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太阳能光伏电池

数字技术与未来生活（论文）

题目太阳能光伏产业现状与发展趋势

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太阳能光伏产业现状与发展趋势

摘 要

当下，许多国家已把发展可再生能源作为未来实现可持续发展的重要方式，而中国也将以太阳能为代表的可再生能源作为未来低碳经济的重要组成部分。

近年来，国家财政对太阳能产业的补贴力度逐年增强。

2008年，中国开始启动屋顶和大型地面并网光伏发电示范项目的建设；2009年初完成了甘肃敦煌10MWp级大型荒漠并网光伏电站的招标工作；同时太阳能屋顶计划与金太阳示范工程的财政补贴项目也相续推出，这一系列的政策措施给中国未来的太阳能光伏产业提供了一个广阔的发展空间。

关键词:

光伏产业  现状  发展  优势

1 、引言：

人类历史上从未有如2009年底哥本哈根会议那样的事件，会使“节能减排”、 “低碳”等字眼如此深入人心，全球经济的发展方向和导航标也已然转向了低碳经济。

太阳能作为一种清洁的可再生能源，是未来低碳社会的理想能源之一，当下正越来越受到世界各国的重视。

太阳能一般指太阳光的辐射能量。

在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。

太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3. 8 ×1026W,其中只有约20亿分之一的能量被地球接收,为1. 8 ×1017W,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。

广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能、化学能、水的势能等等。

狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换,如太阳能光伏。

2 、太阳能光伏产业结构划分与现状  

从太阳能光伏系统组成来看,太阳能光伏的产业结构可以按照从硅料（多晶硅材料）生产到太阳能电池的生产来划分。

太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个部分组成。

在整个产业链中，从硅提纯到应用系统，技术门槛越来越低，相应地，企业数量分布也越来越多，且整个光伏产业链的利润主要是集中在上游的晶体硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。

2.1、全球太阳能光伏产业发展现状 

CSIA最新研究报告称，目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。

单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术成熟，但光电转换效率相对较低；而薄膜电池成本低，发光效率高，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。

随着技术的进步，未来薄膜电池会有更好的发展前景。

2.2、中国太阳能光伏产业发展现状 

目前，中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。

从产业布局上来看，国内的长三角、环渤海、珠三角及中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群，并涌现出了无锡尚德、江西赛维、天威英利等一批知名企业。

2009年中国太阳能电池产量为9300MW，占全球总产量的40%以上，已成为全球太阳能电池生产第一大国。

2.3、太阳能多晶硅料 

第一层是太阳能多晶硅料生产,技术难度最高,属于产业链最上游。

目前屈指可数的生

产商有:

 美国Hem lo ck、MEMC、挪威REC、日本德山To ykuyam a、住友、Sum itomo、三菱M isub ish i、德国Wa cke r等7家业者,他们对全球的多晶硅供应造成了严重的垄断,全球7大多晶硅企业的总产量占到全球太阳能多晶硅总产量的95%以上。

由于技术门槛,几乎没有企业可以很快进入多晶硅生产制造领域,而且产能也远不是全球7巨头的对手。

目前我国从事多晶硅研究与生产的主要机构和企业有:

峨嵋半导体材料研究所、四川新光硅业、洛阳中硅,另有无锡尚德、江西赛维LDK有发展上游硅料的计划,而且江西赛维LDK已于2007年8月进行了1. 5万吨多晶硅料投产奠基。

2.4、太阳能多晶硅片 

第二层是硅片生产,技术难度仅次于多晶硅的制造难度,属于产业链中游。

在这一环节主要的技术流程包括铸锭（或单晶生长） 、切方滚磨、用多线切割机切片、化学腐蚀抛光,其中铸锭（或单晶生长）环节属于高能耗,切割机等投资规模亦相对较大,设备投资约占初期总投资的60%以上。

主要生产商包括RWE Scho tt So la r、Sha rp、Q - ce lls、BP So la r、Deu t2sche So la r、Kyo ce ra等,中国保定天威英利、江西赛维LDK是这个领域的中国代表,具备生产制造晶硅片的能力。

 2.5、太阳能电池、组件 

第三层是太阳能电池制造,全球电池厂商有40余家;中国的代表企业是无锡尚德和天威英利,产能产量都属于全球主流的太阳能电池制造商。

最下面是组件,将制作好的电池封装,技术含量相对较低,进入门槛低,属于劳动力密集型产业,全球厂商数量超过200家,国内也有相当多企业进行封装作业。

 3 、多晶硅 

3、定义及分类 

多晶硅是全球电子工业及光伏产业的基石,多晶硅的定义是:

当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅。

多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（金属硅） 、太阳能级、电子级。

3.1、冶金级硅:

是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成,一般含Si为95%左右,高达99. 8%以上。

3.2、太阳级硅:

纯度介于冶金级硅与电子级硅之间,至今太阳能多晶硅料未有明确界定,一般认为含Si在99. 99% ～99. 9999% ,主要用于太阳能电池芯片的生产制造。

自瑞士Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学大阳能电池以来,国内一些单位也正在进行这方面的研究。

纳米晶TiO2太阳电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。

其光电效率稳定在10%以上,制作成本仅为硅太阳电池的1 /5～1 /10,寿命能达到20年以上。

但由于此类电池的研究和开发刚刚起步,走上市场还言之尚早。

3.3、无机太阳电池 

无机太阳电池是目前研究和生产的主要产品,主要材料包括晶体硅、硅基薄膜、多元化合物半导体薄膜等。

其中晶体硅太阳电池是光伏市场上的主导产品,优点是技术、工艺最成熟,电池转换效率高,性能稳定,是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料, 95%的太阳能电池芯片是硅（含单晶硅及多晶硅）制造的。

4、太阳能电池的未来与发展 

1995～2005年间,全球太阳能电池产量增长了17 倍。

2005年,全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦,累计装机发电容量超过5GW,其中,日本太阳能电池产量达到762兆瓦,增长率为27%;欧洲产量增加48% ,达到了464兆瓦;美国增加12% ,达到了156兆瓦;世界其他地区增加96% ,达到了274兆瓦。

预计2007～2010年光伏产业需求的年均增长率约23. 8% , 2010 年全球太阳能电池的年产量有望达到10400兆瓦,较2005年的年产量增长6. 3倍。

与国际上蓬勃发展的光伏发电相比,中国落后于发达国家10～15年,甚至明显落后于印度。

但是,中国光伏产业正以每年30%的速度增长, 2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW,较2004年猛增了179% , 2006年达到400MW,从而超过美国成为全球第三大生产国, 产能则达到惊人的1180MW。

以3年产量增长45倍,产能增加125倍而成为全球发展最快的国家。

在今后的十几年中,太阳电池的市场走向将发生很大的改变,到2010年以前中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统,从2011年到2020年,中国光伏发电的市场主流将会由独立发电系统转向并网发电系统,包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。

在国家各部委立项支持下,目前中国实验室太阳能电池的效率已达21% ,可商业化的光伏组件效率达14～15% ,一般商业化电池效率10～13%。

目前中国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降,太阳能电池的价格逐渐从2000年的40元/瓦降到2003年的33元/瓦, 2004年已经降到27元/瓦。

这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用,对实现与国际光伏市场接轨具有重要意义。

5 、存在的主要问题 

5.1、市场发展失衡。

目前我国光伏产业面临的最突出问题是“两头在外”,即技术和原材料、销售和市场在国外,加工制造在国内。

由于科技水平制约,我国至今尚无法自主生产太阳能光伏产业的核心材料——高纯度多晶硅,只能依靠进口,使产业链的上游这一头在外;而这种现状又导致了我国光伏产业成本居高不下,超过70%利用太阳能的产品只能出口国外,使产业链下游这一头在外。

5.2、科研创新能力不强 

创新能力不强,自主创新的核心技术很少,除少数企业外,产品的总体质量不如日本、欧洲、美国等发达国家和地区,包括设备制造在内的总体技术水平始终与发达国家相差一段距离。

在科研方面,我国相关的高等院校和研究机构偏重于新型太阳能电池技术的研究,缺乏对常规太阳能电池生产工艺的研发,科研经费严重不足。

在人才方面,主要依靠老企业的退休技术人员,研究所的少量科研人员、部分留学归国的人员和原先从事半导体行业的技术人员开展技术工作,能适应生产第一线的技术人员奇缺。

5.3、缺乏相关的扶植政策 

硅太阳能电池发电成本较高,是风力发电的6～10倍,是煤发电的11～18倍。

为促进行业发展,日本、美国,欧盟都有发展光伏产业的扶持政策,印度也有自己的扶植政策,我国目前还缺乏相关的扶植政策。

国外发展太阳能光伏产业主要是依靠大量安装屋顶并网系统,并已占全球太阳能电池总用量的60%～70% ,而我国尚无此类大型计划实施,仅深圳、上海和北京有些示范性的并网屋顶系统。

 5.4、大众接受度不够高 

大众的接受度还不够高，企业却蜂拥而上，其原因主要是由于前几年多晶硅价高，钱好赚，并未能有利于我国技术水平的提高。

相反，大量仿制流行，技术进步是有的，但是，与国际上的技术差距难以缩小。

最终结果是光伏电池的制造成本较高，还没有达到大众乐于接受的程度。

光伏电池作为发电产品，在电力市场的比例太小，至今尚未达到全球总电力的１％。

 5.5、产业链不够完善 

近年来中国光伏产业的高速发展暴露出这个产业的许多问题，其中最突出的问题是硅原料奇缺，这说明人们对这个产业的高速发展还没有充分的准备，这就导致了许多光伏企业被迫拉长产业链，甚至有的企业几乎把产业链的各个环节都自己一家包下来，从多晶硅到硅片到电池片到组件，现在又有不少企业又开始组建工程公司去建电站。

如此长的产业链没有人才根本无法长远发展，因此人才成为比较关键的问题，目前尽管全球从事这个行业的人数预计达数十万之众，但真正高端的技术领军人物则屈指可数，许多从业人员还缺乏光伏方面的基础知识。

解决的办法之一是从集成电路行业去引进高端技术人才，同时要在高校开设光伏专业、开办光伏学院，在有条件的研究所开设光伏研究室，除了解决生产工艺中的种种问题外，还必须开展一些基础性的研究。

5.6、技术问题 

尽管晶硅电池是目前的主流产品，但它仍然面临提高效率、降低成本的巨大压力，工艺技术没有明显突破的情况下，很难将晶硅电池的转换效率提高到20%以上，若不能使晶硅电池的效率大幅度提高，要让太阳能发电成本低于常规能源则是非常困难的事。

  5年前，由于多晶硅的扩产赶不上市场需求的增长速度，多晶硅的缺口越来越大，导致多晶硅价格连年飙升，由每公斤20美元猛涨到每公斤200美元以上。

多晶硅的高价位，反过来就变成了太阳能光伏产业发展的瓶颈。

改良西门子法能耗高、还原反应产出率低、成本高、扩产太慢，并非理想的多晶硅的制备技术，硅烷法要解决起生产安全问题，尚需要一定的时间，即使是安全问题有了改进，要提高产出速率，扩大生产规模，也需要一定的时间；冶金法产品要达到满足太阳能级多晶硅的技术要求，并扩大生产，尚需时日。

6 、多措并举发展光伏产业  

据了解，中国目前的太阳能光伏发电成本大概在5元/度左右，相比不到0.4元/度的火电上网电价，高出十多倍。

石定寰和闻立时等业界人士深有感触地说，如果没有政府的支持，太阳能产品将很难冲破人们传统观念的束缚，得到大面积推广。

政府推动将是太阳能产业发展初期节能商机的主要来源。

当前国家亟须加强政策引导，促进行业发展，缩短国际差距。

首先，制定我国和各省以“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。

甚至可以效仿德国，对上网的光伏发电实行全部政府收购、固定收购价格的制度。

只有让光伏发电成为一种投资，才是做大这项产业的最大推动力。

德国就是凭借这些优惠政策使全国的光伏发电装机超过100万千瓦，超越日本成为世界第一的。

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我国和各省市的＂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。

比如可以借鉴一些发达国家普通建设必须要有光伏产品的经验，发达地区公共设施、政府建筑必须采用太阳能的刚性政策。

第三，建立专项资金扶持专项应用，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项资金到光伏产业中；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。

太阳能利用是未来能源发展的大势所趋，据国际能源署预测，2020年世界光伏发电的发电量将占总发电量的2%。

今后应大力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。

7 、总结 

虽然目前光伏发电的成本还比较高，但从长远来看，随着技术的提升，太阳能光伏产业链各个环节成本的持续下降，以及其他传统能源形式的逐渐饱和，太阳能可能将在2030年以后成为主流的能源形式之一。

而针对目前中国光伏产业存在的问题，国内相关可研机构和企业应该潜心于基础研究、技术改造和产业发展，做到厚积而薄发。

  针对目前光伏发电成本高、国内产业对出口依存度过高的特点，中国应该加大政策指导和扶持力度，以此来发展和壮大太阳能光伏产业的国内市场。

经验表明，中国政府的政策导向将在未来一段时间内决定着中国光伏产业的发展水准和市场需求。

相信在节能减排、低碳经济的的大背景下，在中国政府的大力扶持和倡导下，中国的太阳能光伏产业定然会有着光彩夺目绚丽的明天。

参考文献：

[ 1 ]2007年中国太阳能多晶硅产业深度研究报告[ EB /OL ]. 2007 - 09 - 07.

 [ 2 ]2006年全球太阳能多晶硅产业链研究报告（ 2007年1月版） [ EB /OL ]. 2007 - 08 - 29. 

[ 3 ]梁骏吾. 光伏产业面临多晶硅瓶颈及对策[ J ]. 科技导报,2006, （6）. 

[ 4 ]吴亚萍. 太阳能级多晶硅的冶金制备研究[D ]. 大连:

大连理工大学, 2006, 12. 

[ 5 ]汪建军,刘金霞. 太阳能电池及材料研究和发展现状[ J ].浙江万里学院学报, 2006, 19 （5）. 

[ 6 ]罗发亮,林剑飞,赵天生. 多晶硅生产现状[ J ]. 石油化工应用, 2007, 26 

（1）. 

[ 7 ]张明杰,李继东,陈建设. 太阳能电池及多晶硅的生产[ J ]. 材料与冶金学报, 2007, 6 

（1）. 

[ 8 ]杨玉安. 多晶硅产业化技术研究发展建议[ C ] / /多晶硅材料“十一五”科技发展战略研讨会论文集. 北京, 2005:

 4555. 

[ 9 ]张椿. 太阳能用多晶硅的现状和发展[ C ] / /多晶硅材料“十一五”科技发展战略研讨会论文集. 北京, 2005:

 38 -44. 

[ 10 ]2007年中国太阳能电池行业分析及投资咨询报告[ EB /OL ].企合作的方式来培养人