太阳能光伏产业现状与发展趋势.doc
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1、 毕业设计(论文) (2012 届) 题 目:太阳能光伏产业现状与发展趋势学号:0903025002 姓名:郭祥林(嫂子)所属院系:新能源科学与工程学院专业:光伏材料加工与应用技术班 级:09光伏5班指导老师:何伟目 录摘要:11 、引言:22 、太阳能光伏产业结构划分与现状22.1 、全球太阳能光伏产业发展现状32.2 、中国太阳能光伏产业发展现状32.3 、太阳能多晶硅料42.4 、太阳能多晶硅片42.5 、太阳能电池、组件43 、多晶硅43.1 、定义及分类43.1.1 、冶金级硅:43.1.2 、太阳级硅:43.1.3 、电子级硅:53.2 、太阳级多晶硅生产工艺现状53.2.1 、传
2、统工艺53.2.2 、新工艺54 、太阳能电池64.1 、定义及分类64.1.1 、有机太阳电池64.1.2 、光化学电池64.1.3 、无机太阳电池74.2 、太阳能电池现状75 、存在的主要问题75.1 、市场发展失衡75.2 、科研创新能力不强85.3 、缺乏相关的扶植政策85.4 、大众接受度不够高85.5 、产业链不够完善85.6 、技术问题86 、多措并举发展光伏产业97 、建议97.1 、核心材料生产要规模化、国产化。97.2 、专业技术人才培养要系统化、全面化。107.3 、国家扶植要政策化、普及化。108 、总结10致 谢10参考文献11太阳能光伏产业现状与发展趋势摘要: 对
3、太阳能光伏产业的现状与发展进行了综述性地阐述和分析,指出其存在的主要问题,并提出了三条发展太阳能光伏产业的相关建议“核心材料生产要规模化、国产化,专业技术人才培养要系统化、全面化,国家扶植要政策化、普及化”。关键词:光伏产业 现状 发展 建议1 、引言:人类历史上从未有如2009年底哥本哈根会议那样的事件,会使“节能减排”、 “低碳”等字眼如此深入人心,全球经济的发展方向和导航标也已然转向了低碳经济。太阳能作为一种清洁的可再生能源,是未来低碳社会的理想能源之一,当下正越来越受到世界各国的重视。太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量
4、,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3. 8 1026W,其中只有约20亿分之一的能量被地球接收,为1. 8 1017W,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能、化学能、水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换,如太阳能光伏。2 、太阳能光伏产业结构划分与现状图1 产业链结构划分 图2 企业分布从太阳能光伏系统组成来看,太阳能光伏的产业结构可以按照从硅料(多晶硅材料)生产到太阳能电池的生产来划分,其产业链结构划分见图1,其产业链中的企业分布呈现
5、明显的金字塔结构(最上游小,最下游大) ,见图2。太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个部分组成。在整个产业链中,从硅提纯到应用系统,技术门槛越来越低,相应地,企业数量分布也越来越多,且整个光伏产业链的利润主要是集中在上游的晶体硅生产环节,上游企业的盈利能力明显优于下游。2.1 、全球太阳能光伏产业发展现状CSIA最新研究报告称,目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟,光电转换效率高,但其生产成本较高,技术要求高;多晶硅电池成本相对较低,技术成熟,但光电转换效率相对较低;而薄膜电池成本低,发光效率高,但目
6、前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步,未来薄膜电池会有更好的发展前景。2009年全球太阳能电池市场产品结构(按销售量)2.2 、中国太阳能光伏产业发展现状目前,中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。从产业布局上来看,国内的长三角、环渤海、珠三角及中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群,并涌现出了无锡尚德、江西赛维、天威英利等一批知名企业。2009年中国太阳能电池产量为9300MW,占全球总产量的40%以上,已成为全球太阳能电池生产第一大国。2006-2009年中国太阳能电池产量2.3 、太阳能多晶硅料第一层是太阳能多晶硅料生产,技术难度最高,属于产业链最上游。目前屈指可
7、数的生产商有: 美国Hem lo ck、MEMC、挪威REC、日本德山To ykuyam a、住友、Sum itomo、三菱M isub ish i、德国Wa cke r等7家业者,他们对全球的多晶硅供应造成了严重的垄断,全球7大多晶硅企业的总产量占到全球太阳能多晶硅总产量的95%以上。由于技术门槛,几乎没有企业可以很快进入多晶硅生产制造领域,而且产能也远不是全球7巨头的对手。目前我国从事多晶硅研究与生产的主要机构和企业有:峨嵋半导体材料研究所、四川新光硅业、洛阳中硅,另有无锡尚德、江西赛维LDK有发展上游硅料的计划,而且江西赛维LDK已于2007年8月进行了1. 5万吨多晶硅料投产奠基。2.
8、4 、太阳能多晶硅片第二层是硅片生产,技术难度仅次于多晶硅的制造难度,属于产业链中游。在这一环节主要的技术流程包括铸锭(或单晶生长) 、切方滚磨、用多线切割机切片、化学腐蚀抛光,其中铸锭(或单晶生长)环节属于高能耗,切割机等投资规模亦相对较大,设备投资约占初期总投资的60%以上。主要生产商包括RWE Scho tt So la r、Sha rp、Q - ce lls、BP So la r、Deu t2sche So la r、Kyo ce ra等,中国保定天威英利、江西赛维LDK是这个领域的中国代表,具备生产制造晶硅片的能力。2.5 、太阳能电池、组件第三层是太阳能电池制造,全球电池厂商有40
9、余家;中国的代表企业是无锡尚德和天威英利,产能产量都属于全球主流的太阳能电池制造商。最下面是组件,将制作好的电池封装,技术含量相对较低,进入门槛低,属于劳动力密集型产业,全球厂商数量超过200家,国内也有相当多企业进行封装作业。3 、多晶硅3.1 、定义及分类多晶硅是全球电子工业及光伏产业的基石,多晶硅的定义是:当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅。多晶硅按纯度分类可以分为冶金级(金属硅) 、太阳能级、电子级。3.1.1 、冶金级硅:是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成,一般含Si为95%左右,高达99. 8%以上。3.1.2
10、、太阳级硅:纯度介于冶金级硅与电子级硅之间,至今太阳能多晶硅料未有明确界定,一般认为含Si在99. 99% 99. 9999% ,主要用于太阳能电池芯片的生产制造。3.1.3 、电子级硅:一般要求含Si在99. 9999%以上,超高纯达到99. 9999999% 99. 999999999% ,主要用于半导体芯片制造。3.2 、太阳级多晶硅生产工艺现状3.2.1 、传统工艺太阳级多晶硅传统的生产方法主要有氯硅烷( SiHCL3 )法、硅烷( SiH4 )法和流态床反应法3种。(1)氯硅烷法氯硅烷法也称西门子法,因此法由西门子公司发明而得名,是目前生产多晶硅的主要方法。该法是以HCL (或CL2
11、、H2 )和冶金级工业硅为原料,将粗硅(金属硅)粉与HCL在高温合成为SiHCL3进行化学精制提纯,接着对SiHCL3进行多级精馏,使其纯度达到9个9以上,其中金属杂质总含量应降到1以下,最后在还原炉中( 11001200)的硅芯上用超高纯的氢气对SiHCL3进行还原而长成高纯多晶硅棒。(2)硅烷法以氟硅酸、钠、铝、氢气为主要原辅材料制取硅烷,然后热分解硅烷得到多晶硅的一种工艺。该方法所得到的硅的纯度可比西门子法高一个数量级。(3)流态床反应法流态床反应法以SiCL4和冶金级硅为原料,由SiCL4生产多晶硅的生产工艺。3.2.2 、新工艺除了上述传统生产工艺,近年来还涌现出了几种专门生产太阳能
12、级多晶硅新工艺技术,并且有的已经获得成功,形成一定产业化规模。(1)化学法制备太阳能级多晶硅在电子级多晶硅生产工艺基础上,各制造商都结合本公司的生产工艺研发新的多晶硅反应器装置技术,这是利用现有资源较易实现低成本制造的方法。 DTokuyama公司:发展了熔融析出法(Vapor to L iquidDeposition) ,该法是在使用SiHC13为原料在桶状反应炉内进行气相反应,直接析出液体状硅。该法的析出速率比西门子法快10倍,大大提高了生产效率降低了成本。 Wacke公司和SGS公司:分别采用SiHCl3和SiH4为原料采用改进的沸腾床法进行还原和热分解工艺。 GT太阳能公司:利用SiH
13、4气体在特殊加热的硅管中沉积多晶硅,除利用硅管面积较大的优点,而且把硅管作为晶种材料。( 2)冶金法制备太阳能级多晶硅使用冶金制备的方法直接由工业硅制得,环境污染小而且不需要重熔设备,生产成本相对较低,一直被各国研究者关注。随着材料加工制备技术的发展,新型冶金制备技术也被引入了太阳能级多晶硅的生产研究中,并取得了很大成效。电子束真空熔炼电子束真空熔炼在真空环境中进行,硅在1700K时的蒸汽压为0. 0689Pa,在此温度下,蒸汽压高于此值的杂质就能挥发出去,如磷和铝。区域悬浮熔炼区域悬浮熔炼不是把棒料全部熔化,而是利用感应圈(电子束或离子束)使合金棒加热熔化一段并从下端逐步向上端移动,凝固过程
14、也随之顺序进行,当熔化区走完一遍之后,将杂质富集到上端。此种提纯方法对去除工业硅中的大部分很小的金属杂质非常有效。但此种方法提纯量很小,仅适用于实验室研究,离工业生产应用还有一段很长的路要走。等离子弧熔炼等离子弧熔炼作为一种新型的熔炼方法其作用在材料加工中日显突出,其最主要的用途之一就是用于金属材料的提纯和精炼。由于等离子弧所提供的热量集中,容易出现对炉料加热不均匀的现象,一般都会安装感应线圈,使液态金属运动,称为等离子弧感应熔炼。双热源加热使得热效率明显提高,并且电磁搅拌作用改变了传热传质过程,对液态金属温度均匀体,产生中性、氧化性或还原性气氛。若使用氧化性气氛可以使得硼和碳氧化除去。等离子
15、弧熔炼只要发展大功率等离子弧发生装置就可以实现大容量生产,具有很好的工业应用前景。冷坩埚电磁连续铸造日本学者Ciszek首先把冷坩埚电磁连续铸造引入了太阳能级多晶硅锭的制备,采用此方法时电磁力使得熔硅不与坩埚接触,能有效地防止坩埚对熔硅的污染,并且在连续铸造时控制热流方向可以实现定向凝固,得到了大晶粒柱状晶,光电转换效率达15 - 16%。4 、太阳能电池4.1 、定义及分类太阳能电池是由美国贝尔研究所于1953年首先研制出来的, 1958年美国“先锋一号”人造卫星首先采用太阳能电池作为卫星的电源, 20世纪70年代出现能源危机以来,世界上又掀起开发太阳能电池的热潮。什么是太阳能电池? 太阳能
16、电池又称光伏电池,一种通过光电效应或光化学效应将光能转换为电能的装置。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋照明,并为电网供电。太阳能电池按化学组成及产生电力的方式,可分为有机太阳电池、光化学电池和无机太阳电池三大类。4.1.1 、有机太阳电池有机太阳电池是用聚苯胺、聚对苯乙炔等聚合物有机半导体形成的异质结或与金属形成的肖特基势垒而产生光伏效应的。在太阳电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳电池制备的研究方向。由于有机材料柔性好,制作容易,材料来源广泛,成本低等优势,从而对大规模利用太阳能、提供廉价电能具有重要意义。但其转换效率低、稳定性差,尚处于研究阶段。有
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