光伏能源技術的現狀與方向

王利博制圖

中國光伏行業從無到有，起起伏伏經歷了許多周折。2001年，我國光伏產業得到了大規模發展；2013年，受益于國家相繼出臺的產業扶持政策，我國光伏產業逐步回暖，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，國內絕大多數光伏企業陷入低迷，尚德、晶龍、賽維（LDK）、漢能薄膜、中國英利等一大批國內優秀企業遭受毀滅性打擊，光伏行業哀鴻遍野。

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

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：硅料價格持續攀升，一度暴漲至286%，疊加光伏需求爆發帶來的供需錯配，眾多光伏企業股票狂跌。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。這種上下游發展的嚴重失衡，打破了原本穩定有序的產業生態鏈，嚴重危害行業健康可持續發展。

從高速增長邁向高質量發展

光伏產業到底怎么了？關鍵出在科技上。

光伏發展初期成本高昂，經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發展早期對促進裝機需求及提升制造企業盈利具有顯著的推動作用。然而，隨著光伏產業鏈各環節不斷降本增效，光伏發展進入過渡期，逐步實現用/發電側平價，但綜合電力成本依然高于火電，依賴政策隱性扶持的企業一旦被“斷奶”，便會后繼無力。

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

目前，光伏行業已經進入到了微利時代，而接下來價格還要再降，在經歷過這樣的“大浪淘沙”后，能夠“活下來”的企業基本都具備較為強大的實力。一部分中小企業這種環境中謀生存可能會相當艱難。下一步，中國光伏產業將會從高速發展步入高質量發展的重要轉折點，各個環節的產業集中度也進一步提升，龍頭企業品牌優勢將明顯提高，光伏企業將由拼規模、拼速度、拼價格轉變為拼質量、拼技術、拼效益的新階段，并推動行業再次整合。最終，將形成龍頭企業帶動產業鏈精細分工、優勢互補、錯位經營、有序發展的格局，行業集中度將越來越高，產業鏈合作將越來越緊密。

行業發展亟需顛覆性科技創新

早期硅料生產的技術核心主要掌握在發達國家手中，后來由于歐債危機、國外宏觀經濟波動以及歐美國家帶頭征收“雙反”稅等諸多因素，硅料價格一度連續下降，眾多光伏相關企業倒下，這些企業形成了短暫的庫存紅利。與此同時，隨著金剛線切割技術的發展，進一步縮小了硅片硅成本的差距。

規律的力量是強大的。在市場規律的作用下，行業利潤應基本均分給產業鏈的各個環節，如此，行業才可以長久運行下去。

然而，如果沒有新的顛覆性技術的推出，光伏行業產業鏈高、中、低端平均下來是根本沒有利潤可言的。究其原因，是投入成本高于產出成本。因此，放眼國內外，在陸續有新的光伏企業崛起的同時，更有老牌的光伏企業不斷倒下。

一言以蔽之，光伏行業亟需顛覆性技術推出，促使整個行業全面盈利，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；三、光伏電價格太高。

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

一、關于光伏電成本太高的問題與光伏發電元件的轉換效率密切相關。光電轉換效率一旦提高，至少會從節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，為了提高光電轉換效率，我們應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、改變晶體結構來提高晶硅組件的光電轉換效率，然而，由于晶硅的光電特性不能隨便改變，所以相關方面研究進展十分緩慢。

二、既然元素的光電特性不能改變，我們就應在材料上進行突破。不同的材料特性有所不同，那就應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，行業內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，行業內又發展了薄膜組件，采用多層結、雙面擴散、P型結材料（如晶鍺），鈍化法、異質結（HJT）、TOPCon電池、PERC電池、雙面、疊片、半片和MBB多主柵組件技術、黒硅技術……

為了提高光伏組件光電轉換效率，行業內進行了多如牛毛的新技術實驗。然而，效果平平，轉換效率依然在17%—19%徘徊，并不具備顛覆性價值。

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

光伏移相系統提升了行業的商業空間

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

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

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

下一階段，光伏行業應竭力打破行業掣肘，加快關鍵核心技術創新應用，培育壯大產業發展新動能，促使新的光伏系統分步發展。

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，紅外紫外等發電量是有所不同的，普通晶硅光伏組件，轉化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合損失。

第二步，一個光子可以讓晶硅光伏元件產生一個光生電子對，光伏元件pn結勢壘分開電子對形成光伏電動勢，陽光就由光能轉換為電能。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，增加更多發電量。綜合移相科技多方面優勢，本來只可以發出一個單位電能的光伏元件就可以發出更多的電能。

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

進一步來說，光伏移相系統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、晴天才有的斷續浪涌電，仍會給電網消納造成壓力，無奈形成棄光棄風，這就要求光伏電必須是優質電。

第三步，我們的新光伏系統實現全天候輸出穩恒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額優質電。這時，我們的優質太陽電就是平價、低價的。