光伏行业的未来会怎样？光伏发电技术如何才能有新的突破？ 购买该电子书查看完整内容
伏发电技术似乎突破不大，且听说美国光伏发电的成本更低，低到一度电成本只有两三毛，感觉目前国内光伏市场看不到希望，求大神解惑……
有朋友说文不对题，来加一点我自己的看法吧。
光伏行业未来是怎么样的，其实是个我很喜欢的问题，前两天还和猎头聊过这个问题，最近短期离开了光伏，但还是想写下来，希望给看到的朋友一点启发。
如果十年前问你，手机行业会怎么样，那我们一定是看看Nokia的新机，Motor又出了手写，索爱的音乐功能还是那么好， 等等。现在呢，神马都没有了。
那么为什么呢？
因为现在已经没有手机了，我们用的是东西叫个人微型电脑，他就不是个手机。
所以我的观点很直接，未来光伏的出路，一定不是现在晶科，天合这类光伏组件生产企业的，也不是EPC之类的下游公司。他的未来在另一个产业，这个产业可能是建筑业，可能是电力行业，甚至可能是房地产行业，因为那时的光伏，将会以一种全新的形态发展壮大。
下面我来描绘一个场景，当你在外面买房子，租店面，你会考虑这个房子出行方便么，景色优美么，学校医院在附近么，有没有运动馆，甚至有没有火锅店等等。但是你从来不会考虑，房间里有没有电，有没有自来水，或是有没有下水道，高层有没有电梯这类问题。因为这就是我们的默认配置，哪有现代的房子不通水电的，盖30层不给电梯的？
但为什么用电就是默认配置，而发电就不是呢？现代的建筑用电天经地义，发电就是绿色环保，但是未来就不一定了。
所以未来的光伏，一定是和新的建筑理念绑定在一起，和新的建筑材料技术绑定在一起。未来的建筑理念，发电和用电都是默认配置，甚至储能也要配置在一起。
那么，我们的问题就变成，未来的建筑能源的理念是怎么样的。
而现在的光伏模式也就可能不会再继续下去了。
光伏技术是怎么回事
大多数人一听到光伏，第一反应就是用太阳能发电啊，如果你这么认为， 那么恭喜你，完全正确。
接著聊天就有了第二个问题，既然太阳能可以发电，我们夏天又热成狗， 为什么不在楼上建几块太阳能板，把我们的空调带起来爽一下呢，或者你用太阳能板给马路加个盖儿，弄点阴凉也是好的啊。 你可以想到更多的应用场景，不过背后的可行与不可行原因终会落到两方面，效率和成本，当然你也可以说效率是成本的一部分。
光转化成电的效率是光伏的命脉，也是我们衡量一种光伏技术是否有前景的最重要指标之一。那么，光转换成电的过程到底是怎么样的，它背后的机理是什么？当然， 我们这里不是写论文，所以我们打个比方。
比如你现在和你女朋友如胶似漆，两个人总是粘在一起，就和一个人一样。 这天，你们俩还是一样在家里零距离的玩耍，突然你的外卖到了，炸鸡啤酒羊肉串硬生生把你和你女朋友分开，于是你走到了客厅，女朋友去了卫生间洗澡。 这时候，你发现自己吃的太多了，圆圆的不自觉的就滚到了楼下，而你女朋友还在楼上，两人相思却不能见面。 这样你们之间就产生了要见面的动力，这就是电压了。 你女朋友之后走下楼梯又和你粘在一起， 就形成了电流。
我们用最简单的硅电池光伏来说。
光子给了材料中原子一个能量，可以将外层电子激发出来形成一个带负电的电子和带正电的空穴（原子），因为内电场的存在，电子和空穴被分开到pn结的两端，又因为pn结的两端连著金属导体，他们被运送出去，在外接的用电器走了一圈，又回到一起 （当然不是原来那一对了， 你懂的）。
根据这个简单的描述，我总结了一个思考模板，适用于对光伏发电方向的思考与研究，给研究太阳能光伏的初学者参考。
考虑太阳能光伏发展的三个方面 ，也是之后我们考虑成本与收益的参考指标。
1 light harvesting （光照）
2 charge separation （电子与空穴的分离）
3 charge transportation （电子输送）
紧紧抓住这三个方面，那么绝大多数的研究方向问题也就迎刃而解了。 下面我们来一个一个说。这些解说大部分是基于现在流行的硅电池，其他方向我们可以具体讨论 （比如CIGS）
Light harvesting
第一步，光伏要发电，要有光，而且越多越好。当然我们目前讨论的是可见光范围，我们要的是光可以照到电池上，所以要有高透光的玻璃。我们要电池表面不光滑，这样可以留住更多的光不被反射（倒金字塔形状）。我们要求电池表面栅线尽量少遮盖电池表面，这样单位面积可以吸收更多的光。白色的背板可以反射光，以供电池片再次吸收。
这就相当于我们准备好足够的食材再做饭，拿到足够的流量再收费，虽然之后会有浪费与损失，但这一步要先拿足。
Charge separation
这一步算是光伏的技术核心了，大多数太阳能光伏的相关书籍都会细讲这部分的原理和应用，这里我就不赘述了。我的经验是，这一步就是你光伏电池的引擎，精细复杂又让人浮想联翩。比如说PERC技术就是一个典型的应用，是基于电池背面的钝化。我们看到的比较新的结构大多也是在这一步的研发 （HiT等）。单晶硅对于多晶硅的优势也是在这里建立的。所以当我们之后讨论单晶硅和多晶硅的问题时，charge separation （或者说recombination）是我们主要讨论的范围。 或者我们讨论太阳能材料选择的问题（CIGS， 钙钛矿, 等），也是以考虑这里为主。
组件技术的核心是电池技术，电池技术的核心是charge separation。
charge collection (transportation)
到了这一步，我们主要就是考虑怎样把分开的电子和空穴传输出去。我们在组件中要考虑的接触电阻，欧姆接触，栅线的设计，圆形ribbon的应用，焊接质量等等都属于这个范围。这里是太阳能电池的研究转的到组件技术的研究的一个点。包括现在流行的半片技术，就是用并联电路的设计以减少电流在组件中的损耗 （当然还有其他方面，包括半遮挡效率等等）。
简单的说了这三个方面，没有展开说，欢迎大家一起讨论。
这三个方面不仅仅可以当作光伏电池（组件）技术的研究框架，也可以看作光伏组件运营时我们要关注的问题： Durability和Reliability。这个有机会再来细说了。
今天有时间，我们接著说Durability和Reliability。
这两个概念又点容易混淆，简单来说Durability指的是「衰老」，Reliability指的是「生病」（一般都是不治之症）。而这两个概念的原理不仅仅是在电池层面上讨论，而更多的应该是在组件的层面来讨论。
Durability说的是我们看到的厂家的25年输出功率的质保。绝大部分厂家都会保障25年后的输出功率保持在初始功率的80%以上，也就是说每年的组件「衰老」控制在每年&<1%。只有这样我们才能保障光伏在时间维度上不是一个亏本买卖。当然现在很多制造商给出的数据都要更好一些，不过因为组件的大规模应用不过10年，之后的衰减还是未知。
Reliability指的是在这25年的应用中，在正常保养的情况下，不会存在突然的输出功率下降，一般这种下降都是远远超过每年1%的范围，表明哪里出了问题。当然这也包括可能出现的安全问题，这里我们先不讨论安全问题，这里很多奇怪的东西可以写段子了（这里也先挖个坑吧，顺便吐槽下UL1703，写的真蛋疼）。这种突然的功率下降一般会影响整个string或者array的功率，所以生产商和客户在这方面都非常在意，IEC自然也有很多相关的标准和测试规范，最耳熟能详的自然就是IEC61215，如果入门的话建议可以先看看这个标准，写的还是挺好的。 当然现实应用中有很多奇怪的病，我们慢慢说。
大多情况下，我们说的组件「生病」都是治不好的，只能用更换组件来解决，这又牵扯到一个输出功率匹配的问题 （这里先挖个坑吧，有机会再来填上）。
现在我们套用上面三个方面，看一下Durability和Reliability。
Durability的具体原理很难一句话说清楚，它是一个综合的衰老过程。
更新一波，上面说到Durability是衰老的过程，一般的光伏组件在第一年都会下降2%左右的输出功率。这主要和我们熟悉的LID效应相关，简单来说就是光伏组件在使用环境下的热身活动，各个部件的磨合，电池片recombination趋于稳定，都是在第一年内完成的 （大概8-9个月的时间，不同产品会有一点差别）。这之后，光伏组件大概会已0.5%左右的年衰减度过20年左右，这也就是光伏组件的「成年期」了。 到20年之后，组件进入老年期，更多Reliability的问题就会出现了。
Durability的问题很大一部分是由于电池片的recombination更加剧烈，也就是我们的第二部分charge separation的问题，我们的电池片在长期的使用过程中是一个不断加热，冷却，加热，冷却的过程，我们的电池各层薄膜也会在这期间出现功能性的退化，比如我们熟悉的surface recombination会加剧，电池片也会出现非致命热点（热斑）。这些都会造成功率的衰减，也为之后的「生病」埋下了伏笔。
Durability还有一方面就是组件整体的电阻升高，这里更多的就在于我们说的第三部分 charge transportation。 组件的焊带，汇流条都会在湿度和氧气的影响下遭受不同程度的氧化，这就导致了我们所说的内阻升高 （这里有个关于背板water vapour transmission rate的坑），所以我们看到的IV曲线是FF的降低，而Isc其实变化不大。
所以很多时候我们看到的组件功率下降，大多都是FF&>Voc&>Isc，就是这个道理。
下面再说一下Reliability，也就是我们说的可靠性问题，这个就更有意思了。我们说的光伏组件在实际应用中出的各种问题，以及我们各种标准和测试规范，都要著落在这上面。总得来说，就是外部环境对组件的影响，这里包括温度，适度，物理伤害，魔法伤害。当然最后也可以归到我们上面说的那三个方面。
温度和湿度，这我们应该再熟悉不过，就像吃的剩饭要放在冰箱里，腌好的咸菜可以长期保存一样。湿度和温度的结合与变化可以说是光伏组件失效最重要的贡献者。尤其当温度湿度结合起来，比如湿冷测试，就是模拟这种极端状况。这也就是为什么HF10用10天就看出很多状况，而其他的chamber测试都要一个月两个月这样。这里的伤害主要还是在FF和Voc，也就是在charge transportation上面，一般成熟的电池不太会从内部被影响，所以recombination还算稳定。当然有的情况是接触电池的busbar出了问题，或者之间说是paste出了问题，自然也影响到了surface recombination。
物理伤害，这个比较直接，最简单的例子就是安装的哥们直接用脚踩上组建，导致了很多microcracks，直接影响到电池的内部，所以charge separation被减弱。当然还有很多安全的问题，比如说背板被割伤就会造成漏电，或者导线直接被小动物咬坏，也会造成漏电。这就算是charge separation没有完成了。
再有一个就是化学伤害，比如你的光伏组件长期暴露在海边的环境，那自然会受到更强的腐蚀伤害，比如背板，导线等等。所以这部分主要也是从外部影响了charge transportation。还有就是PID，这个可以算是电化学吧，不过这里不展开讨论了，感兴趣的可以私聊。
这个坑有点大，有机会再继续写了。
我的身份是一名可持续发展领域的咨询师，我在看待这个问题的时候，首先会考虑环境压力背后的原因是什么？有效的解决办法是什么？这个行业为什么会存在？
如果需求是存在的，那么「行业未来」则是毫无疑问是存在的。
1. 我们所在的地球的未来需要清洁能源
5 月 22 日世界生物多样性日，腾讯与 WWF 共同发起了一项针对生物多样性保护的社会倡导。倡导的公众行为固然重要，但「31%，21%，14%，25%」这些数据，让人更感担忧。
它们来自于世界自然保护联盟濒危物种红色名录最新数据，代表著人类生存环境的巨大压力，且这种生态趋势是不可逆的，至少在现有的技术条件下我们无法让灭绝生物再次重生。
除此之外，多年来我们感受到的雾霾、城市垃圾、森林面积减少、城市光污染、臭氧层空洞、海洋垃圾、酸雨、海平面上升、生物物种灭绝等（如果不在此处看到，我们都还没有意识到其实随时看到的、听到的环境问题原来这么多），这些环境问题都在不断提醒我们，我们所处的时代，环境正在急速恶化，而究其根本其实绝大多数都是人类行为所带来的。
而人类发展对于环境的索求不外乎两个方面：能源与材料（此处的材料包含生存地、水、耕地面积等）。
1.1 能源是生存之本也是危机之源
能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，可以说人类历史上每一次重大的文明进步都伴随著能源的改进与更替。
第一次工业革命，蒸汽机的出现让人类从体力劳动中解脱出来，煤炭成为动力来源，人类用机械能替代生物能，生产不再受到体能的限制；第二次工业革命，电力的出现解决了能源即产即用、无法储存的问题，可储存且可转化的电力让能源使用变得更可控和高效。
然而，我们不得不承认，人类消耗能源的速度和使用能源的效率，给资源的可持续性和自身生存环境带来了巨大压力。
1.1.1 能源的开采和使用造成环境的持续恶化， 首当其冲的是土壤资源和水资源
开采煤炭时露天挖土、排土场压占土地等方法让土壤通透性、土壤质量降低，植被无法生长；而地下水资源一方面受到由于植物减少引起的流失危机，一方面受到开采过程产生重金属超标的废井钻液污染；海洋原油的开采给海洋资源带来的伤害更加触目惊心，泄露的石油漂浮在海面上形成油膜，沾附上石油的鱼类无法呼吸，海鸟无法产卵和孵化，浮游生物由于缺乏氧气无法生长等。
1.1.2 传统能源燃烧产生的污染物,大范围地影响了生物赖以生存的环境
据测算，目前全球每年向大气排放的 CO2 已超过 240 亿吨。人为因素造成的全球变暖比过去 200 万年来地球温度的自然波动要迅速得多，全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升，岛国及沿海城市面临被淹没的威胁，而许多物种不能以高迁移速度跟上气候的变化速度，生态系统面临不可逆转的危机。
本公约以及缔约方会议可能通过的任何相关法律文书的最终目标是减少温室气体排放，减少人为活动对气候系统的危害，减缓气候变化，增强生态系统对气候变化的适应性，确保粮食生产和经济可持续发展。——《联合国气候变化框架公约》
传统能源燃烧排放的 SO2 与 NO 在阳光作用下形成酸雨，给环境造成了更直接快速的破坏。陆地上，土壤酸化贫瘠化，森林植被、农作物被破坏；湖泊里，水生物在高酸度的环境中死亡或畸形，丧失繁殖能力，以致数量减少或绝迹。
相关数据显示，每年欧盟由于大气污染造成的材料损坏、农作物和森林以及人体健康损失费用超过 100 亿美元，中国每年仅大气污染造成的损失高达 120 亿元人民币。
2. 改善能源现状是环境向好的有效途径
2.1 能源是当务之急也是解决之道
或许传统观念中电气时代社会发展与环境保护之间有无法调和的矛盾，但人类已经意识到，并开始积极寻找方法，去缓解这些矛盾。不论是从保护地球生态环境的角度，还是从经济社会发展的角度，发展更清洁、更可持续的能源都具有重要的意义。
2.1.1 改善能源结构
环境的压力催生了清洁能源的发展，以现有的能源结构、使用效率和不可再生资源存量综合计算，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期不会持续太久。目前，地球上探明的可采用储量石油 1 万亿桶，可供使用 45~50 年；天然气 120 万亿立方米，可供使用 50~60 年；煤炭 1 万亿吨，可供使用 200~220 年，随著化石能源的不断枯竭，社会的能源之路将何去何从？
中国政府在 2005 年颁布《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风能利用、生物质能高效利用、地热能和海洋等非化石能源利用。十多年来，我国清洁能源生产占比持续上升，清洁能源在能源消费中比重增加。
2.1.2 提高能源使用效率
中国是一个能源消耗大国，能源消耗总量排在世界第二，但人均能源占有量仅为世界平均水平的 40 %，建筑能耗已经占到社会总能耗的 40 %左右。而能源效率目前仅为 33%，比发达国家落后 20 年，能耗强度大大高于发达国家及世界平均水平，大约为美国的 3 倍，日本的 7.2 倍。
现阶段在提高能效方面有几大措施：
- 从能源转化过程中提升转化效率：尽可能增大反应物的表面积以增加受热面积，产生更多的活化分子
- 从能源使用角度对终端进行节能改造：如对消费类电子产品、家庭和商业器具、视听设备、灯光和照明器具等进行效率测试，对其用能进行改造
- 通过大数据提升整体能源分配及高校调节：例如国家电网在 5 月 21 日成立了大数据中心，该数据中心的功能除提升管理效率以外，更重要的作用在于对能源分配进行优质协调，提升能源效率
- 回收利用：通多对能源的梯级管理，提升能源余量的使用价值，从而提高整体的能源效率
但无论是改变能源结构，还是提升能源效率，从最根本的角度来思考都是「如何避免能源枯竭和环境影响」，改变现今人类社会的能源结构是当下最有效的面对环境压力的方式。
2.2 光伏发电是能源结构变革的未来趋势
自 2005 年开始，我国光伏产业迅速发展。十二五规划期间，国家将光伏产业作为清洁能源纳入到国家能源战略中。
随著光伏产业的技术进步，产业规模持续扩大，发电成本不断下降，光伏发电在全球已实现较大规模的应用。在国际市场的带动下，我国光伏产业快速发展，光伏技术和成本上均已形成一定的国际竞争力。从发展趋势看，太阳能发电即将成为技术可行、经济合理、具备规模化发展条件的可再生能源，对我国合理控制能源消费总量、实现非化石能源目标发挥重要作用。——《太阳能发电发展「十二五」规划》
在此之后，一系列政策立体涵盖了整个中国光伏产业的发展，支撑这个行业从一棵幼苗快速成长为参天大树。目前，中国光伏产业位居全球第一，占据绝对的领导性地位。
2018 年，我国光伏发电装机达到 1.74 亿千瓦，较去年的 1.3 亿千瓦增长了 34%，增长率名列所有可再生能源首位；光伏全年发电 1775 亿千瓦时，较去年的 1182 亿千瓦时增长超过 50%。
2.2.1 公众不了解的光伏特点
光伏发电虽说是清洁能源的范畴，但行业却在公众视野中呈现「高污染、高能耗」的特点，他们认为硅料和光伏板的生产产生较多的污染，也消耗大量的能源和水资源。但真实的情况是这样的嘛？
a. 光伏从生产到应用不对环境产生重大污染
从整个光伏产业的产业链来看，光伏对环境的污染主要争议点集中在生产环节，最主要的污染物之一是多晶硅生产过程中产生的四氯化硅。而目前我国多晶硅生产企业采用改良西门子法已可做到闭路循环生产，将副产物四氯化硅和尾气（氢气和氯气）回收利用，实现清洁高效。
b. 多种能源中光伏能效比处于领先位置
根据发改委数据显示，从生产工业硅到太阳能电池全过程综合电耗约 220 万千瓦时/兆瓦。如果从电耗等方面来计算减排能耗，这些硅生产企业的能耗要比以二氧化碳为指标的「污染」状况看上去严重。
多晶硅的生产确实很耗电，但要看它耗这么多电增加了多少附加值。我们国家衡量耗能水平有一个指标，叫做万元产值能耗比。按现在的多晶硅价格计算，中能生产多晶硅每万元 GDP 耗能比是 0.6 吨标准煤，这个数字低于全国平均的能耗水平。据了解，目前全国各沿海城市每万元 GDP 能耗都超过 1 吨标准煤。——保利协鑫副总裁吕锦标
2017 年《自然-能源》上的一篇文章表明：
- 核电厂的隐含能耗为 5%（能源回报率 20:1）即每投入 1 单位的能源可产生 20 单位的能源
- 光伏的隐含能耗为 4%（能源回报率 26:1）
- 风电的隐含能耗为 2%（能源回报率 44:1）
此外，中国光伏协会于 2018 年测算出北京地区光伏系统的能源回收期为 1.3 年。也就是说，光伏不到两年就能够收回对一次能源的消耗，并可为贡献 25 年以上的清洁能源，能源效率极高。
c. 高耗水量的表现有降低优势
太阳能光伏的水耗主要集中于制造环节和光伏板清洁环节。2018 年，光伏在多晶硅生产环节的平均水耗在 0.14t/kg-si；此外，在发电阶段，太阳能光伏的水耗主要是清洁光伏板的用水，其水耗会随著高性能防污材料的推广而降低。这两部分构成了光伏发电的耗水。
而从能源的全生命周期来看，科罗拉多大学在《环境研究快报》中发表的一篇论文显示，在不同技术的气电、煤电、风电、核电、生物质能发电和光伏发电的水耗比较中，光伏发电的耗水量为 81 加仑/MWh，是煤电的三分之一到五分之一。
2.2.2 光伏发电的其他优势让其具有规模化潜能
此外，除了光伏发电在资源可持续和环境友好方面具有明显优势，在产业发展、建设便利、普适灵活等方面具有突出表现。
a. 可适用地区极多
在可以接收到阳光的前提下，光伏组件可以设置在荒漠、屋顶等众多位置。与之相比，风能、核能、地热能等其它清洁能源对项目地的选择都有较为苛刻的条件。
b. 建设周期短
相比于风力发电机与核电站等其它清洁能源，光伏电站的基础设施是光伏组件，运输与安装过程较为简便，总建设周期可以控制在 6 个月内（如果需要并网，则需要额外建设输电设施，耗时会相对加长）。
c. 可自发自用，余电上网
在「自发自用、余电上网」的模式中，光伏电站所发的电能优先供给所供用户的电器设备等使用，多余的电力可向电力公司出售，电能利用效率非常高。
此外，由于光伏发电可以自发自用、余电上网，特定的企事业单位可基于自身用电需求安装独立的光伏电站，减少自身用电成本。在光伏产业的早期发展阶段，民用的光伏电站占比相当可观。比如阿斯特阳光电力官网的项目介绍中显示，阿斯特曾为包括学校、机场、农场、商业机构在内的组织提供光伏发电服务。
总结来说，光伏发电在环境影响和资源利用方面不仅相较于化石能源，甚至在清洁能源的领域内都具有领先优势。此外，安全可靠、无杂讯、能量随处可得，不受地域限制，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无需架设输电线路，可以方便与建筑物相结合等。这些优点更是能帮助光伏产业在产业发展进程中具有先天优势。
3. 光伏发电的可持续发展使命
3.1 光伏发电的未来挑战
但光伏行业在去年的「531 新政」颁布后受到较大程度的影响，《关于 2018 年光伏发电有关事项的通知》中，限定了可获得补贴的光伏电站规模，鼓励不需要国家补贴的项目。
另外，光伏发电补贴进一步降低。受此政策影响，多家企业 2018 年的财务数据出现较大波动，保利协鑫、英利集团、中利集团等业内知名企业甚至出现了亏损情况。「531 新政」开始倒逼光伏产业加速去补贴、平价上网的征程。
3.1.1 去补贴、平价上网促使企业必须降低成本
随著技术进步，光伏发电成本得到大幅降低，截至 2017 年底，光伏发电系统投资成本降至 5 元/瓦左右，度电成本降至 0.5-0.7 元/千瓦时。
虽然从产业和技术的角度来看，成本的下降是一种必然的趋势，但随著规模化的影响，非产业因素的成本将会逐渐增加。（图中的灰色区域代表现阶段传统化石能源发电成本，而从图中可以看到，IRENA 预测到 2025 年光伏的发电成本——第三列，是能够降低到与化石燃料发电相媲美的）
非光伏成本的上升是目前阻碍光伏平价上网的重要因素，国家能源局新能源和可再生能源司副司长梁志鹏表示，如果把这些非光伏技术成本去除，光伏发电成本至少有 0.1 元/千瓦时的下降空间。
a. 有限的土地面积导致土地成本增加
目前国内光伏电站平均土地成本已超 0.1 元/W，且正在呈现上涨趋势。以中东部某省份的 100MW 农光互补项目为例，占地近 6000 亩，土地租金为 800 元/年/亩，估算 25 年土地租金高达约 1.2 亿元。
除土地租金，土地税费和征地工作也是导致土地费用上升的重要原因。比如在内蒙地区，一个 10 万千瓦的地面光伏电站占用耕地，一般需要一次性缴纳 4000 万元耕地占用税，每年缴纳 800 万元土地使用税，算下来 20 年有累计 2 亿元的税费。
b. 光伏发电的特点导致其并网成本较高
许多光伏企业在建设光伏项目时，需要同时建设光伏发电并网的输电设施，还要承担运营维护费用。
在青海建成的 100 万千瓦光伏电站，该电站同期投资上亿元配套建设了一座 330 千伏升压站，投资 5000 多万元建了一回 45 公里和一回 12 公里的 330 千伏输电线路，并将自行负责这些输电设施的运营维护。——工程项目建设负责人
而这些成本对光伏企业来说是永久性的。据统计，近几年来国内光伏电站自建的输电设施资产被电网企业回购比率不超 5%。
3.1.2 无害化回收处理将是行业下一个门槛
随著光伏产业的大规模发展，未来必将面临报废光伏材料的回收利用问题。2014 年初，报废电子电气设备指令(WEEE)修订版在欧盟全面正式生效，第一次将光伏组件纳入指令范围，规定报废的光伏组件和家用电器作为一类产品需要进行强制回收处理。
我国在光伏组件回收利用方面和无害化处理方面政策法规却仍是一片空白。
而在光伏组件回收处理环节当中最难的就是材料的再利用和无废处理。虽然全球范围内针对光伏组件已有「无机酸溶解法」、「热处理法」等处理办法，但技术工艺仍需要进一步提升，且回收处理的收益较低，投入较大，现阶段没有一条可行性较高的规模化回收路径。
3.2 SFS（Solar For Solar）模式是应对产业挑战的最好选择吗？
提到光伏发电，无论是中国还是全球都避不开一家企业，那就是隆基。
「用清洁能源制造清洁能源」、「做清洁能源的搬运工和放大器」是隆基的生产理念，从 2015 年开始，在水电丰富的云南省布局，用当地丰富的水电生产太阳能光伏产品，不仅消纳了当地富裕水电，相较火电更加廉价的水电还助力光伏制造成本大幅降低，从而带动光伏发电成本下降。
在云南借用水电实现国内的清洁制造后，隆基还将绿色生产理念推广到位于马来西亚古晋的工厂，利用当地充裕且成本较低的水电来制造单晶硅棒、矽片、电池组件，将完全绿色制造的光伏产品输送至全球市场。
而这就是在光伏发电产业中新的产业形态，利用清洁能源制造清洁能源，即通过选址、建设、规划等来改变产业能源获取方式，同时利用光伏与其他清洁能源合作搭配的方式来实现能源储存满足生产需要，最终实现以「太阳能制造太阳能」（Solar For Solar）的产业链布局。
隆基股份 Solar for Solar-负碳地球 发展模式 中文_腾讯视频?v.qq.com
3.3 SFS模式究竟在回应什么问题？
在对整个产业链及行业现状进行分析后，都可以看到光伏产业虽然已经在生产、使用方面有了较大的技术突破，降低了能耗，减少了环境影响，但从长效发展来看，仍需要加大力度通过技术和科研产生更少的环境影响。
此外，在整个产业发展的未来挑战中，如何以真实的产业状况面向社会和公众，也是不得不重视的环节。
而 SFS 的模式在上述的问题中，是不是最好的解决办法呢？
3.3.1 认知突破：SFS 的全新概念能够在一定程度突破社会对光伏产业的旧认知
公众和社会对光伏发电仍然保有相当大的误解，将产业理解为「补贴下的产物」、「高污染高能耗」等，但是随著今年技术上的突破和科研上的投入，整个产业链都已经不符合这样的认知。光伏发电产业由于其缺乏社会沟通话语体系，较难突破公众认知。
SFS 模式相比于传统的光伏发电模式，其对不同土地形态的利用是能够突破公众对传统光伏发电模式的认识，且在 SFS 模式中不断拓展应用场景，而这些场景一旦与社会公众的生活场景相结合，则能快速获得社会认知。
此外，SFS 模式的「负碳」理念也是全新的理念，能够让关注环境的群体对 SFS 模式产生兴趣、进行研究，进而扩大受众范围。
3.3.2 经济价值：技术和研发之外，SFS模式是经济价值提升的创新性形态
a. SFS 背后的土地利用、储能方式提升能够降低产业成本
光伏发电在技术成本上将通过科研水平和技术突破来实现，而在非技术方面的成本，例如土地成本、并网成本等 SFS 模式能够很好的回应。例如 SFS 模式在选址上选择临海同时又地势落差的地方，这样的地方一般情况下其开发价值不大，不同于耕地、草地等具有较高价值的地貌形态，所以能够降低土地使用费用。
同时，这些较低价值土地的使用能够帮助本地提高全范围的土地价值，也就能获得政府在土地税收等方面的支持，这在非技术层面能够有效降低成本。
b. SFS 模式是最有效的多种能源形态优良配置的选择
无论是光伏发电本身的资源能效，还是 SFS 模式对多种清洁能源的综合利用，从能源角度来讲，都是现阶段对资源最优化的配置方式，具有高于其他能源特别是化石能源的能效比。
在利用海水地势落差、电动车等诸多形态作为储能方式的过程中极大减少了对能源的浪费，进而提升了能源的整体经济价值。同时，利用地势落差将光伏电能转化为势能，能够提升并网电力的稳定性，满足并网要求，进而降低并网成本。
c. 光伏发电未来在材料回收利用方面具有巨大回报收益
同时，由于光伏组件的构造简单，回收利用价值高，所以在生产制造和报废回收过程中都能够对各种材料进行有效回收利用，包括生产过程中的化学气体、回收过程中的玻璃板、硅材料、金属元素等，从而提升其对资源的利用效率。
3.3.3 环境价值：SFS 是从「低能耗低污染」 走向「零污染负碳发展」的进阶方案
a. 减少乃至杜绝化石能源的使用是 SFS 模式在环境方面的最大贡献
SFS 模式的最终形态是完全达到「清洁能源制造清洁能源」，这不同于现阶段光伏产业的生产模式，完全避免了对化石能源的消耗，从而不存在现在所面临的能耗问题。同时，由于隔绝了化石能源的使用，也就避免了签署因化石能源开采、生产及使用所带来的环境问题。
光伏发电本身对化石能源的消耗量就少，且 SFS 模式能够完全隔绝化石能源的使用，这极大避免了因化石能源使用所带来的环节问题。同时，在生产工艺方面我国各大光伏企业都具备了较高的环保标准，其产业对环境所带来影响都得到有效改善。且随著技术突破和更迭，在生产工艺方面将更进一步减少对环境的影响。
b. SFS 模式有效利用了周边环境，更是解决重大环境议题的选择之一
在利用太阳能进行生产的过程中，能源也能用于对产地海水进行净化，净化后的淡水一方面用于企业生产，另一方面能够扩大全球范围内的淡水资源规模。
此处甚至可以忽略因离水源近所带来的运输成本和二氧化碳排放等优势。甚者，在 SFS 模式的发展过程中隆基也在以沙漠灌溉、荒漠绿化、修复生态为目标拓展光伏发电的应用场景。
3.3.4 社会价值：光伏发电的普适性特点 是社会扶贫、土地复用的有效选择之一
a. 提升社会福祉
由于光伏发电具有多重优势，能够为小型用发电个体提供规模化可能性。实践证明，中西部大部分地区合理建设光伏电站后，除了水土保持能力会得到提升，土表植物覆盖会更好，当地百姓一定比例分享发电收入，可使他们的收入水平达到或超过东部地区，部分扶贫资金定向投入到中西部光伏发电项目，并确定受益扶贫对象，可一劳永逸确保他们 20 年以上不再返贫。甚至，在扩大光伏用电的应用场景以土地复用的方式提升地区经济水平也效果显著，例如在国内鱼塘等养殖业土地上建立分散式光伏发电站，打造渔光共生模式。
所以从社会视角来说，光伏发电在全球可持续发展进程中未来将扮演不可替代的角色，这不仅仅是从环境的角度来考虑，更是从能源可持续、社会可持续的角度来思考——「如何在泛社会领域内帮助人类及所处环境更好的生存下去」。
但我们也应该对行业的发展保持警醒，需要不断以科技的手段提升光伏发电在环境上如何降低能耗、减少污染；以更好的产业视角和商业洞察力降低产业成本，实现最终的能源结构改革，进而提升社会福祉。
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[14]阳光工匠光伏网.光伏组件的回收方法、回收流程、回收中的难点及前景[EB/OL].http://suo.im/5l8Reb，2014-12-28.
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随著化石燃料供应的减少，我们越来越有可能采用一系列新技术帮助我们从太阳那里直接获得越来越多的能量。首先，我们将通过捕获和引导太阳辐射为建筑物照明和供暖；其次，我们将利用光伏电池将太阳能转化为电能；再次，集中的太阳能发电站将把阳光直射到接收器上，以便使用蒸汽涡轮或热机发电；最后，我们甚至可以在太空中建造太阳能卫星，将能量传送到地球。
捕获太阳辐射
利用太阳能最有效的方法就是直接使用它的光和热。从某种程度上来说，可以通过将大型双层或三层玻璃窗安装到隔热良好的建筑中来被动地实现。为了最大限度地利用被动太阳能，住宅和工作场所通常需要加厚的墙壁和地板，这些墙壁和地板会保持和缓慢地释放热量。更积极的方面是，越来越多的太阳能照明和加热技术陆续被发明出来，并且很可能流行起来。
正如第十章讲述的，纤维光学和抛物面镜可用来收集和重新分配建筑物周围的阳光。例如，总部位于加州的 Sunlight Direct 公司创建了一个名为 Solar Point 的照明系统。该系统通常包括一个安装在屋顶上的平台、一个 45 英尺长的塑料纤维光缆和一些特殊的「混合灯具」。该公司解释说：「该技术将自然光集中到一小束光纤中，将太阳光直接送入建筑物。特殊照明装置（混合灯具）把光漫射到整个空间，最高可达 25000 流明。混合灯具将自然光与现有的人工照明相结合以提供可控的室内照明。随著日照水平的增加和减少，采光控制器自动增加或减少协同定位的人工照明，从而在白天大大节省了能源。」
替代式自然照明系统使用高度抛光的镜像管道或「光管」将光从屋顶转移到天花板扩散器。目前，使用此类光定向技术把光引入现有建筑非常昂贵。这种技术在夜间派不上用场。然而，随著成本的下降，光捕捉和重定向系统可能会被应用于越来越多的新建筑中，以确保在一天中尽量少地使用人造光源。
直接使用来自太阳的热量比捕捉和定向太阳光容易得多。太阳能热能（STE）供热系统已通过了检验，多年来一直处于有限使用状态。例如，如图 13.1 所示，房屋可以安装屋顶太阳能收集面板来把水加热。该装置装有输水玻璃管。水在闭合回路中循环，将从太阳那里获得的热量传递到热水箱。
大约 15%—30% 的家庭能源用于烧水。即使采用传统的加热方法，太阳能热水供暖系统也能减少家庭能源的使用，从而节省开支。据英国天然气公司估计，英国在大多数情况下，太阳能热水系统可以供应 50%—70% 的家用热水。因此，我们有理由相信，越来越多的人会使用太阳能热水器。
光伏太阳能
图 1：家用热水太阳能加热系统
光伏太阳能电池直接借助太阳发电。涉及的物理学知识很复杂，但基本上是利用光来触发两层半导体材料之间的电子流动。多年来，光伏太阳能电池提供了一些计算器、手表和其他低功耗设备所需的少量能量。大多数卫星也由光伏太阳能电池提供动力，而一些建筑则安装了太阳能电池来提供部分电力。这一切都表明，即使光伏太阳能电池提供了一种以零燃料成本发电的方法，但由于太阳能电池板的高成本和相对较低的能源产量，它们仍然是一种昂贵的发电方式。
在石油峰值和气候变化的情况下，对能够以合理成本发电的光伏太阳能电池的需求开始增加······
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太阳能光伏发电即利用光伏效应将太阳能转换为电能，其中实现光伏发电的媒介是太阳能电池。由于太阳能具有清洁、安全和可靠的特点，各国都把太阳能的开发利用作为能源革命的主要内容和长期规划，太阳能产业正成为继IT、微电子产业之后又一爆发式发展的行业。
第一次石油危机，促进太阳能光伏发电产业化：20世纪70年代第一次石油危机促使发达国家增加了对包括太阳能在内的可再生能源的政策支持和资金投入。美国于1973年制定了太阳能发电计划，太阳能研究经费大幅增长，成立了太阳能开发银行，促使太阳能产品的商业化，并于1978年建成了100kW太阳能地面光伏电站；1974年日本政府公布了「阳光计划」，在太阳能研究上进行了大量投入，主要的研究项目包括太阳能电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统、太阳能热发电等。
1992年，联合国召开「世界环境与发展大会」，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》、《21 世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列文件，把环境与发展纳入统一框架，确立了可持续发展的模式。1993 年日本重新制定了「阳光计划」，1997 年美国推出了「柯林顿总统百万太阳能屋顶计划」。
21世纪，欧美引领光伏进入高速发展期：进入21世纪以后，欧美等先进国家开始将光伏并网、离网发电系统纳入发展方向。同时，在严峻的能源替代形势和人类生态环境压力下，在各国逐步完善的法律法规政策的推动下，全球光伏行业呈现快速发展态势。
随著光伏发电成本的逐渐降低，其在不远的将来将占据世界能源消费的重要地位。根据JRC（欧盟联合研究中心）的预测：到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而光伏发电在世界总电力供应中的占比将也达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，光伏发电将占总电力供应的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，光伏发电占比将超过60%。长期来看，光伏行业发展前景广阔。
（1）全球光伏行业受中、美、日拉动，有望步入持续复苏周期?光伏行业周期
波动明显，复苏有望持续：过去2005-2012年的两轮光伏行业周期均由欧洲市场推动。德国、西班牙、义大利等国家先后推出FIT（Feed-in tariff）补贴政策，刺激欧洲市场装机量快速增长。
1）2005-2008年：德国在2004年修改《可再生能源法》，明确了不同应用种类和规模的上网电价，以及上网电价的年降幅，导致德国光伏装机量大幅增长。西班牙也在2005年推出上网电价政策，极大促进了西班牙光伏市场的发展，2008年一年新增装机容量达到2.5GW。德国、西班牙等市场的爆发带动全球光伏需求在2005-2008年迎来一轮向上的周期。
2）2008-2009年：金融危机爆发，装机需求低迷；多晶硅价格暴跌，制造业产业链出现严重的存货减值损失，全行业陷入严重亏损；
3）2009-2010年：多晶硅价格下跌使得光伏装机成本大幅下降，德国、义大利市场在补贴下调的预期下出现短期的抢装效应，光伏制造业环节开始新一轮产能扩张；
4）2010-2012年：受到欧债危机以及组件价格大幅下滑等因素影响，德国、英国、法国、澳大利亚等安装量增长明显的国家逐步降低上网电价补贴以抑制过度投资，而受到欧债危机影响较大的国家如西班牙、希腊、捷克、瑞士、葡萄牙等国家也削减甚至终止光伏补贴资金。受到补贴削减的影响，欧洲新增装机量在2012年出现近10年来首次下滑22%至17.58GW，2013年进一步下滑42%至10.25GW，需求的下降以及行业制造环节整体产能的过剩导致了2011-2012 年的行业底谷。
5）2013年至今：本轮光伏周期主要由中国、日本、美国等新兴市场推动，这三大市场在政策刺激下需求出现爆发。
2010年全球新增装机量构成中欧洲占据80%的主导地位，而中国、美洲（主要是美国市场）及亚太地区（主要是日本市场）等新兴市场仅占到18%；而2013年全球新增装机量构成中，中国、美洲及亚太地区等新兴市场占据了高达71%的份额，而欧洲新增装机量占比下滑至28%。中、日、美新兴市场成为推动本轮光伏行业景气周期的主要动力。
2016年是全球光伏装机增长的一个里程碑：据德国太阳能协会最新发布的统计数据显示，截至2016年底，全球光伏装机总量达到306.5GW，2016年全球光伏新增装机76.6GW，同比大幅增长52.9%。
中国2016年全年光伏装机34.54GW，装机量同比增长128.3%；其中分散式光伏4.24GW，增速达200%。
美国2016年全年光伏装机14.76GW，装机量同比增长102.6%，其中公共事业装机量起到了主要的拉动作用。
光伏装备主要包括：矽片生产设备、电池生产设备与组件生产设备
太阳能光伏产业由高纯多晶硅原料制造、晶体硅生长和晶矽片生产、光伏电池制造、光伏组件封装以及光伏发电系统建设等多个产业环节组成。
太阳能光伏装备制造业为上游行业，包含：硅料生产设备、矽片生产设备、电池和组件生产设备、专用材料（铝浆、封装玻璃等）生产设备、光伏系统支持部件生产设备等一系列设备的制造。伴随著光伏产业的快速复苏，光伏装备行业有望充分受益。
太阳能光伏产业链可分为上、中、下游：上游生产多晶硅材料，由原料硅砂（二氧化硅）经纯化过程冶炼出太阳能发电级的多晶硅（polysilicon），接著将多晶硅材料加工成硅晶片（siliconwafer）；中游包括制造太阳能电池（solarcell）和电池组件（module），其过程包括硅晶片清洗、蚀刻、镀膜、网印和烧结等，做成太阳能电池片，把太阳能电池片组装成一块太阳能电池板，即为电池组件；下游是系统、零部件行业，将太阳能电池组件与转换器、连接器等零部件组合，制作成发电设备。
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产业链对应的主要设备需求包括：矽片生产设备（多晶硅铸锭炉、单晶硅生长炉、切割机）、电池生产设备（清洗机、制绒刻蚀机、扩散炉、PECVD、丝网印刷设备等）、组件生产设备（检测、焊接、层压、装框、分选、专用生产设备等）。
我国光伏专用扩散设备正从处理125mm×125mm、156mm×156mm方矽片向210mm×210mm方矽片迈进，目前仍以156mm×156mm方矽片为主；扩散的质量从原来的单片和整管扩散均匀性在7%以内的水平，提高到目前单片和整管扩散均匀性在4%以内（常规扩散达到5%以内，负压扩散达到3%以内）的国际先进水平；扩散方式从原来的开管扩散到现在的负压扩散；单批次产能从原来的150片、200片、300片发展到目前的500片，尤其是现今市场应用规模较大的负压扩散，单批次产能达到800~1000片，同时能耗及通源量大幅度减少，扩散方阻均匀性大幅度提高。
光伏产业主要产品产量持续高增长：2011-2016年间，我国光伏产品产量都在持续增长，成为世界第一的光伏制造大国。其中2016年多晶硅产量19.4万吨，同比增长17.6%；矽片产量63GW，同比增长31.3%；电池片产量49GW，同比增长19.5%；光伏组件产量53GW，同比增长15.7%。
光伏产品产量的持续增长为我国光伏装备市场发展营造良好的市场环境，光伏装备产业技术进步明显加快。「十二五」期间，光伏电池生产设备国产化率达到70%。根据中国电子专用设备工业协会统计，2015年我国主要晶硅太阳能电池设备制造商销售收入15.44亿元；2016年销售收入22.84亿元，同比增长47.93%。
新增需求+更新换代保证光伏装备需求稳步增长：根据太阳能「十三五规划」，到2020年，中国「十三五」期间平均每年的光伏装备需求量将超过12GW；此外，多数晶体硅太阳能电池生产设备存在高排放、高耗能、工艺技术水平相对偏低的问题，按7年折旧考虑，生产线设备的更新换代还将带来每年10GW的市场需求。同时，在政策支持力度增强、国内市场不断拓展的情况下，光伏电池生产设备和辅助材料国产化率预计在2020年有望达到90%，光伏装备制造行业继续向高效化和精细化发展，并逐步实现光伏生产装备国产化、智能化和全产工艺一体化，高效设备具备产业化的生产能力。
海外传统市场增长强劲，新兴市场增长迅速促使国内光伏装备企业加大海外布局：据统计，全球光伏累计装机量从2007年的9.5GW稳步增长至2016年的303.0GW，年均复合增长率为47%。
1）传统市场如日本、美国、英国持续保持强劲发展势头。
2）此外，在部分高电价地区及缺电少电的地区，光伏发电的便利性与经济性逐步体现，从而催生印度、东南亚、南美等新兴市场政策陆续出台，带动光伏整体呈现遍地开花的发展格局。智利、泰国分列2015年光伏新增装机容量排名全球第九、第十位；而南美更是成为全球第二大光伏市场；印度作为缺电国家，逐步成为了光伏新增装机的重要增量之一。2015年印度新增装机3.1GW，2016年新增装机大约5.1GW。根据印度咨询服务提供商Bridge to India报告显示，在2017年开始，印度将启动14GW 公用事业规模太阳能光伏项目，预计将在2017年投产7.7GW（2016年约增长90％），加上2017年预计的1.1GW屋顶太阳能发电量，印度2017年新增太阳能光伏总量将达到8.8GW，将成为继中国和美国之后全球前三大市场之一。
国家政策继续引领行业发展方向：在政策支持力度增强、国内市场不断拓展的情况下，我国光伏行业逐步走出低谷，加速回暖，2016年、2017年更是出现了「抢装潮」，使得各种产量和需求都急速上升，刺激了对太阳能光伏装备的需求。根据我们综合测算，2016年国内太阳能光伏装备年度新增市场规模近80亿元，2017年快速增长至150亿元左右。我们预测2020年有望达近300亿元人民币，未来3年复合增长率近26%。
光伏装备制造环节市场空间：对光伏装备制造行业2016年销售情况进行分析，晶体硅材料生长设备市场空间约为15-20亿元，晶片生产环节设备市场空间约为35-40亿元，组件生产线市场空间约为20亿元左右,相应市场空间占比约为1:2:1。
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世界光伏产业增长迅速，产业规模不断扩大，产业成本持续下降。尤其我国地域开阔日照充足发展潜力巨大，并在政策与技术的支撑下，光伏产业已经发展成为我国为数不多进入国际领先领域的产业。光伏产业向数据可视化的方向进行转型，并不断寻找数据可视化的最佳方案。改善现有光伏智能监控系统可视化方法的缺陷，从互动式、可视化的数据分析中挖掘深层的技术问题，直观的感受数据和提出最合理的解决方案，助力企业在物联网时代下占有一席之地。
在国家不断提倡加快工业互联网发展的背景下以及大部分光伏站结构庞大分布偏僻的现状，光伏企业急需一套完整、高效、合理的光伏电站信息化管理平台进行智能化管理，向著数据可视化的发展方向。我将借用基于图扑软体（ Hightopo）实现的应用于太阳能发电的数据可视化。
通过可视化展示，清晰的看见光伏发电的整体样貌。白昼时利用太阳能电池板通过光电转换原理使太阳能通过半导体转换为电能。使用者可以通过电脑控制路灯，做到及时调整，合理安排。智能控制器协调整体系统的工作，保证了安全运行。且同等亮度下耗电仅为白炽灯的十分之一，真正达到绿色节能的效果。
利用智能控制器结合著数据可视化有效监控光伏元件的运行状况,有利于光伏电站的智能化管理、提高发电效率、节省维护管理所需要的时间与人力成本。这样形成了一条更为智能的光伏发电系统。
提到供暖可能想到传统的热力供暖或者是热电供暖。但是这两种方式都伴随著一定的环境污染。而太阳能集热器收集太阳辐射并转化成热能，以液体作为传热介质，以水作为储热介质，进行供暖的方式更加绿色环保，在智能可视化的加持下，计算更为准确,使用方便,它的可视化界面,能够有效的实现人机对话。并且可根据需求调控水流量来满足不同需求，优化了资源配置。
太阳能光伏发电数据可视化的优势
1. 减少资源浪费，优化资源配置。
2. 清除管理漏洞，实时有效的检测光伏电站，为维护人员提高有效有序的信息，远程运维诊断，设备健康管理。
3. 使光伏电站运行效率最大化。
4. 方便管理，无需更多人力参与，可远程监控操作。
5. 将庞大的结构优化，更为直观的展现出来，有助于分析并做出决策。
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