太阳能光伏发电概述概要.docx
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太阳能光伏发电概述概要
太阳能光伏发电概述
张立强
2009.5.5
本课内容
1-光伏发电简介及应用
2.世界光伏发电发展历史
3.我国光伏发展历史
4.太阳能光伏产业组成
5.太阳能光伏发电现状及展望
6.我国太阳能发电规划
1、光伏发电简介及应用
■目前人类对石油和煤炭等传统常规能源的依赖性过大，太阳能等新能源开发利用则严重不足。
■世界传统常规能源正处于开采和使用高峰期并将逐步走向衰落，能源结构必须发生根本性变革一可再生能源所占比例将逐步上升。
■作为最具可持续发展特征的太阳能光伏发电，将成为未来基础能源的重要组成部分。
光伏技术简介
■通过太阳能光伏电池将太阳能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统（或太阳能电池发电系统）。
■太阳能电池是太阳能光伏发电的基础和核心，是一种利用光生伏打效应将光能转变为电能的器件，又叫光伏器件。
■目前广发采用的光电转化器件是晶体硅太阳能电池，生产工艺成熟，已经进入大规模产业化阶段。
太阳能光伏发电技术应用途径
■太阳能光伏发电系统的运行方式可分为离网运行和联网运行两类。
■未与公共电网相联接的太阳能光伏发电系统称为离网太阳能光伏发电系统，又称独立太阳能光伏发电系统,
■主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所,如偏僻农村、牧区、海盗、高原、沙漠的农牧渔民提供照明、看电视、听广播等基本生活用电，为通信中继站、沿海与内河航标、输汕输气管道阴极保护、气象台站、边防哨所等特殊处所提供电源。
■与公共电网相联接的太阳能光伏发电系统称为联网太阳能光伏发电系统，它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。
其中光伏电池与建筑相结合的联网屋顶太阳能光伏发电系统是各国发展的热点。
我国目前的光伏产业主要在两方面发挥作用：
■一是国家示范项目、民心工程和国际合作项目,女口“西藏无电县建设”、“送电到乡”、“光明工程”等项目的建设。
■另外，就是无电地区通信、卫星信号的传输和接收，以及输油、输气管道的阴极保护等系统所用的电源。
还有极少部分用作带有“科技示范效应”的路灯、广告牌、草坪灯等电源。
太阳能手机
光伏系统
RailwaystationinGermany.
光伏发电站与跟踪装置
One-axissolartrackingsystemusuallygenerate30%moreEnergy,Two-axissystemgotevenmog
2、光伏电池的发展历史
■太阳能光伏发电的最核心的器件是太阳能电池。
■太阳能电池已经经过了160多年的漫长的发展历史。
■从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用，至今为止，太阳能电池的基本结构和机理没有发生改变。
■1839年法国实验物理学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应，简称为光伏效应
■1877年制作第一片硒太阳能电池。
1883年美国发明家CharlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。
■1904德国物理学家爱因斯坦发表关于光电效应的论文。
1921年由于提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔物理奖。
■1951年生成|＞口结，实现制备单晶错电池。
■1955年西部电工开始出售硅光伏技术商业专利,
■1958年美国信号部队制成n/p型单晶硅光伏电池，单晶硅电池效率达到9%；第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射，光伏电池100cm2,0.1W,为一备用的5mW话筒供电。
■1960年实现单晶硅电池效率达到14%o
1963年Sharp公司成功生产光伏电池组件；日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列，在当时是世界最大的光伏电池阵列。
1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。
■1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”；
■1979年世界太阳能电池安装总量达至IJ1MW
■1982年世界太阳能电池年产量超过9.3MW
■1983年世界太阳能电池年产量超过21.3MW；名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳犬利亚，20天内行程达到4000Km
■1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW
■1998年世界太阳能电池年产量超过151.7MW
■2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW
3、我国太阳能光伏发展历史
1958年我国开始研制太阳能电池。
■1959年中国科学院半导休研究所研制成功第一片具有实用价值的太阳能电池
■1971年3月在我国发射的第二颗人造卫星——科学实验卫星实践一号上首次应用太阳能电池
■1979年我国开始利用半导体工业废次硅材料生产单晶硅太阳能电池
■1980年~1990年期间我国引进国外太阳能电池关键设备、成套生产殘和技朱
■至吃0世纪80年代后期，我国太阳能电池生产能力达到4.5MW/年，初步形成了我国太阳能电池产业
■2004年我国太阳能电池产量超过印度，年产量达到50MW以上
■2005-2006年，我国的太阳能电池组件产量在10MW/年以上，我国成为世界重要的光伏工业基地之一，初步形成一个以光伏工业为源头的高科技光伏产业链
■随着我国“可再生能源法”的实施，我国太阳能光伏发电将得到快速发展。
■预计在3〜5年内我国在太阳能光伏电池研发、生产、应用产品开发将形成一个世界级的产业基地，并将在国际太阳能光伏工业产业中占据重要的地位
4、太阳能光伏产业组成
4.1完整产业链的构成:
硅提纯厂iA岸篇穿E、丄=》切片厂
系统——n方阵模组厂<=二太阳能电池厂
4.2生产过程
■太阳能电池需要高纯的原赴，要求硅材料的纯度至少99.99998%o即一万个硅療子中最多允许2个原子存在，一般釆用7个9的硅。
■硅片尺寸：
100mmX100mm,厚度220、240、330微米。
二原料：
二氧化硅
■将此扮化并除去杂质就可制取粗级硅，也称冶金级硅
■材料提纯处理相当昂贵和生产成本很高,金属合金需要的冶金级硅杂质约1-2%）大约0元/kg,而太阳电池用的硅材料价格要高儿十倍.
■从二氧化硅到适用于制作太阳电池用的硅片，要经过漫长的生产过程，涉及多个生产工艺和过程，一般可大致分为：
二氧化硅一冶金级硅一高纯三氯氢硅一高纯多晶硅原料一单晶硅棒或多晶硅锭—l-Ji*—太l）lI卜11池—电池组件。
二氧化硅一冶金级硅
二氧化硅是硅材料的原料，我国高氧化含量的石英和黯耀魏豁飜聂勰鍛肚都发现有高
誌牖黠电畴淞矗化辭甌斜剂炭反
SiO2+2C==Si+2CO
■电弧炉屮反应，進态硅，凝固并粉碎得到冶金级硅粉,宛度97-98%,含肴大量的金屈杂质：
鉄、碌、铜、锌等，主要用于冶金和化学工业n
■冶金级硅电能消耗为12KWh/kg.
多晶硅
■为了得到高纯的硅材料，工业上是将冶金级硅经过破碎研磨后成为硅粉，通过酸洗，再通过化学反应变成硅的氯化物或氢化物，然后通过化学或物理提纯方法纯化氯化物或氢化物，最后采用氢还原法或热分解法,将高纯的硅的氯化物或氢化物转变成高纯硅。
■早期生产采用SiCb，经梢馆法，利用混合液屮各种成分沸点不同将SiCb与其他组分分离。
■也可采用硅烷（SiHQ经精馆、吸附等提纯
■三氯氢硅提纯反应
（1100〜1200°C）
（900〜1100°C）
（800〜1000°C）
SiCLi+2H2Si+4HCM
SiHCl3+H2Si+3HC1f
SiH4Si+2H2f
■采用流化床工艺，将硅粉与氯化氢反应生成三氯氢硅液体，由于液体可通过蒸馆去除杂质，工业上采用蒸馅塔，经过多重精馅，可得到12个9纯度的三氯氢硅，这是半导体和太阳电池工业的高纯多晶硅材料的原料。
■冃前，高纯多晶硅生产工业上广泛采用三氯氢硅还原法，也称西门子法。
■将高纯SiHCb液体用高纯气体送入含有大量氢气的还原炉中，还原炉中设置细长硅芯，硅反应后沉积在硅芯表面，经过大约一周的时间8mm的硅芯生长到150mm左右
■多晶硅经过熔化、提拉制作单晶硅棒
■单晶硅棒用多线锯切割为0.2・0.3mm的硅片
■目前多用多晶硅制作太阳能电池，成本低，产量大
■经过多晶硅浇铸炉制成多晶硅锭，切割成不同规格的硅砖：
100mm,125mm或150mm。
■硅砖经多线切割制成硅片。
noor
■硅片经扩散制成PN型半导体材料
■封装组合制成太阳能电池
4.3我国多品硅产业现状
■最近5年，世界太阳电池产量年平均增长率为49.5%O我国太阳能电池的产量近儿年持续保持高速增长，2007年中国太阳电池产量达到1088MW,占世界总产量的27.2%,一跃成为世界第一大生产国。
■根据《中国可再生能源学会》预测，我国2010年太阳能电池产量将达到2500MW,需耍太阳能级高纯硅材料约2.5万吨。
■我国多晶硅产量2005年仅有60吨，2006年也只有287吨，2007年为1156吨。
市场严重供不应求。
■在2005年以前，全球多晶硅的总产量在2.8万〜3万吨Z间，供需基本平衡，绝大部分供给屯子工业
■当时供给电子工'!
＜的多晶硅市场价为30〜35美元/千克,供给光伏产5的多晶硅市场价为20〜25美元/千克。
■自2005年开始，全球光伏产业的多晶硅使用量首次超过了电子工业。
■由于市场需求旺盛，多晶硅出现了全球性的短缺，价格一路上扬，最高时竟达至IJ500美元/千克（国人以人民币交易时达到3500元/千克）。
这使得多晶硅的价格严重背离其价值。
■受经济利益驱使，自2005年年初至2008年10月,全国约有16个省市参与了多晶硅项目的招商引资、审批立项和开工建设，有33个项目已进入实质性的实施阶段，已有10多个项目陆续建成和投产，预计已建成的多晶硅总产能在3万吨/年以上。
■我国多晶硅的年产量在2007年首次突破1000吨大关，当年实际产量约1100吨。
■多晶硅提纯技术被美国、日本、德国垄断，尤其是改良西门子法，采用闭环生产，能耗低、污染小、成本低。
■国内上马的多晶硅生产工艺多从俄罗斯引进，咼能耗、咼污染、咼成本。
■甚至国内成本价高于国外售价，随着供需逐渐平衡，对国内多晶硅产业造成重大的打击。
3、近年光伏工业发展现状及发展预测
■世界光伏工业1997年至2001年，5年的平均年增长率达35.5%
■到2004年底，世界光伏发电的累计装机容量达到4330MWO在产业化方面，光伏企业的生产规模从10〜50MW/a,发展到50〜100MW/a
■商品化晶体硅光伏电池的效率，从10%〜13%提高到13%〜17%。
近年来，世界光伏电池组件的生产成本降低三分之一左右，为2.5-3.0美元/Wp
2007年太阳能光伏发电增长迅速
生产量达到了400万千瓦
日本、欧洲和中国主导了世界光伏发电产业
-—-中国成为世界光伏电池生产大国
国家和地区
2006产量（MW）
2006年地区排名
2007年产量（MW）
2007年地区排名
日本
926.9
1
920
3
欧洲
680.3
2
1062.8
2
中国
547
3
1456
1
美国
179.6
4
266.1
4
其它
140
294.1
合计
2473.8
4000
我国光电制造业和市场需求
"■-年产册*年装机
2008年发展现状的初步分析
■光伏发电继续快速增长
口光伏电池产量达到600万千瓦
□增速达到45%
□中国达到了250万千瓦，约占世界产量的40%
全融危机对可再生能
源产业的影响
有喜有忧，喜忧参半
枇界主要媒体对金融危机对可再生能源影响
的评价
＞金融危机给可再生能源产业制造了障碍，也许它给可再生能源留下了一堆泡沫，波兰商业杂志，2008年11月7日
＞在金融危机的背景下，大家都在寻求可再生能源的投资机会，印度加尔各答邮报，2008年10月10日。
＞风电的发展追随油价波动而转向，2008年10月20口华尔街朵志
＞屮国清話爺源行业可能受到金融危机的屏蔽
枇界主要媒体对金融危机对可再生能源影响
的评价
A金融危机给可再牛能源产业发展是沉重的打击，亚洲能源，2008年10月14日
占银行的危机再大也打不过环境危机，徳意志银行，
2008年10月
»绿色能源可能随着金融危机恢复本来面目
»经济下滑将会对清洁能源技术的发展投下阴影，经济学报，2008年11月6日
全球清洁能源投资趋势
5xincreasefromlowlevelbyaroundbetween2004and2008
10%ofglobalenergyinfrastructurespend
Butthetop-linehideswhatishappeninginthepastfewquarters
SourceNewEnergyFinance
43
SourceNewEnergyFinance
2004-2008风投的行业投入
可再生能源的资本金投入
Source：
NewEnergyFinance
45
可再生能源帀场价格指数芟化起势
WHNEWENERGYCLCBHLINCEX
—
471-
448-
42S-
4此・
060-
357
334
312
2$9-266-
2«
2003-2008可再生能源价格指数与油价变化
的相关性
趋势分析
积极因素
□利率吟低
」原材料价格下吟
□风投增加
□美国政策
」推动就业
□气候雯化□能嫄安全
■不利因素
□借资困难
□缺乏长期信资
□资本全短缺
□股市低述
□碳交易价格低迷
□油价下涓
□缺少流动性
不确定性
■需求变化的不确定性
■佶资危机持续多久
■油价吟到何肘
■长期信资利率當低
■投资回掖率的期待水平
■对发展中国家的影响有多大
■毛候支化和千年目标是否改变
国际能源署对油价的预测
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