太阳能光伏行业的点点滴滴


  太阳能发电产业的环境污染问题主要体现在光伏产业链中,石英砂制备金属硅的过程将排放二氧化碳,如果给予控制则会增长生产过程的能源消耗从而大幅度提高成本,另外,多晶硅提纯的副产物四氯化硅的安全画报问题,若不妥善进行处理回收,环保风险巨大。

  全球光伏市场可分为两个主要应用:并网(电力由此注入输电网,以供销售,如光伏电厂)及离网(无法实际进入输电网或经济上不可行)。离网市场包括农村住宅应用(如太阳能户用系统、园林照明系统)、工业应用(如路标、路灯、公路公用电话亭及远程管线通讯支持)及电讯设备。与并网应用方案相比,离网应用的营运及维修成本较低、营运期限较长及出厂价较高。离网应用一般指于分散小区或远离电网的小区

  目前我国煤电发电成本约为0.2-0.3元/千瓦时;水力发电为0.2元/千瓦时;风能发电为0.8元/千瓦时;光伏发电成本由于地区光照时间差异、气候差异约为1-2元/千瓦时,为常规能源发电成本的5-10倍。

  晶体硅电池的技术壁垒主要是如何提高电池光电转换率,提高转换率可以直接降低单位生产成本。

  根据Phonoton International发布的报告,2009年全球10大光伏电池生产企业分别为美国First Solar、无锡尚德、日本夏普、德国Q-Cells、天威英利、河北晶澳、日本京瓷、常州天合、美国SunPower、台湾茂迪,产出总量约占全球光伏电池总产量的55%

  我国从事硅锭及硅片的生产厂家超过100家,从事太阳能电池生产的企业约50家,而有能力及具备生产线对电池片进行封装生产电池组件的企业达200余家。全行业中,自2005年12月无锡尚德在纽约交易所上市以来,已相继有10余家国内光伏企业在海外上市。

  晶体硅太阳能电池市场主要集中于国外,国际客户对晶体硅太阳能电池的产品质量及可靠性要求较高,产品出口普遍实行产品认证制度,主要有国际IEC认证、德国TUV认证(欧洲多数国家均认可)和美国的UL认证,获得上述认证是晶体硅太阳能电池产品通往相关进口国的必要门槛。

  在晶体硅太阳能电池中,单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池各具特点,其中多晶硅太阳能电池制造过程中单位能耗及原料耗用低,生产成本低,如多晶铸锭环节在同等产量条件下的耗电量仅为单晶拉棒环节耗电量的3/4左右。

  国内制造的太阳能电池产品主要用于出口,一旦国外太阳能电池主要应用国家对我国太阳能电池产品设置政策、关税及其他方面的壁垒,将可能导致太阳能电池行业出口增长放缓或进行结构性调整。

  虽然光伏发电相关技术仍处于不断进步中,但由于光伏发电现阶段的发电成本和上网电价均远高于常规能源,光伏发电市场仍需政府政策扶持。目前,德国、日本、美国等发达国家都对光伏发电市场给予有力的产业补贴和扶持政策,我国政府也正在着手制定更为有力的扶政策以启动国内的光伏发电市场。但如果主要市场的相关政府补贴或扶持政策发生重大变化,将在一定程度上影响行业的发展。

  太阳能光伏玻璃是指应用于太阳电池组件上对太阳光具有较普通玻璃更高透过率或能选择性透过的玻璃。在太阳能光伏玻璃中, 高透光率特性的应用更为广泛。通常它们被用做具有保护作用的盖板玻璃。目前, 太阳能光伏玻璃的铁含量在0.008%~0.015%之间, 而普通浮法玻璃的铁含量则在0.7%以上。低杂质铁含量带来高太阳光透过率。

  太阳能源是绿色能源的代表,开发利用将有巨大的市场前景。相对于城市来说,农村太阳能市场基本是从零开始,目前存在90%以上的市场空白,太阳能在农村存在巨大的市场空间。特别是我国加强社会主义新农村建设、农村收入的增加、生活条件的改善等带来很多农村生活习惯和方式的改变,目前新盖住宅基本上都预留了太阳能热水器进出水管道孔,小部分家庭已经用上了太阳能热水器,使用太阳能热水器成了农村新的时尚。

  国内代表性的光伏发电系统逆变器制造商有合肥阳光、北京日佳、北京自动化研究院、北京恒电、北京科诺伟业、志诚冠军、南京冠亚等。下游方面,以无锡尚德为龙头,涌现出一大批的电池/组件封装及光伏应用产品(带有太阳能电池且具有一定使用功能的商业产品)生产企业,其中包括常州CSI、江苏林洋、河北晶澳、天威英利和中电光伏。

  中国太阳能光伏产业发展出现一些可喜变化。上游方面,硅料提纯和生产除了传统人三强(洛阳中硅、四川峨眉和新光硅业)之外,涌现出一大批的市场新秀;中游硅棒/硅片生产以河北晶龙为龙头,涌现出多晶硅龙头LDK和单晶硅龙头锦州阳光,以及废料拉单晶的浙江昱辉等行业新秀。

  我国大力发展太阳能光伏产业链中游,迅速成为全球最大的太阳能光伏产业硅棒、硅片和电池的加工制造中心,以低劳动力和资源成本,换回微薄的制造利润,但是,代价巨大:高能耗、高污染,发展受制于人。中国在上游硅材料设备和下游光伏应用领域发展远远滞后,与巨大的中游太阳能电池产能的比例极不协调,市场和原材料两头在外的格局严重制约着中国太阳能光伏产业的健康、可持续发展。

  技术进步是降低太阳能光伏发电成本、促进光伏产业和市场发展的重要因素。

  澳大利亚出台了国家电网从个人用户以每千瓦小时45美分~60美分的价格来购买电力的补贴政策,鼓励房屋装上太阳能光伏系统。美国政府今年推出新能源优先政策,全面推广屋顶太阳能发电计划。

  无论大型并网光伏地面电站还是建在屋顶的光伏发电系统,或是离网光伏发电系统,都离不开光伏发电的核心设备—光伏逆变器。光伏逆变器的作用就是将太阳能光伏阵列产生的直流电变换成50H(60H)正弦交流电。

  光伏逆变器是光伏并网发电系统和光伏离网发电系统中将光伏电池所发出的直流电转换成可供负载使用的交流电的关键设备,同时具有供电系统的控制、监测、保护、通讯等功能。主要用于沙漠、荒原、郊野等空旷之地建设大型光伏地面电站,以及用于目前国家大力推广的城乡《光伏屋顶计划》

  光伏控制器是离网型(独立的)光伏发电系统的智能化控制、保护、管理中心,离网光伏发电系统主要用于城市楼宇的公共照明(一次投入终生不需缴纳电费),别墅群、旅游度假村、草原牧区、农村乡镇住户的生活用电,高山海岛、边防哨所驻军用电,通讯机站、海上油田的供电系统以及遍及城乡的道路照明系统等。可供发电容量从数百峰瓦(Wp)至上万峰瓦(Wp)的系统使用。

  我国太阳能光伏产业链发展极不平衡,上游硅材料和关键设备和下游光伏应用环节发展远远滞后,与巨大的中游电池产能极不协调,“两头在外”的格局严重制约中国光伏产业健康发展。要实现未来可持续发展,必须打破光伏产业发展的软肋,其中光伏产业核心设备-逆变器、控制器及光伏发电系统是瓶颈。

  太阳能光伏产业链包括中游的光伏电池/组件生产和封装,上游的单多晶硅原材料制造和硅锭/硅片生产以及关键设备生产,以及下游的光伏应用如光伏发电、光电建筑一体化、照明等等。

  大型光伏并网逆变器及系统集成,在较长时期内都属成长性快(2011年该市场可能井喷)、市场份额大的产品。除前期的研发投入、营销队伍建设、市场开拓和客户关系维护等固定投入大、国外竞争对手实力强外,国内最大问题是尚未形成可与国外产品竞争的规模化企业(除合肥阳光初具5亿产值规模外)。

  国内光伏并网逆变器市场规模较小,国内生产逆变器的厂商众多,但专门用于光伏发电系统的逆变器制造商并不多,在逆变器技术质量、规模上与国外企业仍具有较大差距。从技术方面来看,国内企业在转换效率、结构工艺、智能化程度、稳定性等方面与国外先进水平仍有一定差距。中国在小功率逆变器技术上与国外处于同一水平,在大功率并网逆变器上,大功率并网逆变器低于国际水平。

  太阳能交流发电系统是由阳能电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成;太阳能直流发电系统则不包括逆变。逆变器是一种电源转换装置,逆变器按激励方式可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。

  澳大利亚市场2009 年的光伏装机容量为66MW,2010 年预计将达到150MW。加之政府政策扶持,澳大利亚正在成为全球光伏市场重要的增长点。

  德国市场是全球太阳能光伏需求比较成熟且非常有影响力的市场

  世界各国都在大力发展光伏发电。即便在国际金融危机的背景下,2009年全球太阳能电池产量约10GW,光伏产业增长速度大于30%。全球光伏市场仍然得到了健康、快速的发展,显示出社会对太阳能电池产品的强大需求和光伏产业发展的光明前景。据欧洲光伏工业协会(EPIA)的最新报告,全球光伏市场容量在2014年将达到30GW。

  本三洋公司最早从1990年开始研究带有本征层的非晶硅薄膜/晶体双面硅异质结高效电池(命名为HIT电池),2009年其研发的HIT电池转换效率达到23%,为世界最高水平,目前量产电池平均效率达20%以上,超过目前单晶硅电池效率。三洋电机在HIT电池方面有大量专利,独享HIT电池产业化生产的技术。

  国际上知名太阳能设备供应商如:日本ULVAC、日本住友重工、德国Rath&Rau、德国Oerlikon、台湾北儒真空

  目前全球只有三洋一家公司能量产高效薄膜硅/晶体硅异质结太阳能电池,其称为HIT电池,产能目前已经达到600MW,量产转换效率已经达到20%以上,然而由于在日本生产,其成本相对较高,如果在国内实现异质结电池产业化,成本将大大降低。

  高效薄膜硅/晶体硅异质结太阳能电池的主要技术优势是在保持第一代单晶硅电池高转换效率的基础上,采用第二代薄膜电池的生产技术,有效地降低了25%的生产成本。在应用领域与单晶硅电池比较,高效薄膜硅/晶体硅异质结太阳能电池温度系数小,同样条件下,高效薄膜硅/晶体硅异质结太阳能电池每天的发电量要比单晶硅电池多13%以上,每年的发电量比多晶硅多12 %以上

  高效薄膜硅/晶体硅异质结太阳能电池及其组件,它是将薄膜电池的低成本和晶体硅电池的高效率、稳定性有机结合起来的具有超过20%的高转换效率(比常规晶体硅电池效率高17~25%)和低成本(比常规晶体硅电池低25%生产成本)的新型高效硅太阳能电池。

  美国的家庭用热水器总保有量是在1亿台左右,每年的市场销量也在9百万台以上。美国的太阳能自然资源是世界上最丰富的。其太阳能自然资源总量是德国的30倍以上,也比中国高30%以上。美国家庭主要是以单门独户的独立屋为主,屋顶有大量可利用空间,非常适合太阳能热水器的安装。可是在美国市场,中国的太阳能热水器几乎是空白。这并非是由于中国的热水器在热转换效率上落后国外产品,而是以下几个原因:1)美国的热水器市场80%是以汰旧换新为主,我们的产品无法和美国现有的(燃气或电)热水器系统相配套,导致无法打开市场; 2)美国的太阳能应用市场刚起步,自从奥巴马总统上台以后,政府和公众才对太阳能引起更高的重视;3)中国厂家太阳能热水器厂家缺乏对美国市场的应用研究和拓展渠道。因此,主动投资于终端市场应用研究和通路开发是必须要走的路,这样就能有助于完成中国的产业升级。

  除了太阳能热水器外,中国正在开发和扩大太阳能热利用的领域,包括太阳能供暖、制冷空调、海水淡化、工业加热、太阳能热发电等诸多领域,已经开始前期的研究和示范系统建设工作。

  我国光伏行业基础研究不足,基本都是引进消化吸收再创新。

  为光伏电池(PV)是一种能量转换的光电组件,它在太阳光照射后,可以把光的能量转换成电能。太阳电池的种类繁多,依材料的种类区分,可分为单晶硅 、多晶硅 、非晶硅 ,简称a-Si)、Ⅲ-Ⅴ族[包括砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓铟(InGaP)]、Ⅱ-Ⅵ族[包括碲化镉(CdTe)、硒化铟铜(CuInSe2)]等。

  太阳光电产业链上游材料包括多晶硅材、硅芯片、太阳电池用基材(例如玻璃、软性基材、气体、靶材、桨料、染料、电极材料)等;中游包括太阳电池与太阳光电模块;下游包括太阳光电系统与各种应用。

  买一组太阳能电池,就能让您家的冰箱、空调、彩电等电器“工作”了,即便是光照微弱,一组电池一小时也能产生3.5度电,可以满足一个家庭的日常生活用电,这等于居民家内都能“建”电站。

  由于非晶硅薄膜太阳能电池在安装空间上局限性较大,设备生产成本相对较高,加上其在光伏转化效率上的劣势,短时间内非晶硅电池难以与多晶硅电池抗衡,无法平抑多晶硅材料价格。

  由于太阳能市场快速发展,造成晶体硅材供不应求,硅料紧缺推动了非晶硅太阳能电池的 发展,非晶硅薄膜太阳能电池因为其技术和应用方面的优势,正在获得爆发性增长。

  非晶硅薄膜太阳能电池优势,生产成本低:单节非晶硅薄膜太阳能电池的生产成本目前可降到1.2美元/WP,叠层非晶硅薄膜电池的成本可降至1美元/WP以下。能量返回期短:转换效率为8%的非晶硅太阳能电池,其生产用电约1.9度电/瓦,由它发电后返回上述能量的时间仅为1.5-2年。适于大批量生产:采用玻璃基板的非晶硅太阳能电池,其主要工序(PECVD)与TFT-LCD阵列生产相似,自动化程度高、生产效率高

  太阳能光伏产业重点是抓太阳能电池,包括晶体硅电池和薄膜电池,同时注重控制上游材料,高度重视关键性技术应用,并重视下游终端产品开发;

  新一代“CIS”薄膜(铜铟硒薄膜)技术市场。尽管薄膜技术目前尚处于开发的早期阶段,但已证明将是最具商业前景的一种太阳能光伏发电技术。

  太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅、多晶硅切片式太阳能电池。第二代为多晶硅、非晶硅薄膜式太阳能电池。铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池为第三代太阳能电池,它是目前国际公认的性能优异的第三代光电池,也是科技前沿的技术产品。世界上只有美、德、日等为数不多的国家掌握此技术

  新能源材料领域涉及的重大工程技术包括:电动汽车用动力电池材料工程化技术;储氢材料及燃料电池材料工程化技术;大规模非晶硅和其他薄膜太阳能电池工程化技术与装备;锆及锆合金材料工程化技术;大型钢铸锻件工程化技术;非晶合金材料与高效节能电机工程化技术。

  在材料方面,目前铜铟镓硒和碲化镉电池也不容易动摇多晶硅电池市场霸主地位。

  薄膜电池被认为是多晶硅电池的最大竞争对手,但是目前非晶硅、铜铟镓硒和碲化镉等薄膜电池均难以对多晶硅电池市场份额产生威胁。

  如能制造单晶硅薄膜,就在保持高的光电转换效率的同时,节省许多原料。

  制造单晶薄膜的方法是选择具有相同晶体结构的衬底,在上面外延生长相同取向的单晶薄膜。但是作为衬底的单晶本身也很贵,所以这种方法也不能解决价格问题。

  如果不采用单晶衬底,薄膜晶粒的生长取向是随机的,这样带来的后果是晶界所占的体积百分比增加,晶界角度也大,从而导致电子的散射几率增加以及电子复合几率增加,从而降低电池的转换效率。

  非晶硅、多晶硅以及单晶硅,作为太阳能电池材料,其光电转换效率分别为17%,24%和29%。显然,单晶硅的转换效率是最高的,因而是最理想的材料。

  现在的单晶硅电池都是单晶硅棒切片制造的,单晶硅棒的生产成本很高,而且切下来的部分只有表面的一小薄层(约为硅片厚度的1/50)参与光电转换过程,这造成了单晶硅电池的成本居高不下。

  薄膜太阳能电池以其用料少、工艺简单、能耗低、成本低而成为当今太阳能电池领域发展的重点。

  在过去的十年中,世界上太阳能电池的市场安装量以平均每年高于50%的增长率持续增长。在08年达到了5.95千兆瓦的高纪录,比07年增加了110%,市场份额达到了372亿美元,而2010年将首次突破15千兆瓦。专业太阳能研究网站Solarbuzz发布的年度报告表示,未来5年内太阳能市场都将呈现增长步调,至2014年时全球市场规模将达到目前的2.5倍,产业年产值可达千亿美元。

  薄膜太阳能电池行业目前关键材料与设备支持薄弱;太阳电池转换效率略低于国际先进水平,竞争力不足。

  目前薄膜太阳电池缺乏成本优势,需布局自主设备材料的低成本高效率技术,以提升产品质量。我国首台代表国际尖端水平的薄膜太阳能电池关键生产设备——等离子体增强型化学气相沉积设备(PECVD)在上海理想能源设备公司成功下线,打破了高端薄膜太阳能电池设备一直被国外厂商垄断的局面,并有望大幅降低太阳能发电成本。南存辉笑了,中央的干部笑了。

  高纯度硅烷气体(SiH4)是一种重要的电子气体,它是半导体、晶硅太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池、外延膜生成、硅器件纯化膜和聚硅膜的重要原料,广泛地运用于太阳能、航天军工等领域。