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1、光伏产业投资调研报告 地球千百年来转化、储藏的化石燃料正被世界高速发展的经济所快速消耗，能源短缺的危机正逐步来临，而我国经济高速增长，人均能源储量又远远低于世界平均水平，一旦出现能源危机将首当其冲。面对传统能源的短缺和温室气体减排对化石燃料使用的制约，加快新能源的发展刻不容缓。可控核聚变作为理想的一次能源，燃料电池作为理想二次能源，正一步一步走向成熟，并将托起人类明天的希望；核电以其稳定的出力将对温室气体减排情况下的能源供给起到重要的保证作用；而风能、太阳能作为再生性能源，未来30-50年也会承担拯救人类的重任。从世界能源结构演变历史来看，煤炭代替木材薪炭成为主要能源的第一次能源消费结构变革大
2、约花了100多年时间；石油替代煤炭成为主要能源的第二次能源消费结构大变革大约化了60年左右的时间；目前能源结构正朝着高效、清洁、低碳或无碳的天然气、水电、核能、太阳能、风能等方向发展，有望在2050年替换化石能源。不过虽然能源技术革新、能源品种替代周期逐渐缩短，但能源结构和基本能源技术的更新换代仍然需要经历很长时间，一般要有二、三十年甚至更长的时间。2007年全球能源消费结构中，石油平均占35.6%（比2006年35.8%下降0.2%）、天然气平均占25.6%（比2006年23.7%上升1.9%），煤炭平均占28.6%（比2006年28.4%上升0.2%），核能平均占5.6%，水力平均占6.4
3、%。目前次不可再生能源石油、煤炭和天然气共占能源消费的80以上，仍然在能源格局中处于主体地位。我国2007年的能源消费结构中，石油所占比例为20.8（2006年为21.1%），天然气占比例为3.3（2006年为3.0%），煤炭占70.4（2006年为69.70），核能占0.70，水电占5.9（2006年为5.50）。我国的能源消费以煤炭为主，自九十年代后总体呈现占比下降趋势。国际能源署在世界能源展望2007中根据参考情景的预测，2005年世界能源需求为114亿吨标准油，到2030年世界能源需求将达到177亿吨标准油，2005-2030年世界能源需求年均增长率为1.8。而我国2005 年能源需求
4、为 17.42 亿吨标准油，到2030年，我国的一次能源需求将翻一番多，达到38.19 亿吨标准油，为全球第一大能源消费国，年均增长率为 3.2%（在重工业化的带动下，2005-2015年我国能源需求年均增长率为 5.1%）。2010 年之后，中国将取代美国成为世界第一大能源消费国。另外，印度也是能源需求增长较快的国家之一。在以消费升级、城市化与重工业化为主要推动力的新一轮经济增长中，我国对能源的依赖性与日俱增，国际能源价格的高涨对中国经济的冲击也必将越来越大。 自从1973 年的石油危机以来，经过前几轮石油危机以后，OECD 国家产业结构调整和能源结构调整基本结束，其经济对石油的依赖和对进口
5、的依赖均有所下降，能够抵抗高油价的冲击。 单位GDP能耗强度反映了国民经济发展对能源的依赖程度。我国每单位GDP 的油耗要比发达国家高一倍以上，油价上升对发展中国家的负面冲击更大。原因一是我国本身能源利用的效率较低，二是在国际分工中，我国承担了更多的制造业，而发达国家则享有更多的金融和服务业。由于我国成为了世界工厂，所消耗的能源不仅支持了我国居民消费，也支持着全球消费。而2003年来油价的高涨更严重灼伤了中国经济，我们不得不认真对待。根据对各类新能源未来发展的分析，随着未来20年风电、太阳能光伏发电装机容量的快速增长；未来30年核电装机容量的大幅增长和燃料电池进入商业应用，中期3-10年内核电
6、、燃料电池将形成较好的增长机会；未来燃料电池的普及和快中子技术的成熟，中长期10-30年内燃料电池、快中子堆将形成较好的增长机会；未来可控核聚变进入商业化应用，长期30-50年内可控核聚变将形成良好的增长机会。不同新能源进入商业化应用的程度时间不同，而某种技术的投资高潮将出现在该技术10的进入商业应用之时。一、太阳能概述太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热
7、发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。1954年开发出效率为6的单晶硅光电池，现代硅太阳电池时代从此开始。硅太阳电他于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10多年里，硅太阳电池在空间应用不断扩大，工艺不断改进，电池设计逐步定型。这是硅太阳电池发展的第一个时期。第二个时期开始于70年代初，在这个时期背表面场、细栅金属化、浅结表面扩散和表面织构化开始引人到电池的制造工艺中，太阳电池转换效率有了较大提高。与此同时，硅太阳电池开始在地面应用，而且不断扩大，到70年
8、代未地面用太阳电池产量已经超过空间电池产量，并促使成本不断降低。 80年代初，硅太阳电他进入快速发展的第三个时期。这个时期的主要特征是把表面钝化技术、降低接触复合效应、后处理提高载流子寿命、改进陷光效应引入到电池的制造工艺中。以各种高效电池为代表，电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大。 太阳能电池近年也被人们用于生产、生活的许多领域。从1974年世界上第一架太阳能电池飞机在美国首次试飞成功以来，激起人们对太阳能飞机研究的热潮，太阳能飞机从此飞速地发展起来，只用了六七年时间太阳能飞机从飞行几分钟，航程几公里发展到飞越英吉利海峡。现在，最先进的太阳能飞机，飞行高度可达2万多米
9、，航程超过4000公里。另外，太阳能汽车也发展很快。用太阳能电池发电确实是一种诱人的方式，据专家测算，如果能把撒哈拉沙漠太阳辐射能的1收集起来，足够全世界的所有能源消耗。 当前，太阳能电池的开发应用已逐步走向商业化、产业化；小功率小面积的太阳能电池在一些国家已大批量生产，并得到广泛应用；同时人们正在开发光电转换率高、成本低的太阳能电池；可以预见，太阳能电池很有可能成为替代煤和石油的重要能源之一，在人们的生产、生活中占有越来越重要的位置。 近几年国际上光伏发电快速发展，2007年全球太阳能新装容量达2826MWp，其中德国约占47%，西班牙约占23%，日本约占8%，美国约占8%。2007年，在太
10、阳能光电产业链中有大量的投资集中到新产能的提升上。除此之外，太阳能光电企业在2007年间的贷款融资金额增长了近100亿美元，使得该产业规模不断扩大。虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍，并在3-5年后，将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金，专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日，美国参议院通过了一揽子减税计划，其中将光伏行业的减税政策（ITC）续延
11、2-6年。 太阳能光伏发电在不远的将来不仅要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体，将给能源发展带来革命性的变化。到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，其中太阳能发电占到60%以上，充分显示出其重要的战略地位。太阳能光伏发电在不远的将来不仅要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体，将给能源发展带来革命性的变化。根据欧洲联合委员会研究中心(JRC)的预测，到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，其中太阳能发电占到60%以上，充分显示出其重要的战略地位。二、太阳能利用技术简介1.光伏效应“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与
12、金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个PN结。太阳能电池的奥妙就在这个
13、“结”上，PN结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光能，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。这样，在PN结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。这种现象就是上面所说的“光生伏打效应”。如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。2.光电转换材料从上世纪70年代中期开始了地面用太阳电池商品
14、化以来，晶体硅就作为基本的电池材料占据着统治地位，由于硅元素在地球上的大量存在，可以确信这种状况在今后十几年内不会发生根本的转变。以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶硅太阳电池，铸造多晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳电池则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较厉害；铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定得转换的效率，而且性能价格比最高；目前，铸造多晶硅太阳能电池已经取代直拉单晶硅成为最主要的光伏材料。但是铸造多晶硅太阳能电池的转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池，材料中的各种缺陷，如晶界、位错
15、、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属被认为是电池转换效率较低的关键原因，因此关于铸造多晶硅中缺陷和杂质规律的研究，以及工艺中采用合适的吸杂，钝化工艺是进一步提高铸造多晶硅电池的关键。另外，寻找适合铸造多晶硅表面织构化的湿化学腐蚀方法也是目前低成本制备高效率电池的重要工艺。从固体物理学上讲，硅材料并不是最理想的光伏材料，这主要是因为硅是间接能带半导体材料，其光吸收系数较低，所以研究其他光伏材料成为一种趋势。其中，碲化镉(CdTe)和铜铟硒(CuInSe2)被认识是两种非常有前途的光伏材料，而且目前已经取得一定的进展。 3.晶硅生产工艺单晶硅材料单晶硅材料制造要经过如下过
16、程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。硅主要以siO2形式存在于石英和砂子中。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。该过程能量消耗很高，约为14kwhkg，因此硅的生产通常在水电过剩的地方进行。这样被还原出来的硅的纯度约98一99，称为冶金级硅（MG一Si）。大部分冶金级硅用于制铁和制铝工业。半导体工业用硅占硅总量的很小一部分，而且必须进行高度提纯。典型的半导体级硅的制备过程：粉碎的冶金级硅在硫化床反应器中与HCI气体混合并反应生成三氯氢硅和氢气，Si3HCISiHC13H2。由于SiHC13在30以下是液体，因此很容易与氢气分离。接着，通过精馏使SiHC13与其它氯化物分离，经过精馏的SiHCl3，其杂质水平可达到电子级硅要求。提纯后的SiHC13通过CVD原理制备出多晶硅锭。基于同样原理可开发出另一种提纯方法，即在硫化床
