光伏能源技術(shù)的現(xiàn)狀與方向

王利博制圖

中國光伏行業(yè)從無到有，起起伏伏經(jīng)歷了許多周折。2001年，我國光伏產(chǎn)業(yè)得到了大規(guī)模發(fā)展；2013年，受益于國家相繼出臺的產(chǎn)業(yè)扶持政策，我國光伏產(chǎn)業(yè)逐步回暖，到2018年531光伏新政的出臺，我國光伏新增裝機被斷崖式壓減至30GW左右，國內(nèi)絕大多數(shù)光伏企業(yè)陷入低迷，尚德、晶龍、賽維（LDK）、漢能薄膜、中國英利等一大批國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)遭受毀滅性打擊，光伏行業(yè)哀鴻遍野。

然而，就在整個行業(yè)被悲觀情緒所籠罩的情況下，仍有不少光伏企業(yè)以積極的態(tài)度應(yīng)對危機，以天合、阿特斯、億晶、晶科等為標桿的企業(yè)，試圖嘗試以多元化路徑實現(xiàn)突圍自救，并初顯成效；更有隆基股份、通威、陽光等光伏企業(yè)在逆境中迅速崛起。

正當人們用疑惑而慶幸的目光霧里看光伏時，“噩耗”突然傳來：硅料價格持續(xù)攀升，一度暴漲至286%，疊加光伏需求爆發(fā)帶來的供需錯配，眾多光伏企業(yè)股票狂跌。在硅料價格一路飆升的情況下，很多已簽訂的組件訂單將陷入嚴重虧損。這種上下游發(fā)展的嚴重失衡，打破了原本穩(wěn)定有序的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，嚴重危害行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

從高速增長邁向高質(zhì)量發(fā)展

光伏產(chǎn)業(yè)到底怎么了？關(guān)鍵出在科技上。

光伏發(fā)展初期成本高昂，經(jīng)濟性相對火電無競爭力，依賴政府補貼。毫無疑問，補貼支持政策在行業(yè)發(fā)展早期對促進裝機需求及提升制造企業(yè)盈利具有顯著的推動作用。然而，隨著光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)不斷降本增效，光伏發(fā)展進入過渡期，逐步實現(xiàn)用/發(fā)電側(cè)平價，但綜合電力成本依然高于火電，依賴政策隱性扶持的企業(yè)一旦被“斷奶”，便會后繼無力。

產(chǎn)品價格嚴重下跌，使得眾多企業(yè)開始紛紛思考如何在夾縫中求生存，通過降本增效，疊加企業(yè)自身技術(shù)突破，逐漸走出更為獨立自主的發(fā)展道路。例如隆基股份，其在行業(yè)景氣度低谷時，通過金剛線切割工藝、PERC電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，使得2016年硅片產(chǎn)品非硅成本較2012年下降67%，組件功率也得到提升，成為光伏行業(yè)“逆風翻盤”的典范。

目前，光伏行業(yè)已經(jīng)進入到了微利時代，而接下來價格還要再降，在經(jīng)歷過這樣的“大浪淘沙”后，能夠“活下來”的企業(yè)基本都具備較為強大的實力。一部分中小企業(yè)這種環(huán)境中謀生存可能會相當艱難。下一步，中國光伏產(chǎn)業(yè)將會從高速發(fā)展步入高質(zhì)量發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折點，各個環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)集中度也進一步提升，龍頭企業(yè)品牌優(yōu)勢將明顯提高，光伏企業(yè)將由拼規(guī)模、拼速度、拼價格轉(zhuǎn)變?yōu)槠促|(zhì)量、拼技術(shù)、拼效益的新階段，并推動行業(yè)再次整合。最終，將形成龍頭企業(yè)帶動產(chǎn)業(yè)鏈精細分工、優(yōu)勢互補、錯位經(jīng)營、有序發(fā)展的格局，行業(yè)集中度將越來越高，產(chǎn)業(yè)鏈合作將越來越緊密。

行業(yè)發(fā)展亟需顛覆性科技創(chuàng)新

早期硅料生產(chǎn)的技術(shù)核心主要掌握在發(fā)達國家手中，后來由于歐債危機、國外宏觀經(jīng)濟波動以及歐美國家?guī)ь^征收“雙反”稅等諸多因素，硅料價格一度連續(xù)下降，眾多光伏相關(guān)企業(yè)倒下，這些企業(yè)形成了短暫的庫存紅利。與此同時，隨著金剛線切割技術(shù)的發(fā)展，進一步縮小了硅片硅成本的差距。

規(guī)律的力量是強大的。在市場規(guī)律的作用下，行業(yè)利潤應(yīng)基本均分給產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，如此，行業(yè)才可以長久運行下去。

然而，如果沒有新的顛覆性技術(shù)的推出，光伏行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈高、中、低端平均下來是根本沒有利潤可言的。究其原因，是投入成本高于產(chǎn)出成本。因此，放眼國內(nèi)外，在陸續(xù)有新的光伏企業(yè)崛起的同時，更有老牌的光伏企業(yè)不斷倒下。

一言以蔽之，光伏行業(yè)亟需顛覆性技術(shù)推出，促使整個行業(yè)全面盈利，進而橫空騰飛，把世界帶入“陽光能源”新時代。

要把世界帶入“陽光能源”時代，就必須突破目前光伏能源存在的三大缺陷：一、功率分散；二、輸出不連續(xù)；三、光伏電價格太高。

目前，人類僅做到了把光能直接轉(zhuǎn)變成電能，然而這只是為實現(xiàn)“陽光能源”時代目標提供了可能。因此，我們應(yīng)從多個方面進行努力。

一、關(guān)于光伏電成本太高的問題與光伏發(fā)電元件的轉(zhuǎn)換效率密切相關(guān)。光電轉(zhuǎn)換效率一旦提高，至少會從節(jié)省光伏材料和光伏占地空間兩個方面降低光伏電成本。因而，為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，我們應(yīng)著手提高材料本身性能，例如對于晶硅光伏材料，我們寄希望于提高純度、改變晶體結(jié)構(gòu)來提高晶硅組件的光電轉(zhuǎn)換效率，然而，由于晶硅的光電特性不能隨便改變，所以相關(guān)方面研究進展十分緩慢。

二、既然元素的光電特性不能改變，我們就應(yīng)在材料上進行突破。不同的材料特性有所不同，那就應(yīng)該在尋求光電特性更好的光伏材料方面進行努力。

除了晶硅組件，行業(yè)內(nèi)又采用了使用砷化鎵、 CdS、CdTe(碲化鎘)、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有機導(dǎo)電高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (銅銦硒化物)等各種無機的、有機的不同材料。

三、在制作方法方面，行業(yè)內(nèi)又發(fā)展了薄膜組件，采用多層結(jié)、雙面擴散、P型結(jié)材料（如晶鍺），鈍化法、異質(zhì)結(jié)（HJT）、TOPCon電池、PERC電池、雙面、疊片、半片和MBB多主柵組件技術(shù)、黒硅技術(shù)……

為了提高光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率，行業(yè)內(nèi)進行了多如牛毛的新技術(shù)實驗。然而，效果平平，轉(zhuǎn)換效率依然在17%—19%徘徊，并不具備顛覆性價值。

后來，行業(yè)內(nèi)開始研究聚光光伏。然而，由于砷化鎵等原料的環(huán)保、價格、高倍聚光的熱等問題依然沒有實現(xiàn)根本性突破。退而求其次，即使我們真的把光伏組件提高了一定的轉(zhuǎn)化效率，但每瓦價格并沒有發(fā)生改變，結(jié)果只是驗證了科學，并沒有市場價值，也不能稱之為出路。

光伏移相系統(tǒng)提升了行業(yè)的商業(yè)空間

在多種因素的制約下，光伏移相顛覆性新科技系統(tǒng)的橫空出世，為人類進入太陽能源時代提供了光伏行業(yè)系統(tǒng)解決方案。

這套系統(tǒng)的主要功能就是讓原本只發(fā)電一個單位電能的光伏組件，發(fā)出幾個單位的電能，就可以成倍的提高光伏組件利用率，有效降低光伏電價。

把光伏電基礎(chǔ)價格（成本）降低到火電基礎(chǔ)價格以下，這就突破了光伏電價格偏高的瓶頸，讓整個光伏行業(yè)有了商業(yè)空間。這是光伏行業(yè)離開補貼，實現(xiàn)自身造血功能的行業(yè)發(fā)展臨界點，為光伏行業(yè)提供了生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。

下一階段，光伏行業(yè)應(yīng)竭力打破行業(yè)掣肘，加快關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，培育壯大產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動能，促使新的光伏系統(tǒng)分步發(fā)展。

第一步，以一塊光伏玻璃為代價，把組件周圍等面積光能移給組件，進而相對提高光伏組件利用率。同時，無序改變波長，紅外紫外等發(fā)電量是有所不同的，普通晶硅光伏組件，轉(zhuǎn)化17%—21%，80%左右光能跑哪里去了？很多人想到變成了熱量。事實上，光能并不是有那么多變成了熱量，還有很大一部分是光生電子對復(fù)合損失。

第二步，一個光子可以讓晶硅光伏元件產(chǎn)生一個光生電子對，光伏元件pn結(jié)勢壘分開電子對形成光伏電動勢，陽光就由光能轉(zhuǎn)換為電能。然而，有很大一部分光生電子對由于能力不足，在找到柵線以前被復(fù)合浪費掉了。如果有辦法讓光的頻率變化一下，偏移光波的相位，給光生電子對不同的條件，可以初步做到在同等面積的光照下，增加更多發(fā)電量。綜合移相科技多方面優(yōu)勢，本來只可以發(fā)出一個單位電能的光伏元件就可以發(fā)出更多的電能。

同時，這里涉及一個衰減問題。我們了解到，中東有些地區(qū)是兩倍左右的陽光照度，發(fā)電并沒有受到任何影響，這就回答了關(guān)于溫度衰減的問題。

進一步來說，光伏移相系統(tǒng)可以把組件的利用率提到更高，即把光伏組件使用價格降低到原來使用價格。實測晶硅有6倍左右的光伏轉(zhuǎn)換效率直線允許增量。如此，解決方案就把光伏電價格降到可低于平價供電。

至此，光伏電還是白天、晴天才有的斷續(xù)浪涌電，仍會給電網(wǎng)消納造成壓力，無奈形成棄光棄風，這就要求光伏電必須是優(yōu)質(zhì)電。

第三步，我們的新光伏系統(tǒng)實現(xiàn)全天候輸出穩(wěn)恒380V三相正弦交流電，讓各種光伏電站、水電站或熱電站共享同樣參數(shù)額優(yōu)質(zhì)電。這時，我們的優(yōu)質(zhì)太陽電就是平價、低價的。