当下伴随着碳达峰、碳中和目标的提出，我国不断加大新能源领域的投入，以期推动新一轮的能源革命：由“硅能源”代替“碳能源”。，我国光伏产业已进入“平价时代”，在光照条件好的地区，光伏电价已低于火电。成熟的技术水平与积极的产业政策引发了投资领域的“光伏热”，这也为我国西部内陆地区的产业高质量发展提供了新的机遇。

  因此，本文对光伏全产业链条开展调研，归纳了我国光伏产业的发展现状，深入分析了光伏产业在我国西部能否落地、如何落地以及未来的发展的潜在能力。根据结果得出，光伏落地西部可协调产业格局，高效利用资源，推动绿色生态建设，为改善能源结构、应对气候平均状态随时间的变化贡献力量。

  经过几轮“暴风雨的洗礼”，2020年，中国光伏逐渐进入“平价时代”，在光照条件好的地区，光伏上网电价已经低于火电，产业竞争力不断的提高。彭博社新能源财经（BNEF）最新的可再次生产的能源投资追踪报告表明，2021年上半年全球光伏项目投资达789亿美元，创历史上最新的记录[1]。其中，中国在太阳能项目的投资达77亿元。在投资市场上，光伏更是成为了新能源板块的翘楚，光伏ETF基金收益表现强势[2]。

  光伏产业的迅速发展，是国际形式与国家政策共同驱动的结果。近年来，随着经济社会的发展，各国排放大量温室气体，森林大火、南北极高温、洪涝等灾害现象频发，气候平均状态随时间的变化成为人类共同面临的问题。在这一背景下，国际上各国以全球协约的方式减排温室气体，如签署《巴黎协定》等。中国也于2020年9月在联合国大会上向世界宣布了2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标。而改变能源结构、实现从化石能源向非化石能源的转化，是实现这一目标的重要方法之一。发改委能源研究所更是明白准确地提出：2050年光伏将成为中国第一大发电方式，发电量占到全国用电量的40%[3]。

  光伏发电技术主要是基于硅光电池的光-电转换效应。硅光电池本质上是一个PN结，当强度高于某一阈值的光照射到硅光电池上时，我们大家可以在其两端观测到一个电压。硅光电池的这种性质被直观地体现在其电路符号中。

  而所谓PN结即是P型半导体与N型半导体连接而成的半导体元件。半导体中主要的带电粒子是带负电的电子与带正电的空穴。在P型半导体中，仅有空穴能进行较长距离的移动，而电子会在移动较短距离之后即被吸收；N型半导体则正好相反。因此，在两种类型的半导体中，主要的载流子具有相反的电荷。

  当强度高于阈值的光照射在PN结上时，P型半导体与N型半导体的接触面附近的电子被激发并逸出硅晶格，生成电子-空穴对。此后电子向N型半导体一侧传播，空穴向P型半导体一侧传播，进而引发硅光电池的光-电转换效应。此时，电子与空穴的移动将产生直流电压与电流，使得这种PN结可以被当作电源使用，硅光电池也因此而得名。

  光伏产业是半导体技术与新能源需求相结合而衍生的产业。我国已将光伏产业列为国家战略性新兴起的产业之一，在产业政策引导和市场需求驱动的双重作用下，全国光伏产业实现了加快速度进行发展。整个光伏产业可以分成上游、中游、下游以及发电场应用四个部分，如图3所示。目前光电转换产业链主要是以硅材料的应用开发而形成的，包括高纯单晶及多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、光伏发电系统建立等。

  硅料的制备可大致分为硅提炼及提纯和晶体硅生长两个步骤。首先是硅提炼，将石英砂原料放入高温且有碳源存在的电弧炉中，碳和石英砂中的二氧化硅进行化学反应，得到纯度约为98%的纯硅(冶金级硅)；冶金级硅要进一步提纯：将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢进行氯化反应，生成液态的硅烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅；接下来是单晶硅生长，最常用的方法叫直拉法。将高纯度的多晶硅放在石英坩埚中熔化，同时将一颗籽晶浸入其中，由拉制棒带着籽晶旋转，慢慢垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅会粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不断地生长，冷却后就形成单晶硅棒。

  单晶硅棒的直径是由籽晶拉出的速度和旋转速度决定的，一般来说，上拉速率越慢，生长的单晶硅棒直径越大。单晶硅棒经过制版、研磨、抛光、切片等步骤，就形成了单晶硅片。传统上，硅片直径主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸和12英寸(300mm)等，目前已发展到18英寸(450mm)等规格。光伏硅片和晶圆不一样，晶圆是指半导体集成电路制作所用的硅晶片。首先是形状，晶圆由硅棒直接切割形成，为圆形，而光伏硅片常常要将硅棒切方磨圆。其次，二者最大的不同在于纯度，光伏用单晶硅片纯度为4N~6N(99.99%~99.9999%)，而半导体用晶圆要求纯度在9N~11N，同时对硅片的翘曲度等参数也有更高的要求。

  太阳能电池片的生产工艺流程分为：表面制绒及酸洗—扩散制结—后清洗(刻边/去磷硅玻璃)—镀减反射膜—丝网印刷—快速烧结等。具体介绍如下：制绒是指有选择性地腐蚀硅表明产生绒面，以减少电池片的反射率；扩散是为电池片制造PN结，目前工业化生产中最常用的方法是在P型的硅片上用三氯氧磷气态源扩散N型发射结；刻蚀工序是去除硅片边缘带有磷的部分，避免PN结短路造成的并联电阻降低；镀减反射膜能大大的提升电池片对太阳光的吸收，进而提高转换效率；在电池表面制作电极将产生的电流导出，丝网印刷是目前最普遍的一种生产的基本工艺；烧结是把印刷到电池片表面的电极在高温下烧结，使电极和硅片本身形成欧姆接触。

  图6 单晶绒面的电子显微镜图片(左)；单晶绒面的电子显微镜图片(右)[5]

  光伏组件加工工艺是太阳能光伏产业链的重要组成部分，通过将一片片太阳能电池片封装，使其可在恶劣的户外环境下可靠运行。当前主流的组件加工工艺采用EVA胶膜封装，由电池片检测、单片焊接、电池片串焊、组件层叠、层压、安装边框和成品测试等多道工序构成。电池片检测：生产的电池片性能不完全一样，应测试后根据其性能参数进行分类，将性能相近的电池组合，以提高电池的利用率；单片焊接是将汇流带焊接到电池正面(负极)的主栅线上，汇流带一般为镀锡的铜带；串联焊接是将后一电池片引出的焊条焊接在前一电池片的背电极上，使电池串接形成一个组件串；层叠和层压是指将组件串、玻璃和切割好的EVA、玻璃纤维、背板按照一定的层次铺设好，用层压机进行层压。

  光伏逆变器作为光伏电站的转换设备，可以将太阳能电池板产生的可变直流电压(DC)转换为市功能，能够追踪太阳能电池板的上限功率电频率交流电(AC)接入负载或者并入到电网中，是光伏系统中的核心器件。光伏逆变器不仅仅具备直交流变换功用，还具有配合光伏阵列的特殊点，以及对光伏系统的保护作用。光伏逆变器由升压回路和逆变桥式回路构成，升压回路大多数都用在将直流电压升压至逆变器输出所需直流电压，逆变桥式回路大多数都用在将升压后的直流电压转换为固定频率的交流电压。

  太阳能光伏支架，是太阳能光伏发电系统中为了摆放、安装、固定太阳能电池板设计的特殊支架。为了使整个光伏发电系统得到上限功率输出，结合建设地点的地理、气候及太阳能资源等条件，每个太阳能板的斜面都能够最终靠移动紧固件、调整斜面以适应光线的不同角度，然后固定在指定的位置。光伏支架要求具有耐候性，结构必须牢固可靠，能承受如大气侵蚀、风荷载和其它外部效应，通过安全可靠的安装以达到几乎免维护的效果。一般材质有铝合金、碳钢及不锈钢。碳钢表面做热镀锌处理。

  工程总承包(EPC)模式又称设计、采购、施工一体化模式。在这种模式下，由工程公司负责对工程建设项目的进度、费用、质量、安全来管理和控制，并按合同约定完成工程。优点是业主把工程的设计、采购、施工等工作全部托付给工程总承包商负责组织实施，业主只负责整体的、原则的、目标的管理和控制；总承包商更能发挥主观能动性，提高了工作效率，减少了协调工作量。缺点在于业主不能对工程进行全程控制；总承包商对整个项目的成本工期和质量负责，这加大了总承包商的风险。

  光伏电站，是利用光伏系统与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。光伏电站是属于国家鼓励力度最大的绿色电力开发能源项目，是光伏系统最重要的应用。可大致分为带蓄电池的独立发电系统和不带蓄电池的并网发电系统。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统、太阳能户用电源系统、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统；并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。

  光伏建筑一体化(BIPV)是一种将太阳能发电产品集成到建筑上的技术。光伏建筑一体化可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。另一类是光伏方阵与建筑的集成，如光伏屋顶、光电幕墙等。在这两种方式中，光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建筑屋面的结合。与建筑相结合的光伏系统，可当作独立电源或者以并网的方式供电。当光伏系统参与并网时，可以不需要蓄电池，但需要并网的装置，而并网发电是当今光伏应用的新趋势。

  光伏发电传统应用市场为光伏地面电站和工商业及户用分布式，而这也正是全球各国在过去几年中致力发展的典型光伏应用领域。同时，许多新型的应用场景也正在研究之中，例如漂浮式光伏电站、太阳能织物、太阳能皮肤等等。相信随技术的持续不断的发展突破，光伏发电与我们日常生活的联系会越来越紧密。

  [5]王柄根.通威股份:携手隆基开启深度合作[J].股市动态分析,2019(22):29.

  [7]冷洪川.基于新农村建设的西南地区农村人力资源开发对比研究[D].西南交通大学,2010.

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