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加快技术创新降低太阳能电池成本

日期:2009-04-28    来源:中国电子报  作者:诸玲珍

国际新能源网

2009
04/28
12:18
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关键词: 技术 太阳能电池

    太阳能产业近年来在全球的崛起让中国的光伏企业收益多多,上下游企业都得到了前所未有的发展:诞生了全球第三大太阳能光伏企业———尚德电力股份有限公司,多晶硅项目建设曾如火如荼,与此同时也带动了国产设备业的发展,让太阳能设备占到了国产半导体设备的半壁江山。然而国际金融危机的到来,让本来蒸蒸日上甚至过热的太阳能光伏产业遭受重创,国外订单的骤减以及国内市场的增长缓慢,使得光伏企业在等待中备受煎熬。

    在这样的大环境下,业内人士表示,要想使中国太阳能光伏产业继续行驶在快车道,必须要有国家政策的扶持,需要政府对太阳能电池的生产和消费加以激励、扶持与补贴。国家应该设立太阳能光伏发展基金,用于保障财政补贴、价格补贴、贴息贷款、研发投入等太阳能政策的落实。今年3月23日,财政部、住房和城乡建设部出台《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》,并出台了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》,这两个文件的出台给了业内企业一个信号:将以前的框架文件落到实处,明确了给予光伏项目进行补贴以及20元/Wp的补贴标准。这是中国政府扶持光伏市场的第一个实质性政策,该项政策将推动中国的太阳能光伏产品从绝大多数出口国外向国内应用转变,并将在一定程度上有效地推动光伏系统在中国的产业化进程,同时也是初步推动光伏系统应用民用化的重要环节。但是,我们还需要更加开放的光伏系统相关补贴政策,以更大力度地推进光伏应用的产业化进程。

    目前太阳能电池推广难除了政策的原因外,还因为它的成本太高,因此,进一步降低制造成本是太阳能电池得以大规模应用的关键。除了在电池生产技术方面进行技术研究与技术进步外,材料和设备企业同样有很多工作要做。首先,多晶硅原材料生产成本的控制是降低太阳能电池的生产成本的关键,因为多晶硅的成本约占整个太阳能发电系统成本的70%。材料生产企业要完善生产工艺,节能降耗,提高生产效率和产品质量。设备制造企业要紧跟材料生产企业的需要,提供技术先进、质量稳定、满足工艺需要的优质设备。一方面应集中力量开发相关关键设备,另一方面稳定提高已经生产的设备,为太阳能电池生产企业提供强有力的支撑。专家称,如果多晶硅的成本下降到太阳能电池总成本的20%,那么光伏发电的成本大概在每千瓦时1元。尚德已经提出了于2012年实现1元/千瓦时的目标,并联合产业链上下游企业一起为实现这个目标而努力。业内人士表示,一旦光伏发电的成本可以与常规能源竞争(煤、油、天然气),甚至只要比风能更低,那么国内的市场就会大规模启动。

    与降低成本息息相关的是技术的创新,企业只有不断加大研发力度,不断进行技术创新,不断提高光电转化率、硅料的利用率和良品率,才能切实可行地降低太阳能电池生产成本。同时,还应实现多晶硅的国产化,使多晶硅的成本不断下降,才能让光伏发电在国内普及起来,并发展壮大。当然这些要依靠企业对自身技术、工艺水平进行持续的改善。

    尚德电力控股有限公司副总裁 张光春

    向光伏发电每千瓦时1元目标发起总攻

    突如其来的国际金融危机让高速发展的全球光伏产业受到了很大冲击。在目前的市场环境下,我认为,中国的光伏产业必须抓住时机,加快技术创新,进一步提高产品质量,快速降低成本,向光伏发电平价上网的目标发起总攻。为此,尚德提出了于2012年实现1元/千瓦时的目标。为了实现这个目标,尚德已经开始了全方位的努力。

    产业链上下游企业应通力合作

    1元/千瓦时的目标仅靠一个企业是无法完成的,尚德从整个产业链的角度,加强光伏产业链合作,共同降低光伏发电成本,推动光伏产业的技术进步和产品质量提高。

    尚德的核心竞争力主要体现在能够研发、制造和销售质量一流的太阳能电池和组件。为了强化这个竞争力,我们需要与能够为尚德提供优质原材料和服务的上游合作伙伴密切配合,同时也为下游光伏应用企业提供优质产品和相关技术支持。

    为此,尚德采取了一种三角策略来进行供应链管理。首先,我们与上游企业签订传统意义上的长期合同来保证我们的硅材料供应,在定价方面我们相信其价格无论在目前还是在整个合同期间都将极具竞争力,这样确保双方共同稳步发展。其次,随着众多处于发展阶段的多晶硅生产厂商开始大规模生产,我们看到了呈现在我们面前的一个机会,即综合利用我们的市场地位和财务实力,通过持有材料供应商公司少量股权与他们建立更为密切的合作关系。通过这些战略投资,尚德获得了更多优惠的价格和数量配额,从而提高了尚德在成本方面的长期竞争力。同时,我们提供的资本注入使得这些硅材料合作伙伴能够加快他们的生产和增产速度。此外,尚德也成立了自己的材料研发部门,帮助上游合作伙伴提高工艺技术,改善产品质量,从而更大幅度降低了成本。同时我们正在加快无锡光伏产业基地的基础设施建设。这个基地建成之后将把我们的许多关键原材料供应商聚集到离我们的主生产基地不到1小时车程的地方。这将使得供应链的所有参与者都能够通过缩短距离来提高效率,降低成本,并实现更为顺畅的供应链管理和更为密切的一体化整合。

    为了促进行业的技术进步和产品质量的提高,尚德积极组织和参与行业技术交流,将开发成功的一些共性技术对外公开,在行业内推广使用红外成像等技术检查硅片、电池和组件的内在缺陷,对整个光伏行业产品质量的提高产生了巨大的推动作用。2008年8月,国内30多家单晶硅生产企业聚集无锡,举行了“新型掺镓单晶硅棒提拉技术推广会”,尚德公司技术专家详细介绍了自主开发的太阳电池用掺镓单晶硅技术,为上游供应商破解了技术难题,并让他们无偿使用该技术。此外,尚德还通过产学研合作模式联合解决行业共性关键技术难题。尚德联合中国电子科技集团公司第四十八研究所,共同开发出高温扩散设备,大幅度降低了制造成本。目前,该系列设备已经开发出第三代产品,并在国内光伏企业中广泛使用,带动了光伏设备的国产化。

    加强技术创新提高转换效率

    尚德对于创新的专注和投入已经融入我们的业务运营之中。从来自世界各地光伏领域的高素质专业人才组成的技术开发团队到与一些世界领先的太阳能研究机构和其他领先的太阳能创新者的密切合作,尚德瞄准当前以及未来下一代的太阳能技术并不断推出解决方案。

    为了从根本上不断提升产品质量,提高太阳电池转换效率,尚德的研发机构在光伏材料、光伏设备、太阳电池(包括常规晶体硅太阳电池、Pluto太阳电池、薄膜太阳电池、超高效率太阳电池等)、电池组件(包括常规组件、光伏建筑一体化组件等)、MW级光伏电站等方面均投入了大量的人力物力进行研究与开发,并取得了丰硕成果,大部分已进入产业化阶段。

    目前我们成功研制出高效低成本的太阳电池技术,即“冥王星(Pluto)技术”,并已进入大批量生产阶段。经德国弗朗霍夫太阳能系统研究所检测,太阳电池转换效率分别达到了18.8%(单晶硅)和17.2%(多晶硅)的国际先进水平。预计在未来两年之内,采用Pluto技术的太阳电池的转换效率将达到20%(单晶硅)及18%(多晶硅)。

    近期,尚德又与澳大利亚斯维本科技大学等科研机构共同投资研发基于纳米等离子体技术的新一代超高效率太阳电池,利用该技术的高效低成本太阳电池将吸收更多的太阳光,期望使太阳电池光电转换效率提高1倍,同时使成本降低一半。

    通过技术工艺的不断改进,持续提高产品质量,尚德的产品已经成为光伏行业的

    提高光伏系统设计和安装能力

    伴随着西班牙、德国、美国、日本、中国等光伏补贴政策的不断出台,光伏发电系统越来越成为太阳能市场的一个主要增长点。面对这样的市场机会,尚德一方面在国内成立了专门的系统工程公司,相关技术人员达100多人,分布在广东、上海、北京、江苏和新疆等重要地区。目前,国内安装的重大太阳能项目中有很多都是尚德设计和安装的,如北京奥运会国家主体育场鸟巢内的100kW的太阳能系统、800kW的无锡国际机场项目和1MW的尚德新总部大楼项目。今年下半年,我们也会为上海世博会设计和安装一个3MW的太阳能系统。

    在国外,尚德的日本子公司MSK是光伏建筑一体化的专业设计安装公司,在全球有着骄人的业绩,能够提供种类最齐全的光伏建筑一体化太阳能产品。今年2月,尚德与日本公司HouseCareCo.Ltd签订了30MW的订单;尚德通过其美国的全资子公司SuntechEnergySolutions及合资公司GeminiSolarDevelopmentCompanyLLC设计、建设及运作了商用及大型光伏电站的大型储能太阳能能源系统;今年3月,尚德分别与美国公司AustinEnergy和3rdRockSystemsandTechnologiesInc.签订了30MW和7.2MW的订单。

    通过这些项目的实施,可进一步推动光伏建筑一体化的发展,进一步积累光伏系统设计、施工和项目运行方面的经验,并提高成本控制能力。

    天合光能有限公司董事长兼首席执行官 高纪凡

    垂直一体化经营模式带来成本优势

    在能源短缺和环境恶化的双重压力下,可再生能源受到空前重视。光伏产业作为可再生能源领域的生力军,已成为世界上增长最快的高新技术产业之一。目前,中国已经成为太阳能电池生产第一大国,业界期待中国的光伏应用市场也能得到快速的扩展。

    投资回报率仍在攀升

    从2004年到2008年第三季度,光伏产业的大环境可以说是风和日丽,阳光雨露都很充足,这段时间是全球光伏产业快速成长的阶段。现在,国际金融危机不光是给光伏产业带来一个周期性的严冬,也是在促使这个行业回归理性。因此,当前的市场竞争肯定是激烈的,这也是任何行业都必然经历的阶段。毕竟,全球数百家乃至上千家企业在同一个行业内竞争,这既不是健康的,也不是完全合理的。2009年是光伏产业的回归和调整年,优秀的公司会保持其发展的可持续性,而一些包袱比较大、经营不善的公司可能面临很大的压力。

    国际金融危机给光伏产业最大的威胁就是银行信贷的压力。不过,今年2月-3月我用1个月时间在欧洲进行了考察,与当地银行的高管进行了面对面的沟通,他们反馈的信息是:太阳能是欧洲一个战略性的发展方向,所以他们会尽可能倾斜到这个领域。以欧洲的一家银行为例,他们今年在光伏产业投放的资金量,将比去年增长50%~100%。

    今年,太阳能组件价格有所下降,和去年同期相比,组件价格下降了约30%。但是,光伏电价下降的幅度比太阳能组件价格的降幅小得多,德国只下降了9个百分点。由此可以看出,尽管组件价格下降,但光伏电站的投资回报率反而有较大的增长。因此,虽然现在光伏电站项目遇到了信贷的压力,但是由于投资回报率较高,各方的资本仍然还在向这个领域集聚。我相信,在今年下半年,肯定会出现非常好的恢复性的成长。

    打造世界500强企业需政策扶持

    2008年,中国的光伏产量约占全球份额的30%,就生产能力而言已经位居世界第一。我相信未来还会继续增长,但是前提是我们的各级政府能够把发展太阳能作为一个重要方向。太阳能产业是中国能够在全球领先的高科技产业,如果政府能够把它提高到国家层面作为一个战略型产业,那么中国光伏产品的份额在未来3年到5年内将占到全球份额的50%以上。

    2009年是中国光伏行业应用的启动之年,中国光伏发电的应用,目前正处于一个发展阶段。从全球的情况来看,中国肯定会成为世界太阳能光伏发电的主要市场之一,在未来的3年到5年,我相信会有一个快速的增长,我相信中国未来3年到5年增长到全球市场的10%是有可能的。到2012年前后,中国光伏发电年装机容量达到1.5GW-2.5GW也是有可能的。

    国家要做的关键是两点:第一,对市场而言,要能够把现在推出的补贴政策落到实处,这一点不仅对中国企业,而且对世界上其他推行可再生能源的国家也会有好的影响,因为中国太阳能应用市场的增长将坚定投资人的信心。第二,中央政府和一些产业基础好的省份应该把光伏产业作为战略产业。江苏省已经着手做了,专门为光伏产业制定了一个支持计划。在这个基础上,还要增加一点,除了面向全国的扶持政策以外,还要对一些龙头企业重点进行支持,要花10年左右的时间把这些龙头企业培养成(或者说是支持他们把自己培养成)世界500强企业,就像当年韩国支持三星等企业一样。中国太阳能光伏领域有两三家企业在10年到15年内达到几百亿美元的销售额是完全有可能的,但需要靠各种力量的支持。在光伏领域,一定会有世界500强的企业以及专业公司出现,关键是出在中国还是外国。

    天合光能将拓展国内市场

    跟国内多数太阳能电池生产企业一样,天合光能的绝大部分市场在国外。2008年,天合光能在德国、西班牙的销售量各占公司总销售量的30%左右,而意大利市场销量也占到公司总销售量的20%以上,美国市场在天合光能的份额不算太大,2008年还不到5个百分点。不过,预计今年在美国的业务会有较大幅度的增长,因为美国把新能源作为它经济复苏的一个发动机,根据奥巴马总统的新能源政策,到2012年美国用电量的10%将来自于可再生能源。2009年,我们的目标是将美国市场在公司总销售量的份额提高到15%左右。

    至于国内市场,2008年天合光能在国内光伏市场的销售量只占公司总销售量的1%-2%,这种情况在今年肯定会有所改变,因为最近国家为鼓励光伏建筑一体化的发展出台了新的补贴政策,我们希望今年在国内的销售量能达到10兆瓦左右。

    2008年,天合光能的产能为350兆瓦,仅通过技术提升,便可以将年产量提升到400兆瓦。天合光能是采取垂直一体化经营模式的光伏企业,除了多晶硅材料需要采购之外,硅锭、硅片、电池、组件都由我们自己生产。

    天合光能在光伏产品的品质和成本方面都有优异的表现。在TUV(德国莱茵集团)举办的由全球14家知名光伏厂商参加的“EnergyYield2008每瓦发电量比赛”中,从2008年6月到9月,天合光能公司生产的单晶组件取得了连续4个月排名第二的成绩。

    成本是光伏能否得到大规模应用的一个关键因素,在去年第四季度,天合光能多晶硅电池的成本构成中,非硅的成本已达到0.8美元/瓦,这在全球范围内也是一个领先的指标。

    新奥光伏新能源公司总经理 万克家

    努力提高薄膜太阳能电池转换效率

    日前,中国第一块5.7平方米高效双结硅基薄膜太阳能电池板在新奥诞生,这是新奥集团与世界最大太阳能设备厂商之一的美国应用材料公司强强联合的结晶,也是新奥多年来默默耕耘在非晶硅薄膜领域所得到的回报。

    最终选择非晶硅薄膜电池

    薄膜电池主要分非晶硅、碲化镉和铜铟镓硒和砷化镓几种,美国的FirstSolar公司就生产碲化镉电池,并取得了巨大成功。而非晶硅薄膜电池作为全球都在研发的一项技术,在很多方面还有待提高,那么为什么选用非晶硅作为原料?

    在回答这个问题前让我们来看看FirstSolar的成功模式,FirstSolar在碲化镉方面拥有的技术是全球顶尖的,同时对于成本控制比较好,但更重要的在于FirstSolar成功地提出了碲化镉的回收模式。

    由于碲化镉含有重金属成分,一旦泄露将会造成严重污染,而FirstSolar则提供了全套的回收模式,并成立了专项基金,通过封装、防漏等工序,保证每一块电池组件在到达使用寿命后能够由专业人员进行回收处理。这也是碲化镉薄膜电池在美国得以推广的原因。

    欧洲用户则担心碲化镉电池装在屋顶上,如果发生火灾,组件破裂,重金属泄露将对环境造成极大的影响。因此我们认为碲化镉并不是最好的选择。

    同时,从长远来讲,碲化镉等其他几种电池的原材料都是有限的,需要使用稀有金属,难以满足大规模应用的需求。而非晶硅薄膜电池的原料主要含量是硅,在原料上面可以说是无限量的,而技术的提升、成本的降低具有很大的空间,在未来几年将会有较快的发展。非晶硅薄膜这种潜力巨大、安全清洁的光伏电池制备方式,让新奥最终下定决心以这项业务进军太阳能行业。

    转换效率超过8%

    新奥对外宣布的薄膜电池的转换效率大于8%,一经宣布就受到了国内外舆论的质疑。长期以来,中国的非晶硅薄膜电池效率一直在6%以下徘徊,新奥一下子提升了超过1/3的转换效率,让人吃惊。而实际上,目前我们的薄膜效率每天都在提高,在9%-10%之间,经过检测,衰减后的效率超过8%。

    我们提出了“第二代薄膜电池”这样一个概念:相较传统的非晶硅薄膜下面,又添加了一层微晶硅或多层材料,分别吸收不同波长的光,同时通过技术创新,并采用了国际领先的单片多腔制膜先进设备,使非晶硅薄膜更好地镀到导电玻璃上。因此比第一代薄膜电池效率和稳定性高得多。

    新奥光伏的生产线由应用材料公司提供,从导电玻璃上线开始,通过一整条的生产线作业,被制成光伏薄膜电池。新奥在北美拥有研究所,欧洲也成立了研究小组,专门从事薄膜光伏技术的研究,加上我们这支有生产工艺经验的核心团队,掌握并消化吸收应用材料公司的技术是不成问题的,同时我们还将进一步在工艺、材料技术方面加以改进,争取将转换率提得更高、成本降得更低。

    突破技术瓶颈降低生产成本

    新奥生产的薄膜电池尺寸是中国目前最大的。大尺寸的电池更加便于降低系统成本,同时获得光照的面积也越大。尤其是在大规模电站和BIPV(光伏建筑一体化)上的应用,优势更加明显。新奥的薄膜电池可以经过特殊的大尺寸支架方便地直接安装到发电系统上,节省了边框,降低了成本。

    每当出现一个新产品的时候,受到的制约不是来自主要原料,而是其他的相关材料,如大尺寸的薄膜电池,所需要的重要材料之一———导电玻璃就是个瓶颈。导电玻璃是由普通的超白浮法玻璃经过在线或是离线氧化锡或氧化锌镀膜处理后制作的。新奥的导电玻璃由与生产线连接的镀膜设备制作,以优化工艺和降低成本。

    新奥对非晶硅薄膜电池充满了信心,今后,我们将做到以下几点:1.实现规模化,2012年计划拥有9条生产线,将现在60MW的产能扩大到400MW;2.更好地掌握和消化国际上的顶尖薄膜技术,将电池效率稳定在9%-10%;3.更多地参与国内的大型电站和BIPV项目中,为世界和中国的节能减排事业作出更大贡献。

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