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光伏产业

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1.什么是光伏产业

光伏产业,简称PV(Photovoltaic Industry)。是指利用太阳能的最佳方式是光伏转换,就是利用光伏效应,使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”,包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。

直接把太阳能转换成电能的产业叫做做光伏产业,光伏的来历就是“光生伏打”效应,也就是光产生电。目前的光伏产业主要分晶硅光伏和非晶硅光伏。晶硅光伏是以多晶硅为原料,生产太阳能电池并利用太阳能进行发电。大致的流程是:提炼高纯度多晶硅--生产硅片--生产电池片--把电池片组装成组件--用组件进行发电。非晶硅光伏大体都一样,但原料不是多晶硅。如使用薄膜。

光伏产业属于新能源领域,在太阳能利用中包含了光热和光电两种主要的形式。光热利用比较普及,比如屋顶的太阳能真空管热水器;光电应用也叫光伏发电(Photo-voltage Generation,PV)是新能源中最具规模开发和商业化发展前景的发电方式,目前由于成本和技术原因,尚未完全市场化,近年来,依靠欧美日等国家的政府补贴,发展速度很快。

2.光伏产业的背景和发展

率先利用太阳能发电的是发达的欧美国家和日本。自1969年世界上第一座太阳能发电站在法国建成,太阳能发电的比例在欧美国家逐渐提高,太阳能光伏技术也得到了不断发展。其中,欧盟是世界上光伏发电量最大的地区。在2008年,这个区域占全球光伏发电量的80%。而德国和西班牙的光伏发电总量总和约占欧盟的84%,是名副其实的光伏发电强国。这些成就要归功于欧盟近20年来持续推动光伏产业发展。欧盟预计在2020年,太阳能光伏发电将占欧盟总发电量的12%。

日本也是太阳能发电的强国,而且使用范围非常广,一般家庭都可以使用太阳能光伏装置发电。他们的做法是,通过政府补贴,鼓励家庭购买家用的光伏发电装置。每个家庭通过光伏发电装置产生的剩余电量可以卖给政府或电力公司。这使日本的光伏发电量不断提高,也使日本的能源利用率大幅提升。

美国虽然在光伏发电技术上较早起步,但由于以往美国政府对光伏发电并不重视,以至美国的光伏发电的发电量和技术革新不如欧盟和日本。但随着美国奥巴马政府出台一系列鼓励发展新能源的政策,美国在光伏发电产业上大有后来居上的势头。现在,美国的不少州出台了《可再生能源配额标准》。以加州为例,凡在住屋、商业建筑或公用建筑屋顶上安装太阳能设备的家庭或企业,都可获得州政府的多项补助,其中包括享受30%的减税优惠,减少30%的安装成本等。

3.光伏产业的内容

第一代是晶体硅电池,晶体硅电池产业中,上游从硅砂(石英砂)开始,通过电弧炉制成粗硅(纯度97-99.9%),然后经过一系列的化学(改良西门子法)或物理(电解法)制成高纯多晶硅(纯度99.999999%),高纯硅料再经过晶体化(单晶直拉法或多晶定向凝固法)形成具有一定晶向的硅锭,经过切割后形成不同大小(125mm或156mm)的方形硅片,硅片经过电池片厂的加工,历经清洗-制绒-干燥-扩散(磷)-表面电阻率测试-去除表面氧化层漂洗-等离子周边刻蚀-SiN减反射膜沉积-背面电极印刷-背面电极烘干-铝背场印刷-铝背场烘干-正面银电极印刷-烧结-测试分选-包装出货 步骤制成具有光电转换功能的电池片,再经过串并联后在TPT背板上用EVA膜(透明,密封材料)夹好,最上层盖上一块光伏玻璃(低铁超白,光透率92%以上,钢化耐腐蚀冰雹,有布纹可减少光逸出),用铝边框固定好,外接接线盒及逆变器(发电是直流需转换),最后在应用场所(如屋顶、沙漠电站)用铝合金的支架安装好,将所发电流连入电网供电。

第二代是薄膜电池,薄膜电池分为硅基薄膜电池(非晶硅,微晶硅叠层等),化合物(碲化镉、硫化镉、铜铟镓硒、砷化镓、磷化铟)电池,目前应用最成熟的是碲化镉电池、硅基薄膜电池、铜铟镓硒电池、砷化镓电池,但由于各种天生的不足,与晶体硅电池相比仍有差距,因此在各自领域作为晶体硅电池的重要补充。

如硅基薄膜电池效率大约在6-9%,仅相当于晶体硅电池效率15-18%的一半,主要用于建筑幕墙等;铜铟镓硒电池效率在9-11%左右,可制作柔性化产品,但铟比昂贵稀有,难以大规模制造;砷化镓电池效率约25-35%,高成本高效率,用于太空卫星等场合,价格超高;碲化镉电池效率11%,碲稀有镉含毒,沙漠电站适用,成本低于晶体硅电池。

目前市场八成是晶体硅电池,其他各种电池占据剩下两成市场,我国生产的产品占国内所需不到5%,剩下95%全部依赖国外市场。另外,我国近年来高纯硅制造进步较快,从零开始到现在能够解决一半的原材料问题,为光伏产业发展立下汗马功劳。

另外,以及尚处于研发阶段的第三代高效电池。

4.光伏产业的技术原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限 制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。

光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并 网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精 炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源 无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前,单晶和多晶电池用量最大,非晶电池用于一些小系 统和计算器辅助电源等。

国产晶体硅电池效率在10至13%左右,国外同类产品效率约18至23%。由一个或多个太阳能电池 片组成的太阳能电池板称为光伏组件。目前,光伏发电产品主要用于三大方面:一是为无电场合提供电源,主要为广大无电地区居民生活生产提供电力,还有微波中 继电源、通讯电源等,另外,还包括一些移动电源和备用电源;二是太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等;三是并网发电,这 在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步,不过,2008年北京奥运会部分用电由太阳能发电和风力发电提供。

5.光伏产业的优势

1、永不枯竭。

2、采集太阳能的地点的地理位置要求不高;相对而言,水电站或风电站对地理位置要求则比较高。 

3、建立太阳能发电站所需的时间和成本都比水电站要低。

4、开采和使用太阳能不会造成环境污染,是理想的绿色能源。

5、适用范围广,就算一般家庭也可以利用太阳能发电。

也因此,世界各国为了更有效地开采和使用太阳能,不断地发展着太阳能光伏组件技术,尽可能地利用这个“永不枯竭”的能源。

6.中国光伏产业

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