精品光伏发电站分析对比.docx
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精品光伏发电站分析对比
光伏发电站分析对比
世界光伏产业发展情况
1.1 技术：
晶体硅光伏电池仍然主导光伏发电市场，薄膜电池是未来太阳能电池发展的方向
经过几十年的发展，人们先后研究过数十种材料的光伏电池。
当前国际上最新的研发热点主要集中在低成本、高效率、高稳定性的光伏器件和光伏建筑集成应用系统等方面，并已取得了可喜的成果。
但是，在光伏器件及制造技术方面，自光伏电池问世以来，晶体硅就作为基本的电池材料一直保持着主导地位，是目前国际光伏市场上的主流产品，2000年占世界光伏电池产量的80%
以上。
其实验室效率，单晶硅电池最高可达23.7%，多晶硅电池最高可达18.6%，工业化产品效率一般在13%~15%。
各种晶体硅电池技术发展情况如下：
1）澳大利亚新南威尔士大学多晶硅电池效率突破19.8%；
2）日本京都陶瓷公司多晶硅电池效率达到17.1%（12.5cm×12.5cm）；
3）澳大利亚新南威尔士大学高效单晶硅电池效率已达23.7%；
4）德国ASE公司片状晶体硅电池效率为14.5%；
5）美国AstroPower（AP）公司的带状多晶硅电池效率为10.5%；
6）日本三洋公司的HIT晶体/非晶硅复合电池效率达18%；
7）美国、日本、德国多晶硅铸锭240kg/炉，已能规模化生产。
晶体硅太阳能电池的成本一般在2~3美元WP/，销售价格在3~4美元/WP
。
预计晶体硅太阳能电池的主导地位在相当长一段时期内，还将会继续保持。
由硅材料加工出适合制造电池的硅片，要采用大容量的晶体生长或铸造装置和价格昂贵的多线切割机，因而硅片成本较高。
研究人员正在探索用切薄硅片、扩大平面晶体或者使用聚光等方法，力争把硅片的成本降低到0.8美元/WP。
据预测，在今后5~10年间利用这几种方法有望把硅片的成本降低到1美元/WP，并将在15~20年间将进一步降低到接近0.5美元/WP，这样，所生产的光伏电池组件的成本，就会从目前的3美元/WP降低到1.5美元/WP。
随着光伏市场的发展，10年后光伏系统的价格将会降低到6美元/WP，30年之后可以进一步降低到接近3美元/WP。
为实现这样的设想，高效率、低成本晶体硅光伏电池的研究开发是必需的。
薄膜电池是在廉价衬底上采用低温制备技术沉积半导体薄膜的光伏器件，材料与器件制备同时完成，工艺技术简单，便于大面积连续化生产；制备能耗低，缩短了回收期。
太阳能电池实现薄膜化，大大节省了昂贵的半导体材料，具有大幅度降低成本的潜力，是当前国际上研究开发的主要方向。
目前已实现产业化和正在实现产业化的有多晶化合物半导体薄膜电池（碲化镉、硒铟铜）、非晶硅薄膜电池，还有很有发展前景目前尚处于探索阶段的多晶硅薄膜电池。
据估计，薄膜电池的生产成本可以随着其生产规模的扩大而降低，一旦技术上有重大突破，其成本可以降到1美元/WP以下。
英国、美国和德国都在着手建设100MW规模的薄膜太阳能电池生产线。
估计到2020年薄膜太阳能电池的市场份额在整个市场中的比例将超过50%。
1.2 产业：
近几年一些国际财团参与到光伏发电产业中，加速了光伏电池的产业化步伐
光伏发电发展的初期主要是依靠各国政府在政策及资金方面的大力支持，现在已逐步商业化，进入了一个新的发展阶段。
光伏发电的市场前景吸引了一批国际知名企业或企业财团介入光伏电池制造业。
在20世纪90年代以前，介入光伏电池制造业的国际著名企业只有西门子，而现在进入该领域的大财团有荷兰壳牌石油公司、英国石油公司和美国阿莫科石油公获悉，司、阿科石油公司以及日本的京都陶瓷、夏普集团等，并且很快成为光伏发电领域的超级集团。
2000年夏普的产量达50.4MW，居世界首位；京陶达42MW，居世界第二位；BP达41MW，居世界第三位；超过了具有20多年生产和经营光伏发电技术经验的西门子太阳能集团，成为光伏发电领域的龙头企业。
这些大公司的介入，使产业化进程大大加快。
预计今后10年光伏组件的生产将以每年增长20%~30%甚至更高的递增速度发展，到2010年将可能达到4
600MW/年的生产量，总装机容量将可能达到18GW。
1.3 市场：
由作为边远和农村地区的补充能源，向全社会的替代能源方向过渡
光伏发电产业自20世纪80年代以来得到了迅速发展，平均年增长率达到15%，近几年更出现供不应求的局面，其发展更加迅速，成为全球增长最快的高新技术产业之一。
到2000年底世界累计安装的光伏发电系统总容量超过了1
300MW，光伏市场的结构为：
36%用于为住宅、村庄和泵水系统供电；35%用作通信设备和远程设备的电源；24%用于并网发电；5%用于为计算器、手表和其它小型产品供电。
近年来，世界光伏市场发生了很大变化，开始由主要为边远农村地区和通信设备、气象台站、航标灯等特殊应用领域解决供电问题，逐步向并网发电和与建筑相结合的常规供电方向及商业化应用方向发展。
目前世界上已经建成了10多座MW级的光伏发电系统，光伏发电技术和其它可再生能源技术一样成为全球减排温室气体的重要技术手段。
例如德国近年来并网发电光伏组件的安装容量达到33MW，其中仅1997年一年安装的光伏组件就达10MW。
到1995年，美国并网发电的光伏系统，已达到12MW的装机容量。
全世界已有6个MW级的联网光伏电站，最大的一座容量为6.45MW。
世界各大公司纷纷制定和实施扩大规模的计划，总计新增光伏组件生产能力达263.5MW/年。
可以说，光伏发电技术及其产业正在腾飞。
2 我国光伏产业发展情况
2.1 技术：
光伏电池技术不断进步，与发达国家相比有差距，但差距在不断缩小
我国的光伏电池技术是从60年代发展空间用太阳电池开发起步的，地面用光伏电池的生产是 从1970年代初开始，主要的低成本技术及生产能力则在80年代中期建立起来。
经过十多年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池转换效率不断提高，目前单晶硅电池实验室效率达20%，批量生产效率为14%，多晶硅实验室效率为12%。
到1999年，我国光伏电池的主要产品是单晶硅电池和非晶硅电池，多晶硅电池只限于实验室和中试产品，但在2000年之后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，目前批量生产效率为11%。
与发达国家相比，技术差距在不断缩小。
2.2产业：
2000年以后，我国光伏产业又一次进入快速发展期，但整体发展水平仍然落后于国际先进水平，参与国际竞争有一定的难度
我国光伏电池生产线的建立有两个高峰期，其一为80年代，共引进7条总计4.5MW的生产线，这些生产线规模小，技术为国外60、70年代的水平，设备陈旧，加上硅片等原材料供应不足等原因，这些生产线开工不足的情况普遍存在。
1999年以后我国进入又一光伏电池生产线建设高峰期，新建的光伏电池生产企业有无锡尚德、保定英利、浙江中意、上海国飞、天津京瓷等，生产线规模在2
~10MW，技术先进，并且浙江、保定已经开始多晶硅太阳电池的生产，市场上形成了单晶硅和多晶硅两种主打光伏电池产品的局面。
此外，一些光伏电池的老企业包括云南半导体、宁波太阳能电源等也新上了几条规模均在几个MW、技术较为先进的生产线。
2003年国内光伏电池的生产能力约20MW，但光伏组件的封装能力约50MW，远大于光伏电池的生产能力。
虽然到2002年底，我国已有近20MW的光伏电池生产能力，但实际生产量仅为4MW左右，占世界光伏电池实际生产量的1%左右。
生产能力不能充分发挥的主要原因是，生产线规模偏小、产品价格偏高等。
这10多家光伏电池制造厂，总的规模仅相当于国际上一个中等规模生产厂的水平，平均每个企业实际年产量只有500kW左右，不足以维持正常的生产，更谈不上提高质量和降低成本。
尽管在2003年企业发展速度加快，但是由于规模小和技术等原因，在2002~2003年国家实施的总装机容量20MW的“送电到乡”项目中，国内生产的光伏电池的应用量不足10%，错过了这一市场时机。
造成这种局面也是由于投入不足，既缺乏政府扶持，也缺乏大企业的投入。
而国外光伏电池的主要业主是传统能源大公司，如石油财团或发电设备制造企业等，而我国参与这一行业的都是新建企业和小型企业，在技术水平和资金投入方面很难参与国际竞争。
2.3 市场：
近期内我国光伏发电市场仍将是为无电地区供电为主，有一定的市场潜力，但也有局限性。
2001年及以前，我国光伏产品的年销售量均保持在3~4MW，其中单晶硅产品占80%，非单晶硅产品占20%。
2002年，送电到乡项目使市场年销售量猛增到20MW，光伏系统保有量达到40MW左右。
从市场份额上看，光伏发电在2000年前的主要应用领域是：
通讯行业占40%~50%，农村电气化行业（主要包括户用光伏系统和乡村级光伏电站）占40%左右，其它领域占10%左右。
但2002年当年农村电气化领域的市场份额占到85%以上。
1）户用光伏系统：
户用光伏系统和独立光伏电站是解决我国边远无电地区居民和社会用电问题的重要方式。
到2002年，全国累计推广10~100Wp的户用光伏发电系统近30万台，光伏电池组件总功率6
MW左右，其中10~20WP的小系统应用较多。
随着边远地区经济发展和农牧民收入水平的提高，户用光伏系统存在一定的市场潜力。
2）独立/村级光伏电站：
几个千瓦到兆瓦级的独立光伏电站具有质量稳定、维护方便、安全可靠、故障率低等优点，适用于人口相对集中的无电县、乡、村，预计到2003年底，小型独立光伏电站的总容量将达到20MW。
3）并网光伏发电系统：
对于联网的光伏发电系统，由于在电网覆盖的地区，光电应用成本太高，目前没有竞争力，因此我国只在1997目前，除了通信等专业化应用的场合之外，国际光伏发电系统的市场主要是依赖政府政策营造的，例如发达国家的屋顶计划和对外援助行动，主要以政府资金拉动光伏发电系统的市场。
而我国的光伏发电系统市场主要是特殊需要和无电边远的农牧业地区需要。
我国尚有大约2
000多万人口的农牧民生活在无电的农牧区，60%的有电县处于缺电甚至严重缺电状态，主要分布在西北和西南等地区，这些地方通电率低的原因在于：
①
地广人稀，用电水平很低（人均年用电量仅为120kWh），农村输配电网难以建立；②经济条件差，电力建设资金严重匮乏；③
气候、交通条件差，电力建设施工和运行管理困难。
而另一方面，大部分无电地区太阳能资源丰富，是光伏发电的主要市场之一，开发潜力大，如果有50%的农村无电户利用光伏发电系统来解决用电问题，每户平均使用20W，则光伏发电系统的总需求量即可达120MW。
如果达到初级电气化的水平，则每户需要100
W，总需要量将为600MW。
据测算，在距电网距离大于20km，供电负荷小于10kW的地区，光伏发电具有竞争力。
因此，尽管光伏发电系统价格昂贵，应用地区自然条件恶劣，
但在这些已经有50多家从事太阳能光伏发电系统销售的企业，他们大多数为民办企业。
2001年9月，世界银行/全球环境基金“中国可再生能源发展项目”正式启动，该项目的主要活动内容之一是利用2
550万美元的赠款支持在内蒙古、甘肃、青海、新疆、四川西部和西藏等六省区推广共10MW及以上的光伏发电系统，其中1
500万美元将直接作为补贴，推动光伏市场的发展。
这些项目和送电到乡项目以及其它农村电气化项目将在近期对我国光伏发电的技术发展、生产和市场开拓等起到积极的作用。
但是必须看到，光伏发电的农村电气化市场总的容量，仅相当于目前世界上一年光伏电池的生产量。
在电网不能吸纳光伏发电的电量之前，我国光伏发电系统的市场是十分有限的。
一．慨况
太阳能发电是指将太阳辐射转化为电能的技术。
其中一类，是利用半导体pn结器件的光伏效应，把太阳能直接转换成电能，称为太阳能光伏发电。
另一类，把太阳辐射转换成热能，再利用热能进行发电，称为太阳能热发电。
太阳能发电的历史，最早可追塑到19世纪末光电效应的发现，和其后1905年爱因斯坦所做的量子化解释。
“太阳电池”（Solar
Cells）一词出现在50年代初，1954年美国贝尔实验室研制出第一只扩散pn结单晶硅太阳电池，其转换效率达到6％．这是继晶体管发明之后，晶态固体理论结出的又一硕果．由于太阳能发电拥有无污染，安全，长寿命，维护简单，资源水不枯竭和资源分布广等特点，太阳能发电被认为是二十一世纪最重要的新能源．太阳屯池的发明，为人类空间科学技术的发展提供了一项重要的能源．从五十年代至今，太阳电池作为空间能源，起着不可替代的作用．空间应用首先要求电池的高效率（功率重量比）和可靠性，空间应用单晶硅太阳电池组件的效率（AM0）已从最初的a％提高到现在的16-18%；近几年发展的高效砷化镓基系（GalnP／GaAs／Ge）叠层电池组件效率（AMO）已达26-27％。
太阳电池的地面应用，长期受到价格昂贵的制约．它的发展大体可以分为三个阶段：
●起步：
从70年代至80年代中期，世界光伏发电累积装机容量只有30MW左右，主要用于无电网地区和特殊场合作为独立电源系统。
●成长：
80年代末一1996年在世界各国大规模国家光伏发展计划的推动下，世界光伏工
业平均年增长率达到13%．在太阳电池效率不断上升的同时，随着制造规模的扩大，成本持续下降。
●
大发展：
1997年以后（2002年），受到日、德、美等西方发达国家屋顶计划的刺激，世界光伏工业的发展加速，平均年增长率达到36％，发电方式也从离网应用发展到并网发电．目前世界光伏发电累积装机容量已经超过1500MW；太阳电池商用组刊：
效率达到15--18％商用发电成本在o．15~0．25美元仟瓦时之间，在不少领域和地区已经具有相当强的竞争力。
2002年世界光伏工业产量已达595
MWp，相当于]5亿美元，正在形成规模宏大的产业。
2002年8月Mr．HarryShimp（BPSolar总裁）宣称：
世界最终将走向可再生能源．在20-25年后液态碳氢化合物的储量开始下降．我们现在正处于这样的一段时间窗口，从传统能源转变到可再生能源。
为了使光伏发电能够替代相当一部分传统能源，使能源结构发生重大的变化，成为二十一世纪最重要的基础能源之一，还需要光伏工业和技术有20-30年持续的加速发展．光伏界任重而道远．然而，只要不断引入新工艺，进行深入的基础研究，这是可以实现的．日本、欧洲和英国不同地区的市场开拓计划，增加了太阳电池的市场需求，光伏将长期保持高速度增长，即便有时由于经济环境的影响，暂时有些波动，也不会改变这一长期发展趋势．RoyalDutch／Shell认为，未来儿十年，将迎来可再生能源的高速增长．图1给山预计的从2000—2030年日本，欧洲、美国太阳电池装机容量的大幅度增长。
二．产业竞争
目前光伏工业已度过幼年时代，而进入羽翼串满的大规模工业生产．这一发展带来了机遇，也带来了风险，并伴随着激烈的竞争，燕井和集中。
图2示出日本、欧洲、美国和整个世界光伏产量从1983年到现在呈指数式增长的情况，以及预计到2010年的发展趋势．世界光伏制造业和市场主要由美国、日本和德国所主导。
世界十大光伏制造商中有8家来自这三个国家，2000年三国光伏安装容量约占世界的75％。
●美国的优势和日本的堰起
长期以来，美国的光伏技术和产量是相对领先的．美国先后发明了单晶硅太阳电池（美国贝尔实验室）、非晶硅太阳电池（美国RCA公司）、高效GaInP/GaAs叠层太阳电池（美国可再生能源实验室，NREL）．从70年代中期起，美国高度重视新能源发展，提出了多个新能源发展计划．1986年以后，美国光伏产量一直保持每年20％的速度增长．
然而，日本和欧洲在1997年后加速发展，日本的平均年增速达到52％，欧洲的平均年增述达到32％。
日本和欧洲先后在1999年和2002年左右赶上和超过美国。
欧盟联合研究中心、可再生能源局的Mr．AmulfJ~ger-Waldau评论指出：
欧洲正在实现自己2010年的目标，尽管不那么雄心壮志．然而，如果日本、美国和欧洲目前这种光伏生产能力的增加趋势得以继续下去，而欧洲又没有做出额外的努力，那么，到2010年日本将在世界光伏市场上占支配地位，拥有超过75％的市场份额．
光伏产业的竞争趋势在所参与的公司之间袁现为产业的集中和兼并．图3示出光伏电池产量世界排名最大的10家公司所占的市场份额．他们总共占世界市场83％．在这10家公司中，日本有4家：
Shap，Kyocera，Sanyo，Mitsubishi
（EIectrio和Heavy）．其中Shap公司产量最大，占市场份额22％。
●Sharp公司
Sharp公司的发展是根典型的。
Sharp公司1997年6月宣布，到1998年将建立20MW生产厂，并且根据需求，还可扩大获悉，到150MW．2002年2月，又宣布2002财政年度末扩大到200MW．Sharp在1997年作上述宣布时，是引起怀疑的，因为它当时的生产能力只有51010MW／年．然而，2001年Sharp销售达到75MW变成世界第一，占19％的份额，2002年7月23日Sharp在新闻发布会上宣布，生产能力达到148MW，完成了1997年预定的目标．日本光伏公司在实践自己宣布的时间表方面比较美国和欧洲公司更为可靠。
这种发展趋势将影响到中、小公司的生存和发展。
如果大公司利用他们的成本优势向消费者提供更廉价的产品，
消费者将买更多太阳电池系统，Pv市场将加速发展．为抵抗大公司的价格压力，小公司需要有自己的特色，或能提供更先进、更廉价的太阳电池技术．
PV工业的发展和评价的变化，还吸引了一些传统的重工业公司开始投资于太阳电池产业。
如MitsubishiHeavy
2002年秋建立了10Mwa-Si电池生产线．
现在，PV制造业已被日本工业界视为关键工业，提出日本不应向中国和亚洲其他国家转移。
三．美国、日本、欧盟PV工业路线图
3．1羹国光伏工业路线图（20OO—2O2O）
美国PV工业路线图（图4，表1）的宗旨是帮助美国光伏工业取得成功——保持美国光伏技术在国际上的领先地位，使之成为主要的盈利力量。
为此，
●计划要求PV产量保持25％年增长率。
●
到2020年，PVL业年产?
000MWp，其中3200MWp用于美国国内，并成为150亿美元／年的产业。
图4为路线图计划的美国PV32．业的生产能力和产量的增长。
●同时，降低PV系统的终端用户成本（包括运行和维持费）到2010年3美元／瓦（Ac），2020年1．5美元／瓦（AC）．
●2030年满足10％美国峰电生产能力。
25年内，美国PV工业提供15万人就业。
然而，美国PV工业路线图计划大部分PV产量用于出口．不像日本有一个加速膨胀的国内市场，这可能是美国为什么失去了保持多年的市场领先地位，而落后于日本和欧洲。
而且，美国最大5家制造商（BPSolar，ShellSolar，AstroPower，ASE
Americas和UnitedSolarSystems）中3家属欧洲公司。
在未来20年，为使美国PV工业发展为世界领先．计划要求国家实验室、大学和Pv。
公司合作，遵循熟知的国家范例。
PV计划帮助建立全国的努力，支持在基础和应用研究和发展（R&D），制造技术（Manufacturing
Technology），系统工程和市场应用（Systems
Engineering&Applications）之间建立合作关系．参加的单位有；国家光伏中心（NCPV）相关国家实验室（NREL，Sandia,Bmokhaven）和来自美国40个州的180个领先PV公司、大学和单位。
美国PV公司完成合同，分担完成合同经费50％，集成研究成果和他们自身的努力，并应用于制造工艺和产品。
工业界一般对基础、应用研究和发展（R&D）起支持作用，但当技术发展到制造利商业化阶段时，则以工业界为首。
美国大学同国家实验室和工业界紧密合作，从事先进的R&D，揭示基础科学现象，产生创新概念，为明天的PV科学和工程提供丰富的学习基地。
NCPV相关国家实验室（NREL，Sandia,Brookhaven）对PV界进行合同管理，提供技术支持，对材料和器件特性分析，研究基本概念，以及对材料、器件和工艺进行创新性研究。
国家实验室在技术发展早期阶段起领导作用，而技术接近商业化阶段时提供手段上的帮助。
研究计划联邦经费，由国会每财政年度拨款，经能源部光伏中心和NREL组织分配，将公司、大学和研究所统合在三个层次工作中：
RAD；Manufacturing
Technology；Sys~msEngin~ring&Applications。
联邦经费的分配，以1999年为例，在0．722亿美元的联邦支持经费中，三个层次各占47％，26％和27％．PV公司在R&D工作中占29％，而在制造技术和系统工程方面起支配地位。
过去10多年，美国花费17亿美元公共基金发展光伏技术．2001年美国支持PV计划4．7亿美元，其中联邦政府支持0．66亿美元．33个州采取了措施，促进PV发电公平联网。
目前，主要还是离网应用，市场潜力很大。
联网PV近年来发展也很快．主要在传统电价高于4．5—7美元／W的15个州。
美国Clinton总统1997年提出了PV系统百万屋顶计划，以促进户用PV联网系统的发展．从1997年以来，已安装了15万个产用PV系统。
联邦政府和许多州，通过减免税收等促进PV联网系统的发展。
然而，由于美国政治形势（如退出京都议定书等），对百万屋顶计划缺乏专门的预算支持，所以它对美国Pv工业发展所起的加速推动作用不像在日本那样显著。
3．2日本光伏工业路线由（2000—2030）
日本计划的基本目标是将新能源作为国家的能提供始．这是由1993年“新阳光计划”（NewSumhin~Project）确定的，“新阳光计划”是1974年第一次石油危机期间日本制定“阳光计划”的延续。
在新阳光计划成功的基础上，2001年制定了”先进的PV发电计划（AdvancedPVGeneration）．优先考虐降低对进口石油的依赖（占日本能源消耗53％）和本在京都议定书（KyotoProtoc01）中减排温室气体的承诺（2008-2012年比1990年减排6％拟通过发展新能源、节能和核能来实现。
然而，最近有些问题使核发电受到愈来愈大的反对日本温室气体排放同1990年相比，1999年增加了6．8％，估计2010年将增加7．4％。
也就是说按京都议定书中减律温室气体的承诺，日本需要降低13.
4％的温室气体排放．在2010年使新能源供应占日本总能源供应的9．2％．
计划纲要提出45条措施（征收环境税等），要求能源公司实现一定的新能源份额：
自己建新能源发电或购买，以促进光伏发电和风力发电等可再生能源和节能技术的发展。
日本新能源计划的另一特点是提出明确的“繁荣市场”目标，为新能源发展提供依据。
这是有竞争力的、成功的。
如2000年计划在日本安装400MWp，基本实现了，只延后一年；2010年4.8SGWp的目标，从生产和市场的增长看，也将会实现．
日本提山第一个PV魔顶计剃（94-96年，7万户用），每套（3.5—3.7
kWp）安装经费补贴50％。
使成本从1994~g2百万日元／kWp降到1996年I百20万日元凡Wp。
通过增加产量和PV建筑集成，1997-2001年平均系统的价格从l百万降低到75万日元kWp，虽然补贴率逐渐下降。
到2010~30-50万日元/kWp，kWp价格目标也应当可以实现。
日本还有一些地方政府增加额外补贴，PV系统增长速度明显加快．由于这一计划，日本到2001年底己安装PV系统441MWp
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