光伏行业报告 广东太阳能的发展历程

光伏行业报告 广东太阳能的发展历程


广东太阳能的发展历程

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太阳能的历史



植物是研究太阳能的无冕之王
 

太阳能的综合利用历史：从远古时代，植物就不断研究如何利用太阳能，在叶绿素的催化下，光谱高能形成1.82eV的电离能，能将水分子的氢-氧键打断为氢和氧，把二氧化碳的碳-氧键激活为碳和氧，氧释放进入大气，氢和碳结合成碳-氢键，最终形成淀粉。

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地球仅获得太阳的22亿分之一的能量，相当于100亿亿度电。植物利用10%的地球面积，仅利用照射到的51.3%的太阳可见光和紫外线，奠定了地球的生态系统。

因为植物从远古到现在7*24小时不断研究太阳能，最终形成了生态和生命，才有人类研究太阳能的历史。




从1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应(简称光伏现象)算起，太阳能电池已经经过了160多年的漫长的发展历史。从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用。对太阳电池的实际应用起到决定性作用的是美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功，在太阳能电池发展史上起到里程碑的作用。至今为止，太阳能电池的基本结构和机理没有发生改变。




1877年 W.G.Adams和R.E.Day研究了硒(Se)的光伏效应，并制作第一片硒太阳能电池。

1883年 美国发明家charlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。

1904年 Hallwachs发现铜与氧化亚铜(Cu/Cu2O)结合在一起具有光敏特性;德国物理学家爱因斯坦(AlbertEinstein)发表关于光电效应的论文。

1918年 波兰科学家Czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺。

1921年 德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔(Nobel)物理奖。

1930年 B.Lang研究氧化亚铜/铜太阳能电池，发表“新型光伏电池”论文;W.Schottky发表“新型氧化亚铜光电池”论文。

1932年 Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象。

1933年 L.O.Grondahl发表“铜-氧化亚铜整流器和光电池”论文。

1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。

1951年 生长p-n结，实现制备单晶锗电池。

1953年 Wayne州立大学DanTrivich博士完成基于太阳光谱的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。

1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象，(RCA:RadioCorporationofAmerica，美国无线电公司)。

贝尔(Bell)实验室研究人员D.M.Chapin，C.S.Fuller和G.L.Pearson报道4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现，几个月后效率达到6%。

1955年 西部电工(WesternElectric)开始出售硅光伏技术商业专利，在亚利桑那大学召开国际太阳能会议，Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品，电池为14mW/片，25美元/片，相当于1785USD/W。

1956年 P.Pappaport，J.J.Loferski和E.G.Linder发表“锗和硅p-n结电子电流效应”的文章。

1957年 Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%;D.M.Chapin，C.S.Fuller和G.L.Pearson获得“太阳能转换器件”专利权。

1958年 美国信号部队的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池，这种电池抗辐射能力强，这对太空电池很重要;Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%;第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射，光伏电池100c㎡，0.1W，为一备用的5mW话筒供电。

1959年 Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%，并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻;卫星探险家6号发射，共用9600片太阳能电池列阵，每片2c㎡，共20W。

1960年 Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。

1962年 第一个商业通讯卫星Telstar发射，所用的太阳能电池功率14W。

1963年   Sharp公司成功生产光伏电池组件;日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列，在当时是世界最大的光伏电池阵列。

1964年 宇宙飞船“光轮发射”，安装470W的光伏阵列。

1965年 PeterGlaser和A.D.Little提出卫星太阳能电站构思。

1966年 带有1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。

1972年 法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电。

1973年 美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。

1974年 日本推出光伏发电的“阳光计划”;Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带，25mm宽，457mm长(EFG:EdgedefinedFilmFed-Growth，定边喂膜生长)。

1977年 世界光伏电池超过500KW;D.E.Carlson和C.R.Wronski在W.E.Spear的1975年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a-Si)太阳能电池。

1979年 世界太阳能电池安装总量达到1MW。

1980年ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家;三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试。

1981年 名为SolarChallenger的光伏动力飞机飞行成功。

1982年 世界太阳能电池年产量超过9.3MW。

1983年 世界太阳能电池年产量超过21.3MW;名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳大利亚，20天内行程达到4000Km.

1984年 面积为929c㎡的商品化非晶硅太阳能电池组件问世。

1985年 单晶硅太阳能电池售价10USD/W;澳大利亚新南威尔土大学MartinGreen研制单晶硅的太阳能电池效率达到20%。

1986年6月，ARCOSolar发布G-4000———世界首例商用薄膜电池“动力组件”。

1987年11月，在3100Km穿越澳大利亚的PentaxWorldSolarChallengePV-动力汽车竞赛上，GMSunraycer获胜，平均时速约为71km/h。

1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW。

1991年世界太阳能电池年产量超过55.3MW;瑞士Gratzel教授研制的纳米TiO2染料敏化太阳能电池效率达到7%。

1992年 世界太阳能电池年产量超过57.9MW。

1993年 世界太阳能电池年产量超过60.1MW。

1994年 世界太阳能电池年产量超过69.4MW。

1995年 世界太阳能电池年产量超过77.7MW;光伏电池安装总量达到500MW。

1996年 世界太阳能电池年产量超过88.6MW。

1997年 世界太阳能电池年产量超过125.8MW。

1998年 世界太阳能电池年产量超过151.7MW;多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池。

1999年 世界太阳能电池年产量超过201.3MW;美国NREL的M.A.Contreras等报道铜铟锡(CIS)太阳能电池效率达到18.8%;非晶硅太阳能电池占市场份额12.3%。

2000年 世界太阳能电池年产量超过399MW;WuX.，DhereR.G.，AibinD.S.等报道碲化镉(CdTe)太阳能电池效率达到16.4%;单晶硅太阳能电池售价约为3USD/W。

2002年世界太阳能电池年产量超过540MW;多晶硅太阳能电池售价约为2.2USD/W。

2003年世界太阳能电池年产量超过760MW;德国FraunhoferISE的LFC(Laserfired-contact)晶体硅太阳能电池效率达到20%。

2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW;德国FraunhoferISE多晶硅太阳能电池效率达到20.3%;非晶硅太阳能电池占市场份额4.4%，降为1999年的1/3，CdTe占1.1%;而CIS占0.4%。

2005年世界太阳能电池年产量1759MW。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

尽管太阳能利用的发展受矿物资源、政治和战争等因素的影响，但世界各国的科学家在太阳能的利用方面，还是取得了许多辉煌的成绩，在21世纪出现了几次高潮。



第一高潮起：1900-1920年，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置。但采用的聚光方式多样化，开始采用平板集热器和低沸点，装置逐渐扩大。1901年在美国加州建成一台太阳能抽水装置。1902-1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机。1913年在埃及建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵。



第二高潮起：1945年-1965年，在第二次世界大战结束后，一些有远见的群体已经注意到石油和天然气资源正在逐渐减少，呼吁人们重视这一问题，从而推动了太阳能研究工作的开展，并且成立了太阳能学术组织，举办学术交流和展览会再次兴起太阳能研究热潮。1952年法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kw的太阳炉。1954年美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础。1960年，带有石英窗的斯特林发动机问世。这20年中加强了太阳能基础理论和基础材料的研究。



第三高潮期：1973-1980年，1973年10月中东战争爆发，使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家，在经济上遭到沉重打击，世界发生了"能源危机"。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。



1973年美国制定了政府的阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。1974年日本政府制定了"阳光计划"。世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大的影响，1975年在河南安阳召开"全国第一次太阳能利用工作经验交流大会"，进一步推动了我国太阳能事业的发展。这一次会议之后，太阳能研究和推广工作纳入了我国的政府计划，获得了专项经费和物资支持。



第四高潮期：1992-2000年，由于大量燃烧矿物能源，造成全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁，在这种情况下，1992年联合国在巴西召开了"世界环境与发展大会"，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》，《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件。这次会议以后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起。1996年，联合国在津巴布韦召开"世界太阳能高峰会议"，发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言》，会议上讨论了《世界太阳能10年行动计划》(1996-2005)，《国际太阳能公约》，《世界太阳能战略规划》等重要文件，这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动，广泛利用太阳能。世界环保大会以后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10年对策和措施，明确要"因地制宜的开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源"，制定了《中国21世纪议程》，进一步明确了太阳能重点发展目。1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》(1996-2010)，明确提出了我国在1996-2010年新能源和可再生能源的发展目标任务以及相应的对策和措施。



太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。



世界将太阳能作为一种能源和动力加以利用，已经有300多年的历史。1615年法国工程师所罗门.德.考克斯发明了第一台利用太阳能加热空气使膨胀做功而抽水的机器.在1615年-1900年之间,世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。下面主要回顾20世纪100年间太阳能科技发展的历史。在这100年间太阳能发展的道路比较曲折，有高潮期，有低潮期。处于高潮的大约55年，处于低潮的大约有45年。



第一低潮期：1920-1945年，参加研究工作的人员和研究项目大为减少。其原因与矿物质燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战(1935-1945)有关。



第二低潮期：1965-1973年，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，所以得不到公众，企业和政府的重视和支持。



第三低潮期：1980-1992年，进入80年代后太阳能的开发利用逐渐进入低谷，世界上许多国家大幅度的削减太阳能研究经费，美国最为突出，导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力，太阳能的技术也没有重大的进展。这样就动摇了一些人开发太阳能的信心。我国太阳能的研究工作也收到了一定程度的影响，有人主张外国研究成功后引进技术，虽然持这种观点的人极少，但对我国的太阳能事业的发展也有不良影响。

中国太阳能发展史

2007，中国成为生产太阳电池最多的国家，产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。

2008年，中国太阳电池产量达到2600MW。

2009年，中国太阳电池产量达到4000MW。

2006年世界太阳能电池年产量2500MW。

2007年世界太阳能电池年产量4450MW。

2008年世界太阳能电池年产量7900MW。

2009年世界太阳能电池年产量10700MW。

2010年世界太阳能电池年产量将达15200MW。





中国是一个光伏产业大国，拥有世界上最完整的产业链。2019年，全球光伏组件产量约为102千兆瓦，同比增长7.4%。同期，虽然中国光伏应用市场在政策调整下出现下滑，但由于海外市场的增长，中国光伏产业各行业保持了快速增长势头。2019年，中国光伏组件产量达到98.6千兆瓦，在全球产量中所占比例不断上升。作为世界上最大的光伏产品生产国和出口国，中国多年来在装机容量和发电量方面一直位居世界第一。





广东太阳能发展历史
太阳能行业属于新能源发电行业，太阳能主要用于储能和发电，广东省统计了太阳能的发电量（万千瓦），如图所示。

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图表 1广东省太阳能发电总量（万千瓦）

从广东省太阳能发电总量分析，从10年前的18万千瓦，到2021年的1800万千瓦，增长了100倍。近几年新增容量有所减缓，但是总体的容量还是不断增加。

太阳能发电量具有季节性特征，每年发电高峰集中在夏天，低谷在冬天。

我国太阳能发电量超2000亿千瓦时，太阳能电池产量超一亿千瓦。2017年我国太阳能发电量突破1000亿千瓦时，之后增速有所下降，到2019年达到2238亿千瓦时；2019年我国太阳能电池产量达1.29亿千瓦，实现增速大逆转。据中国光伏行业协会统计，2019年全国硅片产量约为1.35亿千瓦，同比增长25.7%；多晶硅产量约为34.2万吨，同比增长32.0%；晶硅电池产量约为1.08亿千瓦，同比增涨27.8%。



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图表 2 2020年一季度我国各省光伏累计装机容量

广东省为耗能大省，虽然这几年提倡低碳节能使得广东省电力相对过剩，但是广东省的能源依然需要国内外供给。广东省区域面积较少，人口众多，太阳能装机总量低于东北西北地区。因此太阳能产业仍然有较大的空间。



太阳能光伏产业链
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太阳能光伏设备制造业包含硅料生产设备、硅片生产设备、电池和组件生产设备、专用材料（铝浆、封装玻璃等）生产设备、光伏系统支持部件生产设备等一系列设备的制造。随着光伏产业的快速发展，光伏设备行业也具备快速上升的动力和广阔的发展空间。

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光伏上游包括单晶多晶硅的冶炼、铸锭/拉棒、切片等环节，中游包括太阳能电池生产、光伏发电组件封装等环节，下游包括光伏电站系统的集成和运营。

 太阳能电池分类和转换效率

第一代：单晶硅和多晶硅，单晶硅电池转化效率最高，但是生产成本高。

第二代：薄膜太阳能电池，薄膜技术的应用，采用非晶硅和氧化物等为材料，效率比第一代低，但是生产成本低。

第三代：化合物薄膜太阳能电池（铜铟锡CIS）等及薄膜Si系太阳能电池，转化效率高，低成本，需要规模量产。

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太阳能电池可以分为晶硅电池和薄膜电池，其中晶硅电池市场占比达95%以上。晶硅电池根据原子是否规则排列分为单晶硅和多晶硅。根据基体材料的不同，太阳能电池可以分为有机和无机太阳能电池，而无机太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。前者包括单晶硅和多晶硅太阳能电池，后者包括非晶硅太阳能电池、碲化镉太阳能电池以及铜铟镓硒太阳能电池等。在光伏领域，电池片作为太阳能电池的核心组件，电子特气在其生产过程中扮演着重要角色。据中商产业研究院统计，2019年中国光伏产业太阳能电池产量达12862.1万千瓦，同比增长26.8%。

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太阳能装机总量
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2019年虽然我国光伏新增装机再次同比下降，但是新增和累计光伏装机容量仍继续保持全球第一。2019年，我国新增光伏并网装机容量达到30.1GW，同比下降32.0%；截至2019年底，累计光伏并网装机量达到204.3GW，同比增长17.1%；全年光伏发电量2242.6亿千瓦时，同比增长26.3%，占我国全年总发电量的3.1%，同比提高0.5个百分点。