光伏发电

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光伏产业(PV;Photovoltaic;Photovoltaic Industry)

目录

什么是光伏产业

  光伏产业,简称PV(photovoltaic)。是指利用太阳能的最佳方式是光伏转换,就是利用光伏效应,使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”,包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。

光伏产业的简介

  直接把太阳能转换成电能的产业叫做做光伏产业,光伏的来历就是“光生伏打”效应,也就是光产生电。目前的光伏产业主要分晶硅光伏和非晶硅光伏。晶硅光伏是以多晶硅为原料,生产太阳能电池并利用太阳能进行发电。大致的流程是:提炼高纯度多晶硅--生产硅片--生产电池片--把电池片组装成组件--用组件进行发电。非晶硅光伏大体都一样,但原料不是多晶硅。如使用薄膜。

  光伏产业属于新能源领域,在太阳能利用中包含了光热和光电两种主要的形式。光热利用比较普及,比如屋顶的太阳能真空管热水器;光电应用也叫光伏发电(Photo-voltage Generation,PV)是新能源中最具规模开发和商业化发展前景的发电方式,目前由于成本和技术原因,尚未完全市场化,近年来,依靠欧美日等国家的政府补贴,发展速度很快。

光伏产业的背景和发展

  率先利用太阳能发电的是发达的欧美国家和日本。自1969年世界上第一座太阳能发电站在法国建成,太阳能发电的比例在欧美国家逐渐提高,太阳能光伏技术也得到了不断发展。其中,欧盟是世界上光伏发电量最大的地区。在2008年,这个区域占全球光伏发电量的80%。而德国和西班牙的光伏发电总量总和约占欧盟的84%,是名副其实的光伏发电强国。这些成就要归功于欧盟近20年来持续推动光伏产业发展。欧盟预计在2020年,太阳能光伏发电将占欧盟总发电量的12%。  

  日本也是太阳能发电的强国,而且使用范围非常广,一般家庭都可以使用太阳能光伏装置发电。他们的做法是,通过政府补贴,鼓励家庭购买家用的光伏发电装置。每个家庭通过光伏发电装置产生的剩余电量可以卖给政府或电力公司。这使日本的光伏发电量不断提高,也使日本的能源利用率大幅提升。  

  美国虽然在光伏发电技术上较早起步,但由于以往美国政府对光伏发电并不重视,以至美国的光伏发电的发电量和技术革新不如欧盟和日本。但随着美国奥巴马政府出台一系列鼓励发展新能源的政策,美国在光伏发电产业上大有后来居上的势头。现在,美国的不少州出台了《可再生能源配额标准》。以加州为例,凡在住屋、商业建筑或公用建筑屋顶上安装太阳能设备的家庭或企业,都可获得州政府的多项补助,其中包括享受30%的减税优惠,减少30%的安装成本等。

光伏产业的内容

  第一代是晶体硅电池,晶体硅电池产业中,上游从硅砂(石英砂)开始,通过电弧炉制成粗硅(纯度97-99.9%),然后经过一系列的化学(改良西门子法)或物理(电解法)制成高纯多晶硅(纯度99.999999%),高纯硅料再经过晶体化(单晶直拉法或多晶定向凝固法)形成具有一定晶向的硅锭,经过切割后形成不同大小(125mm或156mm)的方形硅片,硅片经过电池片厂的加工,历经清洗-制绒-干燥-扩散(磷)-表面电阻率测试-去除表面氧化层漂洗-等离子周边刻蚀-SiN减反射膜沉积-背面电极印刷-背面电极烘干-铝背场印刷-铝背场烘干-正面银电极印刷-烧结-测试分选-包装出货 步骤制成具有光电转换功能的电池片,再经过串并联后在TPT背板上用EVA膜(透明,密封材料)夹好,最上层盖上一块光伏玻璃(低铁超白,光透率92%以上,钢化耐腐蚀冰雹,有布纹可减少光逸出),用铝边框固定好,外接接线盒及逆变器(发电是直流需转换),最后在应用场所(如屋顶、沙漠电站)用铝合金的支架安装好,将所发电流连入电网供电。

  第二代是薄膜电池,薄膜电池分为硅基薄膜电池(非晶硅,微晶硅叠层等),化合物(碲化镉、硫化镉、铜铟镓硒、砷化镓、磷化铟)电池,目前应用最成熟的是碲化镉电池、硅基薄膜电池、铜铟镓硒电池、砷化镓电池,但由于各种天生的不足,与晶体硅电池相比仍有差距,因此在各自领域作为晶体硅电池的重要补充。

  如硅基薄膜电池效率大约在6-9%,仅相当于晶体硅电池效率15-18%的一半,主要用于建筑幕墙等;铜铟镓硒电池效率在9-11%左右,可制作柔性化产品,但铟比昂贵稀有,难以大规模制造;砷化镓电池效率约25-35%,高成本高效率,用于太空卫星等场合,价格超高;碲化镉电池效率11%,碲稀有镉含毒,沙漠电站适用,成本低于晶体硅电池。

  目前市场八成是晶体硅电池,其他各种电池占据剩下两成市场,我国生产的产品占国内所需不到5%,剩下95%全部依赖国外市场。另外,我国近年来高纯硅制造进步较快,从零开始到现在能够解决一半的原材料问题,为光伏产业发展立下汗马功劳。

  另外,以及尚处于研发阶段的第三代高效电池。

光伏产业的技术原理

  光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限 制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。

  光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并 网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精 炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源 无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前,单晶和多晶电池用量最大,非晶电池用于一些小系 统和计算器辅助电源等。

  国产晶体硅电池效率在10至13%左右,国外同类产品效率约18至23%。由一个或多个太阳能电池 片组成的太阳能电池板称为光伏组件。目前,光伏发电产品主要用于三大方面:一是为无电场合提供电源,主要为广大无电地区居民生活生产提供电力,还有微波中 继电源、通讯电源等,另外,还包括一些移动电源和备用电源;二是太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等;三是并网发电,这 在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步,不过,2008年北京奥运会部分用电由太阳能发电和风力发电提供。

光伏产业的优势

  1、永不枯竭。  

  2、采集太阳能的地点的地理位置要求不高;相对而言,水电站或风电站对地理位置要求则比较高。 

  3、建立太阳能发电站所需的时间和成本都比水电站要低。

  4、开采和使用太阳能不会造成环境污染,是理想的绿色能源。  

  5、适用范围广,就算一般家庭也可以利用太阳能发电。  

  也因此,世界各国为了更有效地开采和使用太阳能,不断地发展着太阳能光伏组件技术,尽可能地利用这个“永不枯竭”的能源。

中国光伏产业

中国光伏产业的现状

  中国作为目前世界上经济发展最迅速的经济体,在光伏发电领域的技术和应用只是处于世界的下游水平。其中的主要原因是国内还没有掌握太阳能光伏电池所需要的多晶硅提纯技术,该技术目前被国外的大企业所垄断,因而国内生产太阳能光伏电池的成本很高。光伏发电的成本是一般发电成本的数倍,也因此造成无法广泛普及。  

  现在,由于国际上对于太阳能光伏电池的需求日益庞大,越来越多国内企业成为光伏电池的OEM工厂,并且借此机会不断发展壮大。美国的新能源政策为国内光伏企业提供了一个发展良机,一些国内的行业龙头已经开始在美国成立承包光伏发电项目的子公司,积极进军当地光伏发电市场。

  中国的光伏产业有95%的市场都在国外,国内的应用还是十分有限。长期来看,中国再不广泛应用太阳能光伏发电技术,中国经济发展所遇到的能源问题将会越来越严重,能源问题必定成为中国经济发展的巨大障碍。中国是太阳能资源丰富的国家之一。中国有荒漠面积108万平方公里,主要分布在光照资源丰富的西北地区。1平方公里面积可安装100兆瓦光伏阵列,每年可发电1.5亿度;如果开发利用1%的荒漠,就可以发出相当于中国2003年全年的耗电量。目前,在中国的北方、沿海等很多地区,每年的日照量都在2000小时以上,海南更是达到了2400小时以上,是名副其实的太阳能资源大国。可见,中国具备了广泛应用光伏发电技术的地理条件。

  中国政府在近年内也出台了一些关于发展新能源的政策。其中以最近出台的《关于实施金太阳示范工程的通知》最为引人注目。该通知重点支持用户侧并网光伏发电、独立光伏发电、大型并网光伏发电等示范项目建设,以及硅材料提纯、并网运行等光伏发电关键技术产业化和相关基础能力建设,并根据技术先进程度、市场发展状况等确定各类示范项目的单位投资补助上限。对并网光伏发电项目,原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助;其中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;对于光伏发电关键技术产业化和基础能力建设项目,主要通过贴息和补助的方式给予支持。

  这一政策推动中国从光伏电池的代工工厂逐渐成为太阳能光伏发电强国。对于这一历史良机,国内光伏企业所面对同行的挑战其实更为严峻。只有不断地提升光伏产品质量,打通国内、国际销售渠道,才能更好地利用机会,将企业做大做强。

中国光伏产业的技术困境

  目前我国光伏企业的自主研发实力普遍不强,主要的半导体原材料和设备均靠进口,技术瓶颈已严重制约我国光伏产业的发展。

  在整个光伏产业链中,封装环节技术和资金门槛最低,致使我国短时间内涌现出170多家封装企业,总封装能力不少于200万千瓦。但由于原材料价格暴涨、封装产能过剩,这些企业基本上没有多少利润,产品质量也参差不齐。

  相对而言,处于产业链上游、拥有先进技术的无锡尚德、南京中电光伏等太阳能电池制造商,日子要好过得多。目前,他们生产的多为第一代晶体太阳能电池,性能稳定,是市场上的主流产品。

  不过,在世界范围内,太阳能电池产品正由第一代向第二代过渡,第二代产品的薄膜太阳能电池的硅材料用量少得多,其成本已低于晶体太阳能电池。在专家看来,薄膜太阳能电池今后将和晶体太阳能电池展开激烈竞争。

  中科院电工所研究员、中国可再生能源学会副理事长孔力认为,我国在晶体太阳能电池的后续研发,以及薄膜太阳能电池的研发等方面与国外存在较大差距,至少落后10年。

  目前光伏技术的世界纪录保持者基本上是国外公司。例如,日本京瓷推出了光电转换效率为18.5%的多晶体硅太阳能电池;日本三洋利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池,光电转换效率达22%;美国联合太阳能公司以微米级不锈钢带为衬底的柔性非晶硅薄膜太阳能电池,与其他公司的玻璃硬衬底太阳能电池相比具有重量轻、可弯曲等优点。

中国光伏产业的市场困境

  一、严重依赖政府补贴

  由于目前光伏发电的成本高于传统能源发电,因此各国对光伏发电都进行了各种形式的贴补,以弥补企业的亏损。今年国家仅金太阳项目一项需补贴94亿元人民币;此外,国家还需对4GW光伏发电补贴近20亿元人民币

  而2011年国家的财政收入是10万亿元 ,仅以上两项补贴就相当于国家财力的0.114%,且尚未将“光电建筑一体化”补贴、光伏发电输送补贴和往年已建成光伏电站发电补贴等计算在内。

  补贴其实又是把“双刃剑”,在推动光伏产业发展的同时,也是制约其按照市场规律“独立”发展的重要因素。

  二、严重依赖出口海外

  我国太阳能光伏产业的产能、产量均居世界第一,却有90%以上产品依靠出口。产品生产在国内、光伏应用在国外,这样的市场倒挂导致光伏产业严重受制于人。

  案例一:美国对中国光伏产业反倾销裁定

2012年11月7日,美国国际贸易委员会(ITC)发布公告,6名委员全票通过此前美国商务部对中国太阳能电池及组件生产厂商在美销售价格低于成本的裁定,将对这些企业征收惩罚性关税,最终的制裁令将由美国商务部在11月30日签发。

  对于这一决定,中国机电产品进出口商会昨日(11月8日)代表中国光伏产业发表声明表示强烈反对。声明称,该裁决严重扭曲了中国光伏产业及光伏产品对美出口的现状,“双反”关税必将严重损害中美两国及全球绿色能源产业的可持续发展及消费者利益

  声明说,中国光伏企业将认真分析美国国际贸易委员会的终裁裁决,保留通过美国国内诉讼或者多边贸易机制等途径维护自身合法利益的权利。

  案例二:欧盟对中国光伏产业增收临时性反倾销税[1]

  欧盟委员会4日宣布,欧盟自6月6日起对产自中国的太阳能电池板及关键器件征收11.8%的临时反倾销税。如果中欧双方未能在8月6日前达成解决方案,届时反倾销税率将升至47.6%。

  欧盟贸易委员德古赫特在发布会上表示,临时税率将维持6个月直到12月份,此后欧委会将决定是否对中国产的光伏产品征收永久性关税,一旦征收,该关税将持续5年。

  三、光伏行业产能过剩严重

  中国光伏企业“一窝蜂”式的发展方式也是导致寒冬期来临的重要原因。由于受国外市场需求疲软的影响,目前,我国光伏产业还深陷产能过剩的泥潭,很多光伏企业生产经营困难。

  以浙江为例,浙江省共有光伏企业205家,其中有110家成立于2010年9月以后,规模均在100MW以下。越来越多的涌入者必然导致竞争加剧。截至目前,国内行业利润率从139%下滑到20%。不少小企业出现倒闭或者停产,一些早前规划的项目也被迫放缓。保利协鑫一位高管表示:“目前供过于求起码有一倍多,全球市场需求在20GW左右,产能却达到40GW至50GW,多余的20GW只能淘汰。”

中国光伏产业的海外市场

  2007年底中国在美上市的光伏企业总市值达到最高点,约为320亿美元,彼时还只有9家公司在美上市。如今上市数量已经增加至11家,但总市值仅为20亿美元,较最高峰时已经跌去九成多。光伏产品的价格需求弹性理论完全失效,价格大幅下跌,需求却一度紧张。作为全球最大的光伏市场,欧洲正在经历严重的债务危机信贷出现紧张局面,光伏市场状况不佳。

  由于美国双反政策影响中国出口,仅2012年一季度,因双反造成的中国光伏公司损失即达到1.2亿美元,相当于中国公司需要多销售2.4GW的组件量才能挽回损失。目前,光伏行业停产破产等层出不穷,企业从市场上拿到资金亦十分困难。目前已经有约10家光伏企业试图上市却并没有成功。据中国半导体行业协会网站消息,光伏产品价格的下跌,造成光伏企业巨额的资产减值,在杰富瑞统计的9家光伏企业中,去年下半年资产减值损失即高达39亿美元。

  经过高歌猛进的黄金十年之后,光伏产业内部积聚的产能过剩矛盾已经到了崩溃的边缘,又恰逢全球金融危机和以欧美为首的一些国家的反倾销反补贴调查,国内光伏产业的危机被迅速放大。这个靠政策扶持起来的行业已经负债累累,大企业面临资金链断裂的风险,而那些想趁着好年景分一杯羹的小企业,更多选择了“三十六计,走为上策”。

  国家政策层面近期频频出台的扶持政策,似乎又为行业的发展带来了曙光。但业内专家表示,国家认为太阳能发电有可为之处,并不会救助哪一个企业。“中国光伏行业已经到了整合期。企业需要自救。只有那些有实力有技术的企业才能在这场整合中保存力量。”

中国光伏产业的发展需要政策支持

  近年来,中国光伏产业快速发展,光伏电池制造产业规模迅速扩大,市场占有率位居世界前列,形成了完整制造产业体系。当前,在全球光伏市场需求增速减缓、产品出口阻力增大等多重因素作用下,中国光伏企业普遍经营困难。同时,中国光伏产业存在产能严重过剩、市场无序竞争,产品市场过度依赖外需等突出问题,光伏产业发展面临严峻形势。中国光伏产业当前遇到的问题和困难,既是对产业发展的挑战,也是促进产业调整升级的契机,特别是光伏发电成本大幅下降,为扩大国内市场提供了有利条件。

  我国光伏产业发展目前正处在上升期,如果能够突破政策和技术方面的瓶颈,必然前途无限。上海交通大学太阳能研究所所长、博士生导师崔荣强认为,当前国家应加强政策引导,促进行业缩短与国际先进水平的差距。

  光伏产业首先,制定以"培养光伏应用市场和促进光伏产业发展"为目标的中长期规划,从法律上规定和细化可再生电力采购比例和重点用途。

  其次,鼓励民用上网。借鉴国外经验,逐步启动和实施真正意义的"光伏屋顶计划",确立光伏发电在全国电力能源结构中的地位。

  第三,建立专项扶持资金,在金融财税等环节实施费用减免政策。如目前国内电费中抽出专用资金补贴到光伏产业中;贫困地区发展光伏用电,政府补贴一部分,企业支持一部分,以成本价支持等。

  第四,借鉴发达国家普通建筑必须要有光伏产品的经验,在发达地区实施公共设施、政府建筑必须采用太阳能的刚性政策。

  第五,扶持上游高纯度硅原材料产业,降低光伏电池成本,进而加快光伏并网电站成本的降低和应用推广。

中国光伏产业的政策导向

  国六条

  光伏国六条具体内容如下:

  一是加强规划和产业政策引导,促进合理布局,重点拓展分布式光伏发电应用。

  二是电网企业要保障配套电网与光伏发电项目同步建设投产,优先安排光伏发电计划,全额收购所发电量。

  三是完善光伏发电电价支持政策,制定光伏电站分区域上网标杆电价,扩大可再生能源基金规模,保障对分布式光伏发电按电量补贴的资金及时发放到位。

  四是鼓励金融机构采取措施缓解光伏制造企业融资困难。

  五是支持关键材料及设备的技术研发和产业化,加强光伏产业标准和规范建设。

  六是鼓励企业兼并重组、做优做强,抑制产能盲目扩张。

  六大政策

  在政策支持方面,《意见》[2] 提出六大政策,分别为:

  (1)大力支持用户侧光伏应用;

  (2)完善电价和补贴政策;

  (3)改进补贴资金管理

  (4)加大财税政策支持力度;

  (5)完善金融支持政策

  (6)完善土地支持政策和建设管理。

参考文献

  1. 崇大海,张正富.欧盟对华光伏产品征11.8%临时性反倾销税(EB).新华网.2013-06-05
  2. 国发〔2013〕24号.国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见.中国政府网. 2013-7-15
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评论(共2条)

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119.147.225.* 在 2014年11月18日 14:42 发表

我认为光伏发电是一个大的趋势,但是这需要广大群众去接受,养成一个环保节能的观念

回复评论
113.128.112.* 在 2016年4月4日 18:26 发表

最近光伏发电势头不错!

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