迎接太阳能发电时代到来-沈辉

迎接太阳能发电时代到来,沈 辉,2015年第二届广东省分布式光伏论坛 2015年3月24-25日，广州大厦,主要内容,回顾过去 1800亚历山大伏打、1839贝克勒尔1839、1900马克斯普朗克、1905阿尔贝特爱因斯坦、1947肖特莱、1954贝尔实验室三位发明人（音像、卫星光伏电源 1974 Peter F. Varadi Solarex 面对现在 国内外光伏产业与技术发展 展望未来 屋顶电站、地面电站（主要供电方式互联网）、太空发电 欧洲、日本、美国发展战略,回顾过去 - 光伏科技发展200年历程永久的记忆,意大利物理学家，因在1800年发明化学电池而闻名于世。 伏打生于意大利科莫，在1779年他成为利帕维亚大学的物理学教授，并在此工作25年之久，在1800年前成功发展以稳定电流制造、成为伏打电堆（voltaic pile）的早期化学电池。 1810年，法国皇帝拿破仑对于伏打的贡献册封他为伯爵 Count。 科莫当地政府为了纪念伏打，建了称作伏打寺的博物馆，以展示他的实验仪器的原物。,Alessandro Volta （1745-1827）,Alexandre-Edmond Becquerel 1820-1891,French physicist, is known for his studies in the solar spectrum, magnetism, electricity and optics. He is best known for his discovery and unraveling the key principle to solar cells, the photovoltaic effect.,贝克勒尔家族,亚历山大 - 埃德蒙贝克勒尔出生于1820年，1878年父亲去世后接任法国自然史博物馆物理学教授和馆长职位。他的主要成就在电学、磁学和光学领域。他研究过电流的特性及其产生条件，在抗磁性研究中试图提出一种与法拉第不同的解释观点，在光学研究中他设计了曝光计并用此测定光的强度。 亚历山大－埃德蒙贝克勒尔的最主要的成就集中在家族传统的磷光领域。19世纪中期，实际上是他一个人垄断了磷光领域研究的所有重要发现。他研究过磷光辐射的热效应问题，证实了不同物质的磷光受激于不同频率的入射光，发明了磷光计并用此鉴定了许多新的磷光物质，改进了磷光计，用于观察辉光物质的光谱。1839年19岁发现光电流效应。,Max Planck （1858-1947）,Science cannot solve the ultimate mystery of nature. And that is because we ourselves are a part of the mystery that we are trying to solve.,普朗克的量子假说 黑体辐出度与波长与温度的关系函数，有维恩公式（1893）与瑞利-金斯（1900）公式。维恩公式在短波处符合很好，但长波处与实验曲线相差较大；瑞利-金斯L.Rayleigh–J.H.Jeans公式在长波处与实验曲线比较接近，但是短波相差很大甚至随波长趋于零而趋于无穷大，这一荒谬结果在物理学史上被称为“紫外灾难”。 1900年，普朗克利用内插法将维恩公式与瑞利金斯公式衔接起来，提出一个新的公式，从而解决了上面两个公式存在的问题，在这一被成为普朗克公式中引入一个常数，后被称为普朗克常数 h 6.626 x 10-34 J s 普朗克提出假设辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能，但是这些谐振子只可能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不像经典物理学所允许的任意值，相应能量是某一最小能量（能量子ε hν）的整数倍。,Albert Einstein 1879-1955,Phantasie ist wichtiger als Wissen.,ber einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichspunkt; von A. Einstein,A. Einstein, Annalen der Physik, 4 17, p132-148, 1905 “关于光的产生与转化的一个启发性观点” 爱因斯坦指出光的波动理论的不足，用光的粒子性解释黑体辐射，在普朗克量子理论的基础上，提出光子理论假设，光子 photon – light quantum 能量为E hν 爱因斯坦文章中提出的光量子（Lichtquant - Energiequant） 光子能量 E R/N βν hv 圆满解释光电效应现象,William Shockley （1910-1989）,The Bell system technical journal,1949 28, p435-489,Gerald L. Pearson, Daryl M. Chapin, Calvin S. Fuller,Chapin, Fuller, Pearson. Journal of applied physics. 1954 25,676,,Vanguard I First Solar-Powered Satellite March 17,1958 121541 UTC,曾经著名的太阳电池生产企业,Solarex Siemens Solar BP Solar Shell Solar Schott Solar （RWE Solar）,著名的国际光伏研究机构,NREL FhG-ISE UNSW,德国光伏发源地费莱堡,夫朗霍费太阳能系统研究所Fraunhofer-ISE,第一任所长 Goetzberger 第二任所长 A. Luther 第三任所长 E. Weber 1995首次拜访并作报告,H. Shen, E. Weber ISE, H. A. Lu SEMI,德国光伏发展历程回顾,1990.9.1 千户屋顶计划，提供系统70建设资金 1990.12.1 通过上网电价法（8.5欧分/kWh），安装总量 2 MW 1995 千户屋顶计划完成，安装总量18 1998 一直是8.5欧分/kWh补贴（直到2000），总量54 1999 十万屋顶计划，总量67 2000 可再生能源法 ，总量111 2001 50.6欧分/kWh补贴，181 2003 十万屋顶计划完成， 45.7欧分/kWh ，432 2004 可再生能源修正法， 57.4欧分/kWh，1053 2007 49.2欧分/kWh，4017 2008 46.75欧分/kWh，5950 2009 43.01欧分/kWh，9000 2010 39 .14欧分/kWh，上半年已经安装3000以上,2018/9/6,23,德国PV系统分类 补贴 （欧元/度） 中国PV系统分类 地面 0.457 （基本数） 集中式 屋顶 分布式 30 kW 0.546 100 kW 0.540 建筑集成BIPV 光电建筑 30 kW 0.596 100 kW 0.590 - 补贴时间持续20年，但每年5递减，如基本数到2025年为0.434欧元/度,2005年德国光伏并网补贴,德国南部山地光伏电站 5 MW , 2005年考察,我国早期太阳电池生产企业,宁波太阳能（1969）（宁波日地太阳能） 开封半导体（1979） 秦皇岛华美太阳能（1982）（2004深圳珈伟） 云南半导体（1982）（云南天达太阳能-2013） 深圳大明（1985-94） 哈尔滨克努拉（1985-） 深圳宇宙康（1986-95）,面对现在 - 我国光伏从上世纪末经过培育期、新世纪初开始进入起步、2005年大发展、2010年进入调整期、2012年稳步发展阶段,为何发展光伏 化石能源终将枯竭 生存环境日益恶化,2018/9/6,我国能源与环境问题,种类 可开采量（亿吨） 储采比（年） 进口依存度（） 石 油 34 11 56 天然气 145 29 27 煤 炭 790 31 8 储采比储量除以每年的消费量 摘自“北京大学国家发展研究院关于中国能源问题及其根源报告”,何铭思，沈辉，霍英东，邝晓明 （广州南沙，2001）,我国光伏发展现状,我国光伏产业突飞猛进的三部曲 第一（2003-2007）晶体硅太阳电池及组件。无锡尚德、天合、英利、阿特斯、晶澳、晶科、海润等一大批光伏企业抓住机遇，依托我国西部地区及后来德国市场，迅速发展太阳电池与组件产业，引导了太阳电池国内发展潮流，共同打造了我国晶体硅太阳电池的世界第一地位； 第二（2006-2009）硅片。江西赛维LDK、河北晶龙、锦州阳光、西安隆基等选择投资较大、技术较难的多晶硅片作为突破口，将我国的硅晶体、硅片生产推向了世界发展前列。 第三（2007-2012）高纯多晶硅材料。 保利协鑫等企业通过努力最终获得技术突破，使得我国成为多晶硅的重要生产大国。 第四（2010-2020）光伏电站。谁将引领第四部曲 第五（2011-2020）新型光伏技术。,我国重要太阳电池生产企业,天合光能 （国家重点实验室）不断刷新世界纪录 英利 （国家重点实验室） 阿特斯 晶澳 晶科 昱辉 海润 汉能 （Si、CIGS、GaAs）,我们实验室培养大批光伏人才在天合光能工作的中大毕业生与公司高层领导在一起,2014年各国光伏安装统计,国家 2014年新增 累计安装量 韩国 500 MW 2 GW 泰国 794 MW 1.2 GW 马来西亚 150 MW 以色列 481 MW 日本 8-9 GW 15-16 GW 澳大利亚 890 MW 3.7GW 瑞士 300-350 MW 1.15-1.2 GW 意大利 1.5-2 GW 19-20 GW 西班牙 125 MW 14.6 GW 德国 2 GW 38 GW 中国 8-10 GW 26-28 GW,晶体硅太阳电池的一些新技术会得到应用，PERC电池会有很大发展,太阳电池技术发展趋势,太阳电池技术发展趋势,至2014年底，美国Sunpower公司的背接触（IBC）电池的最高效率为25，日本Panasonic公司的背接触异质结（HITIBC）电池的最高效率为25.6。太阳电池将朝着更高效率（25）的方向发展，可能的技术有 PERC IBC电池 异质结（HIT）电池 晶体硅双面太阳电池 背接触异质结（HITIBC）电池 晶体硅与钙钛矿薄膜结合异质结、双结 柔性CIGS薄膜电池 聚光电池 GaInP/ GaInAs/Ge 40-50,国际发展背景光伏技术发展,HIT创造了新纪录 2014年4月Panasonic创造了25.6新纪录 大于20效率的PERC太阳电池趋于量产，如天合创造了20.78的多晶纪录。（打破德国保持的多年的世界记录 20.4） 法国Soitec 公司、法国微电子研究机构 CEA-Leti、德国FhG-ISE 联合研究的 III-V 族聚光电池实现46效率（日本AIST 测试），目标50 n型硅电池技术迅速发展，n 型硅电池市场潜力很大,国内光伏发展动态,光伏企业兼并、重组仍在进行； 西部地区开始建设晶体硅电池企业（山西晋能、陕西有色等）； 多个电池制造企业大力下电站建设推进； EPC企业发展迅速； 房地产、互联网开始进入光伏电站行业； 光伏与农业、渔业等结合发展迅速，光伏农业大棚建设成为热点； 户用光伏电站建设开始； 金融、保险等开始进入光伏电站业务； 光伏电站打包上市，实现众筹模式,展望未来 - 光伏必将从补充能源、替代能源最终成为人类到主导能源之一,发达国家发展规划,欧洲计划2050年实现可再生能源100替代目标 1975年在瑞典通过第一个满足所有能源需求的100可再生能源替代设想； 1978年法国提出同类想法； 1980美国提出2100年实现； 1983年丹麦提出2030年实现； 2002年德国提出2050年实现95 2010年麦肯锡咨询公司提出欧洲实现100可再生能源发展目标，并且认为所付出成本不高于目前的能源系统成本； 德国联邦环境署2050年能源目标2050年100使用可再生能源光伏发电36，陆上风电26，海上风电26，水电3.5，地热发电7，垃圾发电3.5. Hermann Scheer能源号令如何实现可再生能源的100替代 Der Energetische Imperative 100 jetzt Wie der vollstndige Wechsel zu erneuerbaren Energien zu realisieren ist,日本太空电站计划,上世纪六十年代美国人提出太空电站设想不受地面昼夜变化、气候影响，相当于地面1.4倍光强稳定发电 日本最早开始进行实验验证，两次成功实现微波无线输电实验 研究机构有日本宇宙航空研究开发机构与三菱重工 日本预计2040年实现太空发电供应东京用电,瑞士太阳能飞机全球航行,2015年3月9日，瑞士阳光动力2号从阿联酋的阿布扎比起飞，开始未来五个月的环球飞行。按计划本月下飞经这我国，将在重庆和南京停留休整。 4月12号在南京举办科普活动，其中有给青少年开办科普讲座。 飞机机身共贴附17248片135微米厚单晶硅电池，23效率，共70 kW功率，采用锂聚合物蓄电池。,我国光伏发电占比与光伏组件安装量发展预测,我国光伏发展建议,2016年中国有可能成为光伏安装第一大国（总量） 多个省市出台光伏补贴激励政策，我国光伏推广规模化开始 广东光伏分布式能源发展迅速，分布式能源示范区 深圳（前海）；佛山（三水）广州（从化广州发展能源公司） 顺德100 MW 中山格兰仕 50 MW世界最大屋顶电站 光伏电站招商新能源、南方电网、中广核、汉能集团、中信能源、中航三星、粤电太阳能、广州发展能源等 BIPV与光伏电站珠海兴业、金刚玻璃、蓝波绿建、中装集团,我国光伏发展建议,建立光伏电站国家统一管理机构； 建立定期检测制度、定期公布数据，建立光伏电站编号及档案； 光伏规模化发展机会来临 2014-18年是关键时期未来投资回报期4-5年，目标平价上网 我国引导世界光伏发展潮流 制定光伏发电国家省市发展目标（1，5，10电量占比） 第一步光电与核电同步 （3-5）（2020-2025）； 第二步光电与风电同步发展（ 10）（2025-2030） 第三步光伏成为电力重要部分 （ 20）（2030-2050）,会议的宗旨,促进广东省及我国南方光伏电站健康发展； 搭建一个具有国际视野的光伏技术交流平台； 争取成为地方政府光伏规划的重要信息库。 建议作为这个会议的延续与补充搞一个“南方光伏沙龙” （曾义、孙韵琳、白路、宋涵）,在此深切怀念我的良师益友 崔容强教授 闻立时院士 蔡睿贤院士,同样怀念 那些为光伏事业贡献一生的人们,感谢各位光伏同仁光临本会 感谢所有关心、支持光伏事业的朋友 感谢参与会议筹备的全体工作人员和给予大会大力支持的所有朋友,