成本是太阳能光伏大规模应用最广为人知的瓶颈。太阳能电力的成本随许多因素的影响变化很大，比如所安装系统的规模，系统越大单位成本越低。由于太阳能光伏的目标是实现太瓦级应用，我们将聚焦于现在最大的兆瓦级峰值（兆峰瓦，MWp）的规模系统的成本。几个千瓦峰值（kWp）的小型住宅屋顶电站系统以美元每峰瓦（美元/Wp）计的成本可以达到大型系统的2倍。系统规模的第三类是在数十到数百千瓦峰值的商用系统。表2.1列出了现在太阳能光伏系统典型的规模。

表2.1 今天的太阳能光伏系统的典型规模和它们预期的未来规模

注：规模电站系统需要达到吉瓦级峰值才能对我们未来的能源系统产生明显的贡献。

计算太阳能电力的成本有多种方法。对于太阳电池和组件的制造商来说，最方便的方法是按照组件每峰瓦多少美元的售价来计算。在2012年，晶体硅和薄膜碲化镉组件的价格大约是0.85美元/Wp。这个价格与2011年的大约1.5美元/Wp相比有了明显的降低。一种更好的计算太阳能光伏前置成本的方法是仍然以美元/Wp为单位计算安装完的系统成本，这包括了太阳能组件的成本和安装成本。安装费用包括安装材料（支架和电缆）、逆变器、劳动力、许可费用、融资费用和安装者的支出（管理费、税、广告费用和利润）。这些费用，特别是非硬件的成本，随地域的变化非常大且非常难以总结。在2012年，大型电站系统的安装成本平均大约为2.5美元/Wp。对于电力公司或者消费者来说，太阳能光伏的平准化电力成本（Levelized Cost of Electricity，LCOE）更为重要，它的定义是：

LCOE（美分/kWh）＝寿命周期总成本/寿命周期电力总输出

寿命期成本不仅包括太阳能系统的安装成本，还包括其运行及维护成本。这种方法有利于对比太阳能电力与其他电力来源如煤、石油、天然气、水力、核能或风力发电的成本。太阳能光伏系统无需燃料和固定劳动力，因此具有低运行及维护成本的优点。但组件长时间积累的灰尘会降低电力输出，因此需要临时工进行组件的维护及清理。表2.2对比了不同的成本计算方法。

表2.2中的第二种方法，系统安装成本，可用于对比不同发电技术的前期成本。2012年，规模太阳能发电系统约为3.3美元/Wp。太阳能发电系统在夜间没有发电量，在早晨和傍晚的发电量极少。太阳能发电与当地太阳光强度、气候、空气质量和地形有关，时均电力输出介于峰值输出的10%～20%之间。为了对比，太阳能发电系统安装成本需要从美元/Wp转化为美元/W。一个时均电力输出为10%～20%峰值输出的太阳能发电系统3美元/Wp相当于15～30美元/W，比核电站或燃煤发电站的前期成本要高出好几倍。

表2.2 太阳能光伏的三种成本计算方法对比

注：每种方法都有其优缺点，但最终太阳能电力的平准化成本不得不与其他电力来源相竞争。

图2.2 2005～2012年间太阳能组件的年均出厂价格^[8]。经NPD Solarbuzz许可转载。2005～2012年间组件价格下降4倍。2005～2008年间的价格反弹是由于组件的高需求量及有限的产量(www.daowen.com)

图2.2给出了太阳能组件在2005～2012年间的年均出厂价格^[8]。图2.3显示了1998～2012年间美国住宅（＜10kWp）及商用（＞100kWp）太阳能发电系统安装成本^[9]。组件价格从2005年的3.8美元/Wp到2012年的0.85美元/Wp下降了4倍。与此同时，安装完成的住宅发电系统成本从2005年的8.8美元/Wp到2012年的5.3美元/Wp下降了1.7倍，说明太阳能发电系统的安装成本下降速度相对缓慢得多。在2005～2008年间有短暂的价格反弹。当时石油价格飞涨，导致了对太阳能组件的高需求量。而太阳电池产业的扩张速度赶不上组件的市场需求量，导致太阳能组件价格上涨。

图2.3 1998～2012年间美国安装完成的住宅（＜10kWp）及商用（＞100kWp）太阳能发电系统成本^[9]。住宅太阳能发电系统成本从2005年的8.8美元/Wp下降到2012年的5.3美元/Wp

图2.4 2007～2012年间美国规模太阳能发电系统安装容量加权平均成本^[9]。由于少量的规模发电系统，2007～2009年间的系统成本得以合并计算。2012年的规模发电系统成本大约为3.3美元/Wp

图2.4所示为2007～2012年间美国规模太阳能发电系统安装容量加权平均成本^[9]。在2007～2009年间仅有11个规模发电系统，安装数量并不多。因此，计算了这11个规模发电系统的容量加权成本。图中显示2010年有18个安装完成的系统，2011年有53个系统，2012年有106个安装系统。规模硅基太阳能发电系统占有市场的90%，其成本从2007～2009年间的6.25美元/Wp下降到2012年的3.4美元/Wp。对比图2.3和图2.4可以发现规模经济对太阳能发电系统的作用是非常明显的。其中，2012年住宅发电系统（小于10kWp）成本为5.3美元/Wp；相比之下，每个规模发电系统（大于1MWp）成本为3.3美元/Wp。

太阳能发电系统的成本分解值得讨论，如图2.5所示^[10]。2012年硅片约占整个组件成本的40%，贡献最大。电池制造约占组件成本的25%，组件制造约占另外的35%。2008年，因多晶硅短缺而价格飙升，使其成为组件成本的更大组成部分，占组件成本的50%～60%。2012年，太阳能组件的价格约为0.85美元/Wp，而规模太阳能发电系统的成本约为3.3美元/Wp。太阳能发电系统安装成本中组件占26%，安装占74%。

图2.5 2012年太阳能组件成本解析^[10]。硅片约占组件成本的40%，电池制造约占25%，组件制造约占35%。2012年组件价格为0.85美元/Wp，规模发电系统成本为3.3美元/Wp，因此太阳能发电系统的成本组件占26%，安装占74%

太阳电池产业的成本意识突出。这与半导体产业形成鲜明对比。虽然两者用同一种半导体硅，但是性能却在推动半导体产业发展中起重要作用。特别用于太阳电池的材料、工艺和设备可以说明这一现象。其中一个例子就是多晶硅铸造生长的定向凝固过程替代单晶硅铸造的直拉过程。定向凝固约需15kWh/kg的用电（意思是每生产1kg的硅需要15kWh的电量），相比于直拉过程所需的100kWh/kg电力，用电成本减少85%。多晶硅太阳电池效率虽低于单晶硅电池，但产业愿意牺牲一点效率而谋取较大的经济收益。另外一个例子就是金属丝网印刷，即把银和铝印刷于硅电池上作为前电极和背电极。相比之下，几乎所有效率纪录的硅电池中金属一般通过真空技术沉积，比如蒸镀、溅射或光刻。产业界通常愿意牺牲效率来降低成本。

为了提高太阳电池的效率，全世界都在寻求创新性的方法。记住这一点很重要：效率的提升常伴随着额外的成本，因此需要采用一种经济有效的方式进行。比如，我们假设一项新的技术承诺可以将电池效率从15%提升到18%，也就是说有相对20%的效率提升。以当前组件价格1美元/Wp来算，如果要保持成本在美元/Wp基础上的平衡，这项新技术产生的额外成本就不能超过1美元/Wp的20%，也就是20美分/Wp。换句话来说，在新的技术条件下，原来100Wp的组件输出现在可以输出120Wp，按照当前的组件价格1美元/Wp来算，组件出售价格可提升到120美元：

120美元＝1美元/Wp×120Wp事实上，为了鼓励电池和组件生产商采纳这项新技术，额外的成本通常都不得不低于20美分/Wp。