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1、1光伏材料产业技术路线图编制研究一、 光伏产业发展现状和愿景由于全球气候变暖、生态环境恶化、常规能源短缺等问题,发展可再生能源得到各国政府的重视和支持。在技术进步的推动和各国政府的激励政策驱动下,太阳能光伏发电产业和市场得以迅速发展。欧洲光伏工业协会(EPI-A)预测，随着光伏系统安装量的快速增加，在 2010、2020 和 2030 年，全球 CO2排放量将分别减少 0.15 亿吨、1.92 亿吨、10.81 亿吨。根据欧洲 JRC 的预测，到 2030 年可再生能源在总能源结构中占比达到 30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力供应中达到 10%以上；2040 年可再生能源占总能耗 50%以
2、上，太阳能光伏发电将占总电力的 20%以上，经济规模将达到 100 万亿以上；到 21 世纪末可再生能源在能源结构中占到 80%以上，太阳能发电占到 60%以上。可见光伏产业将是一个长期的朝阳产业。1.1 发展现状全球光伏市场在过去几十年的平均年增长率达到 40%，光伏发电累计安装容量已经从 1992 年的 0.1GW 增长到 2008 年的 14GW，2008 年度全球光伏发电新增安装量达到 6GW。四个国家的光伏发电累计安装容量超过了 1GW：德国（5.3 GW）、西班牙（ 3.4 GW）、日本（2.1 GW ）、美国（1.2 GW ）。这些国家的光伏发电累计安装容量占全球累计安装总量的
3、80%。从制造业来看，中国、欧盟各国、日本、中国台湾地区和美国仍然是世界光伏组件的主要生产地，2008年和 2009 年，上述地区产量占世界光伏组件总产量的 91.5%和 95.3%。其中中国排在第一位，分别占世界生产总量的 32.9%和 37.4%；欧盟、日本、台湾地区和美国排在第二、三、四、五位。2008 年，中国光伏发电新装容量为 45MW，占全球需求的比重不到 1%，远远落后于欧美日等光伏市场大国。截止到 2008 年末，中国光伏累计装机容量为145MW，相当于 14 万 KW，相对于 8 亿 KW 的总电力装机容量而言，几乎可以忽略不计。中国光伏应用还处在初期的阶段。不过 2007
4、年和 2008 年中国连续22 年新增容量大幅提高，可以说明发展的脚步正在加快。相信未来随着各项支持政策的落实，中国光伏应用市场将进入快速发展阶段。中国光伏产业在世界光伏发展的拉动下,近年来得到飞速发展。2008 年中国光伏电池产量达到2 GW ,保持全球第一的地位,占全球分额的30 %，主要集中在晶体硅电池领域。无锡尚德、保定英利、河北晶澳、常州天合、江苏林洋等已跻身国际大型太阳能电池生产企业行列。截止2009年底，中国已有11家光伏企业海外上市，13家企业国内上市。2008年全球前30家太阳能电池厂商中，中国企业占据10席，无锡尚德以494兆瓦的产量位于全球第三位。光伏产业已成为中国为数不
5、多的、可以与国际企业站在同一起跑线上参与竞争的产业。中国光伏产业区域集群化发展态势已初步显现。从中国光伏企业区域分布看，江苏的苏锡常产业带、河北邢台-保定产业带、江西新余产业带、四川乐山-成都产业带以及深圳-香港产业带等，这些区域聚集了众多企业，形成相互扶持和支撑的区域产业特色群。江苏的太阳能电池、河北的电池片及组件、江西的硅片、四川的多晶硅实力较强，产业集中也较明显。无锡尚德、河北英利、常州天合、新余塞维等几个领军企业已经初步完成了从多晶硅材料到系统工程完整产业链的布局，正在进行海外设厂、海外并购，向集约化国际产业集团发展。但总起来看，中国晶体硅电池具有国际竞争力，但是，薄膜电池的国际竞争力
6、有限，目前中国薄膜电池生产能力在 1500MW 左右，由于技术落后，成本高，与晶体硅电池比较还不具备竞争优势，2008 和 2009 年度的实际产量均不到100MW，具有规模化生产能力的企业还不多，具有国际竞争力的更少。目前，浙江省从事光伏产业的规模以上企业已有约 60 家, 2008 年实现产值约120 亿元,比 2007 增加 70%以上。截至 2008 年底，浙江共有各类光伏企业 110 余家，主要分布在衢州、宁波、杭州、嘉兴、绍兴等地区。据不完全统计，2007 年全省共产单晶硅棒（多晶硅锭）300 多吨、硅片 550 万片，有电池片和组件生产企业近 10 家，全省总体产能达到 450M
7、W 以上。产业发展规模在江苏、江西等省份之后，在全国处于第一方阵。浙江的光伏产业链基本成型。除硅矿开采、冶炼、系统集成外,在多晶硅、硅棒生产,硅片切割、太阳能电池板和组件生产、光伏电池应用等方面都有涉及。在产业链源头，多晶硅提纯、单晶硅棒和硅片切割等环节均已具备；在产业链中游，电池和组件制作环节，硅系光伏电池和薄膜3光伏电池生产开始进入产业化阶段；在终端产品生产环节，太阳能动力汽车研制、LED 照明灯具开发、太阳能候车亭设立、太阳能发电系统应用等全面进入中试阶段，为产业化奠定了良好的基础。另外，在光伏生产装备方面，浙江企业生产的全自动单晶炉、多晶硅铸锭炉、超白玻璃等已进入国内市场。浙江省的光伏
8、产业发展中也存在一些较为突出的问题，主要有：1） 产业布局分散、规模较小、产业集中度低，无论是企业数量、生产规模还是产业链配套，均无法与江苏、江西等兄弟省市相抗衡；2） 浙江缺少像上海交大国飞绿色能源有限公司和武汉日新科技有限公司这样产学研结合型企业，也缺乏诸如无锡尚德这样巨无霸的企业，龙头企业的引领作用不明显；3） 产业特色不明显，珠三角地区以大力发展光伏终端应用产品为主，集中了全球 70%以上的光电小产品生产企业，甘肃、西藏的光伏电站建设项目也开始稳步推进；4） 虽然产业链已初步形成，但呈现出两头小、中间大的分布格局，即原料和市场在外，大部分企业主要赚取中间的加工利润；5） 在相关设备制造
9、环节，浙江的企业数量也较少，仅占整个产业链的8.8%；6） 应用市场拓展缓慢，在光伏并网发电项目上，浙江只有局部、自发性、小规模项目在实施，迄今为止仍无兆瓦级光伏并网发电项目。1.2 愿景短期，制定完善的鼓励政策，加大政府扶持力度，弥补政策缺位；应利用浙江是一个机械电子产品加工生产的大省的优势，大力发展太阳能电池中下游产业链的生产、消费、运营及服务等领域；实施重大项目，培育龙头企业，优化产业布局，整合现有的从硅料、硅片到太阳能电池组件及配套产品的产业体系，促进产业集聚，着力打造有特色的光伏产业链。中期，产品主要开始以薄膜产品为主，协调发展上中下游产业链，并将更多精力投入到国内市场；不断降低产品
10、的价格，提高产品性能，增强产品适用性，延伸产品的后期服务；依托装备制造和高新技产业优势，构建太阳能设备制造产业链。远期，即在不断完善中寻求突破，而突4破的可能方向仍将更多的集中在转化效率的提高与成本的减少问题上；以示范工程为应用典型，推广一批光伏新能源技术和产品，不断推动光伏新能源的宣传，提高全民对光伏新能源的认识和应用的自觉性。二、 光伏产业发展的技术体系光伏产业包括多晶体硅原材料制造、硅锭/硅片生产、太阳电池制造、组件封装和光伏系统应用等，还有一些与整个产业链相关联的产业，如各环节的专用材料制造、专用设备制造，专用检测设备制造以及光伏系统平衡部件制造等。光伏电池按照组成的材料分类，可分为硅
11、太阳能电池（包括单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池和非晶硅光伏电池）、无机化合物半导体太阳能电池（主要包括碲化镉薄膜电池和铜铟硒化物薄膜电池）、染料敏化太阳能电池和有机/聚合物材料太阳能电池。按技术开发成熟度，太阳能电池分以下三类：1 ) 晶硅太阳能电池；2 ) 薄膜太阳能电池；3 ) 下一代新型太阳能电池。为了进一步降低成本、提高效率，期望研发在改善现有技术和开发新技术方面不断取得进步。根据各种应用的特殊要求和经济情况，预计未来将会开发出更多的新型技术。晶硅、薄膜太阳能电池的比较见表 1。表1 晶硅、薄膜太阳能电池比较种类 材料 电池转换效率电池模块效率能源返还时间优点 缺点单晶硅l424 10
12、16% 2.1年 耐用、转换效率高、技术成熟、寿命长制造能耗高成本高晶硅太阳能电池多晶硅1117 912% 2.3年 低成本、工艺简单、适合大规模生产效率低于单晶硅非晶硅813 69% 1.6年 成本较低、弱光下也可以工作目前存在光致衰减问题薄膜太阳能电池 碲化镉1015 710% 效率较高、成本较单晶硅低、易于规模生产原材料来源有限，镉有剧毒5铜铟硒1012 810% 半年 价格低廉、性能良好、工艺简单原材料来源比较有限表 2 总结了一系列光伏系统的一般技术指标，包括转换效率、能源回收期、使用寿命。典型商业平板组件的效率期望能从 2010 年的 16%增长到 2030 年的 25%。目前，能
13、源和材料在制造业的使用会变得更加高效，因而会缩短光伏系统的能源回收期。预计能源回收期会从 2010 年的两年降低到 2030 年的 0.75 年。另外，使用寿命期望从 25 年增加到 35 年。表 2 光伏系统的一般技术指标指标 2010 2020 2030典型平板组件效率 16% 23% 25%系统能源回收期（1500kWh/kWp ） 2 年 1 年 0.75 年使用寿命 25 年 30 年 35 年2.1 晶硅光伏电池如今，光伏组件的绝大多数（每年全球市场的 85%-90%）都是硅基晶片，预计晶体硅光伏组件将持续占据光伏技术直到 2020 年，到那时的市场份额也将超过 50%。这要归功于
14、晶体硅光伏组件的可靠性技术、长寿命以及丰富的原料储备。晶体硅光伏组件存在的主要挑战是提高转换效率、有效地减少资源消耗、改良电池组概念、制造自动化。典型的晶体硅光伏组件的制造过程包括硅锭生长、硅锭切片、硅片制成太阳能电池、电池电极连接、电池封装形成组件。目前电池组件所采用的硅材料主要有两种形式：单晶硅和多晶硅。目前市面上的单晶硅电池组件最高转换效率可达14%20%。预计到 2020 年其转换效率有望达到 23%-25%。多晶硅电池组件由于原子结构更加无序转换效率低于单晶硅，但是其成本较低，预计在今后一段时间内其效率有望达到 21%。公众及企业对单晶硅技术连续定向研发的近期目标是大量降低成本、提高
15、产量，只有达到这两个目标才能在未来十几年增强竞争力、扩大光伏产业的规模。表 3 总结了晶体硅太阳能电池的主要研发目标。表 3 晶体硅技术研发目标6晶体硅技术 2010-2015 2015-2020效率指标 单晶硅： 21% 多晶硅： 17% 单晶硅： 23% 多晶硅： 19%工业制造方向 硅消耗量5g/W 硅消耗量3g/W2.2 晶硅光伏电池产业的战略任务和部署浙江是一个机械电子产品加工生产的大省，应利用这方面的优势产业和技术，大力发展太阳能电池中下游产业链的生产、消费、运营及服务等领域。实施重大项目，培育龙头企业，优化产业布局，整合现有的从硅料、硅片到太阳能电池组件及配套产品的产业体系，促进
16、产业集聚，着力打造有特色的光伏产业链。一是构建“电 -多晶硅-化工”合理产业链。依托多晶硅厂布局化工、热电厂等项目，或者依托化工厂、电厂发展多晶硅项目，形成多晶硅化工联合体，既便于为多晶硅厂提供化工原料如氯气、氢气等，也可以利用多晶硅生产排出的四氯化硅及次级三氯氢硅等，生产有机硅、气相白炭黑等硅化工产品，实现物料循环，减少消耗和环境污染。二是依托装备制造和高新技产业优势，构建太阳能设备制造产业链。三是积极开发太阳能钟表、太阳能充电器、太阳能计算器、太阳能换气扇、太阳能水泵、太阳能玩具、太阳能汽车等终端产品。2.3 薄膜光伏电池薄膜光伏电池技术的主要优点是使用硅原料相对较少可以降低成本，自动化程度较高可以提高生产效率，易于实现建筑一体化，在高温环境下性能良好，并且还降低了对高温的敏感度。目前的缺点是转换效率较低，工业应用的使用寿命不高。薄膜技术处于迅速增长过程，在过去的几年中，薄膜组件从中等规模增长到 50MW 生产线水平，最近有宣告生产量达到 GW 范
