在全球能源危機、環(huán)境污染和氣候變暖的大背景下，太陽能光熱發(fā)電和光伏發(fā)電作為太陽能利用的主要方式，其發(fā)展前景備受業(yè)界關(guān)注，由此也引發(fā)了兩者孰優(yōu)孰劣的爭論。

一、太陽能光伏和光熱發(fā)電原理及其優(yōu)缺點比較

（一）光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是利用光生伏特效應(yīng)，吸收入射的太陽光，產(chǎn)生電子-空穴對，在半導(dǎo)體p-n結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子、空穴分別向正負兩個電極運動，以此形成電流。它由組件陣列、逆變器、控制器等組成。根據(jù)所使用的電池組件類型不同，又可分為晶硅電池、薄膜電池、聚光電池等。

光伏發(fā)電的主要特點在于可作為分布式電源，安裝在負荷中心，無需遠距離輸送，就地發(fā)電就地使用。同時，可模塊化安裝，規(guī)模大小隨意，可安裝于屋頂和墻面，不占地，光伏出力與白天用電高峰相重合，既可享受峰值電價也可為電網(wǎng)削峰。

（二）光熱發(fā)電

光熱發(fā)電是利用發(fā)射鏡等聚光系統(tǒng)將太陽能聚集起來，加熱某種工質(zhì)，然后經(jīng)過換熱交換器產(chǎn)生高溫高壓的過熱蒸汽，驅(qū)動汽輪機并帶動發(fā)電機發(fā)電。它由聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和換熱子系統(tǒng)五部分組成。根據(jù)聚光子系統(tǒng)的不同，太陽能熱發(fā)電又分為槽式發(fā)電、塔式發(fā)電、碟式發(fā)電等。

光熱發(fā)電的特點是，先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能再進行發(fā)電，一定程度上可以平抑日照波動，對電網(wǎng)相對友好，同時熱能可以有效儲存且具有一定的經(jīng)濟性，熱源可與火電等熱電廠互補，提高發(fā)電小時數(shù)和調(diào)峰，并提供可供調(diào)度的電力。

（三）優(yōu)缺點比較

光熱發(fā)電投資成本遠高于光伏電站。目前我國建設(shè)的大型光伏電站單位造價約為8000元/千瓦，光熱約為22000元/千瓦，美國的光伏電站則為2400-3000美元/千瓦，光熱約為5100-6200美元/千瓦，光熱造價基本上是光伏的2-3倍。此外，光熱電站對規(guī)模的敏感度較高，只有在規(guī)模足夠大的前提下，才能有效實現(xiàn)經(jīng)濟效益。同時，其整體投資門檻較高，百兆瓦電站投資需要近5億美元。正是由于光熱電站的投資大、風(fēng)險高，即使達到平價上網(wǎng)水平，與光伏電站相比，其投資者還是非常少，這在客觀上也會相應(yīng)延緩其成本下降。光熱電站對建設(shè)條件要求較高，光伏的安裝彈性則相對較大。太陽能熱發(fā)電主要安裝在太陽能直接輻射（DNI）較好的地方，沙漠地區(qū)是最好的選擇，但這些地方往往較為偏遠，電力需求較弱，需要為其建設(shè)輸電通道將電力送出，這不僅會增加成本，并且也只能享受發(fā)電側(cè)電價。同時，由于光熱電站屬于跟蹤系統(tǒng)，對當(dāng)?shù)貧夂驐l件要求也比較高。光伏電站則可同時利用直射光和散射光，安裝區(qū)域選擇較大，比如可安裝在負荷中心、屋頂或工業(yè)廠房上，享受用戶側(cè)電價。因此，相對于光熱電站，它以發(fā)電側(cè)電價出售會更具競爭力。

光熱電站需要大量的土地和水，對環(huán)保的要求也較高。根據(jù)美國現(xiàn)在光熱電站的建設(shè)情況，每MW大概需要40-50畝土地，幾乎是光伏電站的兩倍，并且要求土地十分平坦。在用水方面，雖然光伏和光熱都需要水對組件或鏡面清洗，但光熱電站還需要額外的水用于冷卻，耗水量約為2.9-3.2升/kwh，幾乎是天然氣發(fā)電的4倍。雖然現(xiàn)在也在開發(fā)干法冷卻技術(shù)，比如，用空氣冷卻可以解決水的問題，但一方面是技術(shù)尚未成熟，另一方面可能降低發(fā)電量，并增加大約3%-8%的發(fā)電成本。此外，由于光熱電站占用空間較大，會對當(dāng)?shù)氐囊吧鷦游?、生物多樣性等造成影響，也容易引發(fā)環(huán)保爭端。

二、太陽能光伏和光熱電站發(fā)展現(xiàn)狀

（一）光伏裝機規(guī)模和發(fā)展速度遠高于光熱

在光伏電站方面，截至2014年底，全球光伏累計裝機量約為178.4GW，幾乎是光熱電站的42倍，近十年市場平均增速在40%以上。光伏電站在全球呈現(xiàn)出多元化發(fā)展態(tài)勢，歐盟累計裝機量約為88GW，占比49.3%；我國約為28GW，占比15.7%；日本和美國占比分別為12.7%和10.3%。上百個國家都在不同程度地使用太陽能光伏發(fā)電，產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)全面開花態(tài)勢。

在光熱電站方面，截至2014年底，全球光熱電站總裝機約為4.1GW，主要集中于西班牙和美國，分別占據(jù)全球總裝機量的51%和40%。值得關(guān)注的是，西班牙近2.1GW的裝機量主要集中于2007年西班牙出臺上網(wǎng)電價后，而美國則是自上世紀80年代安裝了9個共計400MW的光熱電站后，一直處于停滯狀態(tài)，直到2007年才陸續(xù)建設(shè)6個共計1217MW的光熱電站。目前我國光熱電站裝機量僅為10MW。

（二）光伏發(fā)電經(jīng)濟性比光熱更優(yōu)

在光伏電站方面，光伏裝機成本呈明顯下降趨勢。目前，我國大型光伏電站的投資成本在8-9元/瓦左右。就運營成本而言，美國光伏電站年運營成本約為17-26美元/千瓦，我國大約為24元/千瓦。就度電成本而言，根據(jù)國際可再生能源署的數(shù)據(jù)，美國光伏發(fā)電成本目前約為0.08美元/kWh。我國光伏發(fā)電系統(tǒng)投資成本降至8元/瓦以下，度電成本降至0.6-0.9元/kWh。

在光熱電站方面，根據(jù)美國勞倫茲實驗室對2013-2014年建設(shè)的6個光熱電站統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2013年建設(shè)的裝機規(guī)模為250MW且?guī)в?小時儲能裝置的槽式光熱電站裝機成本為6.67美元/瓦，2014年建設(shè)的兩個不帶儲能的250MW槽式光熱電站裝機成本分別為5.1美元/瓦和6.16美元/瓦，2014年建設(shè)的370MW塔式發(fā)電裝機成本為6.01美元/瓦。我國光熱電站較少，根據(jù)黃河上游水電公司開展前期工作的塔式發(fā)電可研報告看，裝機成本約為22元/瓦。度電成本方面，美國近期建設(shè)的太陽能熱發(fā)電度電成本約為0.19美元/千瓦時。2015年11月，在我國1000MW太陽能光熱發(fā)電示范招標(biāo)項目中，投標(biāo)的109個業(yè)主報價也大多在1.18-1.24元/千瓦時區(qū)間。

根據(jù)美國SunShot計劃，到2020年，光熱和光伏的造價將分別降至3.6美元/瓦和1美元/瓦，光伏依然對光熱發(fā)電保持有優(yōu)勢。

（三）光伏技術(shù)比光熱更為成熟

在光伏發(fā)電方面，晶體硅、薄膜和聚光電池等三種電池技術(shù)已經(jīng)成功實現(xiàn)商業(yè)化，生產(chǎn)成本近十年降幅達到90%，電池轉(zhuǎn)換率也以每年0.5個百分點的速度提升。在這三種電池中，晶體硅電池技術(shù)最為成熟，產(chǎn)業(yè)化配套最為完善，市場參與者也最多，并且其可靠性已經(jīng)通過多年驗證，發(fā)電成本也降至較低水平，未來仍將是市場主流。薄膜電池如CIGS、CdTe雖然發(fā)展?jié)摿^大，但受制于其原材料特性（如毒性或稀缺性等）和市場參與者逐年減少，未來的重點將集中在一些細分市場。聚光電池受制于氣候環(huán)境，導(dǎo)致雙軸跟蹤的運營成本較高，特別是在晶體硅電池轉(zhuǎn)換效率逐年提升、成本逐年下降的情況下，其在主流市場就更難與晶體硅競爭?？傮w而言，隨著分布式發(fā)電的發(fā)展，光伏市場門檻將會更低，市場參與者也會更多，能夠更加有效地促進光伏技術(shù)在更大范圍內(nèi)的創(chuàng)新和應(yīng)用。

在光熱發(fā)電方面，槽式系統(tǒng)在目前商業(yè)化中技術(shù)最為成熟，國外已建成的光熱電站主要是槽式發(fā)電，但由于槽式系統(tǒng)的抗風(fēng)性能差，美國已經(jīng)商業(yè)運營的光熱電站主要建立在加州沙漠地區(qū)，風(fēng)沙很小，而我國陽光富足的地方往往多風(fēng)、大風(fēng)，要想開展電站建設(shè)，就必須加強槽式系統(tǒng)的抗風(fēng)性，成本必然會有所增加。帶有儲能裝置的槽式發(fā)電由于其HTF最高溫度限制了其發(fā)電效率的提升，度電成本幾乎沒有下降空間，而塔式和碟式則由于技術(shù)尚未成熟，也遭遇較高的融資門檻。此外，由于光熱發(fā)電投資較大、風(fēng)險高，致使市場參與者較少，這也將極大地限制光熱技術(shù)的發(fā)展。

三、太陽能光伏和光熱電站發(fā)展前景

（一）從未來發(fā)展看，兩者都有較大的發(fā)展?jié)摿?，但近中期光伏電站發(fā)展規(guī)模會更大

在2030年以前，由于光伏裝機成本和度電成本均低于光熱發(fā)電，且光伏出力與白天用電高峰和峰值電價曲線相吻合，在光伏滲透率較低情況下，光伏裝機規(guī)模將遠大于光熱。在2030年后，光伏裝機由于滲透率高，且基本能滿足白天的用電需求，發(fā)展速度會放緩；光熱則會充分利用其儲熱優(yōu)勢，能滿足日落后的用電高峰，從而得到較快發(fā)展。根據(jù)美國Sunshot計劃，到2030年，美國太陽能累計裝機將達到330GW。其中，光伏裝機為302GW，光熱裝機為28GW，光伏是光熱的11倍。到2050年，光熱裝機將達到83GW，光伏則為632GW，光伏下降是光熱的8倍。

（二）從發(fā)展方式看，兩者是協(xié)同互補關(guān)系，而非替代關(guān)系

光熱和光伏發(fā)電都面臨火電等傳統(tǒng)能源的競爭，承載著代替化石能源的使命，只有光伏和光熱更好地協(xié)同互補，才能完成這項任務(wù)，滿足用電需求。同時，由于大型風(fēng)電、光伏和光熱電站等可再生能源主要建設(shè)在沙漠、戈壁灘等地區(qū)，需要遠距離輸送，但風(fēng)電、光伏等利用小時數(shù)低，單獨遠距離傳輸經(jīng)濟性差，為提高輸送電網(wǎng)的利用率，不得不通過火電打捆等方式輸送。如果光熱電站成熟之后，則完全可以通過儲熱方式替代火電，解決電網(wǎng)利用率低問題，同時也可解決可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定的問題。

（三）從應(yīng)用領(lǐng)域看，光伏和光熱應(yīng)用領(lǐng)域各有側(cè)重，主戰(zhàn)場并不重合

光伏發(fā)電優(yōu)勢在于分布式。在負荷中心建設(shè)方面，結(jié)合儲能等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，可實現(xiàn)就地發(fā)電就地使用。同時，光伏也可作為移動電源，充分滿足消費市場需求，這是光熱電站難以企及的。光熱發(fā)電優(yōu)勢在于規(guī)模化，適合在條件適宜地區(qū)建設(shè)大型光熱電站，然后遠距離輸送。在這些地區(qū)，也可適當(dāng)發(fā)展大型光伏電站，將光伏光熱打捆送出，實現(xiàn)可再生能源最大限度的消納。

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