第一章 光伏发电系统概述

第一章光伏发电系统概述光伏发电系统特点构成原理1.1光伏发电技术的发展历程1893年

法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”，即“光伏效应”。1876年

亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。1883年

制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。1930年

肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。1931年

布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在阳光下启动了一个电动机。1932年

奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。1941年

奥尔在硅上发现光伏效应。1954年

恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。1.1光伏发电技术的发展历程1955年

吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。1957年

硅太阳电池效率达8%。1958年

太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。1959年

第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。1960年

硅太阳电池首次实现并网运行。1.1光伏发电技术的发展历程1.1光伏发电技术的发展历程20世纪70年代后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出。传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这时，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的重要能源。

1.1光伏发电技术的发展历程20世纪80年代，太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。

20世纪90年代，光伏发电技术快速发展。2006年，世界上已经建成10多座兆瓦级光伏发电站。美国是最早制订光伏发电发展规划的国家，1997年又提出“百万屋顶”计划。日本于1992年就启动了新阳光计划，2003年日本光伏组件生产占世界的50％，世界前十大厂商有4家在日本。德国新的可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏发电市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国，也纷纷制订光伏发电发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。

1.1光伏发电技术的发展历程

20世纪90年代后期，光伏发电发展更加迅速，1990～2005年世界光伏组件年平均增长率约为15％，1999年光伏组件生产达到200mw。商品化太阳能电池效率从10％～13％提高到13％～15％，生产规模从1～5mw／a发展到5～25mw／a，并正在向50mw／a甚至100mw／a扩大；光伏组件的生产成本降到每瓦2.5美元以下。1.2光伏发电系统分类光伏发电系统根据其使用的场所不同，可以分为空间应用（卫星、航天器、空间站）和地面应用。1.2光伏发电系统分类离网型并网型光伏发电系统光伏发电系统将光伏电池通过串并联组成光伏电池阵列，输出的直流电能通过功率变化装置给负荷供电或者接入电网。1.2光伏发电系统分类离网型光伏发电系统配置示意图1.2光伏发电系统分类并网型光伏发电系统配置图优点应用1.3全球光伏发电现状及分析从1998年起，世界光伏发电市场出现了供不应求的局面，年装机量逐年增长。全球光伏发电年装机量全球光伏发电装机分析光伏发电产业的发展离不开政策的支持。从近些年各国经经验来看，当一个国家采取补贴政策是，该国的光伏发电产业就迎来投资热潮。优惠的政府补贴和上网电价极大激发了投资者的积极性，光伏产业在几十年时间里得以飞速发展。德国

强制上网电价补贴补贴政策美国

光伏投资税减免、新能源投资减免、投资日本

阳光屋顶计划、新能源法（补贴法）补贴、推行国内光伏产业发展现状中国光伏产业起步于1970年代，1990年代进入稳步增长期，2005年进入快速增长阶段。之后的几年，中国光伏产业平均年增长率维持在40%以上，成为全球最大的光伏产品生产国，已经占据了全球约50%的市场份额。2009年全国多晶硅产量已达20357吨；太阳能电池达3460MW，是2005年产量的25倍；太阳能电池产能突破3200MW，光伏组件产量为2500MW，均占全球产量的1/3左右。1.4光伏发电现状及趋势分析我国于2013年10月1日实施了对纳税人销售自产的利用太阳能生产的电力产品，实行增值税即征即退50%的政策。这些政策都较大的鼓励了光伏发电行业的发展。

2013年，在国务院《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》及一系列配套政策支持下，光伏发电快速发展。截至2013年底，全国累计并网运行光伏发电装机容量1942万千瓦，其中光伏电站1632万千瓦，分布式光伏310万千瓦，全年累计发电量90亿千瓦时。截至2013年底，全国22个主要省(自治区、直辖市)已累计并网741个大型光伏发电项目，主要分布在我国西北地区。

1.4光伏发电现状及趋势分析2014年前三季度，全国新增光伏发电并网容量379万千瓦，其中，新增光伏电站并网容量245万千瓦，新增分布式光伏并网容量134万千瓦;全国光伏发电量约180亿千瓦时，相当于2013年全年发电量的200%。

随着国内光伏产业规模逐步扩大、技术逐步提升，光伏发电成本会逐步下降，未来国内光伏容量将大幅增加。中国已将新能源产业上升为国家战略产业，未来10年拟加大对包括太阳能在内的新能源产业投资，以减少经济对石化能源依赖和降低碳排放。未来五到十年中国光伏发电有望规模化发展。1.4光伏发电现状及趋势分析最新统计显示，今年前三季度我国光伏制造业总产值超过2000亿元，硅片、电池片、组件等主要光伏产品出口额达到100亿美元。其中，多晶硅产量约为10.5万吨，同比增长20%；硅片产量约为68亿片，电池片产量约为2800万千瓦，均同比增长10%以上；组件产量约为3100万千瓦，同比增长26.4%。光伏企业盈利情况明显好转，前10家组件企业毛利率超过15%，多数企业扭亏为盈。目前我国光伏产业发展总体形势虽有所好转，但仍面临多方面问题，不容盲目乐观。一是材料、装备等关键技术与国外先进水平尚存差距，基

础研究有待加强;二是资金支持及政策扶持等过于偏重应用环节，对制造业研发及技术改造支持不足;三是发电并网等有关政策仍待细化落实。四是国际贸易环境仍

存在恶化的可能。总体来说，目前光伏制造业亏损状况未有根本性改变，从长期角度看行业仍面临深度调整。1.4光伏发电现状及趋势分析虽然中国光伏产业发展迅速，但随着外部环境的变化，产业发展的弱势日益突出，体现在下面几个方面：1、大而不强。由于整体技术水平落后及科技成果转化困难，中国光伏产业在国际终端市场缺乏话语权，尽管出口量大，却不掌握定价权，往往需要靠价格战进行低端竞争，短期内可能抢占市场，长期必将危及行业发展。2、技术薄弱。光伏行业的核心技术——多晶硅提纯技术的缺失也是我国光伏行业受制于欧美、日本等国的根源之一。目前为止，我国光伏产业尚未建立全面的研发创新体系，同时缺乏高新制造产业支撑，很多精密设备、高纯度硅料依赖进口，大大提高了我国光伏电池的生产成本，不但阻碍国内市场的开发利用，也难以保障光伏产品的质量。这种情形直接导致国内企业只能占据利润微薄的光伏产业链中下游，产品缺乏国际竞争力。1.4光伏发电现状及趋势分析3、内需不足。2007年我国累计装机容量仅有100MW，不足全球的1%。2008年我国当年新增光伏装机40MW，国内需求量仅占当年产能的2%，比例与2007年基本持平。2009年开始，由于受到“太阳能屋顶计划”和“金太阳工程”等政策的激励，国内光伏装机容量有了一个较大幅度攀升，2009年新增160MW，但国内需求量仍不足当年产能的4%。究其原因，一是光伏发电成本较高，目前单位发电量成本约为风电、生物质发电的6-8倍，常规能源发电的10倍以上；二是缺乏强有力的政策支持和有力度的政府补贴。这两方面原因导致投资者没有动力在此领域开拓市场，市场局面迟迟不能打开。由于技术薄弱，太阳能电池原料高纯度多晶硅需要大量进口；由于内需不足，90%以上的光伏产品（光伏组件和电池）依赖于国际市场，特别是欧洲市场，从而形成中国光伏产业“两头在外”的格局。1.4光伏发电现状及趋势分析4、产能过剩。2011年以来，受全球经济危机和欧洲主权债务危机的影响，全球光伏市场需求锐减，多家国外大型光伏企业相继破产。国内光伏产业产能增速却不减：2011年，全球光伏需求量约27GW，但中国光伏产业的产能已接近40GW，产能严重过剩。加之美欧又相继对中国光伏产品发起“双反”调查，国内光伏产业进入“寒冬”。美国投资机构MaximGroup近日发布的统计数据显示，中国最大的10家光伏企业的债务累计已高达175亿美元，约合1110亿元人民币。辩证地看待国内光伏产业的现状，市场低迷期往往也是产业调整期，在哀鸿遍野的产业危机中，也正悄然孕育着整个产业发展的新机遇。当经历洗牌和换血之后，市场重归正常秩序，那些走过“寒冬”的企业，必将成为未来产业的主导者与引领者1.4光伏发电现状及趋势分析新兴产业的发展最终要靠技术突破来提高产业自身的竞争力。在政府制定发展信心产业扶持政策的基础上，下一步还要创造良好的发展环境，坚持立足市场，充分发挥市场机制作用，建立规范有序的光伏发电市场，实现我国光伏发电的产业化、规模化发展。1.4光伏发电现状及趋势分析回眸十二五：中国光伏领跑世界这是光影沉浮、云开渐明的5年。“十二五”期间，我国光伏发电装机从2010年的89万千瓦起步，到2015年三季度定格3795万千瓦，规模体量实现了超过40倍的扩充，提前半年完成“十二五”规划提出的3500万千瓦装机目标。这是几度盛夏、几载寒冬的5年。美欧“双反”、产能过剩、持续亏损……在内忧外患的双重危机下，这个资本追逐的朝阳产业在“十二五”中期深陷萧瑟。一场针对光伏业的“拯救大兵瑞恩”行动密集展开，受政府持续、强大的力挺作用影响，去年以来光伏行业热情重燃、产业上下游全面回暖。驻足历数，5年间，我国光伏产业已将“组件生产能力全球第一”、“发电年度新增规模全球第一”之冕纳入囊中，年内有望将取代德国跃升世界第一光伏装机大国。整装抬首，顿觉对我国光伏的思考已经不再是如何赶超世界，而是如何走在世界的前面。政策力挺国内市场蓬勃发展“十二五”光伏发电目标从最初的500万千瓦，经过几次上调最终确定为3500万千瓦。截至6月底，我国光伏发电装机容量达到3578万千瓦，其中，光伏电站3007万千瓦，分布式光伏571万千瓦。这意味着，光伏成为我国各发电类型中继风电之后第二个完成“十二五”规划装机目标的能源种类。在经历了低谷后，我国光伏产业自2013年开始回暖，2014年以来以惊人的速度蓬勃发展，政策、投资、市场热点纷呈、交替更迭。而得益于各项利好政策，光伏国内应用市场迅速启动并扩大，上下游企业的盈利情况也明显好转。从年度电站建设市场看，2010年底我国光伏装机仅为89万千瓦，当年发电量小到没能进入国家统计范畴；2011年我国凭借290万千瓦的新增装机规模，成为亚太地区光伏市场主力；2012年新增350万千瓦，累计装机达到700万千瓦，新增市场排名全球第四；2013年我国建成光伏电站规模1479万千瓦，当年发电量是87亿千瓦时，为全国发电总量的0.17%，位列全球光伏电站年度建设第一大国，并一直保持至今；2014年我国累计光伏电站规模达到2805万千瓦，年发电量250亿千瓦时，已占全国发电总量的0.46%。在政策支持加强、国内市场不断拓展的情况下，我国光伏行业逐步走出低谷，今年以来更是加速回暖。市场热情在前三季度的光伏并网装机数据里已有充分体现。截至9月底，全国光伏发电装机量达到3795万千瓦。预计全年新增光伏发电装机量将略高于1500万千瓦，截至今年底累计装机总量将达到4300万千瓦。业内预计，今年四季度由于受国家能源局增调光伏装机量影响，我国光伏产业可能出现跳跃式增长，有望取代德国成为世界第一光伏装机大国。国内应用市场的迅速启动和蓬勃发展，与能源主管部门对光伏产业的鼎力支持密不可分。从2013年《国务院关于光伏产业健康发展的若干意见》开始，国家相关部门对光伏产业的支持政策密集出台，涵盖了从宏观到微观，从规划到管理，从中上游产品加工到下游电站建设等全领域。粗略统计，在2013年和2014年的两年中，国家级光伏支持文件数量达到20余个，各地方政府的配套文件更是上百个，各地区给予光伏发电的补贴标准从每千瓦时0.1～3元不等。所有的光伏产业文件，表面看促成了装机总量变化，背后却是推动一个产业质变过程的力量。“双反”减弱，弃光困境待解“十二五”的光伏发展道路，从一开始就是险山深谷，而非一马平川。同业之间、政企之间乃至国与国之间，都存在着竞争关系。“双反”这个词，从2011年说到2014年，从我国光伏产业崛起后就没有消停过。在我国光伏产业短暂而跌宕起伏的发展历程中，有一个规律始终不变：近期的变化总是被放大，远期的变化总是被忽视。当年被外媒称为对我国光伏产业灭顶之灾的“双反”，在首轮调查过去4年之后回头看，我国光伏产业并没有因此一蹶不振、倒地不起。相反，“十二五”以来我国光伏产业环境得到了根本性改善：国家重视、高度定位；国内市场迅速扩大；产业管理日益规范；加速产业整合，更多光伏企业学会了应对国际贸易纠纷……在第一波涌入光伏领域的热潮渐退后，随着各级政府对光伏电站的政策扶持加大，国内光伏应用市场的打开，上游产业链回暖迹象明显。最新统计显示