何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件

賀詞

各位專家、各位嘉賓、各位代表、各位媒體：上午好！

在黨的十八大即將召開之際，我們迎來了第五屆中國能源高峰論壇的隆重召開，借此機(jī)會，請?jiān)试S我向全體會議代表、全體與會人士表示最誠摯的問候，以及對大會的舉辦者的辛勤勞動表示最高敬意。賀詞

各位專家、各位嘉賓、各位代表、各位媒體：上1

我很高興能有機(jī)會與各位同人聚集一堂，共同探討能源問題，能源是關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略問題，中國作為最大的發(fā)展中國家，同時(shí)也是能源主要消費(fèi)大國，能源問題是關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的重大問題。如何保障能源安全，構(gòu)建合理的能源結(jié)構(gòu)，是中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要決策的重大戰(zhàn)略問題。因此，會議的召開對中國乃至世界能源現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展都有重要的意義。

我很高興能有機(jī)會與各位同人聚集一堂，共同探討能源問2

太陽能作為分布廣泛儲量巨大的新興綠色能源，近年來得到了廣泛的重視，我希望在論壇期間，可以和各大專家學(xué)者就太陽能能源現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r和未來發(fā)展趨勢進(jìn)行深入討論與研究，將太陽能更好的應(yīng)用于解決能源問題的過程中，最大限度的解決人類對能源需求。

下面我將對太陽能如何發(fā)展貢獻(xiàn)一點(diǎn)意見。在我講演以前，首先預(yù)祝本次大會圓滿成功。

太陽能作為分布廣泛儲量巨大的新興綠色能源，近年來得到3第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展中國科學(xué)院理論物理研究所何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展中國科學(xué)院理論物理研究所4摘要：光伏發(fā)電技術(shù)，已由第一代晶體硅發(fā)電技術(shù)，第二代薄膜發(fā)電技術(shù)，轉(zhuǎn)向第三代“低倍聚光+高效硅基聚光電池”技術(shù)，未來可能轉(zhuǎn)向第四代“高倍聚光+砷化鎵聚光電池”技術(shù)。當(dāng)代光伏產(chǎn)業(yè)必定向低倍聚光發(fā)電技術(shù)發(fā)展。摘要：光伏發(fā)電技術(shù)，已由第一代晶體硅發(fā)電技術(shù)，第二代薄膜發(fā)電5原因是：1）一塊晶體硅可發(fā)出多倍電力，可大幅度降低發(fā)電成本。2）聚光將大幅度抵消光轉(zhuǎn)化率較高，但每瓦售價(jià)也甚高的光電池，在市場銷售上的劣勢，可大幅度提高單位占地面積的發(fā)電量，大幅度節(jié)約土地使用成本。原因是：1）一塊晶體硅可發(fā)出多倍電力，可大幅度降低發(fā)6已證明正在運(yùn)行中的小型光伏電站的光電轉(zhuǎn)化可高達(dá)24.5%，每平方米發(fā)電60W/m2。3）低倍聚光各有關(guān)技術(shù)，如聚光漏斗、支架、跟蹤、散熱等技術(shù)，已完全成熟。其4倍聚光光伏組件已下降到5元/瓦，16倍聚光將下降到4元/瓦，正在研發(fā)中的8倍聚光將下降到3元/瓦。已證明正在運(yùn)行中的小型光伏電站的光電轉(zhuǎn)化可高達(dá)24.74）預(yù)計(jì)未來出現(xiàn)的16~20倍聚光的水上“太陽能睡蓮”技術(shù)，其光伏組件將下降到2元/瓦。低倍聚光技術(shù)的最大難點(diǎn)是散熱。水上“太陽能睡蓮”既能有效地解決散熱困難；又能大幅度節(jié)約陸上土地。4）預(yù)計(jì)未來出現(xiàn)的16~20倍聚光的水上“太陽能睡蓮8何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件9

（一）何謂“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)？

（一）何謂“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)？10第一代光伏發(fā)電技術(shù)=晶體硅光伏發(fā)電，有單晶硅和多晶硅的差別。優(yōu)點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)化率較高，缺點(diǎn)是售價(jià)較貴，生產(chǎn)多晶硅耗能較多，也容易污染環(huán)境。第一代光伏發(fā)電技術(shù)=晶體硅光伏發(fā)電，有單晶硅和多晶硅11第二代光伏發(fā)電技術(shù)=花式品種繁多的薄膜電池，優(yōu)點(diǎn)是材料用量少，售價(jià)較低，重大缺點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)化率只有晶體硅的一半，占地面積也較多。主要品種有1）非晶、納米晶、微晶等硅薄膜，2）CIGS即銅銦鎵硒組成的薄膜，3）TeCd碲化鎘薄膜?！诙夥l(fā)電技術(shù)=花式品種繁多的薄膜電池，優(yōu)點(diǎn)是材12為克服“第一代”，“第二代”光伏發(fā)電技術(shù)“固有”缺點(diǎn)，人們相繼提出發(fā)展“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)許多設(shè)想。為克服“第一代”，“第二代”光伏發(fā)電技術(shù)“固有”缺點(diǎn)132003年M.A.Green在撰寫了《第三代光伏發(fā)電》一書，主張發(fā)展一些“新型”電池。2003年M.A.Green在撰寫了《第三代光伏14何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件15在中國發(fā)展的“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)=“太陽能煉硅+跟蹤+低倍聚光+高效聚光硅電池”。在中國發(fā)展的“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)=“太陽能煉硅+跟16

這首先是因?yàn)樾绿岢龅睦砟?，是要進(jìn)一步提高光伏電池的“單位面積”的發(fā)電量，降低“單位面積”發(fā)電成本；尤其是太陽能發(fā)電要多“占地”，“地價(jià)”已成為影響發(fā)電成本的重要因素！于是人們就希望引入新“元素”，從半導(dǎo)體技術(shù)，轉(zhuǎn)向現(xiàn)代光學(xué)，無光像的自適應(yīng)光學(xué)。這首先是因?yàn)樾绿岢龅睦砟睿且M(jìn)一步提高光伏電池的“17如果引入現(xiàn)代光學(xué)，引入“跟蹤+聚光”，有可能用一塊單晶硅，或售價(jià)較貴的“多結(jié)”的單晶硅，發(fā)出“多倍”電量；有“可能”用成本較低廉的光學(xué)聚光元件，取代、減少使用代價(jià)較昂貴的半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體加工技術(shù)。

如果引入現(xiàn)代光學(xué)，引入“跟蹤+聚光”，有可能用一塊單182）聚光可以多發(fā)電，這是愛因斯坦光電定律的常識；聚光的前提是跟蹤，這是現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡已解決的問題。“聚光+跟蹤”就成為進(jìn)一步降低成本的“第三代”光伏技術(shù)的最主要特征。2）聚光可以多發(fā)電，這是愛因斯坦光電定律的常識；聚光19“太陽能”聚光有許多特殊要求。首先是為適應(yīng)太陽光在空中不斷移動，人們相繼提出許多新的光學(xué)課題：例如，a）如何將移動中的太陽光“均勻”地聚集在某一面，讓光電池更有效地發(fā)生電力；光學(xué)就從成像光學(xué)走向無光像光學(xué)。b）如何既聚集來自太陽的直射光，又聚集相當(dāng)部分的散射光，增加光電池接收的光量；無光像光學(xué)就由簡易的窄角聚光走向廣角聚光?！疤柲堋本酃庥性S多特殊要求。首先是為適應(yīng)太陽光在空20c）所聚集的，不僅是正射的光線，還包括斜射的光線；聚光理論就從在軸聚光，發(fā)展為斜軸或偏軸聚光。d）技術(shù)上還要應(yīng)用和發(fā)展自適應(yīng)光學(xué)的許多技巧，如何因地、因時(shí)不斷追蹤陽光，將陽光聚光到某一固定便于應(yīng)用的方位，如此等等。c）所聚集的，不僅是正射的光線，還包括斜射的光線；聚21這一由理論物理研究所陳應(yīng)天研究員發(fā)展的無光像的自適應(yīng)光學(xué)，還在其它領(lǐng)域有許多許多應(yīng)用，如可制作聚光15000倍，可冶煉高純度的多晶硅，可融熔一切難熔金屬的太陽爐，……等，當(dāng)前首先是應(yīng)用到光伏發(fā)電、光熱發(fā)電。這一由理論物理研究所陳應(yīng)天研究員發(fā)展的無光像的自適應(yīng)223)為什么“高效硅基聚光電池”也是“第三代”光電發(fā)電技術(shù)的一大“特征”？

“高效”可提高單位面積發(fā)電量，“高效”可大幅度降低每瓦“聚光+跟蹤”成本；而“聚光”不僅可成倍增加光電池的發(fā)電量，“聚光”還能提高光電池的轉(zhuǎn)化率。理論分析表明，

聚光電池輸出功率∝入射光強(qiáng)·ln（入射光強(qiáng)/單位光強(qiáng)）3)為什么“高效硅基聚光電池”也是“第三代”光電發(fā)電23下面是美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室所提供的最新有關(guān)太陽能光伏電池發(fā)電效率的一張簡圖：下面是美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室所提供的最新有關(guān)太24從這一圖片可以很清楚地看出，a）用砷化鎵制作的光電池的轉(zhuǎn)化率，遙遙領(lǐng)先于各類光電池。2011年“多結(jié)+418倍聚光”的轉(zhuǎn)化率更上升到43.5%。由砷化鎵薄膜制成的光電池，也做到了28.2%。從這一圖片可以很清楚地看出，a）用砷化鎵制作的光電池25

b）居于第二位是硅基光電池。其單晶的轉(zhuǎn)化率由歷史上的17%上升到25.0%，其“單晶+92倍聚光”的光電池轉(zhuǎn)化率，已上升到27.6%。但“多晶”硅光電池卻緩慢上升，十年來僅停留在20.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于“單晶+聚光”的硅光電池。但是，除異質(zhì)結(jié)硅電池可高達(dá)23.0%外，至今未見有“多結(jié)”硅基光電池的報(bào)導(dǎo)。

b）居于第二位是硅基光電池。其單晶的轉(zhuǎn)化率由歷史上的26c）緊隨晶體硅光電池之后的是銅銦鎵硒，其實(shí)驗(yàn)室中的薄膜轉(zhuǎn)化率已高達(dá)20.4%；其次是碲化鎘薄膜，實(shí)驗(yàn)室效率是17.3%。c）緊隨晶體硅光電池之后的是銅銦鎵硒，其實(shí)驗(yàn)室中的薄27

但如果將CIGS薄膜電池和“單晶+聚光”硅基光電池做一比較，其實(shí)驗(yàn)室里的轉(zhuǎn)化率仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硅基聚光電池的27.6%！再認(rèn)識到，薄膜電池生產(chǎn)線的投資約是晶體硅的10倍，大面積的薄膜電池轉(zhuǎn)化率的提高，在技術(shù)上有原則性的困難；而相反，聚光電池的光電轉(zhuǎn)化率正在不斷提高，“4倍聚光+跟蹤”技術(shù)已相當(dāng)成熟，其“聚光+跟蹤”花費(fèi)的“代價(jià)”，已證明要比晶體硅電池“低出”很多，其光學(xué)成本還有大幅度降價(jià)空間。但如果將CIGS薄膜電池和“單晶+聚光”硅基光電池做28d）國外更看好的是“跟蹤+高倍聚光+高效砷化鎵聚光電池”的技術(shù)路線。理由是砷化鎵有更高的轉(zhuǎn)化率，這當(dāng)然十分有理。但砷化鎵的市場價(jià)格太貴，必需用到高倍聚光才有經(jīng)濟(jì)效益，而高倍聚光技術(shù)難點(diǎn)不少！尤其是“散熱+抗風(fēng)”。而且，我們從原則上還看不出，高倍聚光如何能“既聚集直射光，又聚集散射光”。實(shí)驗(yàn)表明，即便是陽光明媚的高原地區(qū)，散射光仍占到15%，通常是散射光占總光量的30%~40%。兩者相較，我們更贊成發(fā)展低倍聚光。d）國外更看好的是“跟蹤+高倍聚光+高效砷化鎵聚光電29當(dāng)代最有希望的，有可能和火力發(fā)電、核能發(fā)電相競爭的技術(shù)，是“太陽能煉硅+跟蹤+低倍聚光+高效硅基聚光電池”，或稱為“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)。當(dāng)代最有希望的，有可能和火力發(fā)電、核能發(fā)電相競爭的技304）“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)另一“特征”是“綠色”。

當(dāng)前人們對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有不少質(zhì)疑，工信部就認(rèn)為光伏產(chǎn)業(yè)從高純硅的提煉到光伏組件的生產(chǎn)，有不少“環(huán)節(jié)”屬高耗能、高污染的行業(yè)。而太陽能煉硅就不僅可少耗能，而且沒有污染，已在2011年第7期的《物理學(xué)報(bào)》Vol.60,No.7(2011)078104，寫了一篇題為《強(qiáng)輻射催化法提純多晶硅》正式發(fā)表的論文。

4）“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)另一“特征”是“綠色”。

31為什么“第三次”光伏技術(shù)能大幅度節(jié)約多晶硅，而且是綠色技術(shù)？原因是：

a）跟蹤：這將使多晶硅的用量減少30%~40%。

b）聚光：4倍聚光，尤其對“直射光”的聚光，可將硅材料、非硅材料的每度電“耗能”下降到原有的1/4。

為什么“第三次”光伏技術(shù)能大幅度節(jié)約多晶硅，而且是綠32下面是4倍聚光漏斗和散熱片的一組照片：下面是4倍聚光漏斗和散熱片的一組照片：33c）高效聚光硅基電池：硅電池的轉(zhuǎn)化率越高，所消耗的多晶硅就

越少。目前用的是美國SunPower公司供應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為22%的n型硅基聚光電池。如前所述，在聚光條件下，聚光電池，會出現(xiàn)對數(shù)式非線性增長。4倍聚光導(dǎo)致開環(huán)電壓增長了10%！這一n型光電池就呈現(xiàn)出24.5%的轉(zhuǎn)化率！c）高效聚光硅基電池：硅電池的轉(zhuǎn)化率越高，所消耗的多34

d）在所有上述介紹的“綠色”技術(shù)中，最重要的是太陽能煉硅。d）在所有上述介紹的“綠色”技術(shù)中，最重要的是太陽能355）上述“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)，或“綠色”發(fā)電技術(shù)，已有一個(gè)演示的“窗口”，也就是在甘肅省武威地區(qū)已建成的“4倍聚光+轉(zhuǎn)盤式跟蹤”，峰值功率為1兆瓦的小型光伏電站。5）上述“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)，或“綠色”發(fā)電技術(shù)，36下面是這一電站的圖片：上述光伏電站已穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行了2年。下面是這一電站的圖片：上述光伏電站已穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行了2年。372011年9月，在距北京市180公里的內(nèi)蒙古多倫地區(qū)又建設(shè)一組示范電站。已選擇其中兩個(gè)轉(zhuǎn)盤（峰值功率為100千瓦）每天紀(jì)錄發(fā)電量，長期在綠色電力網(wǎng)上公布。下面是2012年3月11日16:00的一個(gè)發(fā)電紀(jì)錄：2011年9月，在距北京市180公里的內(nèi)蒙古多倫地區(qū)38

內(nèi)蒙多倫低倍聚光雙軸跟蹤光伏電站內(nèi)蒙多倫低倍聚光雙軸跟蹤光伏電站39（二）總計(jì)中國科學(xué)院理論物理研究所陳應(yīng)天項(xiàng)目研究員獨(dú)立自主研發(fā)的‘4倍聚光+跟蹤+n型光伏電池’轉(zhuǎn)盤式發(fā)電技術(shù)。已做到的指標(biāo)是：（二）總計(jì)中國科學(xué)院理論物理研究所陳應(yīng)天項(xiàng)目研究員獨(dú)立自主研401）峰值功率售價(jià)低?，F(xiàn)在就已做到，工信部發(fā)布的《“十二五”太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（征求意見稿）》，所提出的“2015年光伏系統(tǒng)‘成本’下降到1.5萬元/千瓦的目標(biāo)”。

1）峰值功率售價(jià)低。現(xiàn)在就已做到，工信部發(fā)布的《“十41新改進(jìn)的4倍聚光漏斗，還能聚集部分散射光，成本又下降5%。

2）單位峰值功率發(fā)電量多。

新改進(jìn)的4倍聚光漏斗，還能聚集部分散射光，成本又下降42

由于采用三大技術(shù)：a）跟蹤，直射光的發(fā)電量將增加30%~35%；b）4倍聚光導(dǎo)致的非線性增長，（注：聚光將導(dǎo)致開路開環(huán)電壓呈對數(shù)性增長），將增加10%；c）強(qiáng)有力的均勻散熱，視當(dāng)?shù)貧鉁睾铜h(huán)境，將增加10%~15%。由以上這三種因素的乘積，青海格爾木，已建造了峰值功率為200千瓦的小型光伏電站，每瓦發(fā)電量將是1.65×1.3×1.1×1.1=2.6度/瓦，在采取進(jìn)一步改進(jìn)措施后，可能上升到2.8度/瓦。由于采用三大技術(shù)：a）跟蹤，直射光的發(fā)電量將增加30433）發(fā)電成本低。由于單位峰值功率售價(jià)低，而且發(fā)電量多，已做到在內(nèi)蒙古多倫地區(qū)加上“聚光+跟蹤”技術(shù)后，按10年回收期計(jì)算的發(fā)電成本，將下降到0.7元/千瓦時(shí)。如果撇開勞動力成本、運(yùn)輸成本等地區(qū)差別因素，在青海省將下降到0.7×2000/2600=0.54元/千瓦時(shí)。3）發(fā)電成本低。由于單位峰值功率售價(jià)低，而且發(fā)電量多444）單位面積發(fā)電量高。下面是各類清潔能源占地簡表：4）單位面積發(fā)電量高。下面是各類清潔能源占地簡表：45太陽能光伏發(fā)電：

“4倍聚光+跟蹤”，50~60W/m2；

平板式晶體硅，30~40W/m2；

各類薄膜電池，15~20W/m2；

太陽能槽式熱發(fā)電；10W/m2。

核能：10W/m2，（是否為清潔能源，現(xiàn)在有爭論）；

風(fēng)能：5W/m2；太陽能光伏發(fā)電：

“4倍聚光+跟蹤”，50~60W465）太陽能是最便于實(shí)現(xiàn)和水能互補(bǔ)的新能源。

6）新發(fā)展的4倍聚光發(fā)電，還是最適合于在“同一”地區(qū)實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光互補(bǔ)的發(fā)電技術(shù)。

7）新發(fā)展的“4倍聚光+跟蹤”的光伏發(fā)電技術(shù)，也是和環(huán)境友好兼容的技術(shù)。

5）太陽能是最便于實(shí)現(xiàn)和水能互補(bǔ)的新能源。

47（三）“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)——能否在中國實(shí)現(xiàn)“平價(jià)上網(wǎng)”？

在中國實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電“平價(jià)上網(wǎng)”有一個(gè)特殊困難，中國的火力發(fā)電成本，比發(fā)達(dá)國家低很多。中國已公布的包含補(bǔ)貼的光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，1.0元/度電，而平價(jià)上網(wǎng)就至少要降到0.4~0.5元/度電?。ㄈ暗谌惫夥l(fā)電技術(shù)——能否在中國實(shí)現(xiàn)“平價(jià)48

1）新出現(xiàn)的一個(gè)亮點(diǎn)是，這一“4倍聚光+跟蹤”的光伏發(fā)電技術(shù)，非常易于在水面實(shí)現(xiàn)“太陽能睡蓮”。其最大優(yōu)點(diǎn)是，可利用聚光漏斗的“浮力”取代支撐跟蹤漏斗的構(gòu)架，大幅度節(jié)約鋼材。聚光漏斗將常年浸在水中，極易散去聚光時(shí)產(chǎn)生的巨大熱量，可又增加約10%~20%的發(fā)電量。至于水波起伏，定向跟蹤等技術(shù)問題，不難用錨、舵，將聚光漏斗改為廣角聚光等技術(shù)來解決。

1）新出現(xiàn)的一個(gè)亮點(diǎn)是，這一“4倍聚光+跟蹤”的光伏49現(xiàn)在這些技術(shù)難點(diǎn)均已初步解決，已做出設(shè)計(jì)，下面是這一設(shè)計(jì)的示意圖：現(xiàn)在這些技術(shù)難點(diǎn)均已初步解決，已做出設(shè)計(jì)，下面是這一設(shè)計(jì)的示50為解決許多地區(qū)土地價(jià)格過高，其最簡單的措施是，大力發(fā)展更為價(jià)廉物美的水上“太陽能睡蓮”技術(shù)。為解決許多地區(qū)土地價(jià)格過高，其最簡單的措施是，大力發(fā)51陳應(yīng)天教授曾做過一個(gè)試驗(yàn)，將聚光漏斗放在水下15厘米深處，歷時(shí)6個(gè)多月，在漏斗內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)絲毫水汽！

下面是聚光漏斗浸水實(shí)驗(yàn)的照片：陳應(yīng)天教授曾做過一個(gè)試驗(yàn)，將聚光漏斗放在水下15厘米52何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件532）其實(shí)，在國外已有類似設(shè)想。下面是國外設(shè)想的太陽能‘睡蓮’的照片。圖：兩個(gè)美麗的漂浮在水面的‘太陽能睡蓮’2）其實(shí)，在國外已有類似設(shè)想。圖：兩個(gè)美麗的漂浮在水面的‘太54又據(jù)2011年11月9日《經(jīng)濟(jì)日報(bào)》報(bào)導(dǎo)：

新加坡經(jīng)濟(jì)發(fā)展局日前宣布，計(jì)劃明年在西部地區(qū)的登格水庫進(jìn)行水上太陽能光伏浮島試點(diǎn)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2013年完成。

又據(jù)2011年11月9日《經(jīng)濟(jì)日報(bào)》報(bào)導(dǎo)：

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3）北京地區(qū)的密云水庫、官廳水庫、十三陵水庫，共有250平方公里的水面，加上天津的水庫，共約有400多平方公里的水上面積。如以每平方米發(fā)電50W/m2計(jì)，400平方公里的水面可裝機(jī)2000萬千瓦之多。北京郊區(qū)土地售價(jià)，已高達(dá)30萬元/畝。為解決土地價(jià)格過高問題，北京市和天津市走向綠色城市的方向之一，是大力發(fā)展水上太陽能睡蓮。3）北京地區(qū)的密云水庫、官廳水庫、十三陵水庫，共有256在中國有許多水面可以建設(shè)大型、超大型光伏電站。中國的青海湖、鄱陽湖，太湖和洪澤湖，其面積均超過4000平方公里。中國大理有極好的太陽能資源，而地處云南大理市的洱海，其水面約為250平方公里。中國有80000平方公里的湖泊。中國的渤海灣實(shí)際上是中國的內(nèi)海，水面超過20000平方公里。僅渤海灣就可以放置功率為10億千瓦太陽能睡蓮。在中國有許多水面可以建設(shè)大型、超大型光伏電站。中國的574）新出現(xiàn)的技術(shù)思維，是將4倍聚光改為6倍聚光，但光漏斗造價(jià)并不顯著增加。下面是用無光像聚光理論設(shè)計(jì)的6倍聚光漏斗：

4）新出現(xiàn)的技術(shù)思維，是將4倍聚光改為6倍聚光，但光58此漏斗也可放在水中成為水上漂。

此漏斗也可放在水中成為水上漂。59何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件60應(yīng)用這一新型聚光漏斗，在內(nèi)蒙古地區(qū)，河北豐寧地區(qū)等荒漠地發(fā)電成本，有望下降到0.7元/1.4=0.5元/度電。而如果將這一“6倍聚光+跟蹤”的發(fā)電技術(shù)，移用于“太陽能睡蓮”，這將是比陸上發(fā)電成本更低的發(fā)電的技術(shù)。中國的東部、南部，其太陽能資源一般屬三類地區(qū)，年發(fā)電約1000~1500小時(shí)。但這一地區(qū)有大片水面可以大量放置水上電站，有大片水面可建設(shè)大、中、小型各式各樣的抽水儲能電站，同時(shí)也能就近在水庫里建設(shè)水面光伏電站。

應(yīng)用這一新型聚光漏斗，在內(nèi)蒙古地區(qū)，河北豐寧地區(qū)等荒61所以，這一“6倍聚光+跟蹤”的“太陽能睡蓮”，以及今后有待發(fā)展的“8倍、10倍，……等低倍聚光+跟蹤+水上太陽能睡蓮”的發(fā)電技術(shù)，有望在中國的東部、南部地區(qū)，廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)光能、水能“就近”互補(bǔ)，做到平價(jià)上網(wǎng)。所以，這一“6倍聚光+跟蹤”的“太陽能睡蓮”，以及今625）前一時(shí)期，工信部正式頒布的《“十二五”太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。已正式規(guī)定：

“計(jì)劃到2015年，光伏組件成本下降到7000元/千瓦，光伏系統(tǒng)成本下降到1.3萬元/kW，發(fā)電成本下降到0.8元/kWh，到2020年，光伏組件成本下降到5000元/千瓦，系統(tǒng)成本下降到1萬元/kW，發(fā)電成本達(dá)到0.6元/kWh”。5）前一時(shí)期，工信部正式頒布的《“十二五”太陽能光伏63不難看出，這里介紹的“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)，完全有望達(dá)到、超過《規(guī)劃》所規(guī)定的2020年的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

問題是如何全面落實(shí)這一新興技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

不難看出，這里介紹的“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)，完全有望64進(jìn)一步要解決的重大問題，是如何太陽能光伏發(fā)電成本，下降到0.3元/度電，從而徹底解決人類未來所需能源問題。這主要解決以下三個(gè)重大問題：

a)進(jìn)一步將低倍廣角聚光技術(shù)，發(fā)展為在水上跟蹤的中低倍（如8~20倍）廣角聚光技術(shù)，（注：制約中低倍聚光技術(shù)的最大難題，散熱問題，可在水中獲得完全解決?。┻M(jìn)一步大幅度降低光伏組件每瓦售價(jià)；

進(jìn)一步要解決的重大問題，是如何太陽能光伏發(fā)電成本，下65b)大力研發(fā)高效硅基多結(jié)聚光電池和廉價(jià)高效的砷化鎵薄膜電池，進(jìn)一步大幅度提高光伏電池的單位面積發(fā)電量；b)大力研發(fā)高效硅基多結(jié)聚光電池和廉價(jià)高效的砷化鎵薄66c)大力研發(fā)“‘光伏發(fā)電+水能’+‘風(fēng)能+其它能源+抽水儲能電站’+‘天然氣或頁巖氣燃?xì)獍l(fā)電站’”相配合的大中小型分布式發(fā)電體系，首先解決我國目前最緊迫需要的高峰用電短缺，將來逐步取代基本電力。當(dāng)然，我們也很歡迎其它大功率、長壽命、高效儲存電能技術(shù)的出現(xiàn)。c)大力研發(fā)“‘光伏發(fā)電+水能’+‘風(fēng)能+其它能源67歡迎社會公眾，歡迎科學(xué)界，歡迎到會的院士、專家學(xué)者們，共同合作推進(jìn)這一新型的“低倍聚光+跟蹤”的光伏技術(shù)。歡迎社會公眾，歡迎科學(xué)界，歡迎到會的院士、專家學(xué)者們68徐錠明同志：

最近中國光伏產(chǎn)業(yè)已陷入全面危機(jī)，而如果歐盟通過征收的“雙反”稅率和美國一樣，高達(dá)30%-220%，那么中國的光伏企業(yè)將面臨滅頂之災(zāi)！徐錠明同志：

最近中國光伏產(chǎn)業(yè)已陷入全面危機(jī)，而如果69但據(jù)我們所知，美國征收的高稅額，僅針對“平板式”單晶硅和多晶硅技術(shù)，并不對各類薄膜技術(shù)、聚光技術(shù)，征收高額稅率。估計(jì)歐盟也將采取類似政策。所以，一個(gè)挽救中國光伏企業(yè)的重大方向是，利用已有廉價(jià)P-型多晶硅、單晶硅，迅速轉(zhuǎn)向發(fā)展適用于廉價(jià)的P型電池低倍聚光技術(shù)。但據(jù)我們所知，美國征收的高稅額，僅針對“平板式”單晶70過去，我們一直強(qiáng)調(diào)用轉(zhuǎn)化率較高的N-型光電池來實(shí)現(xiàn)4倍聚光。原因是用N型電池聚光，其成本較P型更低。而如果改用轉(zhuǎn)化率較低的P型光電池，其發(fā)電成本仍可做到比平板光電池略低或相當(dāng)。其重大優(yōu)點(diǎn)是：可以回避歐盟和美國推行的高額“雙反”稅率。

過去，我們一直強(qiáng)調(diào)用轉(zhuǎn)化率較高的N-型光電池來實(shí)現(xiàn)471我國99%以上的光伏企業(yè)，均是P型電池。世界各國的光伏企業(yè)除少部分是薄膜電池外，絕大多數(shù)也是P型電池。國外只有少數(shù)企業(yè)，如SunPower，能供應(yīng)轉(zhuǎn)化率較高的N型電池。我國99%以上的光伏企業(yè)，均是P型電池。世界各國的光72

但是國外P型光伏企業(yè)會受到國外的保護(hù)，而我國將蒙受巨大損失！據(jù)我們所知，國內(nèi)各生產(chǎn)P型光電池企業(yè)，在近期尚不能轉(zhuǎn)向生產(chǎn)真正高效而廉價(jià)的N型光電池，并和國外SunPower等企業(yè)競爭！因此，發(fā)奮自強(qiáng)，自力更生地挽救國內(nèi)光伏企業(yè)的重要方法，是立即大力發(fā)展適用于P型電池的廉價(jià)的低倍聚光技術(shù)。

但是國外P型光伏企業(yè)會受到國外的保護(hù)，而73多年來，陳應(yīng)天教授和我一直發(fā)展和推廣低倍聚光技術(shù)。而最近，陳教授和我又測算了一下，如果將我們發(fā)展的4倍聚光技術(shù)，應(yīng)用于“廉價(jià)”的P型電池；雖然其發(fā)電效率要比N型電池少低，但和通常平板式光伏組件相“等價(jià)”的峰值功率成本（包括“聚光漏斗+散熱片+P型聚光電池”），仍可下降到4元/瓦。多年來，陳應(yīng)天教授和我一直發(fā)展和推廣低倍聚光技術(shù)。而74而據(jù)我們所知，各類平板式光伏電池，包括各類薄膜技術(shù)，最低組件售價(jià)是4.5-5元/瓦。所以，應(yīng)轉(zhuǎn)向大力使用現(xiàn)有4倍聚光技術(shù)。即使國內(nèi)某些企業(yè)一時(shí)做不到如此低廉成本，但如果將“聚光漏斗+散熱片+P型電池”的組件，做到4.5～5元/瓦，仍有望出口歐盟，獲得利潤；加上增值稅的退還，就更加理想了。而據(jù)我們所知，各類平板式光伏電池，包括各類薄膜技術(shù)，75所以，為挽救國內(nèi)各光伏企業(yè)，我國各光伏企業(yè)應(yīng)發(fā)揚(yáng)“風(fēng)雨同舟，自救自強(qiáng)，團(tuán)結(jié)互助”的精神，共同應(yīng)對新一輪的來自歐盟的打擊。所以，為挽救國內(nèi)各光伏企業(yè)，我國各光伏企業(yè)應(yīng)發(fā)揚(yáng)“風(fēng)76我們能做到的是，可以“在國內(nèi)”公布4倍聚光的全部技術(shù)秘密，包括將平板式P型電池改造為能承受4倍聚光的P型聚光電池技術(shù)。我們將以超低代價(jià)轉(zhuǎn)讓所有技術(shù)，以便和國內(nèi)所有企業(yè)共同協(xié)作、自強(qiáng)自救。

我們能做到的是，可以“在國內(nèi)”公布4倍聚光的全部技術(shù)77聽說閣下將參加國內(nèi)某單位召開的聚光技術(shù)研討會，特此專函奉達(dá)，請閣下將這一意見轉(zhuǎn)致這一研討會。

謝謝！

何祚庥陳應(yīng)天

2012，09，10

聽說閣下將參加國內(nèi)某單位召開的聚光技術(shù)研討會78何院士、陳教授：

您們好。

首先向你們表示敬意。

你們?yōu)閲?、為人民的精神深深地感動了我。技術(shù)問題將由專家們討論后選擇，我不多說。

何院士、陳教授：

您們好。

首先向你們表示敬意。

79

在嘉興召開的聚光光伏產(chǎn)業(yè)大會上，我將宣讀兩位先生給我的信。把你們的意見向我國光伏同行們表達(dá)。希望同行們會后與你們聯(lián)系。

請將聯(lián)系地址與方式發(fā)給我，一并在會上宣讀。

順頌秋安

學(xué)生徐錠明拜上

二○一二年九月十日

在嘉興召開的聚光光伏產(chǎn)業(yè)大會上，我將宣讀兩80謝謝！謝謝！81何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件82何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件83何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件84何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件85賀詞

各位專家、各位嘉賓、各位代表、各位媒體：上午好！

在黨的十八大即將召開之際，我們迎來了第五屆中國能源高峰論壇的隆重召開，借此機(jī)會，請?jiān)试S我向全體會議代表、全體與會人士表示最誠摯的問候，以及對大會的舉辦者的辛勤勞動表示最高敬意。賀詞

各位專家、各位嘉賓、各位代表、各位媒體：上86

我很高興能有機(jī)會與各位同人聚集一堂，共同探討能源問題，能源是關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略問題，中國作為最大的發(fā)展中國家，同時(shí)也是能源主要消費(fèi)大國，能源問題是關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的重大問題。如何保障能源安全，構(gòu)建合理的能源結(jié)構(gòu)，是中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要決策的重大戰(zhàn)略問題。因此，會議的召開對中國乃至世界能源現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展都有重要的意義。

我很高興能有機(jī)會與各位同人聚集一堂，共同探討能源問87

太陽能作為分布廣泛儲量巨大的新興綠色能源，近年來得到了廣泛的重視，我希望在論壇期間，可以和各大專家學(xué)者就太陽能能源現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r和未來發(fā)展趨勢進(jìn)行深入討論與研究，將太陽能更好的應(yīng)用于解決能源問題的過程中，最大限度的解決人類對能源需求。

下面我將對太陽能如何發(fā)展貢獻(xiàn)一點(diǎn)意見。在我講演以前，首先預(yù)祝本次大會圓滿成功。

太陽能作為分布廣泛儲量巨大的新興綠色能源，近年來得到88第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展中國科學(xué)院理論物理研究所何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展中國科學(xué)院理論物理研究所89摘要：光伏發(fā)電技術(shù)，已由第一代晶體硅發(fā)電技術(shù)，第二代薄膜發(fā)電技術(shù)，轉(zhuǎn)向第三代“低倍聚光+高效硅基聚光電池”技術(shù)，未來可能轉(zhuǎn)向第四代“高倍聚光+砷化鎵聚光電池”技術(shù)。當(dāng)代光伏產(chǎn)業(yè)必定向低倍聚光發(fā)電技術(shù)發(fā)展。摘要：光伏發(fā)電技術(shù)，已由第一代晶體硅發(fā)電技術(shù)，第二代薄膜發(fā)電90原因是：1）一塊晶體硅可發(fā)出多倍電力，可大幅度降低發(fā)電成本。2）聚光將大幅度抵消光轉(zhuǎn)化率較高，但每瓦售價(jià)也甚高的光電池，在市場銷售上的劣勢，可大幅度提高單位占地面積的發(fā)電量，大幅度節(jié)約土地使用成本。原因是：1）一塊晶體硅可發(fā)出多倍電力，可大幅度降低發(fā)91已證明正在運(yùn)行中的小型光伏電站的光電轉(zhuǎn)化可高達(dá)24.5%，每平方米發(fā)電60W/m2。3）低倍聚光各有關(guān)技術(shù)，如聚光漏斗、支架、跟蹤、散熱等技術(shù)，已完全成熟。其4倍聚光光伏組件已下降到5元/瓦，16倍聚光將下降到4元/瓦，正在研發(fā)中的8倍聚光將下降到3元/瓦。已證明正在運(yùn)行中的小型光伏電站的光電轉(zhuǎn)化可高達(dá)24.924）預(yù)計(jì)未來出現(xiàn)的16~20倍聚光的水上“太陽能睡蓮”技術(shù)，其光伏組件將下降到2元/瓦。低倍聚光技術(shù)的最大難點(diǎn)是散熱。水上“太陽能睡蓮”既能有效地解決散熱困難；又能大幅度節(jié)約陸上土地。4）預(yù)計(jì)未來出現(xiàn)的16~20倍聚光的水上“太陽能睡蓮93何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件94

（一）何謂“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)？

（一）何謂“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)？95第一代光伏發(fā)電技術(shù)=晶體硅光伏發(fā)電，有單晶硅和多晶硅的差別。優(yōu)點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)化率較高，缺點(diǎn)是售價(jià)較貴，生產(chǎn)多晶硅耗能較多，也容易污染環(huán)境。第一代光伏發(fā)電技術(shù)=晶體硅光伏發(fā)電，有單晶硅和多晶硅96第二代光伏發(fā)電技術(shù)=花式品種繁多的薄膜電池，優(yōu)點(diǎn)是材料用量少，售價(jià)較低，重大缺點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)化率只有晶體硅的一半，占地面積也較多。主要品種有1）非晶、納米晶、微晶等硅薄膜，2）CIGS即銅銦鎵硒組成的薄膜，3）TeCd碲化鎘薄膜?！诙夥l(fā)電技術(shù)=花式品種繁多的薄膜電池，優(yōu)點(diǎn)是材97為克服“第一代”，“第二代”光伏發(fā)電技術(shù)“固有”缺點(diǎn)，人們相繼提出發(fā)展“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)許多設(shè)想。為克服“第一代”，“第二代”光伏發(fā)電技術(shù)“固有”缺點(diǎn)982003年M.A.Green在撰寫了《第三代光伏發(fā)電》一書，主張發(fā)展一些“新型”電池。2003年M.A.Green在撰寫了《第三代光伏99何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件100在中國發(fā)展的“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)=“太陽能煉硅+跟蹤+低倍聚光+高效聚光硅電池”。在中國發(fā)展的“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)=“太陽能煉硅+跟101

這首先是因?yàn)樾绿岢龅睦砟?，是要進(jìn)一步提高光伏電池的“單位面積”的發(fā)電量，降低“單位面積”發(fā)電成本；尤其是太陽能發(fā)電要多“占地”，“地價(jià)”已成為影響發(fā)電成本的重要因素！于是人們就希望引入新“元素”，從半導(dǎo)體技術(shù)，轉(zhuǎn)向現(xiàn)代光學(xué)，無光像的自適應(yīng)光學(xué)。這首先是因?yàn)樾绿岢龅睦砟?，是要進(jìn)一步提高光伏電池的“102如果引入現(xiàn)代光學(xué)，引入“跟蹤+聚光”，有可能用一塊單晶硅，或售價(jià)較貴的“多結(jié)”的單晶硅，發(fā)出“多倍”電量；有“可能”用成本較低廉的光學(xué)聚光元件，取代、減少使用代價(jià)較昂貴的半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體加工技術(shù)。

如果引入現(xiàn)代光學(xué)，引入“跟蹤+聚光”，有可能用一塊單1032）聚光可以多發(fā)電，這是愛因斯坦光電定律的常識；聚光的前提是跟蹤，這是現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡已解決的問題。“聚光+跟蹤”就成為進(jìn)一步降低成本的“第三代”光伏技術(shù)的最主要特征。2）聚光可以多發(fā)電，這是愛因斯坦光電定律的常識；聚光104“太陽能”聚光有許多特殊要求。首先是為適應(yīng)太陽光在空中不斷移動，人們相繼提出許多新的光學(xué)課題：例如，a）如何將移動中的太陽光“均勻”地聚集在某一面，讓光電池更有效地發(fā)生電力；光學(xué)就從成像光學(xué)走向無光像光學(xué)。b）如何既聚集來自太陽的直射光，又聚集相當(dāng)部分的散射光，增加光電池接收的光量；無光像光學(xué)就由簡易的窄角聚光走向廣角聚光。“太陽能”聚光有許多特殊要求。首先是為適應(yīng)太陽光在空105c）所聚集的，不僅是正射的光線，還包括斜射的光線；聚光理論就從在軸聚光，發(fā)展為斜軸或偏軸聚光。d）技術(shù)上還要應(yīng)用和發(fā)展自適應(yīng)光學(xué)的許多技巧，如何因地、因時(shí)不斷追蹤陽光，將陽光聚光到某一固定便于應(yīng)用的方位，如此等等。c）所聚集的，不僅是正射的光線，還包括斜射的光線；聚106這一由理論物理研究所陳應(yīng)天研究員發(fā)展的無光像的自適應(yīng)光學(xué)，還在其它領(lǐng)域有許多許多應(yīng)用，如可制作聚光15000倍，可冶煉高純度的多晶硅，可融熔一切難熔金屬的太陽爐，……等，當(dāng)前首先是應(yīng)用到光伏發(fā)電、光熱發(fā)電。這一由理論物理研究所陳應(yīng)天研究員發(fā)展的無光像的自適應(yīng)1073)為什么“高效硅基聚光電池”也是“第三代”光電發(fā)電技術(shù)的一大“特征”？

“高效”可提高單位面積發(fā)電量，“高效”可大幅度降低每瓦“聚光+跟蹤”成本；而“聚光”不僅可成倍增加光電池的發(fā)電量，“聚光”還能提高光電池的轉(zhuǎn)化率。理論分析表明，

聚光電池輸出功率∝入射光強(qiáng)·ln（入射光強(qiáng)/單位光強(qiáng)）3)為什么“高效硅基聚光電池”也是“第三代”光電發(fā)電108下面是美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室所提供的最新有關(guān)太陽能光伏電池發(fā)電效率的一張簡圖：下面是美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室所提供的最新有關(guān)太109從這一圖片可以很清楚地看出，a）用砷化鎵制作的光電池的轉(zhuǎn)化率，遙遙領(lǐng)先于各類光電池。2011年“多結(jié)+418倍聚光”的轉(zhuǎn)化率更上升到43.5%。由砷化鎵薄膜制成的光電池，也做到了28.2%。從這一圖片可以很清楚地看出，a）用砷化鎵制作的光電池110

b）居于第二位是硅基光電池。其單晶的轉(zhuǎn)化率由歷史上的17%上升到25.0%，其“單晶+92倍聚光”的光電池轉(zhuǎn)化率，已上升到27.6%。但“多晶”硅光電池卻緩慢上升，十年來僅停留在20.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于“單晶+聚光”的硅光電池。但是，除異質(zhì)結(jié)硅電池可高達(dá)23.0%外，至今未見有“多結(jié)”硅基光電池的報(bào)導(dǎo)。

b）居于第二位是硅基光電池。其單晶的轉(zhuǎn)化率由歷史上的111c）緊隨晶體硅光電池之后的是銅銦鎵硒，其實(shí)驗(yàn)室中的薄膜轉(zhuǎn)化率已高達(dá)20.4%；其次是碲化鎘薄膜，實(shí)驗(yàn)室效率是17.3%。c）緊隨晶體硅光電池之后的是銅銦鎵硒，其實(shí)驗(yàn)室中的薄112

但如果將CIGS薄膜電池和“單晶+聚光”硅基光電池做一比較，其實(shí)驗(yàn)室里的轉(zhuǎn)化率仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硅基聚光電池的27.6%！再認(rèn)識到，薄膜電池生產(chǎn)線的投資約是晶體硅的10倍，大面積的薄膜電池轉(zhuǎn)化率的提高，在技術(shù)上有原則性的困難；而相反，聚光電池的光電轉(zhuǎn)化率正在不斷提高，“4倍聚光+跟蹤”技術(shù)已相當(dāng)成熟，其“聚光+跟蹤”花費(fèi)的“代價(jià)”，已證明要比晶體硅電池“低出”很多，其光學(xué)成本還有大幅度降價(jià)空間。但如果將CIGS薄膜電池和“單晶+聚光”硅基光電池做113d）國外更看好的是“跟蹤+高倍聚光+高效砷化鎵聚光電池”的技術(shù)路線。理由是砷化鎵有更高的轉(zhuǎn)化率，這當(dāng)然十分有理。但砷化鎵的市場價(jià)格太貴，必需用到高倍聚光才有經(jīng)濟(jì)效益，而高倍聚光技術(shù)難點(diǎn)不少！尤其是“散熱+抗風(fēng)”。而且，我們從原則上還看不出，高倍聚光如何能“既聚集直射光，又聚集散射光”。實(shí)驗(yàn)表明，即便是陽光明媚的高原地區(qū)，散射光仍占到15%，通常是散射光占總光量的30%~40%。兩者相較，我們更贊成發(fā)展低倍聚光。d）國外更看好的是“跟蹤+高倍聚光+高效砷化鎵聚光電114當(dāng)代最有希望的，有可能和火力發(fā)電、核能發(fā)電相競爭的技術(shù)，是“太陽能煉硅+跟蹤+低倍聚光+高效硅基聚光電池”，或稱為“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)。當(dāng)代最有希望的，有可能和火力發(fā)電、核能發(fā)電相競爭的技1154）“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)另一“特征”是“綠色”。

當(dāng)前人們對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有不少質(zhì)疑，工信部就認(rèn)為光伏產(chǎn)業(yè)從高純硅的提煉到光伏組件的生產(chǎn)，有不少“環(huán)節(jié)”屬高耗能、高污染的行業(yè)。而太陽能煉硅就不僅可少耗能，而且沒有污染，已在2011年第7期的《物理學(xué)報(bào)》Vol.60,No.7(2011)078104，寫了一篇題為《強(qiáng)輻射催化法提純多晶硅》正式發(fā)表的論文。

4）“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)另一“特征”是“綠色”。

116為什么“第三次”光伏技術(shù)能大幅度節(jié)約多晶硅，而且是綠色技術(shù)？原因是：

a）跟蹤：這將使多晶硅的用量減少30%~40%。

b）聚光：4倍聚光，尤其對“直射光”的聚光，可將硅材料、非硅材料的每度電“耗能”下降到原有的1/4。

為什么“第三次”光伏技術(shù)能大幅度節(jié)約多晶硅，而且是綠117下面是4倍聚光漏斗和散熱片的一組照片：下面是4倍聚光漏斗和散熱片的一組照片：118c）高效聚光硅基電池：硅電池的轉(zhuǎn)化率越高，所消耗的多晶硅就

越少。目前用的是美國SunPower公司供應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為22%的n型硅基聚光電池。如前所述，在聚光條件下，聚光電池，會出現(xiàn)對數(shù)式非線性增長。4倍聚光導(dǎo)致開環(huán)電壓增長了10%！這一n型光電池就呈現(xiàn)出24.5%的轉(zhuǎn)化率！c）高效聚光硅基電池：硅電池的轉(zhuǎn)化率越高，所消耗的多119

d）在所有上述介紹的“綠色”技術(shù)中，最重要的是太陽能煉硅。d）在所有上述介紹的“綠色”技術(shù)中，最重要的是太陽能1205）上述“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)，或“綠色”發(fā)電技術(shù)，已有一個(gè)演示的“窗口”，也就是在甘肅省武威地區(qū)已建成的“4倍聚光+轉(zhuǎn)盤式跟蹤”，峰值功率為1兆瓦的小型光伏電站。5）上述“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)，或“綠色”發(fā)電技術(shù)，121下面是這一電站的圖片：上述光伏電站已穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行了2年。下面是這一電站的圖片：上述光伏電站已穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行了2年。1222011年9月，在距北京市180公里的內(nèi)蒙古多倫地區(qū)又建設(shè)一組示范電站。已選擇其中兩個(gè)轉(zhuǎn)盤（峰值功率為100千瓦）每天紀(jì)錄發(fā)電量，長期在綠色電力網(wǎng)上公布。下面是2012年3月11日16:00的一個(gè)發(fā)電紀(jì)錄：2011年9月，在距北京市180公里的內(nèi)蒙古多倫地區(qū)123

內(nèi)蒙多倫低倍聚光雙軸跟蹤光伏電站內(nèi)蒙多倫低倍聚光雙軸跟蹤光伏電站124（二）總計(jì)中國科學(xué)院理論物理研究所陳應(yīng)天項(xiàng)目研究員獨(dú)立自主研發(fā)的‘4倍聚光+跟蹤+n型光伏電池’轉(zhuǎn)盤式發(fā)電技術(shù)。已做到的指標(biāo)是：（二）總計(jì)中國科學(xué)院理論物理研究所陳應(yīng)天項(xiàng)目研究員獨(dú)立自主研1251）峰值功率售價(jià)低。現(xiàn)在就已做到，工信部發(fā)布的《“十二五”太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（征求意見稿）》，所提出的“2015年光伏系統(tǒng)‘成本’下降到1.5萬元/千瓦的目標(biāo)”。

1）峰值功率售價(jià)低。現(xiàn)在就已做到，工信部發(fā)布的《“十126新改進(jìn)的4倍聚光漏斗，還能聚集部分散射光，成本又下降5%。

2）單位峰值功率發(fā)電量多。

新改進(jìn)的4倍聚光漏斗，還能聚集部分散射光，成本又下降127

由于采用三大技術(shù)：a）跟蹤，直射光的發(fā)電量將增加30%~35%；b）4倍聚光導(dǎo)致的非線性增長，（注：聚光將導(dǎo)致開路開環(huán)電壓呈對數(shù)性增長），將增加10%；c）強(qiáng)有力的均勻散熱，視當(dāng)?shù)貧鉁睾铜h(huán)境，將增加10%~15%。由以上這三種因素的乘積，青海格爾木，已建造了峰值功率為200千瓦的小型光伏電站，每瓦發(fā)電量將是1.65×1.3×1.1×1.1=2.6度/瓦，在采取進(jìn)一步改進(jìn)措施后，可能上升到2.8度/瓦。由于采用三大技術(shù)：a）跟蹤，直射光的發(fā)電量將增加301283）發(fā)電成本低。由于單位峰值功率售價(jià)低，而且發(fā)電量多，已做到在內(nèi)蒙古多倫地區(qū)加上“聚光+跟蹤”技術(shù)后，按10年回收期計(jì)算的發(fā)電成本，將下降到0.7元/千瓦時(shí)。如果撇開勞動力成本、運(yùn)輸成本等地區(qū)差別因素，在青海省將下降到0.7×2000/2600=0.54元/千瓦時(shí)。3）發(fā)電成本低。由于單位峰值功率售價(jià)低，而且發(fā)電量多1294）單位面積發(fā)電量高。下面是各類清潔能源占地簡表：4）單位面積發(fā)電量高。下面是各類清潔能源占地簡表：130太陽能光伏發(fā)電：

“4倍聚光+跟蹤”，50~60W/m2；

平板式晶體硅，30~40W/m2；

各類薄膜電池，15~20W/m2；

太陽能槽式熱發(fā)電；10W/m2。

核能：10W/m2，（是否為清潔能源，現(xiàn)在有爭論）；

風(fēng)能：5W/m2；太陽能光伏發(fā)電：

“4倍聚光+跟蹤”，50~60W1315）太陽能是最便于實(shí)現(xiàn)和水能互補(bǔ)的新能源。

6）新發(fā)展的4倍聚光發(fā)電，還是最適合于在“同一”地區(qū)實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光互補(bǔ)的發(fā)電技術(shù)。

7）新發(fā)展的“4倍聚光+跟蹤”的光伏發(fā)電技術(shù)，也是和環(huán)境友好兼容的技術(shù)。

5）太陽能是最便于實(shí)現(xiàn)和水能互補(bǔ)的新能源。

132（三）“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)——能否在中國實(shí)現(xiàn)“平價(jià)上網(wǎng)”？

在中國實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電“平價(jià)上網(wǎng)”有一個(gè)特殊困難，中國的火力發(fā)電成本，比發(fā)達(dá)國家低很多。中國已公布的包含補(bǔ)貼的光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，1.0元/度電，而平價(jià)上網(wǎng)就至少要降到0.4~0.5元/度電！（三）“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)——能否在中國實(shí)現(xiàn)“平價(jià)133

1）新出現(xiàn)的一個(gè)亮點(diǎn)是，這一“4倍聚光+跟蹤”的光伏發(fā)電技術(shù)，非常易于在水面實(shí)現(xiàn)“太陽能睡蓮”。其最大優(yōu)點(diǎn)是，可利用聚光漏斗的“浮力”取代支撐跟蹤漏斗的構(gòu)架，大幅度節(jié)約鋼材。聚光漏斗將常年浸在水中，極易散去聚光時(shí)產(chǎn)生的巨大熱量，可又增加約10%~20%的發(fā)電量。至于水波起伏，定向跟蹤等技術(shù)問題，不難用錨、舵，將聚光漏斗改為廣角聚光等技術(shù)來解決。

1）新出現(xiàn)的一個(gè)亮點(diǎn)是，這一“4倍聚光+跟蹤”的光伏134現(xiàn)在這些技術(shù)難點(diǎn)均已初步解決，已做出設(shè)計(jì)，下面是這一設(shè)計(jì)的示意圖：現(xiàn)在這些技術(shù)難點(diǎn)均已初步解決，已做出設(shè)計(jì)，下面是這一設(shè)計(jì)的示135為解決許多地區(qū)土地價(jià)格過高，其最簡單的措施是，大力發(fā)展更為價(jià)廉物美的水上“太陽能睡蓮”技術(shù)。為解決許多地區(qū)土地價(jià)格過高，其最簡單的措施是，大力發(fā)136陳應(yīng)天教授曾做過一個(gè)試驗(yàn)，將聚光漏斗放在水下15厘米深處，歷時(shí)6個(gè)多月，在漏斗內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)絲毫水汽！

下面是聚光漏斗浸水實(shí)驗(yàn)的照片：陳應(yīng)天教授曾做過一個(gè)試驗(yàn)，將聚光漏斗放在水下15厘米137何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件1382）其實(shí)，在國外已有類似設(shè)想。下面是國外設(shè)想的太陽能‘睡蓮’的照片。圖：兩個(gè)美麗的漂浮在水面的‘太陽能睡蓮’2）其實(shí)，在國外已有類似設(shè)想。圖：兩個(gè)美麗的漂浮在水面的‘太139又據(jù)2011年11月9日《經(jīng)濟(jì)日報(bào)》報(bào)導(dǎo)：

新加坡經(jīng)濟(jì)發(fā)展局日前宣布，計(jì)劃明年在西部地區(qū)的登格水庫進(jìn)行水上太陽能光伏浮島試點(diǎn)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2013年完成。

又據(jù)2011年11月9日《經(jīng)濟(jì)日報(bào)》報(bào)導(dǎo)：

140

3）北京地區(qū)的密云水庫、官廳水庫、十三陵水庫，共有250平方公里的水面，加上天津的水庫，共約有400多平方公里的水上面積。如以每平方米發(fā)電50W/m2計(jì)，400平方公里的水面可裝機(jī)2000萬千瓦之多。北京郊區(qū)土地售價(jià)，已高達(dá)30萬元/畝。為解決土地價(jià)格過高問題，北京市和天津市走向綠色城市的方向之一，是大力發(fā)展水上太陽能睡蓮。3）北京地區(qū)的密云水庫、官廳水庫、十三陵水庫，共有2141在中國有許多水面可以建設(shè)大型、超大型光伏電站。中國的青海湖、鄱陽湖，太湖和洪澤湖，其面積均超過4000平方公里。中國大理有極好的太陽能資源，而地處云南大理市的洱海，其水面約為250平方公里。中國有80000平方公里的湖泊。中國的渤海灣實(shí)際上是中國的內(nèi)海，水面超過20000平方公里。僅渤海灣就可以放置功率為10億千瓦太陽能睡蓮。在中國有許多水面可以建設(shè)大型、超大型光伏電站。中國的1424）新出現(xiàn)的技術(shù)思維，是將4倍聚光改為6倍聚光，但光漏斗造價(jià)并不顯著增加。下面是用無光像聚光理論設(shè)計(jì)的6倍聚光漏斗：

4）新出現(xiàn)的技術(shù)思維，是將4倍聚光改為6倍聚光，但光143此漏斗也可放在水中成為水上漂。

此漏斗也可放在水中成為水上漂。144何祚庥第三代光伏發(fā)電技術(shù)已取得重大進(jìn)展課件145應(yīng)用這一新型聚光漏斗，在內(nèi)蒙古地區(qū)，河北豐寧地區(qū)等荒漠地發(fā)電成本，有望下降到0.7元/1.4=0.5元/度電。而如果將這一“6倍聚光+跟蹤”的發(fā)電技術(shù)，移用于“太陽能睡蓮”，這將是比陸上發(fā)電成本更低的發(fā)電的技術(shù)。中國的東部、南部，其太陽能資源一般屬三類地區(qū)，年發(fā)電約1000~1500小時(shí)。但這一地區(qū)有大片水面可以大量放置水上電站，有大片水面可建設(shè)大、中、小型各式各樣的抽水儲能電站，同時(shí)也能就近在水庫里建設(shè)水面光伏電站。

應(yīng)用這一新型聚光漏斗，在內(nèi)蒙古地區(qū)，河北豐寧地區(qū)等荒146所以，這一“6倍聚光+跟蹤”的“太陽能睡蓮”，以及今后有待發(fā)展的“8倍、10倍，……等低倍聚光+跟蹤+水上太陽能睡蓮”的發(fā)電技術(shù)，有望在中國的東部、南部地區(qū)，廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)光能、水能“就近”互補(bǔ)，做到平價(jià)上網(wǎng)。所以，這一“6倍聚光+跟蹤”的“太陽能睡蓮”，以及今1475）前一時(shí)期，工信部正式頒布的《“十二五”太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。已正式規(guī)定：

“計(jì)劃到2015年，光伏組件成本下降到7000元/千瓦，光伏系統(tǒng)成本下降到1.3萬元/kW，發(fā)電成本下降到0.8元/kWh，到2020年，光伏組件成本下降到5000元/千瓦，系統(tǒng)成本下降到1萬元/kW，發(fā)電成本達(dá)到0.6元/kWh”。5）前一時(shí)期，工信部正式頒布的《“十二五”太陽能光伏148不難看出，這里介紹的“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)，完全有望達(dá)到、超過《規(guī)劃》所規(guī)定的2020年的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

問題是如何全面落實(shí)這一新興技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

不難看出，這里介紹的“第三代”光伏發(fā)電技術(shù)，完全有望149進(jìn)一步要解決的重大問題，是如何太陽能光伏發(fā)電成本，下降到0.3元/度電，從而徹底解決人類未來所需能源問題。這主要解決以下三個(gè)重大問題：

a)進(jìn)一步將低倍廣角聚光技術(shù)，發(fā)展為在水上跟蹤的中低倍（如8~20倍）廣角聚光技術(shù)，（注：制約中低倍聚光技術(shù)的最大難題，散熱問題，可在水中獲得完全解決?。┻M(jìn)一步大幅度降低光伏組件每瓦售價(jià)；

進(jìn)一步要解決的重大問題，是如何太陽能光伏發(fā)電成本，下150b)大力研發(fā)高效硅基多結(jié)聚光電池和廉價(jià)高效的砷化鎵薄膜電池，進(jìn)一步大幅度提高光伏電池的單位面積發(fā)電量；b)大力研發(fā)高效硅基多結(jié)聚光電池和廉價(jià)高效的砷化鎵薄151c)大力研發(fā)“‘光伏發(fā)電+水能’+‘風(fēng)能+其它能源+抽水儲能電站’+‘天然氣或頁巖氣燃?xì)獍l(fā)電站’”相配合的大中小