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太陽能的簡史
返回列表 來源: 發(fā)布日期: 2022.04.30 瀏覽次數:

中國將大力支持發(fā)展中國家綠色低碳能源發(fā)展,不再新建境外煤電項目。這是中國自身提出雙碳目標后,首次做出停建境外煤電項目承諾。


人類研究太陽能已經有很長的歷史了,但是真正現代太陽能電池的發(fā)明者,是美國貝爾實驗室,1954年,貝爾實驗室發(fā)現,把硅摻入一定的其他物質,可以讓其對光更加敏感,并且制作了第一個有實際應用價值的太陽能電池。消息出來后,《紐約時報》給予頭版頭條的報道,稱之為“一個時代的開始”。


當然紐約時報想不到這個時代居然來的如此的晚,更想不到后來是誰主宰了這個市場。


當時太陽能電池,能量轉換率極低,價格出奇的昂貴,1956年太陽能電池每瓦的發(fā)電成本接近300美元,而一般的商業(yè)發(fā)電廠僅為50美分,太陽能電池當時不能大規(guī)模應用,只能算一種玩物,例如沙灘無線電,模型供電之類的,發(fā)明是需要轉化成錢才能繼續(xù)維持,貝爾實驗室到處求助,眼看這個項目就要沒錢了。


一個很巧的事件拯救了這個項目




這是一顆人造衛(wèi)星,很小,跟一個柚子差不多大。這顆人造衛(wèi)星的名叫:領航一號。它是美國第四顆成功發(fā)射的人造衛(wèi)星,它遠沒有它的前輩那么聲名顯赫,但是它有一個非常獨特的地方:你看到衛(wèi)星上的太陽能電池了么?


當年正值冷戰(zhàn),蘇聯(lián)的第一顆人造衛(wèi)星徹底的震驚了美國,為了和贏得和蘇聯(lián)人的競賽,美國大幅度提高了科技方面的投入,四處搜羅一切可用于競賽的發(fā)明,我們今天很多現代科技,都來自于當年的冷戰(zhàn),比如說互聯(lián)網,也有很多人感嘆,現代科技的停滯導致了很多問題,要不再來個冷戰(zhàn)?說不定有好處。


被美國軍方盯上的,其中就有太陽能電池,軍方將該項目視為絕密項目,太陽能電池是太空絕佳的能源。本來美國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星的時候,就考慮過使用太陽能電池,但是保守的美國軍方為了保證萬無一失,還是采取了傳統(tǒng)動力源。


當發(fā)射到第四顆的時候,當時的美國最有話語權的衛(wèi)星儀器專家漢斯·齊格勒博士強烈要求使用太陽能電池作為動力源,為了這個事情,齊格勒博士和軍方產生了巨大的分歧。


齊格勒的理由很簡單:在過去發(fā)射的人造衛(wèi)星用的是傳統(tǒng)能源,比如說蘇聯(lián)的第一顆衛(wèi)星用的是氧化銀電池,能量是有限的,用完了就完了。美國早期的人造衛(wèi)星也是一樣。所以早期的人造衛(wèi)星壽命都特別的短,以蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星為例,1957年10月4日發(fā)射,最后通訊是1957年10月26日,連一個月的壽命都沒有。美國是后發(fā)射的,稍微好一點,但是也就堅持了3個多月。


在漢斯·齊格勒博士的堅持下,美國軍方終于松口,作為實驗產品,在領航1號上裝了雙能源:化學電池和太陽能電池,不出博士所料,化學電池很快就消耗完了,但是太陽能電池一直堅持著,領航一號發(fā)射于1958年3月17日,最后通訊日為1964年5月,堅持了6年,依靠傳統(tǒng)電池是絕對不可能的。


太陽能電池自然而然的成為美國軍方資助的項目,許多早期的光伏技術都是美國軍方推動完成的。


推動商業(yè)化


如果太陽能僅僅作為軍方的“秘密殺手锏”,那實在有點浪費了,但是由于當時的太陽能依然很昂貴,且美國能源豐富,缺乏推動太陽能的動力,美國艾略特·伯曼博士的新技術進一步降低了太陽能的成本,太陽能價格跌到了每瓦20美元,但是依然敵不過傳統(tǒng)能源。


此時發(fā)生了推動太陽能進步的重要事件:第四次中東戰(zhàn)爭。


第四次中東戰(zhàn)爭期間,美國支持以色列,導致了阿拉伯國家對西方進行了集體的石油禁運,世界油價暴漲,立即引發(fā)了以美國為首的西方國家的經濟危機,為了對付危機,美國從政府到國會都開始著手尋找新的能源替代,僅在1974年,國會就通過了五項能源法案,其中兩項都和太陽能有關。


以《1974年太陽能供熱和制冷示范法》為例,該法要求在1977年之前,在聯(lián)邦建筑物內安裝太陽能供暖和制冷裝置,讓公眾適應這個技術,本質上就是把聯(lián)邦建筑當成了太陽能的廣告牌。


《1974太陽能研究,開發(fā)和示范法》指導美國宇航局,國家科學技術基金,以及住房和城市發(fā)展部改進太陽能技術,設立太陽能研究所,研究和促進太陽能的工業(yè)使用,該所于1977年開始運作,一直到今天,只不過換了個名字,叫國家可再生能源實驗室。


1974年還誕生了一個新的組織:能源研究與發(fā)展管理局,該局負責向總統(tǒng)以及國會報告太陽能項目的進展情況,該局的總目標就是將太陽能商業(yè)化,該局在整個美國的公立機構,例如學校,安裝太陽能供熱和制冷設備,在商業(yè)建筑里面安裝政府贊助的太陽能設備,還在新墨西哥州建立了當時世界上最大的太陽能裝置。


新能源政策貫穿于整個七十年代,成為當時卡特政府的優(yōu)先事項,1977年《能源部組織法》,1978年《公用事業(yè)管制政策法》,《能源稅法》等等,從各種角度,包括政府促進,財政激勵,信貸,稅收等等方面促進太陽能的發(fā)展。


在一系列政策的指引下,當時的太陽能已經可以被用于各種各樣的領域,例如近海石油鉆井平臺需要警示燈和喇叭來防止船只撞上,如果使用傳統(tǒng)能源,這些喇叭和燈每隔一段時間都要更換,而使用太陽能電池供電,其安裝,維護和更換費用大大下降。


再例如美國海岸警衛(wèi)隊的燈塔,浮標等等,鐵道的警示燈,農村的電話和微波的中繼站等等,太陽能電池真正得到了商業(yè)的應用。


非??上У氖牵?0年代,美國太陽能技術其實是倒退的,在里根上臺后執(zhí)行新自由主義,眾議院取消了數十億美元的能源稅收激勵補貼,美國再一次的推動,得要等到2000年以后了。


太陽能發(fā)展的早期,毫無疑問美國是最大的促進國。



中國


中國太陽能研究比較早,起源于1958年,1968年生產了用于人造衛(wèi)星的太陽能電池,1975年,開始了地面的太陽能電池的生產,但是產量依然很低,到1980年太陽能發(fā)電僅為8千瓦,1985年增加到70千瓦,1990年增加到500千瓦,1995年增加到1550千瓦。


早期的中國太陽能發(fā)展的并不迅速,不過有一點特別值得說,就是中國太陽能熱水器的迅速普及。


經歷過90年代的人可能都清楚,當時有一股興建太陽能熱水器的熱潮。中國太陽能熱水器的技術來源于加拿大,1987年引進了銅鋁復合生產線,制造了第一支全玻璃真空集熱管,90年代,中國建立了全玻璃真空集熱管和熱管真空管集熱器工業(yè),全國的太陽能熱水器一下子普及開來了。


1992年,中國太陽能熱水器年產量僅為50萬平方米,到2000年為640萬平方米,到2005年,上升到1500平方米,發(fā)展極為迅速,在中國,很多人第一次和太陽能產業(yè)接觸,可能就是熱水器,我家也是在90年代末第一次裝上了太陽能熱水器。


熱水器只是太陽能的小打小鬧,而困難的是發(fā)電,一直到1998年,中國才誕生第一家太陽能發(fā)電公司:英利綠色能源控股有限公司,最開始是示范項目,一直到2002年,尚德電力投資了10兆瓦的太陽電池能生產線,年產能才大幅度增長。


21世紀初,中國加入了WTO組織,最初中國太陽能電池基本是用于出口創(chuàng)匯,大部分太陽能電池銷往到了歐洲,其中最大的買家是德國。之所以是德國,是因為2004年德國開始對國內的太陽能行業(yè)進行補貼,使得標桿電價大于發(fā)電成本,這樣太陽能發(fā)電就變得有利可圖。


此后歐洲紛紛效仿德國,這個階段中國的光伏產業(yè)在外銷上賺的不亦樂乎。


但是由于成本,國內的太陽能當時還沒有大規(guī)模的應用,太陽能基本用于偏遠地區(qū)農村的電氣化,一直到2008年,中國才有第一個電網支持的太陽能供電系統(tǒng)。


2008年金融危機,歐洲國家受到重創(chuàng),紛紛消減開支,其中就包括太陽能的補貼,由于消減是需要時間的,而剛好此時的光伏組件價格下降,光伏電站的收益率上升,導致了歐洲搶裝的現象,相當多的中國太陽能企業(yè)在此獲利頗豐。


2010年后,中國的太陽能終于迎來了至暗時刻:由于歐洲大規(guī)模取消補貼,全球需求極速下滑,外加上美國和歐盟對華的光伏征收反補貼和反傾銷稅,中國光伏產業(yè)遭受重創(chuàng),很多太陽能產業(yè)的巨頭,不是巨額虧損,就是破產重整。


例如當年第一個大規(guī)模投入生產線的尚德電力,在2011年負債35.82億美元,資產負債率81.8%,到2013年,尚德電力有價值5.41億美元的債券到期,由于無法歸還到期債務,結果被破產重振,此后被順風光電收購。


在這個期間倒霉的不僅僅是中國廠商,歐洲也是一樣,由于中國大規(guī)模的生產能力以及光伏市場價格的下跌,大批大批的歐美制造商無力和中國廠商競爭,破產的比比皆是,例如Solar Millennium,Solarhybrid,Q Cells,連大名鼎鼎的西門子也在2012年解散了其太陽能部門,此后博世也退出了太陽能市場,虧了24億歐元。


這段時間的太陽能市場出清極其慘烈。


任何行業(yè)都有一個特征:該行業(yè)在經過起點---發(fā)展---高潮---市場冷卻出清后,只要這個行業(yè)還有需求,那么殘存下來的企業(yè),往往是那種大企業(yè),就會吃掉出清行業(yè)的市場份額,變得更大,這是壟斷產生的原理。


在太陽能行業(yè)經歷了好幾年的痛苦后,到2013年終于迎來了一線曙光:中國開始扶持太陽能產業(yè),文件包括


《國務院關于促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的若干意見》

《國家發(fā)展改革委關于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的通知》

《國家能源局關于下達2014年光伏發(fā)電年度新增建設規(guī)模的通知》

《國務院能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)》

《國家發(fā)改委關于完善陸上風電光伏發(fā)電上網標桿電價政策的通知》

《國家發(fā)改委關于調整光伏發(fā)電陸上風電標桿上網電價的通知》


在國家支持下,2018年,光伏產業(yè)盡管產業(yè)鏈普遍降價,歐美需求依然萎縮,但中國太陽能產能占比超過一半,其中:硅料(55%)、硅片(87%)、電池片(69%)、組件(71%),前十大企業(yè)中國公司的數量分別為:硅料6家、硅片10家、電池片8家、組件8家。


太陽能電站的成本下降到了幾十美分,是真正可用,在成本上具有競爭力的產業(yè)。


目前全球的太陽能產業(yè)依然非常依賴中國,比如說印度,印度太陽能組件前幾年90%依賴于中國,現在下降了一些,但是依然高達77%


太陽能產業(yè)未來分散化是必然的趨勢。


2016年3月,全球能源互聯(lián)網發(fā)展合作組織成立,10月,組織負責人劉振亞前往聯(lián)合國,闡明了新的能源方向:未來能源需求的擴大將會耗竭煤炭,石油和天然氣,全球溫室氣體排放量太高,威脅到人類生存,為了適用新的形式,需要建立一個全球電網,把太陽能,風能和水力發(fā)電進行全球輸送。


建立一條從北向南,從東向西的長距離高壓直流輸電網絡。


建立區(qū)域電網,使得電網可以在主要經濟區(qū)進行來回輸送,包括東北亞到東南亞,非洲到歐亞大陸,北美到南美,由于非洲和中美洲陽光充沛,非洲和中美的清潔電力出售給需要清潔能源的城市。


在這個過程中,貧窮的國家,例如非洲和中南美洲國家,可以產生能源收入,幫助其發(fā)展。


雙贏。


在這個過程中,智能電網是基礎,特高壓電網是關鍵,清潔能源是根本,三者結合起來,建立全球的清潔電網是有可能實現的。





這是規(guī)劃的九橫九縱的全球能源互聯(lián)網骨干網絡,以及全球能源互聯(lián)網及各大洲能源互聯(lián)網規(guī)劃。


未來是否能建成如此巨大的全球能源網絡?我不知道,但是我知道,需求的可能不僅僅是技術,而是政治意志。


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