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光伏產(chǎn)業(yè)

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1.什么是光伏產(chǎn)業(yè)

光伏產(chǎn)業(yè),簡稱PV(Photovoltaic Industry)。是指利用太陽能的最佳方式是光伏轉(zhuǎn)換,就是利用光伏效應(yīng),使太陽光射到硅材料上產(chǎn)生電流直接發(fā)電。以硅材料的應(yīng)用開發(fā)形成的產(chǎn)業(yè)鏈條稱之為“光伏產(chǎn)業(yè)”,包括高純多晶硅原材料生產(chǎn)、太陽能電池生產(chǎn)、太陽能電池組件生產(chǎn)、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的制造等。

直接把太陽能轉(zhuǎn)換成電能的產(chǎn)業(yè)叫做做光伏產(chǎn)業(yè),光伏的來歷就是“光生伏打”效應(yīng),也就是光產(chǎn)生電。目前的光伏產(chǎn)業(yè)主要分晶硅光伏和非晶硅光伏。晶硅光伏是以多晶硅為原料,生產(chǎn)太陽能電池并利用太陽能進行發(fā)電。大致的流程是:提煉高純度多晶硅--生產(chǎn)硅片--生產(chǎn)電池片--把電池片組裝成組件--用組件進行發(fā)電。非晶硅光伏大體都一樣,但原料不是多晶硅。如使用薄膜。

光伏產(chǎn)業(yè)屬于新能源領(lǐng)域,在太陽能利用中包含了光熱和光電兩種主要的形式。光熱利用比較普及,比如屋頂?shù)奶柲苷婵展軣崴?;光電?yīng)用也叫光伏發(fā)電(Photo-voltage Generation,PV)是新能源中最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式,目前由于成本和技術(shù)原因,尚未完全市場化,近年來,依靠歐美日等國家的政府補貼,發(fā)展速度很快。

2.光伏產(chǎn)業(yè)的背景和發(fā)展

率先利用太陽能發(fā)電的是發(fā)達的歐美國家和日本。自1969年世界上第一座太陽能發(fā)電站在法國建成,太陽能發(fā)電的比例在歐美國家逐漸提高,太陽能光伏技術(shù)也得到了不斷發(fā)展。其中,歐盟是世界上光伏發(fā)電量最大的地區(qū)。在2008年,這個區(qū)域占全球光伏發(fā)電量的80%。而德國和西班牙的光伏發(fā)電總量總和約占歐盟的84%,是名副其實的光伏發(fā)電強國。這些成就要歸功于歐盟近20年來持續(xù)推動光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。歐盟預(yù)計在2020年,太陽能光伏發(fā)電將占歐盟總發(fā)電量的12%。

日本也是太陽能發(fā)電的強國,而且使用范圍非常廣,一般家庭都可以使用太陽能光伏裝置發(fā)電。他們的做法是,通過政府補貼,鼓勵家庭購買家用的光伏發(fā)電裝置。每個家庭通過光伏發(fā)電裝置產(chǎn)生的剩余電量可以賣給政府或電力公司。這使日本的光伏發(fā)電量不斷提高,也使日本的能源利用率大幅提升。

美國雖然在光伏發(fā)電技術(shù)上較早起步,但由于以往美國政府對光伏發(fā)電并不重視,以至美國的光伏發(fā)電的發(fā)電量和技術(shù)革新不如歐盟和日本。但隨著美國奧巴馬政府出臺一系列鼓勵發(fā)展新能源的政策,美國在光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)上大有后來居上的勢頭。現(xiàn)在,美國的不少州出臺了《可再生能源配額標準》。以加州為例,凡在住屋、商業(yè)建筑或公用建筑屋頂上安裝太陽能設(shè)備的家庭或企業(yè),都可獲得州政府的多項補助,其中包括享受30%的減稅優(yōu)惠,減少30%的安裝成本等。

3.光伏產(chǎn)業(yè)的內(nèi)容

第一代是晶體硅電池,晶體硅電池產(chǎn)業(yè)中,上游從硅砂(石英砂)開始,通過電弧爐制成粗硅(純度97-99.9%),然后經(jīng)過一系列的化學(xué)(改良西門子法)或物理(電解法)制成高純多晶硅(純度99.999999%),高純硅料再經(jīng)過晶體化(單晶直拉法或多晶定向凝固法)形成具有一定晶向的硅錠,經(jīng)過切割后形成不同大?。?25mm或156mm)的方形硅片,硅片經(jīng)過電池片廠的加工,歷經(jīng)清洗-制絨-干燥-擴散(磷)-表面電阻率測試-去除表面氧化層漂洗-等離子周邊刻蝕-SiN減反射膜沉積-背面電極印刷-背面電極烘干-鋁背場印刷-鋁背場烘干-正面銀電極印刷-燒結(jié)-測試分選-包裝出貨 步驟制成具有光電轉(zhuǎn)換功能的電池片,再經(jīng)過串并聯(lián)后在TPT背板上用EVA膜(透明,密封材料)夾好,最上層蓋上一塊光伏玻璃(低鐵超白,光透率92%以上,鋼化耐腐蝕冰雹,有布紋可減少光逸出),用鋁邊框固定好,外接接線盒及逆變器(發(fā)電是直流需轉(zhuǎn)換),最后在應(yīng)用場所(如屋頂、沙漠電站)用鋁合金的支架安裝好,將所發(fā)電流連入電網(wǎng)供電。

第二代是薄膜電池,薄膜電池分為硅基薄膜電池(非晶硅,微晶硅疊層等),化合物(碲化鎘、硫化鎘、銅銦鎵硒、砷化鎵、磷化銦)電池,目前應(yīng)用最成熟的是碲化鎘電池、硅基薄膜電池、銅銦鎵硒電池、砷化鎵電池,但由于各種天生的不足,與晶體硅電池相比仍有差距,因此在各自領(lǐng)域作為晶體硅電池的重要補充。

如硅基薄膜電池效率大約在6-9%,僅相當于晶體硅電池效率15-18%的一半,主要用于建筑幕墻等;銅銦鎵硒電池效率在9-11%左右,可制作柔性化產(chǎn)品,但銦比昂貴稀有,難以大規(guī)模制造;砷化鎵電池效率約25-35%,高成本高效率,用于太空衛(wèi)星等場合,價格超高;碲化鎘電池效率11%,碲稀有鎘含毒,沙漠電站適用,成本低于晶體硅電池。

目前市場八成是晶體硅電池,其他各種電池占據(jù)剩下兩成市場,我國生產(chǎn)的產(chǎn)品占國內(nèi)所需不到5%,剩下95%全部依賴國外市場。另外,我國近年來高純硅制造進步較快,從零開始到現(xiàn)在能夠解決一半的原材料問題,為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展立下汗馬功勞。

另外,以及尚處于研發(fā)階段的第三代高效電池。

4.光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)原理

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點是較少受地域限 制,因為陽光普照大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)周期短的優(yōu)點。

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨立使用還是并 網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成,它們主要由電子元器件構(gòu)成,不涉及機械部件,所以,光伏發(fā)電設(shè)備極為精 煉,可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護簡便。理論上講,光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合,上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級電站,小到玩具,光伏電源 無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池(片),有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前,單晶和多晶電池用量最大,非晶電池用于一些小系 統(tǒng)和計算器輔助電源等。

國產(chǎn)晶體硅電池效率在10至13%左右,國外同類產(chǎn)品效率約18至23%。由一個或多個太陽能電池 片組成的太陽能電池板稱為光伏組件。目前,光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面:一是為無電場合提供電源,主要為廣大無電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力,還有微波中 繼電源、通訊電源等,另外,還包括一些移動電源和備用電源;二是太陽能日用電子產(chǎn)品,如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等;三是并網(wǎng)發(fā)電,這 在發(fā)達國家已經(jīng)大面積推廣實施。我國并網(wǎng)發(fā)電還未起步,不過,2008年北京奧運會部分用電由太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電提供。

5.光伏產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢

1、永不枯竭。

2、采集太陽能的地點的地理位置要求不高;相對而言,水電站或風(fēng)電站對地理位置要求則比較高。 

3、建立太陽能發(fā)電站所需的時間和成本都比水電站要低。

4、開采和使用太陽能不會造成環(huán)境污染,是理想的綠色能源。

5、適用范圍廣,就算一般家庭也可以利用太陽能發(fā)電。

也因此,世界各國為了更有效地開采和使用太陽能,不斷地發(fā)展著太陽能光伏組件技術(shù),盡可能地利用這個“永不枯竭”的能源。

6.中國光伏產(chǎn)業(yè)

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