第620期【齐悦读—线上共读—透视新科技】 “齐悦读”[线上共读] 《新光伏》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——新光伏
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：杨德仁，中国科学院院士。
刘正新，通威太阳能光伏研究院院长。
讲座时间：2024年12月9日～12月15日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——新光伏
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》，我是主持人胜春。说到光伏发电，我们现在一个家庭当中，如果是一天用10度（千瓦时）电的话，目前那光伏提供的是0.3度（千瓦时）电，假如说放在15年前，这个数字几乎为0，那再告诉您一个数据，再过30年，光伏发电提供的比例可以达到1度（千瓦时）电，这是为什么呢？为什么会有这么快的发展？我们通过短片来进入今天的节目。20世纪50年代，美国贝尔实验室制造出了第一个实用性单晶硅光伏电池，而中国从20世纪60年代也开始了光伏技术的研究，并取得了突破性进展。1971年，我国的第二颗人造卫星“实践－1号”就搭载了光伏电池飞向太空。但是由于当时技术有限，造价昂贵，我国的光伏电池只能应用在航空航天等特殊领域，普通百姓在日常生活中很少可以用到来自太阳的电能。半个多世纪过去了，越来越多的光伏发电板出现在神州大地上，截至2020年底，中国的光伏装机容量较2005年增加了3000多倍，新增装机量连续八年居全球首位，从西部沙漠到江南水乡这种来自太阳的清洁能源，正在为越来越多家庭提供电力。光伏如此地广泛应用，源于中国光伏技术的创新，光伏产业链的迅速成熟，未来中国的光伏又将如何发展呢？
首先给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国科学院院士杨德仁，另外一位是通威太阳能光伏研究院院长刘正新。说到光伏，其实太阳能发电大家并不陌生，如果（上世纪）60年代就进入中国了，那算起来这么多年过来，是不是相对它的应用广泛性没有我们想象得那么理想？刚开始发展的时候，它成本比较高，特别跟我们常规能源相比的话，那因此应用就受到了一定的限制。比如说2004年左右的时候，那时候一瓦可能就是几个欧元，也就相当于几十块钱人民币，发的电（价格）也是非常高的，所以那时候在国内的话，基本上就是用在航天或者一些特殊的项目上。走入应用端，那么你太高了，那老百姓就不愿意用，因此政府要进行补贴，来促进这个产业的发展。近些年我们也听到消息，这个补贴取消了，那取消之后为什么没有影响到光伏的电价呢？
现在的技术的发展已经使它的成本逐渐降低，降低到可以和我们常规能源竞争，比如说在最近的招标当中，在甘孜一个电站，它可以做到1毛4分8（0.148元），那么已经低于我们通常的脱硫脱硝的电价了，那所以政府就没有必要再去补贴，它依然可以很健康地往前走。从经济的角度、市场的角度还是良性地循环？良性循环做了以后它可以挣钱了。在这背后的这个技术支撑是怎么做到的？光伏最主要是它的转换效率，太阳（能）电池是把光转化成电的，那就相当于是我吸收到多少光的能量，输出的电的多少，这个比例数叫光电转换率。假如我们有100分的能量照进来，有6分的能量转变为电能了，我们就说光电转化率是6%，假如说有23分的能量转变成电能了，我们就说它的光电转换效率是23%，可以想象，假如说它转换效率越高的话，就说明它的能量转换的电能就越多。十年前我们转换效率可能只有13%、14%，那是非常低的，现在已经达到23%。所以它这个进步量是很大的，做一个简单的比喻，假如说你发100度（千瓦时）电，对于一个太阳能电池板，你需要10个小时，当你效率提高10%了，你可能只要9个小时，甚至更短的时间。那么这样的话，你的总体成本就会大幅度下降了。从13%到14%到今天的23%，这提高了10%接近，那这是怎么做到的呢？
这个是有两方面的，一方面是材料，材料的质量在提高，最早的时候我们用的带有一定缺陷的低成本的硅材料。那么现在我们可以用高质量的，但是成本也不高的硅材料，这样的一个情况下呢，使它电池的效率有了明显的提高。第二个就是电池工艺技术的改革，这个每一个进步，导致它的效率的提高，那么包括我们的光栅啊，比如说电极宽度宽了，它挡太阳光就挡得多了，我们把它做细了，这也是技术的一些进步。因此在电磁结构上、材料上的进步，导致了太阳能电池效率的大幅提高，提高，嗯，也目前我们的光电转换率可以达到23%，这个在国际同行业是一个什么样的水准？这个23%实际上是产业界的23%，在国际上是顶尖的水平，在实验室我们实际上可以做到25.6%更高。那从技术角度上我们还有提高的空间吗？技术的提高的空间极限是什么呢？晶体硅目前占了全世界98%以上了，绝对主流的材料，理论极限是29%。如果再想提高的话，可能我们就得更换材料了。不一定完全更换材料，也可以在硅材料上面再加一层材料进行组合，比如说硅跟有机的钙钛矿材料做成叠层的电池，现在的实验室的效率已经达到30%，已经突破了硅本身的理论的极限，那总之，我们需要一些新的材料来改善和增加它的最终的效率，转换效率提高对这个降低成本是非常有好处的。我做1000瓦的太阳（能）电池，现在23%的效率，用的硅材料可能只要3公斤，13%的时候要5公斤左右，所以这个材料也会大幅度下降，发电效率一般增加一个百分点，整体成本会下降7%左右。
今天我们看到它的成本越来越低，那除了提升光电转换率，还有其他降低成本的方式吗？电耗已经下降了很多了，比如说初期的话，做一公斤的多晶硅电耗要到300（千瓦时）以上，后来降到240（千瓦时），目前已经达到50（千瓦时）以下，我们前段时间到四川的永祥去参观，他们的电耗已经接近40（千瓦时）了，十几年的时间内，晶硅太阳（能）电池的成本下降90%，这个进步是巨大的。说到这儿了，我们看看我们记者编辑的相关的短片。光伏制造成本的大幅下降，除了材料和生产工艺技术的创新之外，还与生产过程中的高度自动化密不可分，相较于人工智能化设备所生产的产品，更加整齐划一，良品率大大提高，成本也就随之下降。曾经，工人要在上千摄氏度的高温设备前进行长时间的劳作。今天，他们只要坐在操作台前，监控眼前机器的工作情况即可。制造成本的下降，让光伏成为清洁能源中越来越重要的一分子。前些年，我们把太阳能光伏发电的称作“清洁能源”的时候，其他的发电厂家就不干了，说清洁什么呀，他们在生产硅晶板的时候大量排污，确实有这样的问题存在吗？今天这个问题是怎么解决的？
这个行业本身不是一个高污染的行业，只是我们国家在初期发展的时候，有部分企业没有好的技术，因此它把部分副产品没有综合利用起来，那么造成了相关的污染。记得2007年，曾经到一个多晶硅厂去参观，真是翻过一个山坡就闻到一种臭味，的确是有一些污染的这种现象存在过。但是现在我们走到工厂里面去，也没有任何味道，也没有灰尘到处飞扬的这种现象，的确变化非常大。随着技术的发展，也有企业的一些进步，有些落后的企业被淘汰了，那么这样现在的企业就完全没有这个问题了。说到这个话题呢，我们一块儿来看看短片。如今的光伏生产企业，通过先进的技术手段，让生产过程中产生的副产品可以全部转化为下一轮生产的原料，实现了物料的全闭路循环，这让光伏组件生产的全过程实现了低污染、低能耗，这样清洁的生产方式也让中国的光伏企业得以高速、可持续地发展。2020年，我国单个光伏企业高纯晶硅年产量超过8万吨，位居全球首位。以通威集团为代表的中国光伏企业采用新技术将光伏板的核心原料硅料的纯度，提高到目前世界最高水平。全生产过程不浪费一滴中间物料，环保治理几乎做到零排放。如今，我国的光伏企业在全球市场的占有率从2010年的40%，上升到目前的70%以上，中国光伏成为走向世界的新名片。
目前百姓在使用光伏发电的时候，他们的受益是什么样的一个情况？光伏应该说是离我们越来越近了，实际上在早些年我们西部的偏远山村，那时候是没有电的，而且送电是非常困难的，也不可能达到，我们国家还有世行（世界银行），就逐步推进了一些工程，比如说“光明工程”“送电到乡”“送电到村”，让这些偏远地区的百姓能够用上电。用上电了以后，才能接受更多的信息，现在的话我们就更多了，比如说我们在上海就能看到很多家的屋顶上都装上光伏了。还有一个最近国家利用光伏来扶贫，国家通过政策对一些西部的，或者是一些偏远地区的贫困家庭，用政策来给他们装光伏，装的时候国家对他进行补贴，通过这种方式，做的一个定点的精准扶贫。发电了以后，他可以卖给电网，那么他就得到了经济效益，这个价格是比较合适的，所以他只要提供屋顶或者提供土地面积，他就可以得到经济效益，这是他直接的收入。假如说真的一个农民家里装上光伏板，收回成本的时间要多久？
正常的收回成本的时间是七到十年。七到十年？对，如果在中东部地区的话，那边的电价比较高一些，一般的家庭的话，基本上就在五年以内就可以回收。百姓的接受程度怎么样？还是要有一定的差距，个人用光伏的最主要的一种方式，在屋顶上装光伏，那么中国的城市大部分都是高楼，它安装的条件并不是特别有利。那相反的就是在我们的农村地区，他有条件装，他有很多屋顶，或者他有很多宅基地，但是这一部分人群可能一个是认知度不够，再一个经济条件也不是那么好，或者输电条件不是那么好，还有一个方面一般的百姓，还是缺乏更详细的认识。所以我们国内需要更多地科普，更多地宣传，让老百姓觉得除了我们经济动力之外，我们还有很多的社会效益，只要每用一度（千瓦时）光伏的电，就会减少一份污染。这也是科研工作者和我们媒体的共同的一个责任，说到这儿，我们看看我们记者编辑的相关的短片。光伏板安装方便，可以放置在屋顶上，不占用土地面积，在我国的农村地区可以成为电力的重要来源。专家推测，若每户安装20千瓦以上的光伏，就可以满足普通农村一户，包括采暖、炊事在内的全部生活用电，解决偏远地区电力资源不足的问题。光电转换效率的提高，让曾经缺电的农家有了富余电力，他们可以将这些多余的电力资源售卖给电网，获得额外的经济收入。除了促进农村经济发展，作为清洁能源的光伏，还可以改善农村地区由于采用传统能源用电取暖带来的环境问题，帮助乡村留住绿水青山，技术的发展带来了越来越便宜、越来越高效的光伏，成为了乡村振兴的“助推手”。
很好的一种激励方式？对，（光伏）还可以跟农民的，比如放羊、养鱼结合起来，比如说在水面上做出太阳能电池板，上面可以发电，底下可以养鱼，也可以在荒地上，上面可以做太阳能电池板，底下可以长草去养羊。这样讲的立足点在哪里？有些植物它的光照量并不是需要很多的，就是喜阴的植物。对，我们可以把它做一个有效的利用，我们可以在上面装上光伏，这叫“农光互补”。那么还有在养殖不同的鱼类，它对光的需求或者对热的需求也是不一样的，根据这个推进的“渔光一体化”，这是非常有特色的，就是在养鱼塘上面建大量的光伏，这样做了一个综合利用，对于农民来讲的话，增加了第二种的经济收入。刚才我们聊到了这个新的光伏技术，也可以与农业互动发展，我们通过短片去了解一下。吸收太阳光的光伏板，为喜阴植物创造了生长的环境。清洗光伏板的用水流到地面上，让光伏板下的植物不用刻意灌溉也可以茁壮成长。而这些植物成为了羊群的最佳饲料，同样架设在水上的光伏板，可以抑制水温增高的速度，让鱼类在阴凉下健康成长，而且有了自家的发电站，养殖户不需要为人工增氧机额外付出电费，反而还增加了一笔不菲的发电收入。这些架设在地面上和水面上的光伏板，为光伏发展开拓了新思路。
目前国内有这样的试点吗？效果怎么样？整体的效果是非常好的，不管是在南方还是北方有很多这种实际应用，就是几百兆瓦的，这种大规模的应用。光伏发电我们国家目前的占比是多少呢？在我们国家目前的装机容量是10%左右，发电量大概2%以上。为什么装机容量跟实际发电差距那么多呢？因为这个光伏的技术的特点，它晚上不能发电，阴天不能发电。早晨的发电量会比中午的要稍微低一点，所以它相对来说装机容量跟实际发电量会有一点区别。很多人就说，既然光伏发电那么清洁、又可持续性，我们为什么不把这个火电都转（换）成光伏发电呢？光伏发电的确有它的好处，是一种清洁能源，它利用太阳光直接发电，但是它的缺点就是有太阳光照的时候它才能发电，没有太阳光照，比如阴天和夜晚都不能发电，而我们用电是白天晚上都在用的，晚上我们回家还要做饭，所以这样它不能提供一个持续的能源。那还有一个原因，就是一个技术的发展，它是逐步的，你不可能说我一个新技术发展了以后，我把老的火箭全部关掉，然后你再把光伏用起来，1%、2%、3%它是一步步地生长的。所以有这样的一个逐步替代的过程，欧盟做过这样预计到2100年，也就是80年以后，能源当中70%要来自于太阳能，这是一个非常高的比例。
这个期望值非常高，因为太阳能是清洁的，而且是到处都有的，没有资源限制的，所以我个人也觉得在我们中国今后的发展，太阳能一定是占了整体能源的一个重要部分，50%、70%也是我们追求的目标。我们国家在太阳能光伏的发展上面，提供了很多有力的政策支持来促进光伏的发展，规划大概是到2050年，那时候太阳能发电装机容量占到30%左右，这样的话，会对（实现）碳中和有重要的贡献。要想达到这样的目标，我们还要做哪些事情才可能实现这样美好的愿景？我个人觉得两个，一个就是太阳能光伏的技术需要不断地发展，那么现在它虽然已经低于普通的电价，但是我们还可以继续做，使它的光电转换效率更加提高。我们现在的产业化的23%，我们今后可以产业化的25%，产业化的30%，这是一个重要的技术节点的进步，然后使它的成本逐步地降低，这是我们一个重要的发展的方向。我补充一个具体的数据是国际能源署做了一个具体的测算，就是现有的这种光伏技术。是不足以支撑达到这个碳达峰和碳中和的目标，就是说我们现有的技术顶多只能支撑这个目标的30%几，还有更多的需要技术创新来不断地提高转换效率，来降低它的成本。
我们现在有这方面的尝试吗？这个尝试是一直持续不断的，不管是在提高转换效率还是降低成本方面，都变化得非常快，晶硅它本身的技术也在快速地发展，那么还有一个就是新材料，和我们现有的这种太阳（能）电池叠加在一起的。这种叠层太阳（能）电池，这些都是在快速地研究中，进步也很快，所以还是非常值得期待的，用新材料新技术来实现。现在我们太阳能光伏的成本，已经可以和常规能源进行竞争了，它的优势我不讲了，我们现在缺点就是刚才讲的我们不是太稳定的，所以我们下一步要解决的（是）什么？储能，就是我把太阳能发出来，把它储备好，然后再把它稳定化，再把它发出去，假如那样的话就完全解决了能源的一个输出问题了。光伏发电的储能的问题，这可能是未来发展的一个重要方向。那目前我们的状况是什么样的？还是在持续发展的过程中，这个到现在为止应该是说还没有完全解决，一个就是说不能解决晚上用电的问题，或者是阴天的用电的问题。那么将来就是随着现在已经在开始逐步地在普及的，把（和）储能技术相结合，包括这个抽水蓄电，还有我们现在的压缩空气储能，还有我们储能电池的运用，现在也是在相应地逐步发展。
随着这些相关的技术发展，它的这个间歇性的问题或者波动性问题就会得到解决，它的利用率就会逐步地提高，这是通过储能来解决太阳能稳定。还有一种方面就可以做“大光伏”，比如说刚才刘教授讲了，我们是夜里面不是没有电了吗，我们国家大呀，我们在西边，现在是晚上，有时差呀，我们有6个小时的时差呀。那么假如说我们做成“大光伏”了以后，我们把整个国家的光伏电均匀使用的话，那也可能解决一部分的问题。目前，我们储能技术，处于一种初级开发的阶段，它可以进行储能了，但是成本太高。我刚才讲了，就是我们现在太阳能的招标电价，光伏的已经到了1毛4分钱（0.14元）左右，但是你要一加上储能，它的成本就上去了，大大提高，就跟普通的常规能源竞争，就比较吃力了。疫情期间咨询这个光伏的专家们，我说我自己家安一个这个发电设备怎么样，他说如果你要想这个电的稳定，就是自己家里有一个蓄电池，我说蓄电池成本怎么样，非常贵。这就是我们刚才讲的储能问题。对，我就说那么贵，比整个我的装光伏设备都要高出一两倍，那我就觉得这个不值当了，未来的这个蓄电池（价格）真的能很快地降下来吗？
我觉得路还是挺长的，但是我们的光伏发电是分阶段的，比如说你现在正常的情况，你用不着把它蓄电蓄在家里面，你发了电直接可以上网了，你没必要，所以你的成本就会很低，我们现在装机容量占10%，当我们装机容量占到30%的时候，那么太阳能发电的不确定性就会影响到整个电网的运行，那么就需要有稳定的电能输入，这时候储能就显得特别重要了。我们下一步重要的一个工作就是把储能技术发展起来，使它的成本也像太阳能电池一样能够降低。所以未来我们的发展方向是什么呢？在储能方面，我们现在做得更多的是提高它的能量密度，还有它的寿命，降低它的成本。比如我们太阳（能）电池，现在设计寿命25年以上，实际上有的实际运行都超过30年，现在美国研究的“硅50年”这么一个目标。储能电池跟光伏比也还是很短，所以要延长它的寿命也是一个很重要的方向。现在的技术的基础上要进行新的材料，新的工艺，进行新的革命，这是一个重要的既和光伏有区别，又和光伏紧密相连的技术。假如那样的话，就完全解决了这个能源的一个输出问题了，我们还有80年路好走呢，你想我们真正中国装机容量15年前只有0.1%，我们花了15年增加了接近100倍到10%，所以我相信我们今后的加速度会更加快。所以您是持乐观的一个态度？我持乐观的态度。而且这个储能技术真的要发展起来了，受益的不仅仅是光伏一个产业，很多产业都会因此而受益。
最近这个郑州水灾以后，我们也听到很多这样的一些信息，就是说我们现在信息很发达，电子支付很方便，但是一停电所有的不行了，一旦发生灾害以后，你的信息是非常重要，到底发生了什么？我该干什么？那反过来看别的国家，“311”核灾害以后，（日本）当时从中国做了大量的这种家用的逃生箱，简单地说，它就是里边有一个储能电池，外边有两个光伏板，然后里边有收音机、有插头，然后有这个手电筒，有一些救生的必须的东西。你就一般都放在门口，一旦有灾害拎着就跑，这样的话是非常必要的，所以我觉得郑州的这次灾害，可能对今后的这种智慧城市的建设。是一种启发。也是一种启发。刚才杨院士给我们提到了一个让我们非常期望的一个数据，那就欧盟的数据希望达到70%，2100年，也就是80年以后。80年以后您也给我们畅想一下，未来真的我们的生活当中能有那么大的占比，使用光伏发电的话，那我们身边的生活将变成什么样？我的愿景就是说光伏的发展让我们的生活，变得更便利，一个是我们的电，不用从很远的地方输送过来，也不用说烧很多的碳来产生很多的二氧化碳排放，直接就用清洁能源，我家的屋顶上就可以装上光伏，随时就可以用。
这个有两个好处，一个是说我们的能源变得更清洁、更简单。而且还一个就是应对自然灾害手段更好，因为我们在自然灾害的时候，可能输电线路会发生故障，我如果用了光伏，可以很容易地应对这种自然灾害，这是一个。那么另外一个就是随着信息社会的发达，我们电子产品越来越多，我们经常走的时候就要带上一个充电宝，但是我想这个光伏变得多了以后，我们可以变成可穿戴的。比如说我衣服上就可以植入一个，更方便，同时就是说我们现在车也是我们一个重要的交通工具，我们现在用的是汽油，然后用的是锂电池。那用了锂电池，现在是一个巨大的进步，对我们的产业，对我们的生活都是一个很好的促进，但是（锂电池）还有一个充电的过程。如果说我们将来能在车上装上光伏，走到哪里，只要有太阳它就可以发电，只要有光照它就可以补充电，这样就让我们的生活变得更便利。还有个这样的一个憧憬，就是我们的所有的高速公路上，上面都装上太阳能电池板，这样的太阳能电池是不占任何土地的，而且它（吸）收了阳光，减少了对于汽车行驶的能源的需求，那同时它发的电，它就把它传到边上，我们现在加油站都变成电池的充电站。汽车每25公里有个换电池的地方，汽车开过去，我把电池换了就走，我汽车开过去换了就走，以后的所有的加油站都变成电池站，这样的话你可以想象，全国我们现有的高速公路上都可以用。
随着我们的技术的进步，材料的更新，可能那一时代我们都不用电池了，我们的汽车的外壳就是用光伏板来做的，汽车产业是最能够带动全球经济发展的，一旦我们光伏渗透到汽车产业当中，那我觉得对整个的工业又是一次新的革命。除了这个地面上的应用以外，实际上还有更高的就是空间上的应用，我们现在已经有这种太阳能飞机，翅膀上直接铺上太阳能电池，加上储能，可以实现循环飞行。还有一个我们知道（光伏）在地面上受天气昼夜的影响比较明显，但是如果我们在太空中放上太阳（能）电池，把这个成本做得很低，将来我们可以通过传输在地面上，我们直接就用编码的方式接收能源。这样的一个太阳能电池利用起来，那是一个非常好的场景。非常美好的前景，两位说的太棒了，确实带给我们一个美好的想象的空间。在这里感谢各位收看我们今天的《透视新科技》节目，如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频去收看我们过往的节目。我是胜春，今天的节目就到这儿了，我们下期节目再见。
