光伏发电在能源和可持续发展中的作用和地位

国内外光伏产业发展现状及杭州发展的对策研究国内外光伏产业发展现状及杭州发展的对策研究 一、全球光伏产业发展概况和趋势 (一)全球光伏产业发展概况 在能源危机和全球气候变暖的压力下， 太阳能等可再生能源越来越受 到关注，全球光伏产业正以一个朝阳产业的面貌高速成长。根据欧洲光伏 工业协会 （EPIA） 的研究报告 《Global Market Outlook for Photovoltaics until 2013》 ，2008 年，全球新增光伏装机容量5.6GW，年增长率132.4%；累计 装机容量接近 15GW，年增长率60%，1998 年～2008 年 10 年间年均增长 率超过 30% 。EPIA 预测，到 2020 年，全球光伏发电量为 274TW，占全 球发电量的 1%；到 2040 年，全球光伏发电量达7368TW，占全球发电量 的 21%。 （二）全球光伏市场发展预测 EPIA 预测：到 2020 年，世界太阳能光伏组件年产量将达到40GW， 总装机容量为 195GW，发电量为 274TW，占全球发电量的 1%；到 2040 年光伏发电量达 7368TW，占全球发电量的 21%。 （三）技术发展及趋势 1. 1.光伏电池技术不断发展光伏电池技术不断发展 太阳能光伏发电的最核心器件是光伏电池。进入 21 世纪，光伏电池 无论从结构上、材料工艺上都得到了新的发展。 （（1 1）硅太阳能电池）硅太阳能电池 硅太阳能电池可分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。 单晶硅太阳能电池开发最早，转换效率最高，技术最为成熟。其结构 和生产工艺已定型，产品应用广泛。但由于受单晶硅材料价格及繁琐的电 ·1· 池工艺影响，成本价格居高不下，不利于大规模推广应用。 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池类同， 光电转换效率在 12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，电耗低，总的生 产成本较低，因此得到广泛应用。 （（2 2）硅薄膜太阳能电池）硅薄膜太阳能电池 硅薄膜太阳能电池分为多晶硅（包括微晶硅）薄膜太阳能电池和非晶 硅薄膜太阳能电池等。 多晶硅（P-Si，包括微晶）薄膜太阳能电池兼具单晶硅和多晶硅太阳 能电池的高转换效率和长寿命的优点，同时材料制备工艺简单，可在廉价 衬底上沉积多晶硅薄膜。 使用的硅材料远较单晶硅少， 又无效率衰退问题， 其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此多晶硅薄膜 电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅（a-Si）薄膜太阳能电池的硅材料消耗很少，生产电耗更低。 它的特点是具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻，发展潜力极大。 但由于非晶硅本身对太阳光波长不敏感，限制了其转换效率，国际先进水 平为 10%左右。而且随着光照时间延长光电效率衰减。 （（3 3）多元化合物薄膜太阳能电池）多元化合物薄膜太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，主要包括砷化镓 III-V 族 化合物、硫化镉、硫化镉及铜铟硒薄膜电池等。 硫化镉、碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成 本较单晶硅电池低，易于大规模生产，但镉有剧毒，对环境有污染，因此， 并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 砷化镓（GaAs）III-V 化合物电池的转换效率可达 28%，GaAs 化合物 材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热 不敏感，适合于制造高效单结电池。但是 GaAs 材料的价格不菲，因而限 制了 GaAs 电池的普及。 ·2· 铜铟（镓）硒薄膜电池适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效 率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点。但由于铟 和硒都是比较稀有的元素，发展受到限制。 （（4 4）有机太阳能电池）有机太阳能电池 以有机材料代替无机材料是刚开始的一个研究方向。 目前的光电转换 效率为 5-8%，预计未来 4-5 年内可以达到 10%。由于具备质轻、可挠曲、 制程环保、低成本及应用性佳等优点，有机太阳能电池被认为是最具潜力 第三代新兴太阳能电池。但它能否成为具有实用意义的产品，有待于进一 步的研究。 （（5 5）染料敏化太阳能电池）染料敏化太阳能电池 染料敏化太阳能电池（DSSC）也是第三代太阳能电池。自 1991 年 Grätzel 等将纳米多孔电极应用到染料敏化太阳电池取得了突破性进展以 来，由于该电池具有成本低、制作工艺简单和环境友好等潜在优势，成为 太阳电池研究领域一个新的热点。目前，染料敏化太阳能电池的光电转换 效率已能稳定在 10％以上，寿命达 15～20 年，但其制造成本仅为硅太阳 能电池的 1/5～1/10。 2. 2.电池转化效率不断提高电池转化效率不断提高 随着技术进步，电池的光电转换效率不断提高（见图1-1） 。目前单晶 硅电池效率为 16%~20%，多晶硅为15%~18%。而非晶硅薄膜电池效率单 节为 5%~7%，双节在 6%~8%之间，非晶硅与微晶硅叠层电池效率在 8%~10%之间，且稳定性不断提高。 ·3· 资料来源：美国国家能源部可再生能源实验室 图 1-1基于晶硅片的光伏发电技术转化效率 3. 3.硅片厚度不断降低硅片厚度不断降低 30 年来，太阳能电池硅片厚度从 450～500μm 降低到目前的 180～ 200μm，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 （见表 1-1） 。 表 1-1晶体硅太阳能电池硅片厚度变化趋势 资料来源：齐鲁证券研究所 4. 4.电池组件成本大幅降低电池组件成本大幅降低 原材料价格下行是光伏产业持续高增长的一个重要因素。 2008 年多晶 硅价格出现暴跌行情，成本的降低维持了行业的景气度。尤其是薄膜电池 技术的发展，使得电池组件的成本大大降低，美国 First Solar 公司 2008 ·4· 年底宣称： 他们成功的把碲化镉薄膜太阳能电池的成本降到1.08 美元/Wp。 5. 5.多晶硅将不再是制约瓶颈多晶硅将不再是制约瓶颈 近年来，制约光伏产业发展的主要瓶颈是多晶硅供应不足。2007 年， 世界多晶硅产量在 4 万吨左右，而需求在6 万吨左右，其中太阳能级多晶 硅的需求约为 4 万吨。 2008 年供应缺口在缩小， 而且随着多晶硅企业扩产 计划的实施，以及中小企业的进入，预计到2009 年底多晶硅产能将过剩。 6. 6. 薄膜电池异军突起薄膜电池异军突起 在硅材料短缺的背景下，2007年和2008年薄膜电池经历了大发展。齐 鲁证券的研究数据表明，2006年薄膜电池总产量为191MW，占世界电池 产量的7%；2007年薄膜电池产量达到350MW，占比8%。2008年薄膜电池 产量达到892MW，占比13%。EPIA预测，至2013年，薄膜电池的市场份 额增加明显，2009年将达到18%，2013年则高达25%，显示出薄膜电池的 发展潜力。 资料来源：EPIA 图1-2多晶硅技术与薄膜生产能力展望 7. 7.专用设备及检测设备技术提升专用设备及检测设备技术提升 30年来光伏产业专用设备制造业的技术提升是光伏工业发展的重要 ·5· 标志之一，它对光伏工业发展和光伏发电成本降低起到举足轻重的作用。 例如：多晶硅铸造炉的发明及改