太阳能光电产业成长

url-status=live  For relevant chart, Canary Media credits: "Source: BloombergNEF, September 2023"全球于2023年新增的发电容量中，中国的占比有60%。
全球太阳能光电产业成长（growth of photovoltaics）于1992至2023年间呈明显的指数级模式。这种发电方式从原本小规模的利基市场演变成一种主流。产业在2016年到2022年期间的产能和产量成长率平均约为26%，表示约每隔三年即翻一倍。
当太阳能光电系统首次被当作是种有前景的再生能源技术时，许多政府实施如上网电价补贴政策等鼓励计划，以提供经济诱因来促进投资。这个产业在最初几年的成长主要是由日本和欧洲的国家推动。由于技术进步和规模经济等经验学习曲线效应，导致发电成本大幅下降。多个国家实施的计划对增加光电部署具有重要作用，例如德国的能源转型、美国的百万太阳能屋顶专案（参见Solar power in California）以及中国于2011年实施的5年能源生产计划。太阳能光电从那时起在全球的部署动能强劲，开始与传统能源进行日益激烈的竞争。到21世纪初，除如小型屋顶太阳能和分散式光电系统外，大型的公用事业级太阳能发电厂也开始兴起。到2015年，约有30个国家已达到太阳能发电成本与传统电力相当的水平，即所谓的Grid parity。9
自太阳能光电板于1950年代以商业化方式生产以来，已有多个国家陆续成为世界上最大的太阳能光电生产国。首先是美国，然后是日本，接下来是德国，而后是中国。
至2022年底，全球累计光电装置容量已达到约1,185吉瓦(GW，1吉瓦=10亿瓦)，供应全球电力需求的6%以上，比2019年约3%的占比为高。迄2022年，全球有9个国家的太阳能光电发电量占其国内年用电量的10%以上，而其中于西班牙、希腊和智利3国的占比已超过17%。
不同官方机构陆续发布对太阳能光电成长的预测，但往往会低估。国际能源署 (IEA) 在过去几十年不断将估值提高，但每次的预测部署量仍远低于实际上发生的。彭博新能源财经（Bloomberg NEF）预计美国到2030年将新增600吉瓦的光电并网发电容量。IEA估计在高再生能源的情景下，全球到2050年的太阳能光电发电量将达到4.674太瓦（等于4,674吉瓦），其中一半以上将部署在中国和印度，届时太阳能发电将成为世界上最大的供电来源。

**光电铭牌发电容量**
所谓铭牌容量，为发电厂的峰值功率输出，以瓦特（简称"瓦"）为单位，而kW代表千瓦、MW代表百万瓦和GW代表吉瓦。由于再生能源的实际电力输出难以预测，其平均实际发电量通常会明显低于铭牌容量。为估计平均功率输出，可将容量乘以适当的容量因子，把不同的发电条件 - 天气、昼夜、所在纬度、设备维修保养等列入考虑。全球的平均太阳能光电容量因子仅为铭牌容量的11%。此外，峰值功率的定义会因情况而异。对於单一太阳能板，通常指的是直接产生的最大直流电功率；而对于联网的太阳能光电厂，则可能包括将直流电转换为交流电的过程，以及在此过程中发生的能量损失。1510 
风力发电则有不同的特性，例如容量因子较高，约为2015年太阳能光电的4倍。在气温较高的国家，太阳能光电与​​空调用电量会比风力发电有较高的相关性。截至2017年，已有少数公用事业公司开始将日间光电的多余电力以电池储存，如此可获得几个小时的可调度电量，以缓解通常在日落时发生的鸭子曲线问题（在日落后，由于光电产量急速降低，需要其他发电方式提供的电量会快速上升，约在傍晚中间到达最高峰，因此在实际负载曲线和可调度电源的负载曲线之间会出现如鸭子的轮廓）。

**目前状况**
access-date = 2023-12-23
全球光电于2022年的总装置容量增加228吉瓦，新增装置增加率为24%。截至当年底，全球总装置容量将超过1,185吉瓦。
亚洲是当年的最大太阳能光电设备装置区域，占全球新增容量的60%，占总装置容量的60%。光是中国就占新增容量的40%以上，以及总装置容量的近40%，但仅占发电量的30%。
北美洲的光电产量占世界总量的16%，其中以美国为首。到2022年，北美洲的发电容量因子是各大洲中最高的，达到20%，领先南美洲的16%和全世界平均的14%。
迄2022年，大洋洲的太阳能电力 (39太瓦时) 几乎全来自澳大利亚，占世界总量的3%。大洋洲于2022年的太阳能发电于当地总发电量的占比最高，为12%，领先欧洲的4.9%、亚洲的4.9%及全球的4.6%。

**主要国家发展史**
全球太阳能光电从1996年起的半对数图成长曲线。
美国多年来一直是装置太阳能光电板的领导者，于1996年的总装置容量为77MW，超过当时世界其他国家的容量总和。从1990年代末开始，日本成为全球太阳能发电的领导者。德国于2005年取代日本的领导者地位，该国于2016年太阳能发电容量超过40吉瓦。 而中国于2015年超越德国成为全球最大的光电生产国，并于2017年成为第一个拥有装置容量超过100吉瓦的国家。于2022年的人均太阳能发电领先国家为澳大利亚、荷兰和德国。

**美国 (1954年–1996年)**
美国是现代太阳能光电的发明国，装置容量居世界领导地位多年。于贝尔实验室服务的美国工程师Russell Ohl延续以前瑞典和德国工程师的研究工作，于1946年获得第一个现代太阳能电池的专利。贝尔实验室也在1954年开发出第一个实用的Crystalline silicon (c-Si) 电池。霍夫曼电子公司（Hoffman Electronics，参见Les Hoffman) 是1950年代和1960年代矽太阳能电池的领先制造商，该公司将电池效率提高，用于太阳能供电的无线电设备，并装配于人造卫星Vanguard I上，此为人类史上首个使用太阳能光电的卫星，于1958年发射进入地球轨道。
美国总统吉米·卡特于1977年在白宫安装Solar water heating（后来于隆纳·雷根入主白宫后被拆除）以推广太阳能，并在科罗拉多州戈尔登成立国家可再生能源实验室（原名太阳能研究所）。在1980年代和1990年代初期，大多数光电组件均用于独立电力系统或为手表、计算器和玩具等消费产品供电，但从1995年左右开始，业界越来越集中于开发并网Rooftop solar power和光电发电厂。美国的太阳能光电容量到1996年已有77MW，超过当时世界上任何其他国家。后来才被日本超越。

**日本 (1997年–2004年)**
日本神户市及周边在1995年遭到阪神大地震破坏，整个基础设施于地震后瘫痪，包括依靠电力泵送汽油的加油站。而在同年12月又发生耗资数十亿美元的实验性文殊核电设施发生事故，由于钠泄漏导致重大火灾而被迫关闭（归类为国际核能事件分级表上的"异常"（anomaly，INES 1））。当负责文殊的半政府机构试图掩盖事实，引起公众愤慨，因而促使该国努力成为全球最大的太阳能光电生产国。日本维持世界光电领域的领先地位到2004年，发电容量达到1,132MW。随后光电设施部署重点转往欧洲。

**德国 (2005年–2014年)**
德国的太阳能光电容量于2005年超越日本，成为世界第一。该国在2000年推出《 German Renewable Energy Sources Act》，实施上网电价制度，给予再生能源在电网上的优先权，并规定政府必须以固定价格收购再生能源生产的电力，期限长达20年，以确保投资者的回报不受市场价格波动的影响。这项政策具有高度的投资安全性，导致新的光电设施容量在2011年达到高峰，而再生能源技术的投资成本也大幅降低。德国于2016年的光电设施装置容量已超过40吉瓦。

**中国（2015年迄今）**
中国于2015年底超越德国成为全球最大光电生产国。装置容量于2016年达34.2吉瓦。 由于上网电价在2015年底迅速降低，促使许多开发商在2016年年中之前设法确保电价 - 他们预计价格会进一步削减（确实发生）。中国在这一年宣布在下一个五年规划（2016年-2020年）期间订立安装100吉瓦装置容量的目标。预计中国将在太阳能项目上花费1兆日圆（约当1,450亿美金）。中国的光电容量大多建在人口相对稀少的西部地区，而主要电力消费中心位于东部地区（例如上海和北京）。由于缺乏足够的输电网路来输送这些光电厂的电力，中国被迫得削减光电的发电量。

**市场发展史**

**价格与成本（1977年迄今）**
太阳能电池的每瓦平均价格在2017年之前的几十年中大幅下降。晶体矽电池在1977年的价格约为每瓦77美元，而2018年8月的平均现货价格低至每瓦0.13美元，比40年前低上近600倍。thin-film solar cell和晶体矽太阳能电池的价格约为每瓦0.60美元。光电模组和电池价格在2014年之后更进一步下降（见表中报价）。
这种价格趋势被视为支持Swanson's law（类似摩尔定律中对于集成电路发展的描述）的证据，斯旺森定律指出累计太阳能发电容量每翻一倍，太阳能电池和电池板的每瓦成本就会下降20%。于2015年所做一项研究显示，每度（千瓦时）电价自1980年以来的每千瓦时产品的价格每年下降10%，并预测全球到2030年的太阳能发电将占总电力消耗的20%。
以下针对特定国家的数据代表公用事业规模太阳能发电的每千瓦成本，以及2022年每千瓦时的价格，与2010年数据间进行比较。数据来源：国际再生能源总署（IRENA）。

**光电板技术（1990年迄今）**
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传统晶体矽 (c-Si) 技术在2017年之前的几年里有显著的进展。在一段严重的矽原料短缺时期后，多晶矽价格从2009年开始下跌（详见下文）。此一情势加剧非晶矽 (a-Si)、碲化镉(CdTe) 和铜铟镓硒 (CIGS) 等商业薄膜光电技术制造商的经营压力，导致数家曾备受瞩目的薄膜公司宣告破产。而同时有来自中国晶矽电池和模组制造商的低价竞争，让该产业面临严峻挑战，一些公司被迫连同其专利以低于成本的价格出售。
薄膜光电技术于2013年约占全球装置量的9%，而晶体矽（单晶矽和多晶矽）占91%。 碲化镉占全球装置量5%，而在薄膜市场中有一半以上占比，铜铟镓硒和非晶矽各占全球装置量的2%。24–25迄2021年，这种晶体矽占绝大部分的形式并未改变。
*copper indium gallium selenide solar cell技术
铜铟镓硒 (CIGS) 是此技术所使用半导体材料的统称。 全球于2015年的最大此种光电生产商之一是日本的Solar Frontier公司，年产量达到吉瓦级的程度。其模组产品的光电转换效率超过15%。该公司因日本国内的蓬勃光电市场中而受惠，也企图扩大国际方面的业务。然而一些著名的此类制造商无法跟上传统晶体矽技术的演进。例如美国Solyndra公司于2011年停止运作，并根据美国破产法第十一章申请破产保护，而同样为CIGS制造商的Nanosolar则于2013年关门。 失败并不是因为技术本身的问题，而是因为公司使用有缺陷的产品设计。
*Cadmium telluride photovoltaics技术
美国First Solar是碲化镉技术的领先制造商，建造多个曾为世界上最大的太阳能发电厂，例如位于加利福尼亚州沙漠中的Desert Sunlight Solar Farm和Topaz Solar Farm，每个电厂的发电容量均为550MW，另有位于澳大利亚的Nyngan Solar Plant（为当时南半球最大的太阳能光电厂）在2015年中期投入运作。碲化镉是所有量产光电技术中能量回收时间最短者，在条件优越的地区，其回收期甚至可缩短至8个月。31然而，有家专门生产碲化镉模组的Abound Solar公司却于2012年宣告破产。
*非晶矽技术
曾为全球领先非晶矽技术制造商之一的Energy Conversion Devices于2012年在美国密西根州申请破产保护。瑞士制造商OC Oerlikon将其生产微晶矽非晶矽薄膜太阳能叠电池的部门剥离，出售予东京威力科创。其他退出非晶矽薄膜市场的公司有杜邦、BP、Flexcell、Inventux、Pramac、Schuco、Sencera、EPV Solar、NovaSolar（原OptiSolar）和于2010年停产非晶矽组件的中国尚德电力（转而重点发展晶体矽太阳能面板）。 尚德电力于2013年在中国申请破产保护。

**矽原料短缺（2005年-2008年）**
多晶矽于2004年-2014年的价格走势。多晶矽于2020年7月的平均售价为6.956美元/公斤。
传统太阳能电池的原料 - 多晶矽的价格在2000年初期低至每公斤30美元，导致相关厂商没扩大生产的意愿。
然而至2005年却出现严重的矽原料短缺，彼时欧洲政府正计划将太阳能光电的部署增加75%。而半导体制造商对矽的需求也在成长中。由于半导体产业使用的矽原料数量占其生产成本的比例小得多，而能以高出太阳能公司的出价购买市场上已有的矽原料。
当时的多晶矽生产商过去曾有过度投资的痛苦经验，对太阳能应用增长的需求反应迟缓，导致矽原料价格大幅上涨，至每公斤80美元左右，长期合约和现货价格高达400美元/公斤。 由于矽原料短缺情况严峻，产业的电池和组件制造能力被迫闲置约四分之一 - 估计达到777MW。短缺也为矽专业生产者提供资金及开发新技术的动力，也同时引发一些新生产者进入市场。产业的最初行动集中在改进矽的回收利用。之后又开始更努力寻找传统制程（由西门子早期开发）的替代方案。
由于建造一新的多晶矽工厂需要大约三年的时间，原料短缺情况因此持续到2008年。传统太阳能电池的价格保持不变甚至略有上升。这在斯旺森定律的价格下降趋势中呈现一个明显的"凸起" ，人们担心这种长期的原料短缺可能会延迟太阳能电力在没有补贴的情况下与传统能源进行价格竞争。
而于同时，太阳能产业透过减少晶片厚度和边角损失、提升每个制程的产量、减少模组损失并提高太阳能板发电效率来降低每生产1瓦电力所需的晶矽克数。最后，多晶矽产量于2009年开始增加，将全球市场原料短缺问题缓解，随后又发生产能过剩，全球的光电产业价格在此后几年转为大幅下跌。

**矽晶业产能过剩（2009年-2013年）**
由于多晶矽产业在2009年前后短缺期内大幅扩充产能，导致产品价格跌至每公斤15美元，迫使一些厂商暂停生产，或是选择退出。当矽价格稳定在每公斤20美元左右后，蓬勃发展的太阳能光电产业有助于消化全球的巨大产能。但光电产业产能过剩现象依然存在。全球于2013年虽有创纪录的38吉瓦发电容量部署，仍远低于中国约60吉瓦的年度产能。透过大幅降低太阳能模组价格，虽能缓解产能过剩的压力，但也导致许多制造商因成本相对过高而难以生存。然而，随着全球光电部署的加速，供需失衡的状况有望在未来几年内得到改善。
国际合作平台 - 国际能源总署光电发电系统计划（IEA-PVPS）于2014年发布的数据显示全球太阳能光电模组的产能利用率在2007年因矽料短缺而达到历史低点，仅为49%。表示当时全球有近半的太阳能板生产线处于闲置状态。随后几年，虽然产能利用率逐渐回升，但截至2013年仍仅恢复至63%，显示复苏的过程相对缓慢。47
根据IEA发表，名为《推进清洁技术制造（Advancing Clean Technology Manufacturing ）》的报告，全球太阳能电池和模组制造业目前的利用率约为50%。报告指出全球单单在2023年对新太阳能光电工厂的投资就达到800亿美元，是2022年的两倍。

**反倾销税（2012年迄今）**
美国于2012年在提出反倾销申请并进行调查后，对从中国进口的太阳能光电产品征收31%至250%的关税。一年后，欧盟也对从中国进口的太阳能板实施明确的反倾销和反补贴措施，两年内平均税率为47.7%。
中国于此后不久对由美国进口的多晶矽（太阳能电池的生产原料）征收关税。中华人民共和国商务部}中国商务部于2014年1月将Hemlock Semiconductor 等美国多晶矽生产商的反倾销关税定为57%，而德国Wacker Chemie和韩国OCI (company)等其他主要生产商受到的影响则小得多。这一切都引起支持者和反对者之间的极大争议。
美国政府于2024年为保护国内产业，对中国进口商品加征关税的范围不断扩大。基于在2018年执行的301条款，太阳能电池、汽车电池等产品的进口关税均有所提高。特别是太阳能电池，关税税率从25%调升至50%。

**发电装置部署历史**
由地球观测卫星哨兵2号拍摄的相片，显示印度Bhadla Solar Park于2016年-2020年期间的建设进度。
自1990年代初开始，全球、区域和各国的太阳能光电部署都有详细记录。虽然全球光电容量持续成长，但各国的部署数据却更具动态性，因为它们在很大程度上取决于国家政策。许多组织每年都会发布有关光电部署的综合报告。其中包括年度和累积部署的发电容量（通常以铭牌容量表达）、详尽分类报告以及对未来趋势的深入分析和预测。

**在不同年份中的成长**
全球各洲在各年的太阳能光电发电量。
Grid parity的区域分布图。在2014年已达并网平价在2014年之后达成并网平价只在电网尖峰价格时达成并网平价美国将达成并网平价的各州资料来源: 德意志银行 (2015年2月）
全球于2000年至2022年期间的太阳能发电量平均每年增长37%，每2.2年翻一倍。同期的容量因子从10%增加到14%。下表中资料来自能源智库Ember (non-profit organisation)（于2024年发布），早期资料来自BP（于2014年发布）。

**参见**
 聚光太阳能热发电#在世界各地的部署- List of renewable energy topics by country and territory- Solar power by country- Timeline of solar cells- 各国风力发电

**附注**

**参考文献**

**外部连结**
 IEA–International Energy Agency, Publications date=20180329124819 - IEA–PVPS, IEA's Photovoltaic Power System Programme date=20170731224034 - NREL–National Renewable Energy Laboratory, Publications date=20250408080655 - FHI–ISE, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems- APVI–Australian PV Institute date=20141109011021 - EPIA–European Photovoltaic Industry Association date=20121103083513 - SEIA–Solar Energy Industries Association date=20180128224400 - CanSIA–Canadian Solar Industries Association date=20230606230712 
*Presentation – Cost analysis of current PV production, PV learning curve – UNSW, Pierre Verlinden, Trina Solar
分类:太阳能光伏
分类:技术变革