“雙碳”背景下，光伏到底有多火？

那么，什么是光伏呢？

太陽光電系統，也稱為光生伏特，簡稱光伏（Photovoltaics；字源“photo-”光，“voltaics”伏特），是指利用光伏半導體材料的光生伏打效應而將太陽能轉化為直流電能的設施。光伏設施的核心是太陽能電池板。目前，用來發電的半導體材料主要有：單晶硅、多晶硅、非晶硅及碲化鎘等。

我國的碳排放主要來源于電力行業，尤其是火電，燒煤燒炭是民眾所熟知的發電方式。近些年，在能源轉型過程中，風電、光電也逐漸走上舞臺。尤其是光伏發電，已經居于C位，從世界追趕者變成領跑者。

光伏發電，即太陽能發電，通過太陽光照射在太陽能電池材料上，直接將光能轉化為電能，從而產生電流，也叫光生伏特效應。這里的太陽能電池材料是最主要的介質，是吸收太陽光照的半導體。在太陽能電池產品中最常用的元素就是硅，因為硅具有儲量大、穩定性高、提純技術成熟的優點。目前市場上最常見的材料就是單晶硅和多晶硅，當然也有其它材料，但成熟性和經濟價值相對較低。就這兩種電池材料而言，單晶硅成本高一些，但轉換率更好，多晶硅反之。

再回到發用電過程，通過電池板轉換出的電流是直流電，而我們日常生產生活中用到的是交流電。這就好像，你餓了需要吃飯，現在有了一堆生米，需要煮熟。這時候就需要用到一個叫做逆變器的東西，將直流電逆變成交流電。也就是將生米變成熟米，這樣才可以吃。這之后，還需要一個容器，將一顆顆米粒盛到一起。在光伏發電里，也有這樣一個部件，叫做匯流箱，將交流電匯集到一起，就可以用電了。

所以從發電原理和過程來看，其實非常簡單。只要有太陽的地方就能發電，而且是取之不盡、用之不竭的可再生能源。在發電過程中，不產生噪音，不污染環境，關鍵是也不產生危害人體的輻射。環保、低碳又安全，因此光伏自帶主角光環不是沒有原因的。

“光伏”的誕生

1839年，時年僅19歲的法國科學家A.E.貝克雷爾在他父親的實驗室中，緩慢地將兩片鉑金屬電極插入到氯化銀酸性溶液中。他不知道的是，光伏世界的大門，正隨著這一場“錯誤”的實驗慢慢大開。在測量在這些電極之間流動的電流時，他發現，光線中的電流略大于黑暗中的電流；他將這種現象被命名為為光生伏特效應。他不曾料到的是，他在這場實驗中觀測到的小小的光電流，會在百年之后為人類的能源利用帶來重大變革。為了紀念他的發現，光生伏特效應也稱“貝克雷爾效應”。

在貝克雷爾的實驗沉寂了37年之后，英國科學家威廉·格里爾斯·亞當斯和他的學生理查德·埃文斯·戴發現硒在光線下會產生電能。雖然硒無法為當時使用的電子元件提供需要的電能，但這證明了固體金屬可以直接將光轉換為電能。

1883年，美國科學家查爾斯·弗里茨在鍺片上鍍上一層硒金屬電極,建立了第一塊光伏電池。雖然它的轉換效率只有1%，而且成本極高，但是弗里茨雄心勃勃的說：“它連續地、穩定地輸出電能，不僅僅能在日光下，還能利用散射光，甚至是昏暗的燈光…我們也許很快就能看到光伏板與燃煤發電廠的競爭”。

可惜的是，他的預言沒有成真。他曾把一塊光伏電池寄給當時與愛迪生齊名的西門子，后者對他的發明予以盛贊。西門子認為光電技術在科學上有深遠的意義，當時的物理學大牛麥克斯韋也表示贊同，他曾因提出著名的“麥克斯韋方程組”名震物理學。從這時起，許多科學家才開始對光電效應進行基礎研究。不過，不論是西門子還是麥克斯韋，都沒能破解光伏背后的秘密。

1907年，愛因斯坦提供了基于他1905年的光子量子假設的光電效應的理論解釋。為此，他于1921年獲得了諾貝爾物理學獎。1912年至1916年，美國實驗物理學家羅伯特·安德魯斯·米利肯通過實驗證實了愛因斯坦對光電效應的猜想，并在1923年獲得了諾貝爾物理學獎。有了理論的堅實支撐，光伏的發展開始進入快車道。

1916年，波蘭化學家揚·柴可拉斯基發現了提純單晶硅的拉晶工藝，并以他的名字命名為柴可拉斯基法。這項技術直到20世紀50年代才開始實際應用于半導體制造業中晶圓的制造，隨著對大規模半導體器件需求的增大，這種工藝也在不斷發展。

歷史的車輪又向前推進了將近20年，1934年，科學家們開始了對薄膜太陽能電池的研究，并設想通過太陽能電池創造能源自給系統。實驗數據顯示，通過在材料中摻雜金屬雜質可以提高發電效率。

1940年，美國半導體專家拉塞爾·奧爾制造出了固態二極管的基本結構p-n結，這為太陽能電池的發明和制造奠定了堅實的基礎，極大地推進了光伏發電向工業領域的進發。

1953年，美國物理學家達里爾·查賓，杰拉爾德·皮爾森和化學家卡爾文·紹瑟·福勒制造出晶體硅太陽能電池，每個大約2厘米大小，生產效率約為4％。從此，太陽能電池逐漸走向工業領域。

光伏在中國

中國的太陽能產業經歷了三個不同的階段。在初期階段，中國一直專注于大規模生產太陽能技術。隨后，中國開始在國內應用太陽能技術。與此同時，中國正在將其研究擴展到開發以降低其成本。

中國光伏技術的發展始于1958年，在20世紀80年代首次實現工業化。在2000年代進入世界太陽能市場時，中國最初幾乎只生產用于出口的太陽能組件。自2004年以來歐洲國家對光伏系統的需求強勁增長，中國的光伏生產經歷了非常強勁的增長。中國的大規模生產以及隨后光伏市場的價格下降導致西方生產商無法與價格競爭相抗衡。在德國，許多制造商不得不申請破產，包括Solar Millennium和Q-Cells。西門子于2012年解散其太陽能光熱和光伏部門，此前不久，博世退出光伏市場，損失總計24億歐元。2013年起，中國成為世界最大的光伏市場。

最初，光伏系統的高成本阻礙了中國國內市場的增長。光伏系統的內部市場主要集中在孤立的農村地區的電氣化，僅限于少數太陽能裝置。中國第一個太陽能公園在甘肅的沙漠地區，于2008年并網發電。

在全球金融危機之后，許多政府大幅削減對太陽能的補貼，中國的太陽能產業面臨著產能過剩的問題。出于這個原因，政府開始通過激勵措施來加強內部市場的發展，以緩解中國太陽能產業的危機。此外，自2011年以來，中國生產商的優勢因美國和歐盟的反傾銷措施而進一步削弱，因此政府補貼進一步加強，以減少對外國市場的依賴。截至2010年底，中國國內太陽能裝機容量為800兆瓦，而在2016年底已達到76500兆瓦。由此可以看出，中國在過去的10 年內建立了比德國更多的太陽能系統。

2017年，中國能源部門投資865億美元用于太陽能，這比前一年增加了58％，遠高于其余類型的可再生能源的投資量。2017年中國安裝了總容量為53千兆瓦的太陽能系統，占世界裝機容量的一半以上。其中最大的太陽能項目是江西省扶貧工廠，計劃產量為540兆瓦，投資額約為6.53億美元。

目前在中國，太陽能光伏發電主要分成兩類，一種是集中式，常見于西北開闊地區的大型地面光伏發電系統；另一種是分布式（以6WM為界），例如民居屋頂光伏發電系統、太陽能路燈、工商企業樓頂光伏發電系統等。

中國太陽能技術的發展和光伏市場的迅速擴大與國家政策密不可分。

中國光伏行業協會理事長曹仁賢在“2022年光伏產業鏈供應論壇”上表示，近年來，在產業政策引導和市場需求的雙輪驅動下，我國光伏產業實現了飛躍式發展，已經成為我國為數不多可參與國際競爭并取得領先優勢的戰略性新興產業，也是我國產業經濟發展的一張嶄新名片和推動我國能源變革的重要引擎。

目前我國已經形成了從工業硅、高純硅材料、硅錠/硅棒/硅片、電池片/組件、逆變器、光伏輔材輔料、光伏生產設備到系統集成和光伏產品應用等全球最完整的產業鏈，并且在各主要環節均形成了一批世界級的龍頭企業。中國光伏產業鏈具備顯著的效率、成本和上下游配套健全等優勢，海外市場對中國光伏供應鏈有較強依賴，中國光伏企業持續主導全球產業供應格局。