何祚庥：抓緊發展第三代光伏發電技術

    鋰電世界  光伏產業調研組

    調研組：第三代光伏發電技術和第一代、第二代有什么不同？

    何祚庥：第一代、第二代光伏發電技術都是用半導體技術。第一代指的是晶體硅光伏發電，分為單晶硅和多晶硅，現在用得非常普遍，我們國家在這個市場占有很大份額。第二代指的是品種繁多的薄膜電池，優點是材料用量少，最大的缺點是光電轉化率只有晶體硅的一半。主要品種有：非晶、納米晶、微晶等硅薄膜；銅銦鎵硒組成的薄膜；碲化鎘薄膜；銅鋅硒硫錫組成的薄膜；新出來的一個品種，是砷化鎵薄膜電池，據報道，其轉化率已高達28.2%。我個人認為，這將是諸多薄膜電池中，最有發展前景的品種。

    第三代光伏發電技術，核心是引入了現代光學技術，從半導體技術轉向了現代光學技術，這是光伏產業未來的發展方向。這里的核心技術是聚光。根據愛因斯坦的光電定律，發電量和光的強度成正比，聚光可以多發電。關鍵是要非常均勻地聚光，因為如果不均勻的話，設備會按照最弱的部分來發電。均勻聚光，是近幾年發展起來的新技術，叫無光像自適應光學，技術含量非常高。通過這樣的聚光，可以大大提高電池的轉化率。例如，單晶硅的理論轉化率是28%，現在產業化已經做到了25%，但如果引入現代光學，通過聚光可以用一塊單晶硅電池片發出“多倍”的電量。

    再有就是跟蹤技術，就是跟蹤太陽，適應太陽光在空中不斷移動。這是現代天文望遠鏡已經解決的問題。因為地球繞太陽的公式已經高度精確了，把地球繞太陽的公式帶到一個芯片里，可以實現一直跟蹤。

    另外，還有高效的聚光電池技術。轉化效率第一位的是砷化鎵光電池，國外有一些研究。但砷化鎵的市場價格太貴，必須高倍聚光才有經濟效益。居第二位是硅基光電池，中科院采用的就是這個類型。我們實驗用的N型晶體硅電池轉化效率是22.5%，通過6倍聚光以后，一塊電池的光電轉化率增加到24.5%，實際產出的電量是6×24.5%=135%。

    為什么要發展第三代

    光伏發電技術

    調研組：我們調研了解到，我國在第一代光伏發電方面居世界領先地位。第二代光伏發電技術，也就是薄膜技術，國內還處于開發研制階段，產業化成功的很少。您現在建議抓緊開發第三代光伏發電技術，這基于什么考慮？

    何祚庥：我們過去在有關太陽能光伏電池的思維模式中，眼睛只看到半導體技術?，F在因為要進一步提高光伏電池的單位面積發電量，于是人們從半導體技術轉向了現代光學，希望通過跟蹤、聚光的技術，用成本較低廉的光學聚光元件，取代和減少使用成本更為昂貴的半導體材料。

    第三代光伏發電技術發展起來后，可以比較容易地解決平價上網問題，因為成本更低，轉化率更高。這里的聚光，不是用單晶硅、多晶硅多接收光，而是用鏡子、反射鏡或者透射鏡把光聚攏起來，聚到某一塊光電池上面，使發電量增加。這個技術從原則上講，比半導體技術可以做到便宜得多。

    更重要的是，這涉及戰略選擇。發展戰略性新興產業，有一個占領技術制高點的問題，如果你占領的是低點，肯定發展不起來。什么叫戰略性，就是全局性的；什么叫新興的，就是可以發展的。如果占領的不是制高點，就發展不起來，不能把一個小山頭當做珠穆朗瑪山。

    我認為，發展光伏產業，第三代光伏發電技術是制高點，所以一定要高度重視，抓緊發展。

    如何發展第三代

    光伏發電技術

    調研組：國際上第三代光伏發電技術發展狀況如何？我國應該走怎樣的發展路徑？

    何祚庥：中國科學院科學家開發、研究的第三代光伏發電技術，可以描述為“跟蹤+低倍聚光+高效硅基聚光電池”。就是說，我們選擇了低倍聚光的技術線路。我覺得，這是很好的突破口，符合中國的實際，有光明的前景。

    國際上有幾家大的機構專門在研究第三代光伏發電技術，他們走的是“跟蹤+高倍聚光+高效砷化鎵聚光電池”的技術路線。他們使用砷化鎵薄膜電池，走的是高倍聚光的技術線路。砷化鎵的轉化率非常高，能到40%多，但是砷化鎵的市場價格太貴，一小塊價格是多晶硅的兩百倍、三百倍，必須用高倍聚光才有經濟效益。高倍聚光至少得400倍，甚至上千倍。高倍聚光技術難點不少，尤其是散熱和抗風。另外砷化鎵有個大問題，原料比較少，規模做得很大的話，原料上會是個大問題。

    我們采用的是晶體硅，原料充足。這條技術路線的一個好處，就是不會完全破壞國內的單晶硅、多晶硅的生產體系。特別值得一提的是，這種低倍聚光加跟蹤的光伏發電技術，非常易于在水面實現“太陽能睡蓮”。最大優點是，聚光漏斗常年浸在水中，極易散去聚光時產生的巨大熱量，解決了散熱的問題，同時又可以增加約10%至20%的發電量。

    調研組：您認為在哪些區域推廣第三代光伏發電技術更加合適？

    何祚庥：從我個人看的話，光伏發電的發展方向主要應該在缺電的地區做。西北地區太陽能資源好，但是把電送到用電中心，投資大，損耗大。

    缺電地區的太陽能資源不好，比如南方老下雨，在這些地方做光伏發電，需要把成本做得更低一點，如果第三代光伏發電技術成本能夠下降到五毛錢一度電、四毛錢一度電、三毛錢一度電，南方很多地方就可以做。在經濟發達地區發展光伏發電還有個好處，白天用電時的電價很高，太陽能發電正好是白天，可以補充高峰時期的用電。我個人覺得搞太陽能發電，眼睛不要只看到西北，也要看到華東、華北、華南，那里的太陽能資源比起西北是差一點，但是輸電的問題簡單多了。不過前提是必須做到降低成本，提高轉化率，能夠實現平價上網。

    目前存在哪些問題

    調研組：第三代光伏發電技術，有沒有示范工程？應該如何盡快發展？

    何祚庥：這個技術在中國已經有運用，我們在甘肅省武威地區建成一個“4倍聚光+轉盤式跟蹤”的1兆瓦光伏電站，已經運行了2年。2011年9月，我們在內蒙古多倫地區建設一組示范電站，這個電站光伏系統每瓦峰值功率售價下降到了1.6萬元/千瓦，已經接近《“十二五”太陽能光伏產業發展規劃》中提出的2015年光伏系統成本下降到1.5萬元/千瓦的目標，按10年回收期計算的發電成本，可以下降到0.7元/千瓦時。因為單位面積的發電量高，還可以節約大量的土地。

    但就產業化來講，目前困難很大。技術一定要產業化，不過產業化不可能一下子做成大規模產業，需要中間試驗。但是到了中試階段，就沒有人給錢了。如果和企業合作，就牽扯到知識產權。在企業里做中試，需要很好地解決科技界和產業界間利益分配的問題。

    調研組：您認為國家應該發揮什么樣的作用？

    何祚庥：大的戰略性問題，沒有頂層設計根本不行。要占領戰略性新興產業的制高點，僅靠企業和科學家不行，必須依靠國家來推動。

    小的東西可以放到企業，比如說電動自行車，是中國人創造出的新的產業，技術和產業都是中國人創造的。現在國內電動自行車已經有1.6億輛的保有量了，不聲不響一個產業出來了。電動自行車有高科技的含量，但分量比較小，企業能搞。我們現在講的戰略性新興產業都是影響全局的問題，需要從國家層面來很好地規劃、很好地設計。離開國家行為是不行的。