【Joule期刊】马丁·格林:为什么太阳能电池片可以这么便宜?

【Joule期刊】马丁·格林:为什么太阳能电池片可以这么便宜?

在能源技术领域,光伏发电技术是成本下降速度最快的技术,图1为过去10年光伏组件的平均销售价格,在近10年的时间里,光伏组件的价格下降了约15倍。目前有迹象表明,光伏组件新一轮的降价已在酝酿之中,再结合目前光伏发电系统搭配储能的不断融合和性能优化,光伏发电在未来的市场中将更具有竞争力。

【Joule期刊】马丁·格林:为什么太阳能电池片可以这么便宜?

图1 光伏组件价格变化趋势

【太阳能发电为什么会突然这么便宜呢?

为什么光伏组件的成本在过去20年里迅速下降?麻省理工学院Kavlak教授在其研究中列举了一些可能使得使组件成本下降的因素,并将将这些因素分为低阶因素与高阶因素。

  • 低阶因素:组件效率的提高,晶圆面积的增加,硅使用量的减少,非硅材料的面积降低;

  • 高阶因素:政府资助,研发,规模经济,边做边学。

然而,“太阳能之父”马丁格林教授认为Kavlak的方法忽略了这些年的一些偶然事件,如果没有这些偶然事件,光伏发电可能仍然是一项昂贵的技术。

以下为马丁格林教授的研究结论,具体参考世界顶级期刊《Joule》(中文:焦耳)《How Did Solar Cells Get So Cheap?》一文

原因1:政府支持 研究突破

在早期开创性的电池发展之后,由于第四次中东战争,1973年10月,阿拉伯国家对西方国家实行石油禁运,引起了有史以来最严重的一次石油危机。这促使尼克松总统启动了“独立计划”,目标是美国能源自给自足。由此产生的平板太阳能电池阵列(FSA)项目,从1975年到1985年间,特别是在卡特政府期间,产生了包括丝网印刷电池技术在内的数个关键性成果,推动了该行业成功。

原因2:安全危机 各国推行

下一个导火索是1986年的切尔诺贝利核事件,它重新点燃了国际上对光伏发电技术的兴趣。日本在1993年启动了“百万屋顶”计划,目标是到2010年住宅光电系统达到100万户。该目标于2013年在日本和澳大利亚都得到了实现。1998年德国大选后,有远见的政治家赫尔曼尔引入《可再生能源法案》,这是一项使得光伏(和风能)发电系统成本降低的关键性举措。在德国,政府为新进入该领域的投资者提供服务,促进了该行业EPC模式的发展、技术的扩散、产品质量的提高和制造规模的增长。

原因3:效率提高

与此同时,Martin在澳大利亚的团队也在其长征路上不断前行。在过去36年里,他们让硅电池的效率相对提高了50%,该团队将“效率最高电池”的纪录保持了30年,他们最新的成果是PERC电池,目前已成为世界上产量最高的电池种类。 

原因4:中国企业加入

上世纪90年代末,随着中国为私营企业提供的机会越来越多,一名研究人员-施正荣立下雄心壮志要建设中国自己的光伏制造企业。2002年,在新南威尔士大学同事的支持下,他的公司筹集了600万美元资金,建立了中国第一条商用光伏生产线。通过向德国供应组件,他的公司“尚德”迅速增长,并受到了美国投资银行的关注,最后公司在纽约证券交易所(NYSE)上市。尚德成为首家在该交易所上市的中国民营企业,并且上市取得巨大成功,据报道,这是2005年规模最大的科技股上市。

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图2 马丁格林教授在尚德(2002年施正荣在无锡建成了第一条10兆瓦的电池生产线)

尚德的成功促使美国投资者开始寻找其他中国光伏企业上市。2008年雷曼兄弟(Lehman Brothers)破产之前,先后有9家中国光伏企业在美国交易所上市,如今这些企业已成为光伏制造业的支柱。其中6家仍在2019年全球光伏制造商“十大”名单上(天合光能、阿特斯、晶澳、英利、韩华和顺风光电。第七家是晶科,于2010年上市)。

大量资金注入制造业所造成的供应过剩对价格造成了巨大的下行压力,这在2008年后(图1)表现得尤为明显。虽然企业努力保持盈利,但无法违背市场规律,尤其是在2011年至2013年期间,价格第二次显著下跌,许多企业在这个阶段被迫退出了这个行业。在此之后,该行业进入相对稳定阶段,价格以每年20%速度稳定下降。中国政府从2010年开始有针对性地支持光伏产业,其市场开发计划使得中国成为世界领先的光伏制造国。

如果没有光伏制造业向中国的转移以及美国投资者的大量资金,光伏发电的成本可能仍然过高,难以得到广泛应用。而促成这种转变的关键是施正荣选择的时机:如果晚一步,则全球金融危机将使其错失在美国上市的机会,而9家中国光伏公司为生存而展开的激烈竞争,导致了目前光伏令人难以置信的低价。

马丁·格林(Martin Green,1948年)男,教授,澳大利亚人,是太阳能电池领域的权威,被誉为“太阳能之父”。 马丁·格林现任澳大利亚新南威尔士大学教授、超高效光电学研究中心主任。格林教授领导的团队对光电的贡献包括研制出世界上效能最高的硅太阳能电池并将几种不同的太阳能电池技术产业化。格林教授发表了多部太阳能电池方面的著作和多篇论文,先后被授予多项国际大奖,包括:2002年度“正确生活方式”奖(又称“另类诺贝尔奖”或“诺贝尔环境奖”)、 2007年度太阳能世界爱因斯坦奖及2010年度尤里卡领导力奖。2012年,格林教授被授予澳大利亚勋章,表彰他对光电学及在光电教育领域所做的贡献。

原文摘译出处:

Martin A.Green《How Did Solar Cells Get So Cheap?世界顶级期刊《Joule》Volume 3, Issue 3, 20 March 2019

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原文始发于微信公众号(坎德拉):【Joule期刊】马丁·格林:为什么太阳能电池片可以这么便宜?

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