能源轉型劍指人類使用的化石燃料朝向清潔能源的過渡，其中太陽能發電是能源轉型的關鍵因素之一。太陽能發電（Solarpower）是將陽光轉化為電能，可以分為：

①光發電。在實際應用中，通常指太陽能向電能的轉換，即光伏（photovoltaics，PV）。光伏發電方式又分為集中式發電和分散式發電。

②熱發電。主要是把太陽的能量聚集在一起，產生高溫來驅動汽輪機發電，即聚熱發電（concentratedsolarpower，CSP）。聚熱發電方式都是集中式發電，目前，聚熱發電占太陽能發電中的比例很小。

起初，光伏發電只是單家獨戶屋頂應用，隨著光伏發電成本降低以及政府補貼，利用數量大增并聯網，并促使分散式電力交易，推進了能源互聯網的建立。光伏發電正在迅速成為廉價的低碳的可利用的再生能源。商業性集中式太陽能發電出現在20世紀80年代。

根據BP《Statistical Review of World Energy,2016》的數據制成表1。當前電力市場仍然被化石燃料發電（主要是燃煤發電和燃氣發電）霸占，其次是大型水力發電和核能發電。盡管太陽無償地給地球輸送能源，在地球上形成太陽能、風能、水能、海洋能、生物質能等，但是人類要獲取能源卻要付出代價，不存在能源零成本社會。哪種能源付出的價格夠數，這種能源就得到發展。由于太陽能發電成本仍然高于化石燃料發電，所以目前太陽能發電占全球發電總量很小，見表1。

表1 太陽能發電占全球總發電量的比例

隨著太陽能發電技術進步，成本降低，促使光伏發電進展很快，根據國際能源署（IEA）2014年估計，到2050年光伏發電和聚熱發電分別占全球電力消費量的16%和11%。太陽能發電將成為世界上電力的重要來源，其中中國和印度兩國的太陽能發電發展最快。

一、最大的光伏電站年變化

光伏電站是指與電網相連并向電網輸送電力的光伏并網發電系統。從1982年起已經有了全球最大的光伏電站，而且每年都是變化的。中國龍羊峽水光互補并網光伏電站于2015年躍居全球最大的光伏電站。

表2 世界上最大的光伏電站進展年表

二、世界上最大的光伏電站

全球最大的光伏電站隨著時間的推移，也隨之發生變化。這里是2015年世界上最大的光伏電站。

1、中民投寧夏（鹽池）新能源綜合示范區電站

中民投寧夏（鹽池）新能源綜合示范區電站計劃建設2GW（1GW=1000MW，1MW=1000KW）光伏發電項目，占地累計約6萬畝，這是截止目前全球最大的單體光伏電站項目。

按照寧夏的光照條件，這一2000MW項目建成后，年平均上網電量289419萬度。以該發電量計算，與火電相比，每年可節約標準煤101萬噸。該示范區還將建設風、光、生物質、儲能多元互補可再生能源發電系統、綠色現代牧業養殖示范基地、綠色現代牧草種植示范基地、全球最大光伏旅游基地等項目。

2、龍羊峽水光互補光伏電站（LongyangxiaDam Solar Park）

龍羊峽水光互補并網光伏電站位于青海省海南州共和縣塔拉灘黃河公司產業園內，共劃分9個光伏發電生產區，總裝機容量為850MWp，2013年Ⅰ期320MW竣工，2015年Ⅱ期530MW竣工占地面積20.40km2，是目前全球建設規模最大的水光互補并網光伏電站。投產以來，電站每年將824GWh綠色能源輸送到西北電網。

所謂“水光互補”，就是把光伏發電站和水電站組合成一個電源。龍羊峽水光互補光伏電站最大的優勢就是水電與光伏發電協調運行，利用水光互補，通過水電調節后送入電網，從電源端起，解決了光伏發電穩定性差的問題。

3、太陽星I和II（Solar Star I and II）

太陽星I和II位于美國加利福尼亞州羅莎蒙德，裝機容量579MWAC，2015年6月竣工。太陽星I：318MWAC或397.8MWDC；太陽星II：279MWAC或349.5MWDC，2015年6月19日聯網。它是目前世界上裝機容量為第二位的太陽能電站，采用了170萬塊太陽能電池板，鋪散在面積為13km2的土地上。

4、黃玉光伏電站（Topaz Solar Farm）

黃玉光伏電站位于美國加利福尼亞州圣路易斯-奧比斯波縣（SanLuisObispoCounty,California），裝機容量550MW。2011年11月開始建造，2013年2月陸續完工，2014年11月全部竣工。它是世界上第三大的光伏電站。采用美國第一太陽能公司（FirstSolar）薄膜技術制造的900萬塊CdTe光伏模塊，占地面積25km2，投資25億美元。年發電量預計1301GWh，容量因數22.8%。可供可為加利福尼亞州16萬戶家庭用電。

5、沙漠陽光光伏電站（Desert Sunlight Solar Farm）

沙漠陽光光伏電站位于美國加利福尼亞州沙漠中心莫哈韋沙漠（MojaveDesert），裝機容量550MWAC，年發電量1287GWh。2013年Ⅰ期300MW建成，2015年1月最終建成550MW電站，占地16km2。采用美國第一太陽能公司（FirstSolar）薄膜技術制造的880萬塊CdTe光伏模塊。

6、黃河格爾木光伏電站（HuangheHyower Golmud Solar Park）

黃河格爾木光伏電站位于中國青海格爾木，裝機容量200MW。2009年8月開始建造，2011年10月29日建成。其中80MW由英利綠色能源控股有限公司投資。2012年榮獲中國電力優質工程獎，年輸出電力317GWh。

此外，龍源電力（LongyuanPower）2011年在格爾木建立了多個20兆瓦太陽能產業園。在格爾木沙漠區光伏總量已經達570MW，2012年估計已達500MW。

7、銅山光伏電站（CopperMountain Solar Facility）

銅山光伏電站位于美國內華達州博爾德城，裝機容量458MWp，1期于2010年12月份建成，2期于2013年1月份建成，3期于2015年初完工，4期建造97MW，計劃在2015年開始，2016年底完成。建造費用1.41億美元，采用平板光伏電池板，有775000塊第一太陽能公司（FirstSolar）產電池板，產權歸SempraGeneration擁有。裝機容量458MW，年發電量約770GWh，容量因數24%。

8、查拉恩卡光伏電站（Charanka Solar Park）

查拉恩卡光伏電站位于印度帕坦行政區（Patandistrict）查拉恩卡村（Charankavillage），它在古吉拉特太陽公園內占有最大的面積，占地2000公頃（1公頃=10000m2=0.01km2）。2010年開始建造，2012年竣工，采用薄膜平板光伏技術，2016年3月裝機容量可達345MW。查拉恩卡光伏電站投資費用為2.8億美元。

9、塞斯塔光伏電站（Cestas Solar Farm）

塞斯塔光伏電站位于法國塞斯塔村，由25塊12MWp組成，裝機容量300兆瓦（MWp），它是歐洲最大的光伏電站。2015年10月份建成，設施在波爾多附近，占地250公頃，年發電量380GWh。

10、阿瓜克萊恩特太陽能項目（AguaCaliente Solar Project）

阿瓜克萊恩特太陽能項目位于美國亞利桑那州尤馬縣（YumaCounty），采用第一太陽能公司（FirstSolar）薄膜技術生產的CdTe光伏電池塊，520萬光伏模塊，裝機容量290MW。2011年開始建造，2014年4月份建成，占地971公頃，年發電量626GWh，投資費用18億美元。

為了閱讀比較的方便，把以上數據匯總一下，見表3。

表3 2015年全球最大的光伏電站

 

三、中國的光伏組件與電站

除了歐洲以外，中國是最大的太陽能市場，占全球太陽能市場的8%。中國2011年太陽能累積裝機容量為3300MW，猛增到2014年的28199MW，三年間增加了8倍。到2020年中國計劃安裝太陽能裝機容量約50000MW。從2010年起，中國對再生能源投資達450億美元，以減少對煤的依賴。

中國擁有豐富的太陽能資源，接收陽光的地區主要在農村和遠離國家電網的地區。有17%陸地接收太陽輻射達1750kWh/m2以上，約40%以上的陸地在1400～1750kWh/m2。中國戈壁沙漠面積130萬km2，如果都覆蓋著太陽能板，那么潛在的裝機容量可達17TW。

中國已經成為全球最大的太陽能板（電池）的制造商，僅在2010年太陽能板生產超過10GW。中國太陽能模塊95%供出口。全球有10家公司控制著全球太陽能模塊生產量的一半以上，其中4家公司即尚德（Suntech）、晶奧（JAsolar）、英利綠色能源（Yingligreenenergy）和天合光能（Trinasolar）都在中國。

中國是太陽能組件出口到美國的最大出口商，僅2011年出口太陽能電池達28億美元。2008年中國企業生產的太陽能電池平均銷售價格為4美元每瓦，即為全球平均價格的2倍。僅隔2年價格降至1.80美元每瓦，低于全球平均價格的30美分。

表4 中國運行中的光伏電站統計

 

單位裝機容量產生的電力與光伏電站所處的日照位置有關。按照臺灣的平均日照，1kW可以產生1250kWh，而日本平均產生1000kWh。

我國寧夏鹽池縣高沙窩鎮有豐富的太陽能資源，平均日照在1640～1700kWh/m2，因此計劃擬建光伏電站，裝機容量2000MW，占地40km2，總投資150億元人民幣。建成后將成為世界上最大的光伏電站之一。

四、太陽能板可以用在哪？Everywhere！

由于太陽能轉化為電能的效率低，一般只有20%以下，最高不超過25.6%，因此太陽能電池數量巨大，占地面積大，并且都處于荒涼貧瘠和人口稀少的地方。因此，增加太陽能電池的落腳處有兩個方案：

1、浮式太陽能發電站。太陽能發電站漂浮在水面上，像閃耀在水面上的藍色寶石！近年來，由于陸地上大規模土地難尋，利用閑置的水面來架設太陽能板，這項創舉重新定義了太陽能電池板的落腳處。只要是水面波動但水位落差不大的水面，都適合發展浮式太陽能發電站。

圖1 日本千葉縣山倉水庫上的浮式光伏電站

浮式太陽能發電站的優點是：

⑴租用池塘或水庫的閑置水面的價格較為低廉，可節省營運成本。

⑵水面溫度可以降溫太陽能板，與設置在陸地和屋頂上的太陽能板比較，約可高出11%的發電效率。

⑶太陽能板可遮蔽陽光，不直接照射在水面上，降低池水的蒸發率和池塘內的藻類繁殖，改善水質，有利于水池的維護。

世界上最大的浮式光伏電站預計將于2018年在日本千葉縣山倉（Yamakura）水庫建成。該項目設計發電功率3330MWh，建成后它將是世界上同類型發電站中發電功率最大的水上漂浮光伏發電站。這一電站的建成預計將為極大緩解日本東電公司在東京地區的供電緊缺問題。

2、太陽能道路。新一波道路革命即將展開，2015年12月法國正式宣布，將在未來5年內修建1000公里太陽能道路（Solarroad）。歐美國家致力于研發太陽能道路，英國和荷蘭打造太陽能自行車道，比利時也曾建造過一條3.6公里長的實驗性公路，將馬路變成再生能源的生產基地。

太陽能公路不需要重建既有的公路，只是將太陽能板以聚合樹脂制成厚度僅有0.7厘米的小塊太陽能磚塊，像地磚一樣鋪設在原來的道路表面，同時在太陽能板上涂覆透明保護層增加了顆粒結構，讓路面的摩擦力與傳統公路相當，以確保行車安全。目前已進行100萬次的車輛通行測試。

太陽能板上內建的LED照明，能夠在路面上發亮，顯示道路標線和路況訊息，并隨時依據道路狀況而進行調整。

太陽能板產生的電流由隱蔽在地下的蓄電裝置輸送到城市電力網。根據法國《環境與能源控制署》計算，1公里的太陽能道路發電量，足以支持規模5000人小城鎮的日常公共照明用電。

圖2 太陽能道路面

五、光伏成本價格大幅度降低

光伏發電成本因各國的生產成本、地理位置和政策而異，但均有大幅度降低。根據美國能源情報署（EIA）2015年度能源展望報告(AEO2015)預測，光伏發電成本約為125美元/MWh（0.125美元/kWh），仍然高于常規能源發電如燃煤發電、核能發電、水力發電和天然氣發電。

表5 美國2020年度電成本估計（單位：$/MWh）

再看歐洲光伏發電成本的變化，見圖3。從2010年到2020年的十年間降低了一半。

圖3 歐洲光伏度電價格降低

六、光伏發電面臨一場大革新

太陽能電池怎么把陽光轉化為電能的？

太陽能電池材料中的電子各自位于所屬的原子中，光照之前，沒有電流流過，但陽光照射到電池時，就會使電子釋放出。這些受激發的電子具有能量，歪歪斜斜地在晶格中四處游走，最后從太陽電池的一端離開形成電流。電子在游走途中遇到障礙物或陷阱，使能量轉化成熱能后散逸。晶格品質越好，使電子脫離行徑的缺陷就越少。

硅電池通常需要加熱到攝氏900度以上，以除去這些缺陷，鈣鈦礦的制作僅需攝氏100度左右，因此鈣鈦礦受激發時，盡管電子攜帶的能量與硅電池差不多，但制作卻方便許多。

太陽能電池把陽光中的能量轉換成電能的效率是有限的。電子受激發所需的最低能量稱為“帶隙（bandgap）”。陽光中包含各種波長的光，但只有特定波長可讓電子跨越帶隙，帶隙越低，電池可吸收的陽光光譜范圍越大。

鈣鈦礦電池（PerovskiteSolarCells）在太陽能電池市場的出現，有其受到重視的理由。優點：

1、鈣鈦礦的成分來源相當充裕，可輕易把這些結合，并制造出具有高度結晶化結構的太陽能薄膜。

2、鈣鈦礦電池的制作過程可在低溫下進行且成本低廉，這個薄且具彈性的材料，不像硅晶體又厚又硬，未來可由特殊印刷機制造出重量極輕、可撓曲，甚至是具有各種色彩的超薄太陽能板和鍍膜。

發展鈣鈦礦電池可以調整成分比例，借以改變帶隙，提高效率，也可以把帶隙不同的鈣鈦礦電池疊加在一起。雙層鈣鈦礦電池的效率可望達到46%，將突破目前最佳的硅電池效率25.6%的極限。

業界大多把太陽能板的保用期限定為25年，相當于持續在充足陽光下運作54000小時，找出溫度范圍大，使用時間長的高效率防水層是相當重要的任務，另外，鈣鈦礦電池需要妥善封裝，以隔絕水分，而鈣鈦礦的配方中含有少量的鉛，鉛是毒性物質，市場會特別要求鈣鈦礦電池能夠永久密封，保證發電安全，因此，研究人員在太陽能電池密封和苛刻的產品測試中，尋求鈣鈦礦難題的方法，以消除水解和擴散的疑慮。

鈣鈦礦電池生產成本低，轉化效率高，富有商業吸引力，即將面世，使單位光伏發電占地面積縮小，發電成本將會降低，光伏發電將會有一場大變革。