中國光伏技術(shù)的崛起開始于20世紀(jì)90年代后期，當(dāng)時德國政府利用稅收優(yōu)惠大力推廣屋頂太陽能電池板計劃，德國提供資金、技術(shù)和專家吸引中國制造太陽能電池板以滿足德國國內(nèi)的強勁需求。中國政府因勢利導(dǎo)緊緊地抓住了這個難得的好機遇。

當(dāng)時中國的光伏產(chǎn)業(yè)還在萌芽狀態(tài)，主要為遠(yuǎn)離電網(wǎng)的貧困農(nóng)村地區(qū)提供生活用電。制造出口德國的太陽能電池板賺取外匯啟動了中國光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化，當(dāng)西班牙和意大利等國也加入太陽能激勵計劃后，中國光伏產(chǎn)業(yè)開始策馬狂奔。中國在全球招兵買馬，引進(jìn)國外光伏技術(shù)專家，購買大型生產(chǎn)設(shè)備和多晶硅材料，以滿足大量來自國外的太陽能電池板訂單。

中國政府在這場產(chǎn)業(yè)革命中成為了主要推手。發(fā)展可再生能源列入中國五年計劃中特別關(guān)注的七大項目之一，享受貸款和稅收優(yōu)惠。中央政府籌集高達(dá)470億美元將光伏產(chǎn)業(yè)打造成所謂的“戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)”。

其結(jié)果是：中國建立起了世界上最大的光伏產(chǎn)業(yè);成為了世界光伏市場上的價格領(lǐng)導(dǎo)者;生產(chǎn)出最便宜的太陽能電池板;并成為全世界太陽能電池板的最大供應(yīng)商，中國每生產(chǎn)兩塊太陽能電池板，其中必有一塊是為海外客戶提供的。

只用了十多年時間，中國強大的生產(chǎn)能力造成了全球光伏產(chǎn)品的過剩，這時歐美經(jīng)濟又正好進(jìn)入衰退期，中國光伏產(chǎn)業(yè)迎來了寒冬。面對嚴(yán)峻的形勢，據(jù)喬治華盛頓大學(xué)的專家Ronen說，中國決定再次追隨德國模式，制定自己的“上網(wǎng)電價”，推動國內(nèi)自己的屋頂太陽能發(fā)電計劃。結(jié)果是國內(nèi)對太陽能的需求激增，以至于不到兩年，2015年中國國內(nèi)光伏市場就超越德國成為世界第一。

2016年，中國試圖通過設(shè)定財政補貼的最后期限，為了趕上末班車，國內(nèi)光伏電站建設(shè)掀起了另一波高潮。2016的上半年中國新增光伏發(fā)電容量達(dá)20千兆瓦(三峽水電站總裝機容量為22.5千兆瓦)。整個美國的光伏容量僅為31千兆瓦。中國光伏產(chǎn)業(yè)的華麗的轉(zhuǎn)身使世人驚嘆。

美國可再生能源實驗室的戰(zhàn)略能源分析中心主任David Mooney說：“人們傾向于認(rèn)為中國已經(jīng)奪走了光伏能源市場份額，如果這種能力留在美國本來會更好。”

“從我的角度來看，硬幣也有它的另一面，”他說，美國在太陽能電池板集成、安裝和維護等領(lǐng)域產(chǎn)生了25萬個工作崗位。如果沒有中國的推動大大降低了太陽能電池組件價格，這其中許多工作機會是不會產(chǎn)生的。“而這些工作是不能外包的”，他說。美國還是不缺明白人。

中國促進(jìn)太陽能市場全球增長的計劃仍在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。2016年10月，中國國家電網(wǎng)的前董事長劉振亞來到聯(lián)合國，向全世界展示了中國進(jìn)一步發(fā)展太陽能事業(yè)的宏偉藍(lán)圖，這個計劃的主旨是建設(shè)全球性電網(wǎng)。

他在演講中呼吁聯(lián)合國支持新成立的全球能源互聯(lián)發(fā)展與合作組織(GEIDCO)，中國政府已經(jīng)任命劉振亞為其主席，這個組織的宗旨是促進(jìn)建立“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”。他指出，這個全球性電網(wǎng)到2050年可以傳輸80%的可再生能源，將太陽能，風(fēng)能和水力發(fā)電的電力從地球上充足的地方傳輸?shù)饺狈δ茉吹娜丝谥行牡貛А?br />
“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”將分三個階段形成。劉振亞解釋說，首先，每個國家將重新設(shè)計和升級自己的電力網(wǎng)。他指出，中國的努力已經(jīng)開始，產(chǎn)生了140千兆瓦的風(fēng)力和70千兆瓦的太陽能電力，它將超過世界任何國家。通過建設(shè)長距離、高壓直流電源網(wǎng)絡(luò)，將可再生能源從北向南、從東向西傳送。據(jù)他預(yù)測，中國可以在2025年之前完成新電網(wǎng)。

他說，第二階段是建立區(qū)域電網(wǎng)。全球分為三塊區(qū)域：東北亞和東南亞、非洲和歐亞大陸以及北美和南美國家，在區(qū)域的內(nèi)部跨越國境傳輸更多的電力。第三階段將建造連接區(qū)域電網(wǎng)的主干電力線和海底電纜。這種結(jié)果將產(chǎn)生他所謂的“雙贏局面”。

當(dāng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)完成后，“世界將變成一個和平與和諧的地球村，我們將有足夠的能源、綠色的土地和藍(lán)天，”他預(yù)言。中國GEIDCO提案可能的結(jié)果仍有待觀察，但聯(lián)合國新聞稿指出，70個組織的代表參加了會議，包括政府組織，企業(yè)和大學(xué)。美國代表團包括來自美國能源部的阿貢國家實驗室和斯坦福大學(xué)的專家學(xué)者。


回答兩個有關(guān)光伏技術(shù)的問題

1)前幾年有中國工程院一位院士說，太陽能電池在制造過程中所消耗的電能超過它life-cycle所產(chǎn)生的電能，所以它不是可持續(xù)發(fā)展的能源。對此怎么看?

這個問題可以用數(shù)據(jù)來回答的。太陽能電池有一個重要的技術(shù)指標(biāo)，稱為光伏能量回收期EPT(Energy Payback Time)，EPT是光伏行業(yè)非常重要的一個能耗技術(shù)指標(biāo)。俗話說花錢才能賺錢，同樣節(jié)能也需先耗能。EPT這個數(shù)據(jù)定量地給出了光伏電池啟用后，究竟需要多少年才可以把它產(chǎn)生的干凈能量抵消制造過程中消耗的能量。把光伏電池平均使用壽命減去EPT，就是它可以有多長時間產(chǎn)生清潔電能(即作出純貢獻(xiàn)的年份)，當(dāng)然EPT數(shù)值越小越好。

數(shù)據(jù)顯示，目前光伏發(fā)電能源回收期大概在2-5年。回顧上世紀(jì)的數(shù)據(jù)，80年代光伏發(fā)電的EPT長達(dá)5-10年之久，90年代光伏能量回收期縮短為3至8年左右了。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，光伏能量回收期還在進(jìn)一步縮短，未來光伏能源回收期可降至1-2年以內(nèi)。由此可知，光伏電池有25以上的時間“全芯全意”、“無怨無灰”地為人們貢獻(xiàn)清潔能源。


2)光伏產(chǎn)業(yè)是否為高污染產(chǎn)業(yè)?

在整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，除了硅材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其他的中下游環(huán)節(jié)基本不存在污染。目前，全球80%以上的多晶硅都是用“改良西門子法”生產(chǎn)的，中國的多晶硅產(chǎn)業(yè)基本也是如此。

改良西門子法的原理是：以氯化氫和冶金級工業(yè)硅為原料，制取三氯氫硅，再利用三氯氫硅進(jìn)行氫還原，生產(chǎn)出多晶硅。在多晶硅的生產(chǎn)過程中的前期反應(yīng)中，會產(chǎn)生大量四氯化硅(SiCl4)、二氯二氫硅等副產(chǎn)物，而第二階段合成工序也會再產(chǎn)生10%～15%的四氯化硅，有害副產(chǎn)物比例最大的就是四氯化硅。

現(xiàn)在國際上領(lǐng)先的硅料廠家對有害物質(zhì)的處理方式是：四氯化硅一部分加氫形成TCS繼續(xù)循環(huán)反應(yīng)，一部分被用作有機硅等其他產(chǎn)品的生產(chǎn)。不過從目前來看，通過氫化進(jìn)入循環(huán)反應(yīng)的副產(chǎn)物只有小部分，大部分還是要進(jìn)行再處理，處理方式要么進(jìn)行堿液中和，要么直接銷售或者自行生產(chǎn)其他產(chǎn)品，而最具可行性和經(jīng)濟性的方式就是利用四氯化硅生產(chǎn)其他產(chǎn)品。

縱觀世界科技發(fā)展史，工業(yè)革命的二重性從來就無法完全避開，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展當(dāng)然也不例外。這既是一個環(huán)境問題，也是一個發(fā)展問題，但歸根到底是個發(fā)展的問題。技術(shù)是否領(lǐng)先，是控制副產(chǎn)品污染的一個關(guān)鍵因素，因噎廢食總不是一個好的解決方式。我常說：在人際交往中“朝后退一步海闊天空”，但在科技領(lǐng)域中只有向前進(jìn)一步方能絕處逢生。

光伏發(fā)電和儲能技術(shù)的一些新進(jìn)展

光伏技術(shù)的一個致命缺陷是受制于日夜交替和天氣變化，在看天吃飯這一點上，它甚至比農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還不如。光伏電能的各項參數(shù)從電力網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)看很不理想，有時候也不能一味責(zé)怪電網(wǎng)拒收。目前來看，光伏電站和電網(wǎng)應(yīng)該互相理解通力合作。

首要的是加速發(fā)展儲能技術(shù)，抽水蓄能可能是最有效的方案，磁懸浮動力輪和其它一些方法也應(yīng)加以重視。電網(wǎng)則應(yīng)加速電力產(chǎn)業(yè)全流程的智能化、信息化、分級化和互動管理，提高和完善清潔能源的接納能力。同時加速建設(shè)東西走向的直流超高壓輸電線路，使西部的光伏電能可以大容量、低損耗地輸送到國家中部和東部的缺電地區(qū)。上述幾項工作實際上正是中國能源專家提出的“互動電網(wǎng)”的重要組成部分，我對此是相當(dāng)樂觀的。

除了智能電網(wǎng)方案以外，另一項技術(shù)有可能對太陽能利用產(chǎn)生革命性影響。美國人工光合作用聯(lián)合研究中心 JCAP(Joint Center for Artificial Photosynthesis)的化學(xué)家Nathan Lewis指出：可以利用太陽光把二氧化碳和水直接變?yōu)樘細(xì)浠衔镆簯B(tài)燃料(如甲醇)，這將整個改變能源業(yè)界的游戲規(guī)則。

人工光合作用產(chǎn)油(又稱陽光變油)的好處是多方面的，在能量的產(chǎn)生、運輸和消費過程中二氧化碳是循環(huán)使用的，不會增加大氣中的碳排放。目前使用的大量的交通工具和用油設(shè)備都不需改動，可以直接使用來自太陽能的人造燃油。事實上人類這幾百年用的油氣也都來自太陽能，它們是上千萬年里通過植物的光合作用產(chǎn)生的。

把太陽能變成碳?xì)淙剂现械幕瘜W(xué)能的最大好處是利于儲存運輸。必須知道：最好的一公斤重的電池大約可以儲存200瓦時，而一立升燃油的能量是140,000瓦時。沒有任何東西的化學(xué)儲能密度可以與燃油相比，這也是為什么你看不到純電動的長途卡車和電動長途民航客機的原因。

如果真的可以高效便宜地用陽光直接制成燃油，那么這星球上最豐富的能源與最佳的儲存方式就聯(lián)系在了一起，人類在可預(yù)見的將來就有了取之不盡、用之不竭的可再生能源。畢竟，太陽投射到地球上一小時的能量可滿足目前人類文明一年的能量需求。人工光合作用產(chǎn)油技術(shù)目前還只停留在實驗室里，樂觀的估計大約需要十年的努力才能進(jìn)入工程試驗階段，但也許它只能終老在實驗室里，目前下定論可能為時過早。


非常期待中國的科技人員能在光電轉(zhuǎn)換和儲能技術(shù)上有更大的技術(shù)突破。中國人在水稻種植技術(shù)上長期領(lǐng)先世界，從物理學(xué)角度來看，水稻生產(chǎn)就是一種高效捕獲太陽能的技術(shù)，而且曬干后儲藏的稻谷就是歷史上最好的一種儲能技術(shù)。輝煌的中華文明是建立在水稻種植技術(shù)上的，中國人利用植物光合作用捕獲太陽能并妥善地儲存太陽能的技術(shù)到達(dá)了這個星球上的頂峰。最近的幾十年里，中國的水稻專家袁隆平先生把水稻種植技術(shù)又推到了一個新的高度，世上無人能于之爭鋒。

光伏技術(shù)其實就是人工光合作用，但愿在這個領(lǐng)域也能出一個袁隆平式的英雄人物，在光伏發(fā)電和儲能技術(shù)作出突破性成果，讓中國人在轉(zhuǎn)換、儲存和應(yīng)用太陽能方面再次取得世界領(lǐng)先地位。物理學(xué)告訴我們，能量決定一切，一個文明的高度很大程度上取決于它獲得和掌控能源的技術(shù)水平。中國已經(jīng)在光伏攻堅戰(zhàn)的第一階段中取得了決定性勝利，衷心希望中國能在光伏的儲能和聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)上取得革命性的突破。

謹(jǐn)以此文作為我在2017年的新年許愿吧。