光伏产业发展详细报告.

✓ 光伏组件串联后并联构成
组件方阵。
✓ 100KWp级以上光伏发电
系统由多个光伏方阵组成
2.1.2.2控制器
❖太阳能控制器是控制 整个系统的工作状态，并 对蓄电池起到过充电保护、 过放电保护的作用。附加 温度补偿，光控开关、时 控开关等功能。
2.1.2.3 逆变器
❖由于太阳电池产生 的电是直流电，因此 若需提供电力给家电 用品或各式电器则需 加装直/交流转换器， 即逆变器，将直流电 转换成交流电，才能 供电至家庭用电或并 入电网。
f. 太阳能特点
可再生能源，取之不尽，用之不竭；清洁能源，地球环境 得到保护；工作时无传动部件，无噪音，使用寿命长，携 带和安装方便
1.2 光伏兴起的背景
g. 光伏兴起
当煤、石油、天然气等不可再生能源频频告急，能源问题 日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国 家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发 展的新动力。光伏产业正在兴起。
1.2 光伏兴起的背景
a. 21世纪三大支柱产业
信息，能源，材料
b. 自然界能源的主要形式
水力发电，化石能源，风能，地热能，核能， 太 阳能等
1.2 光伏兴起的背景
c. 现代人类社会的能源构成
1.2 光伏兴起的背景
d. 能源危机
1.2 光伏兴起的背景
e. 环境污染（1956-1996）
传统发电技术对环境污染日益加剧，温室效应导致全球年 经济损失达4300亿美元
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
Since 1980
单晶硅棒
发
电
组
电
池
件
系
统
1.3.3 硅棒（锭）
❖ 多晶硅锭（铸造法）
多晶融化
冷却凝固
切方
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
电 池
组 件
发 电 系 统
1.3.4硅片
硅棒通过线切割，切成180微米左右厚度的硅片
多晶锭
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组 件
发 电 系 统
1.3.6 硅晶组件
单片焊接 串焊 叠层 层压 装框 清洗 电性能测试 包装入库
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
电 池
组 件
发 电 系 统
1.3.7 发电系统
太阳能电池组
核心部分，将太阳 的辐射能力转换为 电能，或送往蓄电 池中存储起来，或 推动负载工作。
2012年
23美元/公斤 100美元/公斤 400美元/公斤 120美元/公斤 65美元/公斤 40美元/公斤
b. 组件价格—单片电池用硅量
❖ 单片电池用硅量（g）
单片耗硅量逐年下降（硅片越来越薄）
c. 组件价格——效率提升
❖ 电池效率的提高
2002年——14% 2003年——15% 2006年——16% 2008年——17% 2010年——18%
1.3 光伏产业链
❖ 非晶硅电池
硅烷
镀膜
控制系统
玻璃
电池
发电系统
1.3 光伏产业链
❖ 晶体硅电池
1.3.1 硅的冶炼
✓石英砂为二氧化硅，中国储量丰富 ✓冶炼过程简单，技术难度低，国内大量生产 ✓粗硅纯度为95－99％,可用于合金掺杂，如变压器上的矽钢片
1.3.2 硅的提纯
提纯方法
✓ 三氯氢硅氢还原法（ SiHCl3，改良西门子法） ✓ 硅烷法（SiH4） ✓ 四氯化硅氢还原法 （SiCl4 ） ✓ 二氯二氢硅还原法 （SiH2Cl2 ） ✓ 从粗硅到高纯硅，价格涨幅近100倍
光伏产业报告
2010-10-18
概述
➢ 光伏产业介绍 ➢ 光伏发电
一. 光伏产业介绍源自文库
➢ 光伏定义 ➢ 光伏兴起的背景 ➢ 光伏产业链 ➢ 光伏产业发展现状 ➢ 光伏产业的未来
1.1 光伏定义
太阳能光伏效应，简称光伏(PV)，又称 为光生伏特效应，是指光照在不均匀半导体 或半导体与金属组合的部位间产生电位差的 现象。
光伏发电系统的价格
✓ 通过硅料价格的下降、单片电池用硅量的下降和 电池效率的提升，使得每瓦组件的价格逐渐下降
✓ 电气控制部分的价格也逐渐下降
06年5月
08年5月
09年1月
组件价格
43元/瓦
30元/瓦
15元/瓦
发电成本
3.3元/度
2.5元/度
1.7元/度
注：1.按每天5小时光照，一年180天晴天，组件使用20年计算，则组件总共 工作18,000小时
MEMC 太阳硅(SGS, Solar Grade Silicon LLC) 住友(Sumitomo )
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
国家 美国 德国 日本 日本 美国 美国 美国
日本
硅 棒 （ 锭 ）
产量（t,2004） 7000 5500 4800 2700 2600 2200 2200
世界产能比 25％ 17.8％ 17.1% 9.6％ 9.3% 7.8% 7.8％
3.技术方面
✓ 单晶硅电池：国内制造技术成熟，转换效率普遍在16.0 -18.0%之间，南京中电、无锡尚德已达到国际领先水 平，
✓ 目前平均转换效率已达到17.3以上 ✓ 多晶硅电池：普遍效率在15.0-16.0之间，落后于国外 ✓ 非晶硅薄膜电池：技术尚不成熟
1.4 光伏产业发展现状
4. 缺乏统一的标准
B. 国内多晶硅企业特点
1. 国内上马的多晶硅项目有30多家; 2. 洛阳中硅、新光硅业、峨嵋半导体、徐州中能、扬州顺大已有多晶硅产出，
但产量较低（100-500吨）; 3. 技术落后，多采用非闭式循环（转化率低、有大量副产品） 4. 生产成本高，大约需要30-40美元/公斤（国外低于23美元）
C. 国家已将高纯多晶的生产作为重点攻关项目
池
变设备
负 载
2.1.3.3 并网系统
2.1.4 光伏发电前景展望
✓ 21世纪的主要能源是太阳能 ✓ 到2020年，太阳电池发电将供应
20多亿人口和提供二百万人的就 业机会 ✓ 到2030年,世界电力生产的一半将 依靠太阳能”
1.4 光伏产业发展现状
2. 数量和规模—2002年后，国内光伏产业发展迅猛，
每年以30%的速度递增，成为一个新兴产业 ✓ 单晶、多晶硅片企业：20家以上 ✓ 晶硅电池企业：30家以上 ✓ 非晶硅电池企业：5家以上 ✓ 晶硅组件：600多家 ✓ 各种配套企业上千家
绝大部分企业盈利丰厚
1.4 光伏产业发展现状
1.4 光伏产业发展现状
❖市场问题
由于目前光伏组件发电的价格远高于常规能源，因此市场 主要依赖于国家对光伏发电的政策补贴
✓ 目前光伏组件主要出口欧洲，以德国和西班牙为主 ✓ 日本市场很大，但自产自销 ✓ 新的市场：美国、中东、意大利、澳大利亚、韩国等 ✓ 中国市场在孕育
08年国外市场大概为1200MW，国内市场不超过60MW
✓ 1958年，美国的“先锋一号”人造卫星就是用了太阳能电池作为电源， 成为世界上第一个用太阳能供电的卫星
✓ 我国1958年开始进行太阳能电池的研制工作，并于1971年将研制的太阳 能电池用在了发射的第二颗卫星上
✓ 上世纪90年代后期，研制成高效太阳能电池（>20%） ✓ 2002年后，世界和中国的光伏产业迅速发展
700
2.5%
~28000t
硅
电
组
片
池
件
60%
发 电 系 统
1.3.3 硅棒（锭）
1.单晶硅棒——直拉法
2.多晶硅锭——铸造法
注：硅的熔点是1420℃
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
电 池
组 件
发 电 系 统
1.3.3 硅棒（锭）
❖ 单晶硅棒（直拉法）
单晶融化
单晶生长
石 英 砂
2.1.2.4 蓄电池
❖蓄电池是将太阳能 电池板所发出的电 能储存起来，到需 要的时候再释放出 来。
2.1.2.5 负载
❖直流负载
❖交流负载
2.1.3 光伏发电系统分类
✓独立（离网）光伏发电系统 ✓并网光伏发电系统
2.1.3.1 独立直流系统
2.1.3.2 独立逆变交流系统
电 扇
交流
蓄
电
控制逆
C. 国内设备厂商需要一长段时间学习、模仿和开发先进的光伏设备
1.5 光伏产业的未来
❖ 光伏产业发展的制约因素
1.观念：国内对太阳能的使用，还局限于太阳能热 水器等，对光伏发电不甚了解 2.风险：一次性投资、技术革新 3.成本：价格（晶体硅组件+电气控制部分）和 使用年限
晶体硅组件：硅料价格、单片电池用硅量、电池转换效率 电气控制部分
1.3.2 硅的提纯
❖ 硅的提纯特点
✓ 庞大的化工系统，反应过程复杂，系统化
✓ 配套要求高
✓ 建设周期长
✓ 环境污染可能性大——要求闭式循环
✓ 多晶硅生产技术含量高
✓ 高投资额，高风险
✓ 高利润
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
电 池
组 件
发 电 系 统
1.3.2 硅的提纯
公司 海姆洛克(Hemlock) 瓦克(Wacker) 德山曹达(Tokuyama) 三菱硅(Mitsubishi) 先进硅(ASiMi)
a. 硅料价格
✓ 目前硅料的价格并不是 由生产硅料的成本决定 的，而是由供需关系直 接决定
✓ 国外高纯硅材料产量 2007年末达到4.47万吨， 2008年底达到7.875万吨， 2010年达到9.95万吨
✓ 由于国际硅材料厂商的 扩产，改善了供需关系， 导致硅材料价格下降
2002年 2005年 2008年 2009年 2010年
硅片质量、电池效率、性能衰减等
5.“三头在外”—中国光伏产业发展不平衡，受国外制
约
✓ 原料——多晶硅原料90%以上依赖进口 ✓ 市场——95%以上的市场在国外（主要在欧洲） ✓ 设备——重要的光伏设备大部分在国外
产业发展不稳定，起伏很大
1.4 光伏产业发展现状
❖ 原料问题
A. 高纯多晶硅的生产长期受美、德、日三国八大公司垄断， 其每年赚取超高额的利润（利润率>400%）
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组 件
发 电 系 统
1.4 光伏产业发展现状
1. 发展历史
✓ 早在1839年， 法国科学家比克丘勒发现半导体在电解质溶液中会产生 光电效应
✓ 1954年美国贝尔研究所的Pearson, Chapin和Fuller首先应用这个原理试制 成功硅太阳电池（光电转换效率4.5%）
2.逆变器等电气控制部分按15元/瓦算
1.5 光伏产业的未来
✓ 预计到2012年，我国光伏发电系统价格低于0.9元/ 度
✓ 预计到2015年，美国光伏系统发电价格为0.1美元/ 度（约0.68元/度）
✓ 另外新型太阳电池（薄膜电池）有望大幅降低光 伏发电成本
✓ 而传统能源发电成本日益上升
1.5 光伏产业的未来
当中国市场发展起来后，我国的光伏行业将迎来更大的发展
1.4 光伏产业发展现状
❖ 设备问题
A. 目前生产高纯多晶硅的反应炉，硅棒线切割机，电池生产过程中的PEC VD、丝网印刷机和烧结炉，薄膜光伏设备、全自动组件设备等各种高 精密设备都来自于国外，价格昂贵
B. 电子科技集团2所、48所、西安理工大学晶体生长设备研究所、无锡奥 曼特、北京京运通、上海思恩电子、秦皇岛博硕光电、捷佳创、七星 华创、上海太阳能科技、北京德雷射科、常州华盛天龙、上海汉虹、 绍兴精工、珠海粤茂激光等一批优秀的国内设备厂商正致力于光伏设 备的开发和生产，并取得了可喜的成绩
❖ 中国光伏系统安装预计
二. 光伏的应用
➢ 光伏发电 ➢ 衍生应用 ➢ 接线盒
2.1.1太阳能光伏发电原理
利用光电池的伏打效应将太阳能直接转化为 电能的系统
2.1.2 光伏发电系统组成
✓ 光伏组件 ✓ 控制器 ✓ 逆变器 ✓ 蓄电池 ✓ 负载
2.1.2.1光伏组件
✓ 又叫太阳能电池板，通常
是由太阳能电池片，按照 一定功率和尺寸要求，由 电路连接组成，并由框架 封装在一起的一组发电单 元。
多晶硅片
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
电 池
组 件
发 电 系 统
1.3.5 硅晶电池
硅片通过扩散、丝网印刷、烧结等步骤，形成能够将
光转化为直流电的器件
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
电 池
组 件
发 电 系 统
1.3.6 硅晶组件
✓ 单片晶硅电池（125x125mm）的电压大概为0.55V， ✓ 电流为4.5A,功率约为2.5W ✓ 单片功率太小，无法直接使用，因此将电池串联和并列， ✓ 达到所需要的电流电压条件（一般为12V或24V） ✓ 组件规格一般为165W,175W,180W（ 8x9片）和 ✓ 230W（8x12片）
太阳能控制器
控制整个系统的 工作状态，并对 蓄电池起到过充 电保护、过放电 保护
蓄电池（组）
一般为铅酸电池， 小微型系统中， 也可用镍氢电池、 镍镉电池或锂电 池
逆变器
太阳能直接输出 12/24/48VDC 。 需 要将直流电转换成 220VAC 交 流 电 , 需 要逆变器。
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料