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二、落地：探索應(yīng)用

（20世紀(jì)70年代~80年代）

4.全球光伏發(fā)展情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1977年~1988年，世界光伏發(fā)展平均增長率為25%，并在前5年的美國工業(yè)生產(chǎn)總銷量中占比近半。

前文寫過，美國在1973年率先制定了政府級的陽光發(fā)電計(jì)劃,自1974年開始，陸續(xù)頒布推動能源可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)法令，光伏產(chǎn)業(yè)被列入發(fā)展優(yōu)先領(lǐng)域，先后出臺《太陽能研發(fā)法令》《太陽能光伏研發(fā)示范法令》《能源稅法》《稅收改革法》《能源政策法令》等法令，從發(fā)展目標(biāo)、資金、研發(fā)等各個方面支持光伏技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展。在1975年~1987年之間，美國共投入6.5億美元、此后平均每年不少于4000美元，用于支持行業(yè)發(fā)展。1988年，美國太平洋煤氣電力公司等發(fā)起了PVUSA計(jì)劃，包括電力公司、政府部門、研究單位的19個成員參與其中，正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，定名為Solar2000，目標(biāo)是到2000年實(shí)現(xiàn)太陽電池總產(chǎn)量達(dá)到1400兆瓦。更為重要的是，美國各大電力集團(tuán)還積極參與光伏發(fā)電工業(yè)的發(fā)展，除了PVUSA計(jì)劃，13家電力公司自發(fā)成立了光伏電力集團(tuán)（UPXG）。IDAHO電力公司投資500萬美元的光伏供電計(jì)劃，美國聯(lián)合電力公司（IPC）還實(shí)施了光伏并網(wǎng)電站計(jì)劃和德克薩斯門托市政公司SMUDPV計(jì)劃，紐約電力集團(tuán)實(shí)施了偏僻住戶光伏供電計(jì)劃。

德國更是雄心勃勃，在上世紀(jì)80年代末持續(xù)發(fā)布新的光伏計(jì)劃，如GTZ的光伏水泵計(jì)劃，政府“5000屋頂”計(jì)劃以及向世界市場進(jìn)軍的“ELDURADO”計(jì)劃等。西門子公司以其強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力買下了當(dāng)時美國最大（也是世界最大）的太陽電池廠ARCO SOLAR。在1988年，晶體和非晶平板組件在美國的售價為每瓦4美元~7美元，安裝好的系統(tǒng)價格為7美元~15美元，小系統(tǒng)價格偏高。假定系統(tǒng)壽命20年，平均日照較好，運(yùn)行維修費(fèi)用較低，則每千瓦時電的電價約為0.3美元~1美元。（當(dāng)時，大多數(shù)美國光電生產(chǎn)線的容量都是5兆瓦，生產(chǎn)率低，不是處于最佳狀態(tài)，它們主要是被看作試驗(yàn)裝置，在擴(kuò)產(chǎn)后，具有降低成本過半的可能性。）

在這一時期，為了使光伏發(fā)電工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展, 各發(fā)達(dá)國家都投入了大量資金, 改進(jìn)電池工藝和開發(fā)新型太陽電池, 以降低太陽電池的成本。如英國的BP SOLAR和德國的Telefunken公司買下了澳大利亞馬丁·格林教授的高效單晶硅電池技術(shù)，并生產(chǎn)出效率高達(dá)18%的太陽電池（采用一般工藝的工業(yè)化生產(chǎn)的太陽電池效率僅為12%~14%）；德國的NUKEM公司建起了一條年生產(chǎn)能力達(dá)1兆瓦的MIS電池生產(chǎn)線，電池效率達(dá)16%，成本降低了30%。

這里要詳細(xì)介紹一下BP Solar公司。BP名為British Petroleum，英國石油，是世界上最大的私營企業(yè)集團(tuán)之一。該公司前身是創(chuàng)立于1908年的Anglo-Persian Oil Company盎格魯·波斯石油公司（APOC）。初時業(yè)務(wù)進(jìn)展不大，但第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時，英國政府認(rèn)識到了石油資源的重要性，開始收購該公司股權(quán)，該公司也開始向皇家海軍提供燃油。戰(zhàn)后，英國政府已經(jīng)擁有達(dá)51%之股份，并開展在歐洲各地的業(yè)務(wù)。1931年，該公司并購了當(dāng)時與其合作從事行銷的殼牌公司，改組出Shell Mex and BP Ltd殼牌麥克斯英國石油公司。不過，公司主要聚焦的波斯灣石油業(yè)務(wù)，也因伊朗態(tài)度的變化而變化。1932年，伊朗曾在戰(zhàn)時撤回對APOC的許可，經(jīng)過一年談判并承諾更多收益才得以恢復(fù)業(yè)務(wù)。1936年，波斯改成伊朗，該公司亦改名為Anglo-Iranian Oil Company昂格魯-伊朗石油公司（AIOC）。1953年8月，AIOC經(jīng)歷了伊朗的驅(qū)逐后再次回到海外，以40%外資股權(quán)方式在伊朗恢復(fù)業(yè)務(wù)，并正式改稱英國石油公司(BP)。上世紀(jì)60年代，BP就開始關(guān)注美國阿拉斯加和歐洲北海的油源開發(fā)。這一創(chuàng)舉在1970年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，使其能夠抗擊后來暴發(fā)的石油危機(jī)。1970年，公司又并購了美國的俄亥俄標(biāo)準(zhǔn)石油公司，而其對光伏產(chǎn)業(yè)的投入也非常值得關(guān)注。這是世界上第一個將光伏太空電力轉(zhuǎn)入地球商用的公司，是80年代末第一個發(fā)明低成本硅錠成長制備技術(shù)，并使之商業(yè)化的公司，是第一個生產(chǎn)半透明屋頂用組件、在光伏中使用線鋸技術(shù)、使用熱熔金屬膠形成電極、發(fā)明線鏈?zhǔn)桨l(fā)射極沉積設(shè)備的公司。在此后的光伏發(fā)展歷程中，諸多重要節(jié)點(diǎn)都與之相關(guān)，留待后文再敘。

在這一時期，各國著力開發(fā)的新型太陽能電池還有各種薄膜電池，如非晶硅電池、多晶薄膜電池、碲化鎘CdTe電池、銅銦錫CuInSe電池（簡稱CIS）等。發(fā)表在1983年《太陽能》上的《多晶硅太陽電池》一文曾寫到，多晶硅太陽電池制備工藝簡單，成本低，并適于大規(guī)模生產(chǎn)（與單晶硅太陽電池相比），已經(jīng)日益引起人們的重視。不少國家投入了大量的人力和資金對多晶硅太陽電池進(jìn)行研究，并取得了可喜的進(jìn)展。美國研制成的多晶硅太陽電池（面積30平方厘米~60平方厘米）的效率已達(dá)9.85%，預(yù)計(jì)近期即可達(dá)到11%，批量生產(chǎn)時，每峰瓦可降到0.7美元以下；西德用鑄造多晶硅制成的太陽電池，平均效率高于10%，最高可達(dá)15%，其成本比單晶硅太陽能電池低20%~30%。近年來，薄膜多晶硅太陽電池的研究有很大進(jìn)展?？梢?，研發(fā)未曾止步。

除了在太陽電池上的努力，發(fā)達(dá)國家還非常重視光伏電池市場的開發(fā)。上世紀(jì)80年代末的光伏電池市場，主要靠通訊部門和邊遠(yuǎn)地區(qū)，包括微波中繼站、衛(wèi)星地面站、農(nóng)村電話系統(tǒng)、邊遠(yuǎn)地區(qū)照明、獨(dú)立光電站、混合電站系統(tǒng)、光電水泵系統(tǒng)等，大約占太陽電池總用量的62%。其他的民用電器，包括太陽能手表、太陽能計(jì)算器、太陽能充電器、便攜式電源等，大約占太陽電池總用量的31%。此外，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展較快，占光伏市場的7%。在這一階段，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)可以明顯提高電網(wǎng)末端的供電質(zhì)量，這一結(jié)論已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。

在這方面，尤其值得一提的是日本。日本是能源匱乏、需求量大的發(fā)達(dá)國家。上世紀(jì)七八十年代，其能源消耗占世界總消耗的5%，是僅次于美國的世界第二大能耗國。能源短缺成為制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大因素。上世紀(jì)70年代的石油危機(jī)讓日本意識到，僅靠傳統(tǒng)能源支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在諸多不確定性。在石油危機(jī)的刺激下，日本政府開始大力發(fā)展核能、太陽能、風(fēng)能等諸多新能源，并出臺了“陽光計(jì)劃”和“月光計(jì)劃”，從如何開發(fā)新能源和節(jié)能兩個角度進(jìn)行了全面規(guī)劃，這兩個規(guī)劃從1974年7月開始正式公布執(zhí)行，并取得了顯著的成效。也就是說，從上世紀(jì)70年代開始，日本就針對自身實(shí)際情況，著手重點(diǎn)開發(fā)太陽能等新能源相關(guān)的基本技術(shù)、輸送、有效利用和儲存等方面問題。

1980年，日本成立國家新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)組織實(shí)施太陽能技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用工作，并投入大量人力物力，依托政府和民間的很多研究院所開展具體研發(fā)，以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本、提高電池效率，同時將著力點(diǎn)放在制取生產(chǎn)多晶硅太陽電池的原材料上，即低成本硅精制工藝的開發(fā)，并注意高效率太陽電池以及非晶硅太陽電池制造技術(shù)的研究。同時，設(shè)立專門的太陽光發(fā)電系統(tǒng)的學(xué)校和工廠，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究，其中還尤為注意獨(dú)立分散型太陽光發(fā)電利用系統(tǒng)以及太陽光發(fā)電系統(tǒng)的聯(lián)接和控制技術(shù)的研究開發(fā)。對于集中型大功率太陽光發(fā)電系統(tǒng)，日本也給予高度重視。尤其值得一提的是，日本對光伏與建筑相結(jié)合表現(xiàn)了很大的熱情。政府資助了一些大學(xué)和公司進(jìn)行開發(fā)研究，如三洋電氣公司推出了幾種非晶硅電池與建筑材料相結(jié)合的產(chǎn)品，一種是做成曲線形傳統(tǒng)瓦片形狀，每片面積為305平方厘米、輸出功率2.7瓦，價格較昂貴，另一種是長寬為90厘米×35厘米的平板非晶硅電池組件，組件背面有突出的“腳”以便于安裝，一般可作為屋頂材料。該公司還推出了半透明和不透明的非品硅玻璃組件，用于商業(yè)建筑的垂直幕墻，其半透明組件的透光率為30％，作為窗戶或天窗材料時還可以減少太陽直射的眩光。這種非晶硅玻璃組件的大小為1．2米×0．37米，高9毫米，重6.4千克。以上光伏組件安裝在三洋電氣公司、Fsukasa電力公司等辦公樓建筑物上。

正是基于持續(xù)的相關(guān)投入，日本對石油的依賴情況得到了有效改善，從1973年的77%下降到了1989年的57%，初步形成了多渠道的能源供應(yīng)體制。多晶硅電池的轉(zhuǎn)換率也從最初（1984年）的12%提升到了17%~18%，低成本的非晶硅電池從最初的2%提升到8%，甚至達(dá)到了12%。轉(zhuǎn)換率在10年內(nèi)的翻倍，創(chuàng)造了當(dāng)時世界最高水平。成本也在逐步降低，太陽能電池的模塊成本在1974年為2萬日元/瓦~3萬日元/瓦，在80年代降到了700日元/瓦~1000日元/瓦，接近于柴油發(fā)電的成本。在1985年，日本的太陽能電池產(chǎn)量超過美國，達(dá)到了1.3萬千瓦，成為世界之最。

在此期間，日本的幾家規(guī)模光伏企業(yè)也逐步占據(jù)重要位置：夏普是日本最早一批參與光伏研發(fā)的企業(yè)，在單晶硅和非晶硅電池方面、效率方面分別取得世界第一的紀(jì)錄，在研判光伏大勢的過程中，公司大力擴(kuò)張，迅速擴(kuò)大產(chǎn)能，在隨后的90年代就顯現(xiàn)出無可替代的霸主地位，成為世界第一。京瓷公司從1980年開始生產(chǎn)太陽能產(chǎn)品且首家量產(chǎn)多晶硅電池，1984年建立光伏研發(fā)中心，1991年安裝日本首個并網(wǎng)系統(tǒng)。著名的德山公司前身成立于1918年，上世紀(jì)70年代末就涉足多晶硅領(lǐng)域，成為日本三大、世界七大巨頭之一；1983年，進(jìn)入電子化工領(lǐng)域，生產(chǎn)電子工業(yè)需要的高純度化學(xué)品；1984年建成高純度多晶硅生產(chǎn)廠，開啟了日本和世界德山的多晶硅時代；上世紀(jì)90年代繼續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，隨后進(jìn)入世界前三，占世界兩成份額。