的一种新的建筑采暖形式。其采暖用水的温度较低，地板与房屋之间的热交换主要通过辐射来完 8 成，整个房间的温度湿度合理，舒适度高。集热和采暖循环是两个独立的系统；系统配备电加热辅助系统。一般当太阳能集热面积足够时，电加热的开启时间可以推迟到 23 点以后，此时正是峰谷电价的谷段，经济性好。太阳能采暖技术具有推广价值，已列入建设部建筑节能技术政策范畴和建筑节能“十五”计划和 2010 年规划。 4太阳能空调技术 经过几十年的发展，太阳能空调技术已经开始迈入实用化阶段。“ 太阳能空调”列入“九五”科技攻关计划 ，并取得一系列的成果。05 年初，由广东省科技厅组织，并委托中国科学院广州分院主持，在广州能源所召开了广东省科技计划项目“新型高效太阳能制冷空调技术”项目验收会。 据介绍，该项目主要完成了三方面的研究工作：一是溴化锂吸收式制冷机竖管降膜传热试验研究；二是小功率溴化锂吸收式制冷机研制；三是建成 10kW 太阳能空调系统。小型溴化锂吸收式制冷机和竖管降膜换热器的研制是该项目的研究特色和创新，减小了设备体积，增强了换热效率，为太阳能空调系统的成功应用和开辟新的市场做出了很好的示范。 中科院广州能源研究所研制的太阳能空 调热水系统，已在广州江门市投入运行。其中，制冷用热水温度 65 75，生活热水温度55 60，采用 500 平方米高效率平板集热器，一台 100kW 两级吸收式制冷机可满足超过 600 平方米的空调负荷。 北京市太阳能研究所在山东省乳山市建成 100kw 太阳能空调系统，采用热管式真空管集热 9 器、中温运行的单级吸收式制冷机。 太阳能空调步入商品化主要障碍是经济成本问题，只有集热器制冷机成本大幅度下降才能早日实用化。 5太阳能干燥除湿技术 太阳能干燥除湿技术总得来说是成熟的，但太阳能干燥除湿没有形成商业化规模。这是由 于太阳能干燥除湿有较强的技术性和针对性，特别是与干燥除湿工艺和季节有密切关系。 在珠三角地区，室内空气湿度大，家用型太阳能干燥 除湿 技术最有望在这一地区率先得到发展。 6. 太阳能热发电技术 80 年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。 Luz 国际公司在美国南加州自 1984 年至 1991 年共建造了 9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总功率为 354MW，约占当地电网容量的 2%。 9 座电站中最大的容量为 80MW，约有 900条聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在 1991 年取消对太阳能电站 的投资减免税优惠政策 ，迫使第 10 号电站停建，公司宣告破产。另一颇具实力的 Solel 公司也在致力于太阳能热发电，它于 1992 年接收了破产的 Luz 公司的技术，将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲 。 Solel 公司自称具有建造 300MW 大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造 一座 70MW 的槽型太阳能热发电装置，并计划在以色列建一座 200MW 的电站，同时正在洽谈在北美洲和 10 另两洲建三座电站，每座 200 300MW。 Solel 公司在澳大利亚和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体，在 2000 年悉尼奥 运会期间，为奥运村旅馆和运动会主会场提供 10MW 的电力。希腊政府 1997年开始实施一项 500MW 的太阳能热发电项目，已于 2003 年完工，是世界上最大的太阳能电站。此外，它的阿莫科石油公司将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站。 太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是： 30 80MW线聚焦抛物面槽式太阳热发电技术 (简称抛物面槽式 )； 30 200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术 (简称塔式 )； 7.5 25kW 的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术 (简称抛物面盘式 )。在上述三种技 术中，抛物面槽式 领先一步，美国加州的 9 座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展现状；塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术，目前只有美国巴斯托建的一座叫 “ Solar”的电站，功率 43MW，该电站成功运行两年后，两家美国电力公司计划建两座100MW 的电站。为了提高塔式电站的效率，有人提出了一种新想法， 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置，采用甲烷重整工艺，以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电，可以在偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式，太阳热 发电技术在经济上是可行的， 而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中，由于技术进步及容量的增大，电站的装机造价和发电成本显著下降，1984 年号电站 (14MW)造价为 5979 美元 /kW，发电成本 26.5 美分 11 /kWh；到 1990 年的号电站 (80MW)，造价降至 3011 美元 /kW，发电成本降到 8.9 美分 /kWh.。因此，抛物面槽式在太阳能丰富的地区，经济上已能与燃油的火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进 Luz 公司太阳能热电站进行估算，如果考虑设备的折旧和还贷，太阳能热电站和火力 发电站的发电成本均为 1.1 元 /kWh，如果不考虑设备折旧，仅计入运行和维护费用，则太阳能电站的发电成本为0.1 元 /kWh，而火力发电站的成本为 0.8 元 /kWh.。有人估算过 13 种太阳热电站在不同日照射条件下的发电成本，结果表明，随着年产电量的增加，主要是随着机组容量的增大、日射强度的增高、部件和系统的进一步改进，发电成本显著下降。专家认为， 太阳能热 发电 方面，从成本和适于大规模化的角度考虑，以塔式聚光为基础的大规模太阳能热电站应是我国的选择。 7太阳能海水淡化 太阳能海水淡化处于实验研究阶段，落后发达国家 年。 第二节 我国太阳能光热产业发展 1 光热 产业发展现状 太阳热水器是 第一个实现商业化的可再生能源产业。 根据可持续发展战略，太阳能热利用大有用武之地。 太阳能热水器是我国太阳能利用中应用最广泛、产业化发展最迅速的领域。由我国自主开发生产的全玻璃真空太阳集热器的科技水平、制造技术、生产规模均处有国际领先水平，且生产成本低廉，具有较强的国际竞争力。目前中国已成为太阳热水器第一大消费及制造国。 据不完全统计，我国太阳热水器生 12 产企业 （包括相关企业，如玻璃生产、真空镀膜设备生产、焊接设备、聚氨酯发泡设备及自动 控制仪表零配件的生产等）已超过千家，但绝大多数是中小企业。据 2003 年不完全统计， 年产值亿元以上有 10 家企业，包括广东五星太阳能公司（华南地区唯一过亿的太阳能企业）；产值 5000 万以上的 29 家中。 年产值超过 1000 万元的较大型和大型企业约 100 家，从事生产的企业职工约 6 万 7 万人，包括营销人员、研发人 员总行业人数超过 50 万人。 年产值 150 多亿元，初步形成了原材料加工、产品开发制造、工程设计和营销服务的产业体系，有力地带动了玻璃、金属、保温材料和真空设备等相关行业的发展，成为一个产业规模迅速扩大的新兴产业。 我国太阳热水器企业分为民营企业、股份制企业和国有企业，其中前两种资本占绝大多数。产业发展尚处于春秋战国时期。 2.太阳能光热产品优势 太阳能热利用产品由于采用太阳能为热源，运行、使用费用相比于其它产品低的多。 随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐显露出来。表 1 为三种热水器的经济指标比较结果，从中可以看出，太 阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。 表 1 三种热水器经济指标对比 13 项目 品种 寿命(年 ) 使用天 数(天 /年 ) 购置费用(元 ) 运行费用(元 /年 ) 总投资(元 ) 备 注 太阳热水器 15 360 2300 250 6050 均以日产热水40计算 电热水器 5 360 300 1000 15900 燃气热水器 5 360 300 5003 75945 3.太阳热水器国内市场销量 我国太阳热水器行业进入 20 世纪 90 年代后期得到了迅猛发展。太阳热水 器市场的发展进入快速增长、良性发展的阶段。 1998 年至2005 年太阳热水器总产量与总保有量见表 2。 表 2 1998 2005 年太阳热水器销售总量 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 年产量 （万平方米） 350 500 640 820 1000 1200 1350 1500 保有量 （万平方米） 1500 2000 2600 3200 4000 5000 6200 7500 图 1 1998 年 2004 年太阳热水器总产量与总保有量变化 010002000300040005000600070001998 1999 2000 2001 2002 2003 2004年产量（万平方米）保有量（万平方米）目前我国生产销售的太阳热水器类型品种很多，但基本上可以分为 真空管、平板、闷晒式三大类。 近二三年来，真空管热水器市场份 14 额增长速度很快，而闷晒型和平板型相对增长较慢。 2005 年，我国年太阳热水器产量达到 1500 万 m2，其中真空管热水器产量为 1277 万 m2，占总产量的 87.5%；平板热水器产量为 210万 m2，占总产量的 11.3%；闷晒型热水器产量为 13 万平 m2。 图 2 2005 年太阳热水器产品结构 由我国自行 研制和开发的全玻璃真空管太阳热水器是国内目前的主流产品。 由于我国是发展中国家，经济欠发达，为满足广大客户的需要，故太阳热水器产品绝大多数是价格比较便宜的非承压产品，承压产品极少，真空管热水器多，平板热水器少，整体热水器多，分离热水器少，而国外产品则与我国相反。 4.太阳热水器出口看好 我国太阳热水器价格低，产品质量不断提高，具有一定的国际竞争力。我国太阳热水器出口额 2000 年为 640 万美元， 2001 年 1000万美元，上升了 56%。 2005 年出口额与 2004 年相比又有大幅度上升。产品主要销往欧洲、非洲、澳 洲和东南亚等 30 多个国家和地区。 广东五星太阳公司太阳热水器获得澳洲、欧洲有关认证，大量外 15 销，供不应求。 第三节 太阳能光热利用产业发展趋势 太阳热水器是一种具有节能、环保、经济、使用方便的绿色能源产品，应用太阳热水器是解决我国广大居民生活用低温热水和工农业生产低温用热的现实、经济、有效的途径，具有广泛的发展空间和巨大的市场潜力；太阳能空调及采暖、热水器技术与建筑相结合，是减小建筑能耗的一条行之有效、绿色环保的可持续发展之道，对我们这个能源资源缺口较大的发展中国家来说，具有重大的意义。 1.内需旺盛 生 活热水成为小康生活的一个重要指标。 目前我国人均太阳能热水器使用量低，按我国 2000-2015 年新能源和可再生能源产业发展规划，到 2015 年，我国热水器保有量达到 2.7 亿 m2，可产生生活热水 83.9 亿吨。 2020 年我国太阳热水器总计达到 5.0 亿 m2，可产生生活热水 220 亿吨。由以上数据分析认为， 2020 年每百人太阳热水器使用量 30m2，人均每天需要生活热水约 40kg。基本达到目前欧洲太阳热水器占有水平。届时太阳热水器可以满足全国 1/4 家庭的生活热水需求。 中国有 13 亿人口， 75%生活在农村，这是太阳能利用 的巨大市场。改革开放以来，农村经济增长很快，大量的农宅和小城镇住宅对生活热水的需求大大增加。 2000 年我国村镇房屋建筑总面积约 175 亿平方米，在此后 15 年内将新增 85 亿平方米，这样村镇总住宅建筑面积达到 260 亿平方米。到 2020 年，如果农村太阳热水器的普及率达到 16 了 25%，全国农村太阳热水器的拥有量将达到 1.7 1.8 亿平方米，占全国总量的 60%左右，对保护生态环境，防止水土流失，积极妥善解决农村小康生活用能问题起到重要作用。分散的村镇采用天然气或电能作为日用能源，无论在技术还是在经济上都是不可取的，这些都为开辟农村太阳热水器市场提供了机遇。 2.规模扩大 2020 年前，将建成具有国际竞争力的现代化装备的太阳热水器工业。 2010 年年生产能力达到 26003000 万平方米， 2020 年700010000 万平方米，出口份额占世界市场的 2030%。建成年生产能力 100200 万平米的 510 个具有国际竞争力的大型企业。 3.太阳能与建筑一体化 承压、分体式太阳热水系统与建筑一体化是建筑节能的发展趋势。国家已将太阳能热利用纳入了建筑节能范畴，为太阳热水系统建筑一体化奠定了重要的政策基础。 建筑节能在国家能源节约战略中 的重要地位 。建筑业，交通运输和工业一直是三大耗能用户，在发达国家建筑能耗已占总能耗的 25 40。在建筑能耗中，采暖，制冷，空调和热水占 75。太阳能低温热转换技术能实现以合理成本来满足部分建筑用能的需求。因而它作为一种建筑节能技术将有宽广的市场。商品住宅开发已成为国民经济的主要支柱产业之一。据 1996 年统计：已建成的建筑有 310m2，在 1995 2000 年间新建住宅 55 亿m2，到 2010 年新建住宅将增至 150 亿 m2，建筑用能亦将急剧增加。为此，建设部制定了建筑节能技术政策 1996 2010），其目标 17 是在 1996 2000 年，在新建住宅的采暖能耗要在 1980 年当地通用设计能耗的基础上节约 50；从 2005 年起新建住宅的采暖能耗因在2000 年的基础上再节约 30。文件指出：在太阳能较丰富的地区要积极推广太阳能利用。它将太阳能热利用纳入国家建筑节能的范畴，为太阳能利用发展奠定了重要的政策基础。目前在城市中 30的家庭拥有热水设备。生活热水能耗将是建筑能耗中不可忽略的份额。而太阳热水技术是目前太阳热利用中最为成熟的技术，用太阳能解决住宅的部分生活热水将是太阳能在建筑中应用的首选。 目前，我国太阳热水器与太阳能 建筑相结合还处于起步阶段，由于经济技术水平及建筑风格的差异，发达国家的太阳能建筑设计方案在我国并不完全适合。且由于我国热水系统的技术尚未成熟，较好技术也没有得到广泛推广。因此相对于零散家庭用户，目前集体安装与热水工程的市场销售份额较低，仅占 20%。但是由于太阳热水系统的利润空间较大，市场前景广阔，预计将成为以后产业发展的主要增长点。 与建筑的一体化是太阳热利用发展趋势。 开发太阳能与建筑结合的集成技术，包括工程规划、设计与工艺技术、与常规能源互补技术、控制技术，使太阳能成为安全、稳定、可靠的在建筑上应用的低温 供热能源。太阳能与建筑结合，建筑也必须是节能建筑。主、被动式太阳房就是节能效果极为显著的节能建筑，国家有关部门应给予高度重视，特别是在我国广大农村应予以大力推广。 在国家政策的支持下，全国各地建成了很多太阳能示范小区。随 18 着太阳能与建筑结合的试点工作取得较好成效，商业化的需求也在逐渐增长。 在建筑中，如学校、宾馆、洗浴中心和住宅小区采用太阳热水器提供生活热水不断增加 ， 厂家和经销商都在积极推广太阳热水器在工程上的应用（集体安装或热水工程）。 太阳能热水器工程化应用正在起步，必将有一个大的发展。 4.太阳能热利用发展 的重点 2020 年我国太阳能热利用技术总体水平要达到国际先进水平。重 点是太阳能低温热水技术，不论在水平上，还是在科技产业化的规模上要居于国际领先地位，成为国际太阳能低温设备加工、进出口基地；太阳能采暖和空调要达到实用化，科技成果向生产力转化，大面积推广应用，基本实现产业化，使太阳能的中高温利用技术达到或接近国际水平。 科技进步，促进产业发展，要不断培育国内市场；立足国内，瞄准国际广阔的太阳能热利用市场；充分发挥自我优势，使我国成为国际太阳热利用集热器的加工制造基地，增加出口，成为创汇产业。 发展的 重点领域 太阳集热器及热水工程 太阳能与建筑结合集成技术 太阳能采暖空调技术和储热技术 主被动式太阳房技术 太阳能海水淡化及其它工农业生产应用技术 太阳能中高温利用技术（热发电） 19 5.我国太阳能热利用发展的目标 太阳热水器：成为具有自有知识产权，具有国际竞争力的可 再生能源产业，到 2020 年生产能力达到 7000 万平方米，总保有量为50000 万平方米，户均推广率为 25 30%，每千人占有量为 350 平方米，为城乡居民提供生活用热水和出口创汇。科技水平达到和接近国际先进水平，产业规模和市场应用量居国际领先地位。 详见表 3 太阳能采暖空调：实现产业化，大规模应用 海水淡化：建立具有工业规模的生产基地，成本与常规能源 相近 太阳热发电：建立起兆瓦级的发电装置 表 3 2020 年太阳热水器发展预测 年代 年产量 万平方米 累计量 万平方米 我国人口数 亿人 每千人占有量 平方米 2004 1100-1120 5000 13 38 2010 26003000 1100012800 13 71 8093 2015 40005000 2700035000 14 00 192250 2020 7000 50000 14 27 350 注： 1、 2004-2010年太阳集热器产业发展速度按 1520%， 2010-2020年按 1015% 2、太阳集热器寿命器按 8-10 年计算 第四节 发达国家太阳能热利用 现状及趋势 欧洲太阳能产业的从业人数约为 1 2万人，年营业额约折合 49 4亿元人民币。太阳能热利用产品的生产厂家一般是中小型企业，太阳能热水器年营业额约折合 18 2 亿元人民币，占太阳能产品年营业额 20 的 37；过去 10 年里，欧洲安装的太阳能集热器约为 3000 万 m2，其中多数用于地中海盆地（约为总面积的 65，其中希腊超过 50以上）。希腊近 10 多年来对使用太阳能热水器的鼓励政策，促进了其市场发展；到 1995 年已安装太阳能热水器 200 万 m2。其中， 95为家用太阳能热水器，供 60 多万户家庭使用。平均每户拥有太阳能热水器 3m2，满足了家庭热水需求的 80，每年少排放 CO2150 万 t。 继希腊之后，德国和英国也是两个太阳能利用较好的国家，它们占欧洲太阳能销售总量的 17和 6 5。南欧国家，如意大利和西班牙，尽管气候条件比较好，市场潜力较大，但太阳能产品的销售量相对较低。 1.美国 太阳能热利用 20 年前，美 国有上千家太阳热水器生产企业，佛罗里达州就有300 多家。由于能源危机的缓解，以及美国政府取消了补贴政策等因素，许多企业纷纷下马，现在美国太阳热水器企业仅剩 8 家。佛罗里达州波曼（ BOMN）能源技术集团是美国最大的太阳热水器生产企业，年产平板全铜太阳热水器 7000 台。其中吸热板选择性涂层设备，投资 100 万美元，使涂层吸收率大于等于 0.94 0.95，发射率为 0.040.065。旧金山太阳能与热电联供技术服务公司实行供热水的收费制度，销售给用户的是真正的终端商品。该公司在我国驻美领事馆对面居民小区安装了 13 幢楼 ，有专人负责维修服务，实行热水计量收费。从 1982 年到现在，已经能正常使用，主要用太阳能供热，天气不好 21 用燃气，用户可全天候使用热水，每年只要支付 150 200 美元的费用，比烧煤气节省 1/3。 2.西欧 太阳能热利用 欧共体为了有效地利用地方能源资源，保护环境，减轻欧共体成员国对进口能源地依赖性，纷纷提出了加紧开发再生能源的计划。为使太阳热水器市场重振旗鼓，欧洲太阳能工程咨询公司（ TECSOL）首次提出“太阳热水系统热能供给保证体制”，服务公司以合同形式对用户实现供热水量的承诺（达不到合同指标以罚款或追赔 ）先后在法国、西班牙和德国实施已取得良好的效果。近年来，太阳热水器欧洲市场的启动进入良性阶段。 欧洲大多数国家采用补贴的手段，一般补贴为系统造价的2050%，其中德国最高补贴可达系统造价的 60%。英国采用定额补贴，每套系统补贴 500 英镑。 3.日本 太阳能热利用 为了支持新型太阳能住宅，日本政府决定补助大约一半的费用来发展这项事业，在新的阳光计划中提出，新型太阳能住宅将从 1994年起成倍增加， 1999 年计划 1.5 万套， 2000 年是 3 万套。目前日本各大公司之所以不顾是否合算而拼命竞争，是因为太阳能的潜在 市场太大了。据不完全统计，日本家用太阳热水器的普及率已超过 20。 4 .韩国 太阳能热利用 韩国政府十分重视可再生能源的应用。韩国的太阳集热器是平板型集热器，总安装量约 250km2，其中 1995 年安装了约 100km2。就 22 1995 年而言，与其国土面积 22000km2 比较，约 2km2 平均有 1m2集热器。韩国给予批准的可再生能源企业拨款与低息贷款，给用户低息贷款购买集热器和光伏电热等可再生能源，由正常的银行利息 12降至 5。韩国计划在 2002 2006 年，可再生能源占国家总能源消耗份额是 2。韩国的可再生 能源研究与开发，起步晚于我国，但韩国投资大，预计会有较快进展。 从国际主流产品来看，主要为平板太阳热水系统，真空管热水器较少。由于平板热水系统较高的效率、易于和建筑结合等特点，使其在热水器市场占据主流地位。随着国内全铜焊技术的应用，低铁玻璃成本的降低、工艺水平的提高，我国以广东五星太阳能公司为代表的太阳平板热水系统将向国际加工基地发展，其在国内的市场份额也将增大。 太阳能与建筑相结合是发达国家热利用的主要方式。目前国外利用太阳能的建筑大多数为独立式或联排式小型住宅。国外目前通行的开发模式为：所有设施（含屋顶 建设）都由用户投资；太阳热水器生产厂家或经销商只投资太阳热水系统设施，并负责维护；屋顶和太阳热水器全部由一家企业投资，保证其安全和质量，再向用户提供有偿服务。 5. 太阳能 热利用产品国际 市场分析 表 3 2001 年欧共体 15 国太阳热水器的使用情况 国家 累计使用面积 /万 m2 份额 /% 每千人拥有面积 /m2 德国 370.5 31 4.5 希腊 297.6 25 28.3 23 奥地利 234.0 20 28.9 法国 55.0 5 0.93 西班牙 45.0 4 6.6 丹麦 32.0 3 6.0 意大利 31.1 3 0.55 瑞士 26.0 2 3.6 葡萄牙 25.0 2 2.5 荷兰 21.3 2 0.14 瑞典 21.3 2 0.24 英国 20.6 2 0.35 芬兰 3.2 2 0.59 比利时 2.4 0 0.24 爱尔兰 0.3 0 0.08 总计 1185.4 100% 美国市场将集热器分为三种类型：低温（小于 43 ）、中温（ 6082 ）、高温（大于 82 ）。包括真空管在内的集热器属于中温范畴。 2001 年，全美市场的总消费量为 96 万 m2。至 2001 年，全美总保有量 1110 万 m2，其中低温 1010 万 m2，中温 2.5 万 m2，其余为高温集热器。在美国太阳热水主要用于属于低温范畴的泳池加热，家用热水及热水工程的应用较少。 缺乏常规能源的以色列是惟一在法律上规定民用建筑必须安装太阳能热水器的国家， 2002 年，以色列国产平板热水系统 45 万 m2，出口 6 万 m2，进口真空管热水系统 422 万 m2，累计太阳热水器总面积350 万 m2，每千人人均 580m2，普及率 90%。 因此，以色列太阳能热水器的普及率高达 90%，人均使用太阳能热水器面积居世界首位。 日本太阳热水系统主要为本国生产 。至 2001 年，日本太阳热水器共 736 万 m2，其中平板 722 万 m2，真空管 14 万 m2。 24 据预测欧共体 15 国 20032010 年太阳热水器集热面积将以 35%的增长速度增加，届时太阳集热器总面积将达到 815510000 万 m2。 第二章 太阳能光电产业发展状况及趋势 第一节 太阳能光电发展状况 太阳能光电已成为全球发展最快的能源 。 50 年代第一块实用的硅太阳电池的问世，揭开了光电技术的序幕，也揭开了人类利用太阳能的新篇章。自 60 年代太阳电池进入空间、 70 年代进入地面应用以来，太阳能光电技术发展迅猛。世界观察研 究所在其最近一期研究报告中指出，利用太阳能获取电力已成为全球发展最快的能量补给方式。报告说， 1990 年以来，全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增，目前总发电能力已达 800MW，相当于 20 万个美国家庭的年耗电量太阳能。 提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键。当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中，太阳能光 电仍是花费最高的一种形式，因此，发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电 转换效率。近年来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低， 应用领域不断扩大。目前，世界太阳电池年产量已超过 25 150MW，是 1944 年产量的两倍还多， 如表 4 所示。单晶硅太阳电池的平均效率为 15%，澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已达24.4%；多晶硅太阳电池效率也达 14%，实验室最大效率为 19.8%；非晶硅太阳电池的稳 定效率，单结 6 9%，实验室最高效率为 12%，多结电池为 8 10%，实验室最高效率为 11.83 %.。 为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于 生产规模的扩大，生产工艺的改进，晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至 3 3.5 美元 /Wp，售价也相应降到 45 美元 /Wp；非晶硅太阳能电池单结售价 34 美元，多结售价为 4 5 美元 /Wp。与十年前相比，太阳光电池价格普遍降低了 20%。最近，瑞士联邦工学院 M格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池，其光电转换率高达 33%，并成功地采用了一种无定形有机材料代替电解液，从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少，使用起来也更加简便 。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，光电池成本及 售价将会大幅下降， 为地面用光伏组件 成本 /价格的预测结果，表 6 为美国国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计 。对比表 5，表 6，可以看出， 2010 年以后，由于太阳能电池成本的下降，可望使光伏技术进入大规模发展时期。 表 4 世界光电组件的产量及年增长率 年份 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 产量(MW) 42.0 47.0 54.0 58.2 61.0 70.7 81.0 90.6 122 150 26 年增长率 (%) 12% 15% 8% 5% 16% 15% 12% 35% 23% 表 5 太阳能电池组件成本 /价格预测 (美元 ) 电池种类 1990 1995 2000 2010 单晶硅 3.25/5.40 2.40/4.00 1.50/2.50 1.20/2.00 多晶硅 3.00/5.00 2.25/3.75 1.50/2.50 1.20/2.00 聚光电池 3.00/5.00 2.00/3.30 1.20/2.00 1.00/1.67 非晶硅 3.00/5.00 2.00/3.33 1.20/2.00 0.75/1.25 薄膜硅 2.00/3.33 1.20/2.00 0.75/1.25 CIS 2.00/3.33 1.20/2.00 0.75/1.25 CdTe 1.50/2.50 1.20/2.00 0.75/1.25 表 6 太阳能电池成本与市场的关系 太阳能电池成本 (美元 /峰瓦 )可进入的市场 6 少量应用； 2 5 通信、边远地区； 27 1 2 城市屋顶系统； 1 大规模发电。 表 7 商品化光伏直流组件效率预测 (%) 电池技术 1990 1995 2000 2010 单晶硅 12 15 18 22 浇铸多晶硅 11 14 16 20 带状硅 12 14 17 21 聚光器 (光电池 ) 17 20 25 30 非晶硅 (包括叠层电池 ) 5 6 7 9 10 14 CuInSe 2-8 10 12 14 CdTe 8 10 12 14 低成本基片硅薄膜 8 10 12 15 球粒电池 10 12 14 第二节 光伏新技术发展趋势 光伏技术发展的趋势，近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过 渡到薄膜太阳能电池和各种新型太阳能光电池的发展。近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速，日新月异。晶体硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转换效率的主要技术障碍有： 28 电池表面栅线遮光影响； 表面光反射损失； 光传导损失； 内部复合损失； 表面复合损失。 针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有： 单双层减反射膜； 激光刻槽埋藏栅线技术； 绒面技术； 背点接触电极克服表面栅线遮光问题； 高效背反射器技术； 光吸收技术。 随着这些新技术的应 用，发明了不少新的电池种类，极大地提高了太阳能电池的转换效率，如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到 24.4%，他在 1994 年 5 月表示能用纯度低 100 倍的硅制成高效光电池，约在 10 年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至 5 8 美分 /kWh。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但其成本难以大幅度下降，而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非 29 常广阔的诱人前景。早在几年前 ，澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降 80%，为此，澳大利亚政府投资 6400 万美元支持这项研究，并希望 10 年内使该项技术商业化。 高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，近年来，一些新型高效电池不断问世。专家推断，只要有一二种取得突破，就会使光电池局面得到极大的改观。 (1)硒化铜铟 (CuInSe-2,CIS)薄膜太阳能电池： 1974 年 CIS 电池在美国问世， 1993 年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达 16.7%，由于 CIS 太阳能电池具 有成 本低 (膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率 (理论值为单晶 30%，多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点，各国都在争相研究开发，并积极探索大面积 应用的批量生产技术。 (2)硅 -硅串联结构太阳能电池 18 ：通过非晶硅与窄禁带材料的层叠，是有效利用 长波太阳光，提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明，把 1.3ev 和 1.7ev 光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。 (3)用化学束外延 (CBE)技术生产的多结 -族化合物太阳能电池 19 ： -族化 合物 (如 GaAs,InP)具有较高的光电转换效率， 30 这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到 35%以上。而这种多层结构很容易用 CBE 法制作，并能以低于 1 美元 /W p 的成本获得超 高效率。 (4)大面积光伏纳米电池： 1991 年瑞士 M.Grtzel 博士领导的研究小组，用纳米 TiO-2 粉水溶液作涂料，和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出微晶颜料敏感太阳能电池，简称纳米电池。计算表明，可制造出转换效率至少为 12%的低成本 电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。 第三节 国外光伏市场发展 现状与趋势 随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。 欧洲太阳光伏产业拥有 35MWp a 的生产能力。光电产品年营业额约折合 31. 2 亿元人民币，占太阳能产品年营业额的 63。欧洲每年安装约 12MWp，其余用于出口。目前欧洲太阳光伏产业正向 10 100MW 级规模和自动化方向发展，改进生产工艺、提高转换效率是降低太阳电池成本的技术基础，扩大生产规模和提高生产自动化程度，是降低电池成本的技术经济手段，欧洲各国制造商现正纷纷扩大或建立更大规模的生产厂。目前在建规模为 10 50MWp a，同时进行 500MWp a 生产能力的可行性研究。其分析结果表明 500MWp a 规模可使光伏组件成本降低到 1 美元 Wp 左右。光电应用初期的重点是为 31 电网未覆盖的农村及边远地区供电。 近年来，由于非联网系统基于饱和，对联网系统的兴趣有所增加。一些光电联网系统的示范项目在奥地利、丹麦、德国、荷兰以及瑞士建成。德国到 1995 年底，已完成了 2000 个（平均功率 2 64kWp）系统的安装。 1996 1997 年，德国太阳电池装置的发电容量几乎增加了 50，从 23MWp 增加到 34MWp，同期世界市场也增加了 30。至 1995 年底，瑞士也已安装了 7MWp 作为执行示范项目的成果。并网集中光伏发电厂已在某些国家进行示范，目前世界上最大的 3 3MWp的光伏发电系统在意大利建成运行。希腊能源部已经与美国 AmocoEnron Solar 公司签订合同，在 Crete 岛建造 50MWp 的光伏发电站。该发电站将于 2003 年建成，其发电量是目前最大光伏发电系统的 15倍。 光电与建筑集成以及并网发电是目前欧洲光电应用的重要方向和热 点，它的快速发展代表太阳光伏技术进入了一个新的历史阶段，标志着光电开始从补充能源的地位向替代能源过渡。欧洲已经成为世界光伏应用研究与组件生产增长最快的地区之一。 1 德国 :巴伐利亚州将建成大型太阳能发电场 太阳能发电技术位居世界前列的德国，在巴伐利亚州法兰哥尼亚地区的阿恩施泰因建成大型的太阳能发电场，其发电功率为 12.4 兆瓦，可以同时满足 3500 户家庭的用电需要。这座太阳能发电场占地 77 公顷，将拥有 1500 套太阳能发电装置。它由两家私人企业联合策划，建成后发电功率是目前世界上最大的 5 兆瓦风力发电站的两倍多。这 32 两家企业计划完全通过私人购买的方式，筹集建场所需的 7500 万欧元。个人购买套太阳能发电装置的需要先投资 1.44 万欧元。据调查，这种集资建太阳能发电场的全新途径在德国有着广阔的发展前景。 生产可再生能源的现代科学技术在德国一直广受欢迎。德国环境部委托该国 Forsa 市场调查机构于 2005 年 5 月初进行调查，调查结果显示，接近 62%的德