太陽能光伏電池

1、數(shù)字技術(shù)與未來生活（論文） 題 目 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 學(xué) 院 年 級 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 論文提交日期 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘 要當(dāng)下，許多國家已把發(fā)展可再生能源作為未來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要方式，而中國也將以太陽能為代表的可再生能源作為未來低碳經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。近年來，國家財(cái)政對太陽能產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼力度逐年增強(qiáng)。2008年，中國開始啟動屋頂和大型地面并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目的建設(shè)；2009年初完成了甘肅敦煌10MWp級大型荒漠并網(wǎng)光伏電站的招標(biāo)工作；同時太陽能屋頂計(jì)劃與金太陽示范工程的財(cái)政補(bǔ)貼項(xiàng)目也相續(xù)推出，這一系列的政策措施給中國未來的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)提供

2、了一個廣闊的發(fā)展空間。關(guān)鍵詞:光伏產(chǎn)業(yè)  現(xiàn)狀  發(fā)展  優(yōu)勢1 、引言： 人類歷史上從未有如2009年底哥本哈根會議那樣的事件，會使“節(jié)能減排”、 “低碳”等字眼如此深入人心，全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向和導(dǎo)航標(biāo)也已然轉(zhuǎn)向了低碳經(jīng)濟(jì)。太陽能作為一種清潔的可再生能源，是未來低碳社會的理想能源之一，當(dāng)下正越來越受到世界各國的重視。太陽能一般指太陽光的輻射能量。在太陽內(nèi)部進(jìn)行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應(yīng),不停地釋放出巨大的能量,并不斷向宇宙空間輻射能量,這種能量就是太陽能。太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為3.

3、60;8 ×1026W,其中只有約20億分之一的能量被地球接收,為1. 8 ×1017W,也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源,如風(fēng)能、化學(xué)能、水的勢能等等。狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換,如太陽能光伏。 2 、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)劃分與現(xiàn)狀  從太陽能光伏系統(tǒng)組成來看,太陽能光伏的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可以按照從硅料(多晶硅材料)生產(chǎn)到太陽能電池的生產(chǎn)來劃分。太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)怯晒杼峒?、硅錠/硅片生產(chǎn)、光伏電池制作、光伏

4、電池組件制作、應(yīng)用系統(tǒng)五個部分組成。在整個產(chǎn)業(yè)鏈中，從硅提純到應(yīng)用系統(tǒng)，技術(shù)門檻越來越低，相應(yīng)地，企業(yè)數(shù)量分布也越來越多，且整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈的利潤主要是集中在上游的晶體硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)，上游企業(yè)的盈利能力明顯優(yōu)于下游。 2.1、全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 CSIA最新研究報(bào)告稱，目前太陽能電池主要分為單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池三種。單晶硅電池技術(shù)成熟，光電轉(zhuǎn)換效率高，但其生產(chǎn)成本較高，技術(shù)要求高；多晶硅電池成本相對較低，技術(shù)成熟，但光電轉(zhuǎn)換效率相對較低；而薄膜電池成本低，發(fā)光效率高，但目前其在技術(shù)穩(wěn)定性和規(guī)模生產(chǎn)上均存在一定的困難。隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來薄膜電池會有更好的發(fā)展前

5、景。 2.2、中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 目前，中國已形成了完整的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈。從產(chǎn)業(yè)布局上來看，國內(nèi)的長三角、環(huán)渤海、珠三角及中西部地區(qū)業(yè)已形成各具特色的區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群，并涌現(xiàn)出了無錫尚德、江西賽維、天威英利等一批知名企業(yè)。2009年中國太陽能電池產(chǎn)量為9300MW，占全球總產(chǎn)量的40%以上，已成為全球太陽能電池生產(chǎn)第一大國。 2.3、太陽能多晶硅料 第一層是太陽能多晶硅料生產(chǎn),技術(shù)難度最高,屬于產(chǎn)業(yè)鏈最上游。目前屈指可數(shù)的生產(chǎn)商有: 美國Hem lo ck、MEMC、挪威REC、日本德山To ykuyam&#

6、160;a、住友、Sum itomo、三菱M isub ish i、德國Wa cke r等7家業(yè)者,他們對全球的多晶硅供應(yīng)造成了嚴(yán)重的壟斷,全球7大多晶硅企業(yè)的總產(chǎn)量占到全球太陽能多晶硅總產(chǎn)量的95%以上。由于技術(shù)門檻,幾乎沒有企業(yè)可以很快進(jìn)入多晶硅生產(chǎn)制造領(lǐng)域,而且產(chǎn)能也遠(yuǎn)不是全球7巨頭的對手。目前我國從事多晶硅研究與生產(chǎn)的主要機(jī)構(gòu)和企業(yè)有:峨嵋半導(dǎo)體材料研究所、四川新光硅業(yè)、洛陽中硅,另有無錫尚德、江西賽維LDK有發(fā)展上游硅料的計(jì)劃,而且江西賽維LDK已于2007年8月進(jìn)行了1. 5萬噸多晶硅料投產(chǎn)奠基。 2.

7、4、太陽能多晶硅片 第二層是硅片生產(chǎn),技術(shù)難度僅次于多晶硅的制造難度,屬于產(chǎn)業(yè)鏈中游。在這一環(huán)節(jié)主要的技術(shù)流程包括鑄錠(或單晶生長) 、切方滾磨、用多線切割機(jī)切片、化學(xué)腐蝕拋光,其中鑄錠(或單晶生長)環(huán)節(jié)屬于高能耗,切割機(jī)等投資規(guī)模亦相對較大,設(shè)備投資約占初期總投資的60%以上。主要生產(chǎn)商包括RWE Scho tt So la r、Sha rp、Q - ce lls、BP So la r、Deu t2sche So la

8、60;r、Kyo ce ra等,中國保定天威英利、江西賽維LDK是這個領(lǐng)域的中國代表,具備生產(chǎn)制造晶硅片的能力。 2.5、太陽能電池、組件 第三層是太陽能電池制造,全球電池廠商有40余家;中國的代表企業(yè)是無錫尚德和天威英利,產(chǎn)能產(chǎn)量都屬于全球主流的太陽能電池制造商。最下面是組件,將制作好的電池封裝,技術(shù)含量相對較低,進(jìn)入門檻低,屬于勞動力密集型產(chǎn)業(yè),全球廠商數(shù)量超過200家,國內(nèi)也有相當(dāng)多企業(yè)進(jìn)行封裝作業(yè)。 3 、多晶硅 3、定義及分類 多晶硅是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石,多晶硅的定義是:當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時,硅

9、原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒,則形成多晶硅。多晶硅按純度分類可以分為冶金級(金屬硅) 、太陽能級、電子級。 3.1、冶金級硅: 是硅的氧化物在電弧爐中被碳還原而成,一般含Si為95%左右,高達(dá)99. 8%以上。 3.2、太陽級硅: 純度介于冶金級硅與電子級硅之間,至今太陽能多晶硅料未有明確界定,一般認(rèn)為含Si在99. 99% 99. 9999% ,主要用于太陽能電池芯片的生產(chǎn)制造。自瑞士Gratzel教授研制成功納米TiO2化學(xué)大陽能電池以來,國內(nèi)一些單位也

10、正在進(jìn)行這方面的研究。納米晶TiO2太陽電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10%以上,制作成本僅為硅太陽電池的1 /51 /10,壽命能達(dá)到20年以上。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步,走上市場還言之尚早。 3.3、無機(jī)太陽電池 無機(jī)太陽電池是目前研究和生產(chǎn)的主要產(chǎn)品,主要材料包括晶體硅、硅基薄膜、多元化合物半導(dǎo)體薄膜等。其中晶體硅太陽電池是光伏市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品,優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)、工藝最成熟,電池轉(zhuǎn)換效率高,性能穩(wěn)定,是過去20多年太陽電池研究、開發(fā)和生產(chǎn)主體材料, 95%的太陽能電池芯片是硅(含單晶硅及多晶硅)制

11、造的。 4、太陽能電池的未來與發(fā)展 19952005年間,全球太陽能電池產(chǎn)量增長了17 倍。2005年,全球太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)到了1650兆瓦,累計(jì)裝機(jī)發(fā)電容量超過5GW,其中,日本太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到762兆瓦,增長率為27%;歐洲產(chǎn)量增加48% ,達(dá)到了464兆瓦;美國增加12% ,達(dá)到了156兆瓦;世界其他地區(qū)增加96% ,達(dá)到了274兆瓦。預(yù)計(jì)20072010年光伏產(chǎn)業(yè)需求的年均增長率約23. 8% , 2010 年全球太陽能電池的年產(chǎn)量有望達(dá)到10400兆瓦,較2005年的年產(chǎn)量增長6.

12、 3倍。 與國際上蓬勃發(fā)展的光伏發(fā)電相比,中國落后于發(fā)達(dá)國家1015年,甚至明顯落后于印度。但是,中國光伏產(chǎn)業(yè)正以每年30%的速度增長, 2005年中國太陽能電池生產(chǎn)總量達(dá)到139MW,較2004年猛增了179% , 2006年達(dá)到400MW,從而超過美國成為全球第三大生產(chǎn)國, 產(chǎn)能則達(dá)到驚人的1180MW。以3年產(chǎn)量增長45倍,產(chǎn)能增加125倍而成為全球發(fā)展最快的國家。在今后的十幾年中,太陽電池的市場走向?qū)l(fā)生很大的改變,到2010年以前中國太陽電池多數(shù)是用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng),從2011年到2020年,中國光伏發(fā)電的市場主流將會由獨(dú)

13、立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。在國家各部委立項(xiàng)支持下,目前中國實(shí)驗(yàn)室太陽能電池的效率已達(dá)21% ,可商業(yè)化的光伏組件效率達(dá)1415% ,一般商業(yè)化電池效率1013%。目前中國太陽能光伏電池生產(chǎn)成本已大幅下降,太陽能電池的價(jià)格逐漸從2000年的40元/瓦降到2003年的33元/瓦, 2004年已經(jīng)降到27元/瓦。這對國內(nèi)太陽能市場走向壯大與成熟起到了決定作用,對實(shí)現(xiàn)與國際光伏市場接軌具有重要意義。5 、存在的主要問題 5.1、市場發(fā)展失衡。目前我國光伏產(chǎn)業(yè)面臨的最突出問題是“兩頭在外”,即技術(shù)和原材料、銷售和市場在國

14、外,加工制造在國內(nèi)。由于科技水平制約,我國至今尚無法自主生產(chǎn)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的核心材料高純度多晶硅,只能依靠進(jìn)口,使產(chǎn)業(yè)鏈的上游這一頭在外;而這種現(xiàn)狀又導(dǎo)致了我國光伏產(chǎn)業(yè)成本居高不下,超過70%利用太陽能的產(chǎn)品只能出口國外,使產(chǎn)業(yè)鏈下游這一頭在外。 5.2、科研創(chuàng)新能力不強(qiáng) 創(chuàng)新能力不強(qiáng),自主創(chuàng)新的核心技術(shù)很少,除少數(shù)企業(yè)外,產(chǎn)品的總體質(zhì)量不如日本、歐洲、美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū),包括設(shè)備制造在內(nèi)的總體技術(shù)水平始終與發(fā)達(dá)國家相差一段距離。在科研方面,我國相關(guān)的高等院校和研究機(jī)構(gòu)偏重于新型太陽能電池技術(shù)的研究,缺乏對常規(guī)太陽能電池生產(chǎn)工藝的研發(fā),科研經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足。在人才方面,主要依

15、靠老企業(yè)的退休技術(shù)人員,研究所的少量科研人員、部分留學(xué)歸國的人員和原先從事半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)人員開展技術(shù)工作,能適應(yīng)生產(chǎn)第一線的技術(shù)人員奇缺。 5.3、缺乏相關(guān)的扶植政策 硅太陽能電池發(fā)電成本較高,是風(fēng)力發(fā)電的610倍,是煤發(fā)電的1118倍。為促進(jìn)行業(yè)發(fā)展,日本、美國,歐盟都有發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的扶持政策,印度也有自己的扶植政策,我國目前還缺乏相關(guān)的扶植政策。國外發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)主要是依靠大量安裝屋頂并網(wǎng)系統(tǒng),并已占全球太陽能電池總用量的60%70% ,而我國尚無此類大型計(jì)劃實(shí)施,僅深圳、上海和北京有些示范性的并網(wǎng)屋頂系統(tǒng)。  5.4、大眾接受度不夠

16、高 大眾的接受度還不夠高，企業(yè)卻蜂擁而上，其原因主要是由于前幾年多晶硅價(jià)高，錢好賺，并未能有利于我國技術(shù)水平的提高。相反，大量仿制流行，技術(shù)進(jìn)步是有的，但是，與國際上的技術(shù)差距難以縮小。最終結(jié)果是光伏電池的制造成本較高，還沒有達(dá)到大眾樂于接受的程度。光伏電池作為發(fā)電產(chǎn)品，在電力市場的比例太小，至今尚未達(dá)到全球總電力的。 5.5、產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善 近年來中國光伏產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展暴露出這個產(chǎn)業(yè)的許多問題，其中最突出的問題是硅原料奇缺，這說明人們對這個產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展還沒有充分的準(zhǔn)備，這就導(dǎo)致了許多光伏企業(yè)被迫拉長產(chǎn)業(yè)鏈，甚至有的企業(yè)幾乎把產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)都自己一家包下來，從

17、多晶硅到硅片到電池片到組件，現(xiàn)在又有不少企業(yè)又開始組建工程公司去建電站。 如此長的產(chǎn)業(yè)鏈沒有人才根本無法長遠(yuǎn)發(fā)展，因此人才成為比較關(guān)鍵的問題，目前盡管全球從事這個行業(yè)的人數(shù)預(yù)計(jì)達(dá)數(shù)十萬之眾，但真正高端的技術(shù)領(lǐng)軍人物則屈指可數(shù)，許多從業(yè)人員還缺乏光伏方面的基礎(chǔ)知識。解決的辦法之一是從集成電路行業(yè)去引進(jìn)高端技術(shù)人才，同時要在高校開設(shè)光伏專業(yè)、開辦光伏學(xué)院，在有條件的研究所開設(shè)光伏研究室，除了解決生產(chǎn)工藝中的種種問題外，還必須開展一些基礎(chǔ)性的研究。5.6、技術(shù)問題 盡管晶硅電池是目前的主流產(chǎn)品，但它仍然面臨提高效率、降低成本的巨大壓力，工藝技術(shù)沒有明顯突破的情況下，很難將晶硅電池

18、的轉(zhuǎn)換效率提高到20%以上，若不能使晶硅電池的效率大幅度提高，要讓太陽能發(fā)電成本低于常規(guī)能源則是非常困難的事。  5年前，由于多晶硅的擴(kuò)產(chǎn)趕不上市場需求的增長速度，多晶硅的缺口越來越大，導(dǎo)致多晶硅價(jià)格連年飆升，由每公斤20美元猛漲到每公斤200美元以上。多晶硅的高價(jià)位，反過來就變成了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。改良西門子法能耗高、還原反應(yīng)產(chǎn)出率低、成本高、擴(kuò)產(chǎn)太慢，并非理想的多晶硅的制備技術(shù)，硅烷法要解決起生產(chǎn)安全問題，尚需要一定的時間，即使是安全問題有了改進(jìn)，要提高產(chǎn)出速率，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，也需要一定的時間；冶金法產(chǎn)品要達(dá)到滿足太陽能級多晶硅的技術(shù)要求，并擴(kuò)大生產(chǎn)，尚需時日。

19、 6 、多措并舉發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)  據(jù)了解，中國目前的太陽能光伏發(fā)電成本大概在5元/度左右，相比不到0.4元/度的火電上網(wǎng)電價(jià)，高出十多倍。石定寰和聞立時等業(yè)界人士深有感觸地說，如果沒有政府的支持，太陽能產(chǎn)品將很難沖破人們傳統(tǒng)觀念的束縛，得到大面積推廣。政府推動將是太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期節(jié)能商機(jī)的主要來源。當(dāng)前國家亟須加強(qiáng)政策引導(dǎo)，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，縮短國際差距。  首先，制定我國和各省以“培養(yǎng)光伏應(yīng)用市場和促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展”為目標(biāo)的中長期規(guī)劃，從法律上規(guī)定和細(xì)化可再生電力采購比例和重點(diǎn)用途。甚至可以效仿德國，對上網(wǎng)的光伏發(fā)電實(shí)行全部政府收購、固

20、定收購價(jià)格的制度。只有讓光伏發(fā)電成為一種投資，才是做大這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的最大推動力。德國就是憑借這些優(yōu)惠政策使全國的光伏發(fā)電裝機(jī)超過100萬千瓦，超越日本成為世界第一的。     其次，鼓勵民用上網(wǎng)。借鑒國外經(jīng)驗(yàn)逐步啟動和實(shí)施真正意義的我國和各省市的光伏屋頂計(jì)劃，確立光伏發(fā)電在全國電力能源結(jié)構(gòu)中的地位。比如可以借鑒一些發(fā)達(dá)國家普通建設(shè)必須要有光伏產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)達(dá)地區(qū)公共設(shè)施、政府建筑必須采用太陽能的剛性政策。  第三，建立專項(xiàng)資金扶持專項(xiàng)應(yīng)用，在金融財(cái)稅等環(huán)節(jié)實(shí)施費(fèi)用減免政策。如目前國內(nèi)電費(fèi)中抽出專項(xiàng)資金到光伏產(chǎn)業(yè)中；貧困地區(qū)發(fā)展光

21、伏用電，政府補(bǔ)貼一部分，企業(yè)支持一部分，以成本價(jià)支持等。 太陽能利用是未來能源發(fā)展的大勢所趨，據(jù)國際能源署預(yù)測，2020年世界光伏發(fā)電的發(fā)電量將占總發(fā)電量的2%。今后應(yīng)大力扶持上游高純度硅原材料產(chǎn)業(yè)，降低光伏電池成本，進(jìn)而加快光伏并網(wǎng)電站成本的降低和應(yīng)用推廣。 7 、總結(jié) 雖然目前光伏發(fā)電的成本還比較高，但從長遠(yuǎn)來看，隨著技術(shù)的提升，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)成本的持續(xù)下降，以及其他傳統(tǒng)能源形式的逐漸飽和，太陽能可能將在2030年以后成為主流的能源形式之一。而針對目前中國光伏產(chǎn)業(yè)存在的問題，國內(nèi)相關(guān)可研機(jī)構(gòu)和企業(yè)應(yīng)該潛心于基礎(chǔ)研究、技術(shù)改造和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，做到

22、厚積而薄發(fā)。   針對目前光伏發(fā)電成本高、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)對出口依存度過高的特點(diǎn)，中國應(yīng)該加大政策指導(dǎo)和扶持力度，以此來發(fā)展和壯大太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)市場。經(jīng)驗(yàn)表明，中國政府的政策導(dǎo)向?qū)⒃谖磥硪欢螘r間內(nèi)決定著中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水準(zhǔn)和市場需求。相信在節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的的大背景下，在中國政府的大力扶持和倡導(dǎo)下，中國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)定然會有著光彩奪目絢麗的明天。參考文獻(xiàn)： 1 2007年中國太陽能多晶硅產(chǎn)業(yè)深度研究報(bào)告 EB /OL . 2007 - 09 - 07.  2 2006年全球太陽能多晶硅產(chǎn)業(yè)鏈研究報(bào)告( 2007年1月版)  EB /OL . 2007 - 08 - 29.  3 梁駿吾. 光伏產(chǎn)業(yè)面臨多晶硅瓶頸及對策 J