日本光伏产业的发展及其启示

日本光伏产业的发展及其启示太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，随着技术不断进步，光伏发电有可能是最具发展前景的发电技术之一。光伏发电的基本原理为半导体的光伏效应，即在太阳光照射下产生光电压现象。1954年美国贝尔实验室发明了以p-n结为基本结构的具有实用价值的晶体硅太阳电池，从此太阳电池首先在太空技术中得到广泛应用，1980年以后逐步在地面应用推广。太阳电池主要有两大类，一类是以单晶硅和多晶硅硅片为基础的晶体硅太阳电池；另一类是非晶硅、铜铟硒和碲化鎘薄膜太阳电池等。目前，晶体硅太阳电池占主导市场，超过90%，薄膜太阳电池市场占有率不足10%。晶体硅太阳电池在可预见的未来仍将占主导地位。太阳能光伏电池制造的工艺过程如下图所示：在过去的几十年里光伏应用技术得到了快速发展。全球范围内光伏系统的安装量自1999年以来均以30%以上的速度增长。而在光伏领域里保持领先地位的一直是德国、日本和美国。日本出于本国能源战略和自身优势的考虑，在太阳能光伏领域做出了巨大的努力，也取得了令人瞩目的成就。为了改善能源结构，减轻对石油的依赖，上世纪七十年代第一次石油危机以后，日本开始寻找替代能源。凭借其在半导体方面的技术优势和强大的经济实力，辅以一系列法律法规、政策和措施，加上企业和民众的积极参与，日本有力地促进了太阳能光伏技术的发展，光伏产业规模不断扩大，光伏发电的成本不断降低，有效提高了光伏产品的竞争力，促进了光伏产品的市场应用和推广。截至2006年底，日本光伏发电累计装机容量达到1760兆瓦，其中户用光伏系统的安装量达到36万户，累计装机容量达到1254兆瓦，位居世界各国之首，成为光伏产业的领头羊。一、日本发展光伏产业的发展思路日本支持光伏产业发展的基本思路是政府积极扶持，企业主动跟进，全民积极参与。经过十多年的努力，在阳光计划、新阳光计划和一系列其它激励政策的支持下，形成了在全球范围内颇具竞争力的光伏产业。日本是最早制定扶持光伏产业发展政策的国家。1990年，日本修改电力公司法的相关技术规范与要求，积极支持光伏并网发电系统的推广和应用。日本实际上非常重视电网系统的安全与稳定，一般常规项目并网的审批程序非常复杂。但为了扶持光伏产业，日本政府采取了非常积极的政策措施，在现场实验的基础上制定相应的标准和规范，允许光伏发电优先并网，这项政策对光伏产业的发展起到了巨大的推动作用。1993年日本政府制定了新阳光计划。该计划的基本目标是将新能源作为国家的重要能源供应方式加以支持。“新阳光计划”是1974年第一次石油危机期间日本制定“阳光计划”的延续。在该计划下，日本政府规定，自1994年起居民安装太阳能光伏发电系统由政府提供补贴，补贴额度接近50%（以后逐年减少）。太阳能光伏系统所发电力由政府以电网售电价格收购。通过这些扶持政策，日本成为全球最重要的光伏市场之一。在新阳光计划成功的基础上，2001年日本政府制定了“先进的PV发电计划”。优先考虑降低对进口石油的依赖(占日本能源消耗53%)和实现日本在京都议定书中减排温室气体的承诺(2008-2012年比1990年减排6%)。日本还于2003年出台了可再生能源配额制法，要求能源公司提供的能源总量中新能源和可再生能源要占有一定的份额。否则必须到市场上去购买绿色能源证书，以促进光伏发电和风力发电等可再生能源和节能技术的发展。目前，日本政府制定了“新国家能源战略”以改变其严重依赖石油的传统能源结构，进而增强能源安全。其中以2030年为目标年份制定了四个方面的量化目标：1）建立现代化的能源供需结构；2）全面加强资源外交和能源与环境的国际合作；3）加强应急预案的制定；4）面临的其它共同问题。可再生能源被认为是建立现代化的能源供需结构的重要内容。就光伏系统而言，其目标是到2030年光伏发电的成本要具备与火电相竞争的能力。继续在供需两个方面实施补贴和减免税等措施促进光伏技术的应用。同时建立光伏产业集团。为了实现其战略目标，日本通产省在研发与推广方面采取降低成本、扩大生产和应用规模的措施。降低成本主要依靠技术进步，系统推广主要依靠应用示范，由此培育机构和私人用户的市场需求。日本环境省重点考虑的是通过支持示范项目，推动光伏系统的应用和推广，使之成为减少温室气体排放的有效途径。日本光伏生产企业表示将通过技术进步和新产品开发进一步降低系统成本，进一步开辟新的应用领域，以增加生产能力，加强与其它相关产业的合作。日本光伏产业2030远景规划主要指标2002年2007年2010年2020年2030年光伏电力系统成本（日本元/千瓦时）503023147光伏组件生产成本（日本元/瓦）2501401007550资料来源：Overviewof“PVRoadmapToward2030”目前日本太阳能光伏的技术研发、市场推广都是以上述远景规划指标为目标而进行的。日本政府的光伏发展目标见下表：日本对光伏发电的发展目标项目201020202030光伏年安装量（兆瓦）1800570010000光伏累计安装量（兆瓦）48202870082800就业人数15000100000300000太阳电池组件成本（日元/Wp）100(7.9元)75(6.0元)50(4.0元)使用寿命（年）2530-高纯硅材料用量--1克/W逆变器价格（日元/W）-15000(1190元/W)-蓄电池价格（日元/Wh）-10（0.8元/Wh)-太阳电池组件转换效率201020202030晶体硅太阳电池16（20）19（25）22（25）硅薄膜太阳电池12（15）14（18）18（20）CIS太阳电池13（19）18（25）22（25）III-V族太阳电池28（40）35（45）40（50）染料敏化太阳电池6（10）10（15）15（18）注：括号中为太阳电池的转换效率二、日本光伏产业的现状与特点日本光伏产业的基本情况是，生产成本持续降低，产量不断扩大，产业迅速发展，并涌现出一大批龙头企业，正在和开始形成完备的生产、销售和使用体系，逐步向商业化阶段发展。在应用方面，2005年，日本累计装机容量达到1422兆瓦，位居世界第二，其中并网光伏系统的装机容量达到1335兆瓦，占93.88%。2006年，累计装机容量1760兆瓦，居世界第一。在生产方面，2005年和2006年日本的光伏产量均居世界第一，分别为819.2兆瓦和920兆瓦。2005年，日本生产光伏产品的35.5%用于国内，47.2%、11.5%和5.8%分别出口到欧洲、美国以及其他国家。日本光伏产业在国际市场上也具有强大的竞争力。2006年全球光伏产量为2500兆瓦，其中日本为920兆瓦，占全球总产量的36.8%。在光伏产业中夏普、京瓷、三洋、三菱电器等知名企业起着重要的作用，具体情况见下表。世界历年太阳电池发货量和各大公司产量（兆瓦)20002001200220032004200520062005排名2006排名Sharp（日本夏普）5075123198324428434.411Q-cells（德国）2875160253.122Kyocera（日本京瓷）42546072105142180.033Sanyo（日本三洋）3565125155.045Mitsubishi（日本三菱）4075100111.056SchottSolar（德国）42639583.0610BPSolar（英国）42547470859085.679Suntech（无锡尚德）2880157.584Motech（台湾茂迪）3560102.097ShellSolar（荷兰）28395873725986.0108Isofoton（西班牙）35535361.01112其它126168248151220335791.4年合计288390561744120017272500.0年增长率42.935.744.032.561.243.942.0全世界累计发货量1435182523873131433160588558数据来源：FromPVNews,PaulMaycock,editor;yearlyFebruaryeditions.2006年日本光伏电池片/组件制造厂商主要情况如下：夏普将其光伏电池年产能从500兆瓦提高到600兆瓦，并将其设在英国的组件工厂的产能从50兆瓦/年提高到110兆瓦/年，从而加强了其在日本和全球的的供应能力和网络。在发展常规的晶体硅电池和组件之外，它还将薄膜光伏电池和光伏聚光系统投放市场。京瓷公司主要致力于提高太阳能电池的转换效率，以及应用于个人住房和工业企业所需的光伏产品的开发。三洋电力公司创建了新的工厂，并宣布2010年光伏电池装机容量达到600兆瓦，比原计划2008年达到350兆瓦又有了大幅度的提升。三菱电力公司加大对光伏发电逆变器的产品研发和生产，并开始在欧洲市场上销售。Kaneka宣布要加大薄膜硅光伏组件的生产量，其生产量由目前的每年30兆瓦，增至2008年的70兆瓦。除此之外还有三菱重工、ShowaShellSekiyu、Fuji电力系统、HondaMotor、CleanVenture21与Fujipream、MSK等几家企业都宣布了增产扩能计划。在硅材料生产领域，Tokuyama、Chisso和NipponMiningandTohoTitanium、JFESteel、NipponSteel、M.Setek都宣布要建立百吨以上的生产能力，既包括晶体硅材料，也包括非晶硅材料。另外，在光伏系统销售领域，新建住宅开发商成为主要方面，比如：SekisuiChemical,PanaHome,SekisuiHouse,DaiwaHouseIndustry和MisawaHome已经加大了标配光伏系统房屋的销售力度。光伏系统已开始进入现有住房的更新改造领域，这一领域潜力巨大。日本光伏产业的特点是政府全面扶持，企业积极跟进，民众大力配合，政策、技术和市场相互促进。政府政策鼓励技术研发、产品开拓和市场应用，一方面有效降低了光伏发电的成本，增加了其市场竞争力；另一方面，开拓了产品应用市场，促使产品生产能力不断增强，形成了产业链上各个部分的相互平衡和良性互动。日本政府的政策扶持使得企业获得良好的发展契机，企业纷纷响应，积极提高产品的质量和数量，不断降低生产成本，有力地带动了光伏产业的发展。日本国民积极安装户用光伏系统，为光伏产业提供了规模巨大的市场，使这一产业有了一个充分的成长空间和时间，对光伏产业的发展做出了很大贡献。三、日本光伏产业的市场经验在日本经济产业省的推动下，光伏系统在居民区的应用已经形成了比较成熟的市场，在此基础上，光伏系统在工业和公共设施上的应用市场也正在形成，规模也在不断扩大。每年有5万套左右的新增需求。因此，补贴政策于2006年停止执行，但日本光伏市场并没有萎缩，依然在缓慢增长。1992-2005年日本太阳能光伏系统安装量的变化情况（深色为离网系统，浅色为并网系统）如前所述，推动日本光伏应用市场发展的主要动力来自于三个方面，一是政府引导和扶持，二是电力公司有效的电价政策和上网收购制度，三是日本国民的积极参与。除此之外，光伏系统制造商和推广机构的积极努力也是重要因素。近几年硅材料价格飞涨，在这种情况下，光伏制造商努力降低光伏户用系统的成本和价格，为开拓新建和现有的住宅市场创造了条件。在新建住宅市场上，开发商大力宣传能源平衡和二氧化碳减排概念。一些开发商把光伏系统作为建筑一体化的重要内容和标准配置加以推广，其它开发商也积极效仿，形成了非常有利于光伏系统推广的商业氛围。这些开发商通过电视等媒体加强宣传，促进国内市场销售。零能耗光伏系统房屋的概念正在引领住宅设计的新潮流。在现有住宅上安装太阳能系统的需求逐步增长。通过长期实地测试，公共设施和工业用光伏系统的各项性能得到了很大改进，经济效益进一步提高。致使光伏系统的安装量不断增加。同时在系统设计，系统容量，安装地点选择，系统业主构成等方面都有了长足的进步。光伏系统已不断出现在学校、政府办公楼、社区建筑、水厂、敬老院和医院等公共设施上，车间、库房、实验室、工厂办公楼和商场等企业的建筑上也开始使