人民币突然大反攻,升破7.17元!
人民币突然大反攻,升破7.17元!
人民币突然大反攻,升破7.17元!
作者杨德仁(yángdérén)肖像画。 张武昌绘
一家中资企业在乌兹别克斯坦(wūzībiékèsītǎn)沙漠建设的(de)大型光伏项目。 新华社发
河南三门峡的一处(yīchù)新能源基地。 新华社发
湖北孝感一个村庄的“风光储充(chǔchōng)”一体化充电站。 胡学军摄
参观者在德国慕尼黑举行的2025年欧洲国际太阳能展上参观中国(zhōngguó)企业的光能(guāngnéng)展区。 新华社发
江西赣州(gànzhōu)一家企业的光伏玻璃自动化产线。 朱海鹏摄
我国风电、光伏等资源丰富,发展(fāzhǎn)新能源潜力巨大(jùdà)。经过(jīngguò)持续攻关(gōngguān)和(hé)(hé)积累,我国多项新能源技术和装备制造水平已全球(quánqiú)领先,建成了世界上最大的清洁电力供应体系,新能源汽车(qìchē)、锂电池和光伏产品还在国际市场(shìchǎng)上形成了强大的竞争力,新能源发展已经(yǐjīng)具备了良好基础,我国成为世界能源发展转型和应对气候变化的重要推动者。据中国光伏行业协会统计,2024年,我国光伏产业规模持续扩大,多晶硅、硅片、电池片、组件产量(chǎnliàng)同比(tóngbǐ)增长均超10%,电池片、组件出口量分别同比增加46.3%、12.8%;我国光伏新增装机超乎预期,达到277.57GW(吉瓦),同比增长28.3%,光伏累计装机突破880GW;2025年全球光伏装机将继续保持增长,新增装机仍将维持高位。光伏产业在推动我国新能源高质量发展、助力共建清洁美丽的世界等方面作出重要贡献。
太阳能储量(chǔliàng)大、无污染
太阳能储存量大,没有(méiyǒu)环境污染,是重要的可再生清洁能源。当阳光从(cóng)1.5亿公里外(wài)照耀地球时,除了在(zài)大气层中(zhōng)的反射、吸收和散射,大约50%的能量可以照射到地球表面,其地面辐射的平均强度是每平方米1366瓦。因此,从理论上讲,只需将照射在地面的太阳光能量利用万分之一,就可以满足人类现在的能源需求。
我们平时(píngshí)所说的太阳能(tàiyángnéng),一般指(zhǐ)太阳能光热和太阳能光伏,其分别(fēnbié)利用了阳光的光热效应和光伏(光电)效应。光热效应是指将(jiāng)太阳的能量集聚起来,再转换成热能。如在我国城乡广泛应用的太阳能热水器、太阳能灶(zào)等,也包括将太阳能转换成热能后,再利用热能发电这一(zhèyī)形式。而光伏效应则是将太阳能通过太阳电池,直接转换成电能。这种光电转换主要借助半导体器件的“光生伏特”效应进行,不仅可以用于空间站、卫星供电,还可以用于家庭、工厂(gōngchǎng)屋顶电站以及大型太阳能光伏电站,实现大规模并网发电。
应用从航天(hángtiān)拓展至社会生活
太阳能光伏(guāngfú)研究的历史不到(dào)200年(nián)(nián),实际应用70多年,大规模应用则集中于近20年。1839年,法国实验室首先观察到光伏现象,发现光照在盐酸液体上可以产生电流(diànliú)。1876年,科学家在硒材料上观察到光照使固体产生电流的现象。几年后,科学家利用硒薄膜制备了第一个太阳能光伏电池,在阳光下产生电流。直到(zhídào)1905年,爱因斯坦揭示光电原理以后,人们才真正理解太阳能光电转换(zhuǎnhuàn)的奥秘。1954年,借助硅半导体技术,贝尔实验室发明了现代(xiàndài)意义上的太阳能电池,光电转换效率达到6%,从此开启(kāiqǐ)了现代太阳能光伏技术和产业发展的时代。
太阳能电池最早应用于卫星。1958年,人们在(zài)卫星上首次使用太阳电池。十几年后,我国制造的第二颗人造卫星(rénzàowèixīng)也使用了太阳电池。太阳电池的研究成功,为卫星、空间站等现代航天系统提供能源动力,促进人类航天事业发展。鉴于当时(dāngshí)的技术(jìshù)和产业基础,太阳电池成本非常高,很难大规模生产应用。因此,很多国家开始加大对太阳能光伏的研究力度(lìdù),以(yǐ)提升电池的光电转换效率,降低成本。
光伏应用成本不断(bùduàn)降低
自1954年用(niányòng)硅材料制备的太阳电池问世以来,人们尝试(chángshì)开发多种材料制备太阳电池,都可以实现太阳能的光电转换。不过,以硅材料为基础的太阳能光伏(guāngfú)技术不断发展(fāzhǎn),凭借其(qí)成本低、寿命长、可靠性高、技术成熟等优点,成为太阳能光伏技术的主流。所以,光伏产业如今仍以硅光伏为主,产业链涉及金属(冶金(yějīn))硅、高纯(gāochún)多晶硅、硅片、硅电池、硅组件和太阳能电站等产业,还涉及光伏玻璃、聚乙烯醇薄膜(báomó)、铝合金支架、逆变器等众多原辅料产业。相关产业始终以“提高效率、降低成本”为目标,通过技术革新(jìshùgéxīn)实现单位电能成本的最低化。
以硅片(guīpiàn)制造产业为例,要提高硅电池的效率,需要提高硅片原子(yuánzi)晶格排列的完整性,减少硅晶体的缺陷和杂质。因此,硅片制备技术从早期低成本的非晶硅(fēijīngguī)、铸造多晶硅,逐步转变为高质量、高纯度的直拉单晶硅,标志硅材料质量的少数(shǎoshù)载流子寿命(shòumìng)不断提高,达到700微秒以上,为太阳能电池效率的提升提供材料基础。
2000年以来,硅晶体(jīngtǐ)生长(shēngzhǎng)制造工艺通过多种技术创新不断降低成本。以前,直拉(zhílā)单晶硅直径3—4英寸,现在增加到10英寸以及12英寸。过去在晶体炉中制备直拉单晶硅时,每一只石英坩埚(gānguō)只能生长一根(gēn)单晶硅,原料多晶硅装填重量只有100多公斤;现在,借助连续(liánxù)添加原材料技术,一只坩埚可以连续不间断地生长8—10根单晶硅,原料多晶硅装填重量超过1000公斤。以前,4英寸直拉单晶硅长度一般小于2米(mǐ),现在一根直径10英寸的单晶硅长度可以超过6米。上述(shàngshù)生长技术的发明和发展,使硅片制造成本大幅(dàfú)降低。
与此同时,单晶硅加工技术(jìshù)(jìshù)(jìshù)的发展也让人眼前一亮。以前是利用金刚砂轮内圆切割技术,之后(zhīhòu)发展出砂浆线切割技术,现在是利用金刚线切割技术,硅片切割效率显著提升。同时,用于太阳电池的硅片厚度(hòudù)从300微米降低到130—150微米,硅片切片损失从200多微米厚度降到35—40微米。这些单晶硅加工技术的创新发展,同样显著降低了生产成本(shēngchǎnchéngběn)。
另外,太阳电池技术(jìshù)也在不断创新。在电池工艺方面(fāngmiàn),从初始的(de)简单结构电池工艺,到背面增加背场、正面增加绒面的基本电池工艺,再到如今的隧穿(suìchuān)氧化层钝化接触、异质结电池工艺,新技术使太阳电池的光电(guāngdiàn)转换效率持续提升,为太阳能(tàiyángnéng)光伏产业的快速发展提供了直接驱动力。未来,新材料(如钙钛矿)和硅光伏技术的结合,将为太阳电池效率进一步提升拓展新的空间。
中国光伏发展惠及(huìjí)世界
从(cóng)全球范围来看,我国光伏产业(chǎnyè)前景广阔。自上(shàng)世纪50年代研制出太阳电池后,中国持续深耕光伏产业。上世纪90年代,为解决西部偏远地区的(de)电力供应问题,独立光伏用户和小型光伏电站逐渐开始建设,特别(tèbié)是2002年前后我国实施的“光明工程”“送电到乡(xiāng)”等工程,为解决偏远地区人们用电难起到重要作用。2005年,我国制定了可(kě)(kě)再生能源法,大力推进太阳能、风能等可再生能源开发利用,为我国太阳能光伏产业飞速发展和相关技术世界领先奠定坚实基础。
近年(nián)来,用于光伏的单晶硅生长和加工技术创新主要源于中国(zhōngguó),太阳电池效率的多项世界(shìjiè)纪录(shìjièjìlù)也由中国企业创造。可以说,在(zài)整个硅太阳能(tàiyángnéng)光伏产业链上,中国走在世界前端。在太阳能光伏的应用(电站)方面,从2007年的0.02吉瓦到2023年的216.3吉瓦,安装量(liàng)增加了1万倍以上。中国太阳能光伏年安装量已经连续11年占据世界首位,成为名副其实的太阳能光伏应用大国。太阳能光伏技术和产业成为中国推动科技进步、发展新质生产力的缩影。
从零起步,从跟跑到领跑,我国光伏行业近年来实现跨越式发展,重点环节国产化程度大幅提升,以(yǐ)高科技、高附加值、引领绿色转型成为(wèi)出口新增长点。能源是(shì)国民经济的命脉,是人类(rénlèi)生存和发展的物质基础,在构建新发展格局(géjú)中发挥(fāhuī)着举足轻重的作用。太阳能光伏的应用和快速发展,为我国实现“双碳”目标,建设更加环保、更加清洁的家园提供了重要途径,同时也为实现我国能源自主可控提供了重要的解决方案(jiějuéfāngàn)。
(作者杨德仁为中国科学院院士、杭州国际科创中心首席科学家(kēxuéjiā),获得国家自然科学奖二等奖、国家技术发明奖(fāmíngjiǎng)二等奖、何梁何利科学与技术进步奖(jìnbùjiǎng)等奖项)
中国科协(zhōngguókēxié)科学技术传播(chuánbō)中心、陈嘉庚科学奖基金会与本报合作推出


作者杨德仁(yángdérén)肖像画。 张武昌绘

一家中资企业在乌兹别克斯坦(wūzībiékèsītǎn)沙漠建设的(de)大型光伏项目。 新华社发

河南三门峡的一处(yīchù)新能源基地。 新华社发

湖北孝感一个村庄的“风光储充(chǔchōng)”一体化充电站。 胡学军摄

参观者在德国慕尼黑举行的2025年欧洲国际太阳能展上参观中国(zhōngguó)企业的光能(guāngnéng)展区。 新华社发

江西赣州(gànzhōu)一家企业的光伏玻璃自动化产线。 朱海鹏摄
我国风电、光伏等资源丰富,发展(fāzhǎn)新能源潜力巨大(jùdà)。经过(jīngguò)持续攻关(gōngguān)和(hé)(hé)积累,我国多项新能源技术和装备制造水平已全球(quánqiú)领先,建成了世界上最大的清洁电力供应体系,新能源汽车(qìchē)、锂电池和光伏产品还在国际市场(shìchǎng)上形成了强大的竞争力,新能源发展已经(yǐjīng)具备了良好基础,我国成为世界能源发展转型和应对气候变化的重要推动者。据中国光伏行业协会统计,2024年,我国光伏产业规模持续扩大,多晶硅、硅片、电池片、组件产量(chǎnliàng)同比(tóngbǐ)增长均超10%,电池片、组件出口量分别同比增加46.3%、12.8%;我国光伏新增装机超乎预期,达到277.57GW(吉瓦),同比增长28.3%,光伏累计装机突破880GW;2025年全球光伏装机将继续保持增长,新增装机仍将维持高位。光伏产业在推动我国新能源高质量发展、助力共建清洁美丽的世界等方面作出重要贡献。
太阳能储量(chǔliàng)大、无污染
太阳能储存量大,没有(méiyǒu)环境污染,是重要的可再生清洁能源。当阳光从(cóng)1.5亿公里外(wài)照耀地球时,除了在(zài)大气层中(zhōng)的反射、吸收和散射,大约50%的能量可以照射到地球表面,其地面辐射的平均强度是每平方米1366瓦。因此,从理论上讲,只需将照射在地面的太阳光能量利用万分之一,就可以满足人类现在的能源需求。
我们平时(píngshí)所说的太阳能(tàiyángnéng),一般指(zhǐ)太阳能光热和太阳能光伏,其分别(fēnbié)利用了阳光的光热效应和光伏(光电)效应。光热效应是指将(jiāng)太阳的能量集聚起来,再转换成热能。如在我国城乡广泛应用的太阳能热水器、太阳能灶(zào)等,也包括将太阳能转换成热能后,再利用热能发电这一(zhèyī)形式。而光伏效应则是将太阳能通过太阳电池,直接转换成电能。这种光电转换主要借助半导体器件的“光生伏特”效应进行,不仅可以用于空间站、卫星供电,还可以用于家庭、工厂(gōngchǎng)屋顶电站以及大型太阳能光伏电站,实现大规模并网发电。
应用从航天(hángtiān)拓展至社会生活
太阳能光伏(guāngfú)研究的历史不到(dào)200年(nián)(nián),实际应用70多年,大规模应用则集中于近20年。1839年,法国实验室首先观察到光伏现象,发现光照在盐酸液体上可以产生电流(diànliú)。1876年,科学家在硒材料上观察到光照使固体产生电流的现象。几年后,科学家利用硒薄膜制备了第一个太阳能光伏电池,在阳光下产生电流。直到(zhídào)1905年,爱因斯坦揭示光电原理以后,人们才真正理解太阳能光电转换(zhuǎnhuàn)的奥秘。1954年,借助硅半导体技术,贝尔实验室发明了现代(xiàndài)意义上的太阳能电池,光电转换效率达到6%,从此开启(kāiqǐ)了现代太阳能光伏技术和产业发展的时代。
太阳能电池最早应用于卫星。1958年,人们在(zài)卫星上首次使用太阳电池。十几年后,我国制造的第二颗人造卫星(rénzàowèixīng)也使用了太阳电池。太阳电池的研究成功,为卫星、空间站等现代航天系统提供能源动力,促进人类航天事业发展。鉴于当时(dāngshí)的技术(jìshù)和产业基础,太阳电池成本非常高,很难大规模生产应用。因此,很多国家开始加大对太阳能光伏的研究力度(lìdù),以(yǐ)提升电池的光电转换效率,降低成本。
光伏应用成本不断(bùduàn)降低
自1954年用(niányòng)硅材料制备的太阳电池问世以来,人们尝试(chángshì)开发多种材料制备太阳电池,都可以实现太阳能的光电转换。不过,以硅材料为基础的太阳能光伏(guāngfú)技术不断发展(fāzhǎn),凭借其(qí)成本低、寿命长、可靠性高、技术成熟等优点,成为太阳能光伏技术的主流。所以,光伏产业如今仍以硅光伏为主,产业链涉及金属(冶金(yějīn))硅、高纯(gāochún)多晶硅、硅片、硅电池、硅组件和太阳能电站等产业,还涉及光伏玻璃、聚乙烯醇薄膜(báomó)、铝合金支架、逆变器等众多原辅料产业。相关产业始终以“提高效率、降低成本”为目标,通过技术革新(jìshùgéxīn)实现单位电能成本的最低化。
以硅片(guīpiàn)制造产业为例,要提高硅电池的效率,需要提高硅片原子(yuánzi)晶格排列的完整性,减少硅晶体的缺陷和杂质。因此,硅片制备技术从早期低成本的非晶硅(fēijīngguī)、铸造多晶硅,逐步转变为高质量、高纯度的直拉单晶硅,标志硅材料质量的少数(shǎoshù)载流子寿命(shòumìng)不断提高,达到700微秒以上,为太阳能电池效率的提升提供材料基础。
2000年以来,硅晶体(jīngtǐ)生长(shēngzhǎng)制造工艺通过多种技术创新不断降低成本。以前,直拉(zhílā)单晶硅直径3—4英寸,现在增加到10英寸以及12英寸。过去在晶体炉中制备直拉单晶硅时,每一只石英坩埚(gānguō)只能生长一根(gēn)单晶硅,原料多晶硅装填重量只有100多公斤;现在,借助连续(liánxù)添加原材料技术,一只坩埚可以连续不间断地生长8—10根单晶硅,原料多晶硅装填重量超过1000公斤。以前,4英寸直拉单晶硅长度一般小于2米(mǐ),现在一根直径10英寸的单晶硅长度可以超过6米。上述(shàngshù)生长技术的发明和发展,使硅片制造成本大幅(dàfú)降低。
与此同时,单晶硅加工技术(jìshù)(jìshù)(jìshù)的发展也让人眼前一亮。以前是利用金刚砂轮内圆切割技术,之后(zhīhòu)发展出砂浆线切割技术,现在是利用金刚线切割技术,硅片切割效率显著提升。同时,用于太阳电池的硅片厚度(hòudù)从300微米降低到130—150微米,硅片切片损失从200多微米厚度降到35—40微米。这些单晶硅加工技术的创新发展,同样显著降低了生产成本(shēngchǎnchéngběn)。
另外,太阳电池技术(jìshù)也在不断创新。在电池工艺方面(fāngmiàn),从初始的(de)简单结构电池工艺,到背面增加背场、正面增加绒面的基本电池工艺,再到如今的隧穿(suìchuān)氧化层钝化接触、异质结电池工艺,新技术使太阳电池的光电(guāngdiàn)转换效率持续提升,为太阳能(tàiyángnéng)光伏产业的快速发展提供了直接驱动力。未来,新材料(如钙钛矿)和硅光伏技术的结合,将为太阳电池效率进一步提升拓展新的空间。
中国光伏发展惠及(huìjí)世界
从(cóng)全球范围来看,我国光伏产业(chǎnyè)前景广阔。自上(shàng)世纪50年代研制出太阳电池后,中国持续深耕光伏产业。上世纪90年代,为解决西部偏远地区的(de)电力供应问题,独立光伏用户和小型光伏电站逐渐开始建设,特别(tèbié)是2002年前后我国实施的“光明工程”“送电到乡(xiāng)”等工程,为解决偏远地区人们用电难起到重要作用。2005年,我国制定了可(kě)(kě)再生能源法,大力推进太阳能、风能等可再生能源开发利用,为我国太阳能光伏产业飞速发展和相关技术世界领先奠定坚实基础。
近年(nián)来,用于光伏的单晶硅生长和加工技术创新主要源于中国(zhōngguó),太阳电池效率的多项世界(shìjiè)纪录(shìjièjìlù)也由中国企业创造。可以说,在(zài)整个硅太阳能(tàiyángnéng)光伏产业链上,中国走在世界前端。在太阳能光伏的应用(电站)方面,从2007年的0.02吉瓦到2023年的216.3吉瓦,安装量(liàng)增加了1万倍以上。中国太阳能光伏年安装量已经连续11年占据世界首位,成为名副其实的太阳能光伏应用大国。太阳能光伏技术和产业成为中国推动科技进步、发展新质生产力的缩影。
从零起步,从跟跑到领跑,我国光伏行业近年来实现跨越式发展,重点环节国产化程度大幅提升,以(yǐ)高科技、高附加值、引领绿色转型成为(wèi)出口新增长点。能源是(shì)国民经济的命脉,是人类(rénlèi)生存和发展的物质基础,在构建新发展格局(géjú)中发挥(fāhuī)着举足轻重的作用。太阳能光伏的应用和快速发展,为我国实现“双碳”目标,建设更加环保、更加清洁的家园提供了重要途径,同时也为实现我国能源自主可控提供了重要的解决方案(jiějuéfāngàn)。
(作者杨德仁为中国科学院院士、杭州国际科创中心首席科学家(kēxuéjiā),获得国家自然科学奖二等奖、国家技术发明奖(fāmíngjiǎng)二等奖、何梁何利科学与技术进步奖(jìnbùjiǎng)等奖项)
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