国内光伏产业发展发展现状分析报告.doc
《国内光伏产业发展发展现状分析报告.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《国内光伏产业发展发展现状分析报告.doc(18页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、关于光伏产业发展情况的调研报告一、光伏技术的发展现状分析1、光伏的定义及其工作原理光伏发电是利用半导体材料光伏效应直接将太阳能转换为电能的一种发电形式。早在1839年,法国科学家贝克勒尔就发现光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应(Photovoltaic Effect)”,简称“光伏效应”。 1954年,第一个实用单晶硅光伏电池(r ceU)在美国贝尔实验室研制成功,从此诞生了太阳能转换为电能的实用光伏发电技术。1959年,第一个光电转换效率为5%的多晶硅太阳能电池问世;1960年,硅太阳能电池发电首次并入常规电网;1975年,美国科学家制作出非晶硅太阳
2、能电池;上世纪80年代初,太阳能电池开始规模化生产。上世纪90年代以来,在能源危机和全球气候变暖的压力下,随着各国对太阳能电池研究的不断重视,科研和产业投入不断增加,取得了一系列的科研成果,太阳能电池效率的纪录不断被刷新,奠定了规模化工业生产的技术基础。全球的太阳能光伏产业就此以一个朝阳产业的面貌高速成长。太阳能光伏技术利用半导体器件的光伏效应原理,是近年来发展最快、最有活力的可再生能源利用技术。其基本原理如下图所示,半导体材料组成的PN结两侧因多数载流子(N区中的电子和P区中的空穴)向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电荷区w,建立自建电场Ei。它对两边多数载流子是势垒,阻挡其继续向对方扩散,但
3、它对两边的少数载流子(N区中的空穴和P区中的电子)却有牵引作用,能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时,少数载流子极少,难以构成电流和输出电能,但是,当太阳光照射到PN结时,如图所示,以光子的形式与组成PN结的原子价电子碰撞,产生大量处于非平衡状态的电子一空穴对,其中的光生非平衡少数载流子在内建电场Ei的作用下,将P区中的非平衡电子驱向N区。N区中的非平衡空穴驱向P区,从而使得N区有过剩的电子,P区有过剩的空穴。这样在PN结附近就形成与内建电场方向相反的光生电场Eph。光生电场除一部分抵消内建电场外,还使P型层带正电,N型层带负电,在N区和P区之间的薄层产生光生电动势,当接通外部电路时,就会产生
4、电流,输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起构成光伏阵列,就会在太阳能作用下输出足够大的电能。目前全球主要国家都把发展光伏发电作为利用太阳能的主要形式。随着太阳能电池成本的降低和转换效率的提高,它作为太阳能利用的主要形式的趋势将越来越明显。2、产业的核心技术研究光伏电池是太阳能光伏发电系统中基本核心部件,它的大规模应用需要解决两大难题:一是提高光电转换效率;二是降低生产成本。以硅片为基础的第一代光伏电池,其技术虽已经发展成熟,但成本一直高居不下。基于薄膜技术的第二代光伏电池中,很薄的光电材料被铺在非硅材料的衬底上,大大减少了半导体材料的消耗,且易于批量自动化生产
5、,从而大大降低光伏电池的成本。国际上已经开发出电池效率在15以上、组件效率10以上和系统效率8以上、使用寿命超过15年的薄膜电池工业化生产技术。继晶体硅和薄膜电池之后,一些新概念、新结构的电池,通过减少非光能耗,增加光子有效利用以及减少光伏电池内阻,使得光伏转换效率的上限有望获得新的提升。目前许多研究人员把目光投向了以先进薄膜制造技术为基础的,理论极限光电转换效率最高可达93的第三代太阳能电池,主要有量子点、多层多结、染料敏化太阳能电池、有机聚合物万方电池、纳米结构电池等,这些新型太阳能电池目前正围绕提高光电转换光电效率和降低生产成本两大目标展开研发。3、太阳能电池的主要形式及其生产技术最早问
6、世的太阳电池是单晶硅太阳电池。硅是地球上极丰富的一种元素,几乎遍地都有硅的存在,可说是取之不尽。用硅来制造太阳电池,原料可谓不缺。但是提炼它却不容易,所以在生产单晶硅太阳电池的同时,又研究了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池,至今商业规模生产的太阳电池,还没有跳出硅的系列。以下为几种较常见的太阳能电池。 (1)单晶硅太阳能电池单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的结构和生产工艺已定型,产品已广泛用于空间和地面。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999。为了降低生产成本,现在地面应用的太阳能电池采用的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽,有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废
7、次单晶硅材料,经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片,一般片厚约0.3毫米。硅片经过形、抛磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片,首先要在硅片上掺杂和扩散,一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等,扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行,这样就硅片上形成P/FONTN结;然后采用丝网印刷法,精配好的银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面涂覆减反射源,以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉,至此,单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验,即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件(太阳能电池板),用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用
8、框架和装材料进行封装。用户根据系统设计,可将太阳电池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦称太阳电池阵列。(2)多晶硅太阳电池晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很大,在太阳电池生产总成本中己超二分之一。加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状,切片制作太阳电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率低。因此,80年代以来,欧美一些国家投入了多晶硅太阳电池的研制。目前太阳电池使用的多晶硅材料,多半是含有大量单晶颗粒的集合体,或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为100300欧姆厘米的多晶块料或单晶硅头尾料,经破碎,用1:5的氢氟酸和硝酸混台液进行适
9、当的腐蚀,然后用去离子水冲洗呈中性,并烘干。用石英坩埚装好多晶硅料,加人适量硼硅,放人浇铸炉,在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约20分钟,然后注入石墨铸模中,待慢慢凝固冷却后,即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体,以便切片加工成方形太阳电池片,可提高材制利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约12左右,稍低于单晶硅太阳电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。(3)非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电耗更低,非常吸引人。制造非晶硅
10、太阳电池的方法有多种,最常见的是辉光放电法,还有反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等。辉光放电法是将一石英容器抽成真空,充入氢气或氩气稀释的硅烷,用射频电源加热,使硅烷电离,形成等离子体。非晶硅膜就沉积在被加热的衬底上。若硅烷中掺人适量的氢化磷或氢化硼,即可得到N型或P型的非晶硅膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。这种制备非晶硅薄膜的工艺,主要取决于严格控制气压、流速和射频功率,对衬底的温度也很重要。非晶硅太阳电池的结构有各种不同,其中有一种较好的结构叫PiN电池,它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶硅,再沉积一层未掺杂的i层,然后再沉积一层掺硼的P型非晶硅,最后用电子束蒸发
11、一层减反射膜,并蒸镀银电极。此种制作工艺,可以采用一连串沉积室,在生产中构成连续程序,以实现大批量生产。同时,非晶硅太阳电池很薄,可以制成叠层式,或采用集成电路的方法制造,在一个平面上,用适当的掩模工艺,一次制作多个串联电池,以获得较高的电压。因为普通晶体硅太阳电池单个只有0.5伏左右的电压,现在日本生产的非晶硅串联太阳电池可达2.4伏。目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换效率偏低,国际先进水平为10左右,且不够稳定,常有转换效率衰降的现象,所以尚未大量用于作大型太阳能电源,而多半用于弱光电源,如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。估计效率衰降问题克服后,非晶硅太阳电池将促进太阳能利用
12、的大发展,因为它成本低,重量轻,应用更为方便,它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源。(4)多元化合物太阳电池多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多,主要有硫化镉太阳电池、砷化镓太阳电池、铜铟硒太阳电池等。4、产业技术未来发展趋势目前,太阳能电池主流产品仍然是晶硅太阳能电池,其研究开发的重点围绕降低能耗、降低每瓦生产成本、提高转换效率等方面,以进一步推进太阳能发电大规模商用的进程。技术进步是降低光伏发电成本、促进光伏产业和市场发展的重要因素。几十年来围绕着降低成本的各种研究开发工作取得了显著成就,表现在电池效率不断提高、硅片厚度持续降低、产业化技术
13、不断改进等方面,对降低光伏发电成本起到了决定性的作用。(1)电池效率不断提高先进技术不断向产业注入,使商业化电池技术不断得到提升。目前商业化晶硅电池的效率达到1520(单晶硅电池1620,多晶硅1518);商业化非晶硅薄膜电池效率也不断提高,其中单结非晶硅电池57,双结非晶硅电池效率在6%8%之间,非晶硅/微晶硅迭层电池效率在810之间,而且稳定性不断提高。光伏产业技术和光伏系统集成技术与时俱进,共同促使着光伏发电成本的不断降低和光伏市场及产业的持续发展。(2)电池硅片厚度持续降低 2004-2010 年晶硅电池硅消耗量的降低降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶硅太阳电池成本的有效技术措施,是
14、光伏技术进步的重要方面。30多年来,太阳电池硅片厚度从70年的450500m 降低到目前的180200m,降低了一半以上,硅材料用量的大幅度降低对太阳电池成本降低起到了重要作用,是技术进步促进成本降低的重要范例之一。硅片厚度及用量的降低如图表所示。(3)生产规模不断扩大生产规模不断扩大和自动化程度持续提高是太阳电池生产成本降低的重要方面。太阳电池单厂生产规模已经从上世纪80年代的15MWp/年发展到90年代的530 MWp/年,2006年25500 MWp/年,2007年251000MWp/年。生产规模与成本降低的关系体现在学习曲线率LR(Learning Curve Rate)上,即生产规模
15、扩大1 倍,生产成本降低的百分比。对于太阳电池来说,30 年统计的结果,LR=20%(含技术进步在内),是所有可再生能源发电技术中最大的,是现代集约化经济的最佳体现者之一。(4)太阳电池组件成本大幅度降低经过几十年的发展,光伏组件成本降低了2 个多数量级。光伏产业和技术的发展促进了光伏组件成本的下降,从而导致了光伏发电成本的下降。2003 年世界重要厂商的成本为2 2.3 美元/Wp,售价2.53 美元/Wp,2004 年以后因材料紧缺价格有所回升。当供求关系越过平衡点后,成本会比前一个供求关系对应点更低,这也是30年来经验曲线中曾经出现过的现象。图表 1 太阳电池组件成本降低随着组件成本的下
16、降,在中期的未来,入网电价平价的接近、实现和超越,使得光伏产业可凭借自身竞争力得以发展,虽然政府有取消补贴的可能,但是一方面对光伏(已有)的正面形象加以促进,缓解目前市场仅限于存在政府补贴的国家的情形,预期将带来需求,尤其是基于建筑的细分市场的大幅增长,将引导整个产业进入下一阶段的发展。(5)薄膜电池的产业化进程加快近年来硅材料的短缺促进了薄膜电池的产业化进程。非晶硅太阳电池的单条生产线规模已经达到20-40MWp(kaneka 20MWp,Uni-solar 25MWp,AM 40MWp),产品稳定效率达到5-7%。2006 年全球薄膜电池总产量达到191MWp,其中硅基薄膜(非晶硅和微晶硅
17、)电池约147MWp,CdTe 电池40MWp,CIGS 电池4MWp。薄膜电池占世界电池总产量的7.46,2007 年薄膜电池产量约达到350MWp,其中硅基薄膜约270MWp,CdTe 电池约74MWp,CIGS 电池约6MWp)。薄膜电池占世界电池总产量的8.75,高于2006 年的市场份额。5、国内产业技术与发达国家的差距尽管我国太阳能电池技术取得了较大进展,然而与国际先进技术相比,仍有很大差距,主要体现在以下三点:(1)多晶硅提炼技术与先进水平有很大差距多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等国家中,形成了对我国的技术封锁、市场垄断的局面。目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有:
18、改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80%,短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。与国际先进水平的差距主要体现为能耗高、纯度低、原材料利用率低等。(2)薄膜太阳能电池产业化和应用技术有很大差距与国外先进技术相比,我们目前存在的主要问题是:对薄膜电池技术研发投入不足,对其发展前景认识不足,缺乏自主技术创新,特别是规模生产技术。与国外相比,产业发展迟缓。目前,国外多家公司已经开始规模生产薄膜太阳能电池,而国内只有尚德、保定天威等少数企业开始产业布局。(3)晶硅电池高端设备和薄膜电池制造设备有很大差距美国、欧洲、日本等国先进设备的特征为产能高、自动化
19、程度高。同这些设备相比,国内设备的自动化程度不高。高端设备如晶硅电池全自动丝网印刷机和自动测试分捡机等依赖进口。薄膜太阳能电池设备还没有起步。二、国内光伏产业政策1、2009年12月全国人大颁布可再生能源法(修正案),明确鼓励和支持可再生能源并网发电;实行可再生能源发电全额保障性收购制度;鼓励单位及个人安装太阳能光伏发电系统。2、2006年2月国务院颁布国家中长期科技发展规划纲要,将高性价比太阳能光伏电池及利用技术、太阳能建筑一体化技术列入重点研发领域;太阳能电池相关及关键技术被列入重点研究领域。3、2007年6月国务院颁布中国应对气候变化国家方案,积极发展太阳能发电,在偏远地区推广光伏发电系
20、统或建设小型光伏发电站,在城市推广普及太阳能一体化建筑;重点研究低成本规模化的高性价比光伏及利用技术、太阳能建筑一体化技术。4、2007年9月国家发改委颁布可再生能源中长期规划,规划太阳能发电总容量在2010年达到300MW,2020年达到1,800MW。另据国家发改委最新信息,正在修订中的可再生能源中长期规划拟将2020年太阳能发电总容量规划目标提高至20GW。5、2007年12月全国人大颁布能源法(征求意见稿),对鼓励发展的太阳能等新能源依法实行激励型价格政策;根据能源战略、规划的需要,设立可再生能源、农村发展专项资金。6、2009年3月财政部、住房和城乡建设部颁布关于加快推进太阳能光电建
21、筑应用的实施意见,提出实施“太阳能屋顶计划”,对建筑一体化项目予以政策扶持。7、2009年3月财政部颁布太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法,对城市光电建筑一体化应用,农村及偏远地区建筑光电利用,太阳能光电产品建筑安装技术标准规程的编制以及太阳能光电建筑应用共性关键技术的集成与推广给予补助。8、2009年7月财政部、科技部、国家能源局颁发金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法,提出决定综合采取财政补助、科技支持和市场拉动方式,加快国内光伏发电的产业化和规模化发展,并计划在2-3年内,采取财政补助方式支持不低于500兆瓦的光伏发电示范项目;并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电
22、工程总投资的50%给予补助,偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。光伏发电关键技术产业化和产业基础能力建设项目,给予适当贴息或补助;各地电网企业应积极支持并网光伏发电项目建设,提供并网条件。用户侧并网的光伏发电项目所发电量原则上自发自用,富余电量及并入公共电网的大型光伏发电项目所发电量均按国家核定的当地脱硫燃煤机组标杆上网电价全额收购;财政部根据项目的投资额和补助标准核定补助金额,并按70%下达预算。9、光伏产业属于外商投资产业指导目录(2007年修订)中鼓励类第三类“制造业”第二十一条“通信设备、计算机及其他电子设备制造业”第18款“高技术绿色电池制造”中包含的内容,为外商
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 国内 产业 发展 现状 分析 报告
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3272155.html