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薄膜发电屋顶建站

[ 时间:2018-10-22 ]
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  晶体硅和薄膜太阳能光伏电池是现在乃至未来十年的两大主要技术阵营,晶体硅太阳能电池以高转化效率在过去和现在都主导着光伏市场。而薄膜电池在原有转化效率上突破性的进展以及相对低廉的成本在近两年吸引了投资者更多的关注,处于其急速发展期。
  
  目前已经实现商业化的太阳能电池技术有晶体硅电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池,聚光太阳能电池。薄膜太阳能电池也有可能在将来实现产业化。其中,晶体硅太阳能电池占整个光伏市场85%以上的份额。单晶硅太阳能电池大规模生产的平均转换效率已经达到了16.5%,而多晶太阳能电池的转化效率在14.5%到15.8%之间。据悉,中电的已经量产的SE电池的平均转化效率为17.5%,其单晶太阳能电池能达到18%的转换效率。
  
  而在未来太阳能电池的发展蓝图中,薄膜电池则以低成本成为新的亮点,并试图通过改善工艺提高其转换效率将极大的扭转光伏市场的格局。
  
  原材料在太阳能电池的成本结构中占了重要的比例,薄膜电池能在当前光伏产业发展之路中崛地而起,成本因素起到了关键的作用。不论是晶体硅还是薄膜太阳能电池,原材料约占总光伏电池总成本的60%-70%,薄膜太阳能电池的成本无论在过去还是将来都大大低于晶体硅太阳能电池的成本。在2003年,多晶硅的价格为30美金/公斤,根据模型显示,在系统安装量为1GW时,传统薄膜太阳能电池每KW的价格约是多晶硅太阳能电池的二分之一。而新型的薄膜太阳能电池技术将这种单位电量的价格优势继续扩大。
  
  在过去的几年中,为了降低晶体硅太阳能电池的成本,用来制作电池片的硅片的厚度已经从原来的300 um减薄到了180um,纵然随着明年多晶硅产能的释放,价格会有一定幅度的回落,但从成本角度,薄膜电池还是具有明显的成本优势。
  
  作为薄膜电池的主要原料之一——玻璃,约占原材料成本的40%。非晶微晶工艺的薄膜电池需要超白玻璃,因为超白玻璃具有高透光率,对太阳光具有很好的吸收作用。目前国内已经有一些光伏玻璃生产企业达到了一定的规模,例如山东金晶、南玻以及耀皮等。这为薄膜电池的规模化生产提供了丰富的原材料供应。
  
  同时,薄膜的转化效率也在过去的几年中得到很大程度的提升,采用非晶双结技术的薄膜太阳能电池稳定后的转换效率的理论上限为15%,在有报道的量产中转换效率已经达到了11%左右。晶体硅电池的发展也推动了薄膜太阳能电池的快速发展,薄膜太阳能电池在技术上目前已经具备了规模化生产的基本条件。
  
  薄膜太阳能电池解决方案巨头之一的应用材料用Sunfab生产线来主战薄膜太阳能光伏市场,Sunfab最诱人之处莫过于改写了薄膜太阳能电池玻璃基板的尺寸了,将尺寸增大到了2.2米 X 2.6米,总面积达到了5.7平方米,面积是普通薄膜太阳能电池的4倍,如此大的面积的太阳能电池模组不仅可以节约生产成本,在系统安装时能很大程度上减少安装材料和安装的人力。在相同效率的条件下,大面板显然在成本上占有优势,但是随着尺寸的增大,厚度、结晶分馏和掺杂物浓度等薄膜特性的均匀性变化都会在制造过程中造成设备性能下降和电池的可靠性问题。根据应用材料发表的数据,其转换效率均匀性优于+/-4rel%。
  
  作为全球提供薄膜太阳能模块Turn-Key服务的厂商Oerlikon的薄膜太阳能电池解决方案提供了中试线的选择,其玻璃基板与量产基板尺寸相同。中试线与量产线不同之处在于反应腔室的数量,两者分别为1:20,在中试线上研发成功的工艺可以直接移植到量产生产线上,这使电池生产厂商在投入大规模量产之前可以对工艺进行自主改善,进而提高产能与转化效率。
  
  虽然薄膜电池将主导未来光伏市场的呼声不断,但要在未来的5-10年取代晶体硅太阳能电池成为光伏市场的主流可能需要相当的工作和努力。由于用于晶体硅电池制造的硅原料取得相对容易,晶体硅电池量产技术成熟和较高的转换效率,而在可预见的未来几年,晶体硅太阳能电池仍然会是市场的主流。晶体硅和薄膜这两种技术在很长一段时间内会齐头并进,相辅相成,也许会永远并存。
  
  降低成本,扩大内需
  
  2007年,中国太阳能电池的产量达到1088MW,超过日本和欧洲成为全球大太阳能电池生产国,占了全球总产能的27.2%。而中国的装机容量在2007年仅为20兆瓦,累积安装100兆瓦,产出和应用严重失衡。随着欧元贬值、金融危机对国内实体经济的冲击,以海外市场作为主要支撑的中国光伏产业,对扩大内需的要求越来越迫切,虽然《可再生能源法》的出台从法律的角度确定了再生能源的重要性,但是对于光伏的相关政策细则还未界定,业界迫切期望政府在短时间内出台实施细则,并尽快地应用到产业之中,有效地推动内需。
  
  目前,价格是制约内需增长的主要因素之一,所以降低模组成本将会有效地推动内需的扩大。而光伏产业在未来一段时间内发展的目标是将光伏模组的生产成本降到1美元每瓦以下,实现太阳能发电的普及应用,达到grid parity。
  
  然而单位电量成本的降低是一个系统工程,主要着力点可概括为贯穿了整个光伏产业链,我们可以从以下几个方面努力来降低单位电量的成本:
  
  提高转换效率:对于1.1*1.3 标准尺寸,电池的转换效率提高1%,成本就降低12%。,转换效率的提高来自于对工艺的改善,新材料的应用,以及加工技术的创新;浙江正泰太阳能科技有限公司董事总经理杨立友博士说:“从技术指标来看,除了转化效率,每瓦的成本显得更为重要(dollar for W),忽略占地面积的因素,每一度电的成本最终还是要归结到价格。而转换效率之所以很重要是因为很多成本直接跟转化效率有关系,你用的材料不一样,转化效率就不同,单位面积上的成本就不一样。”
  
  精益制造:提高工厂自动化程度及生产效率,追求精益制造。举例来说,天合光能引进了电子行业普遍采用的手段,将精益生产运用到电池片的生产中,从今年年初到现在破片率降低了3%,这就意味这在转换效率没有提高的前提下,增加了3%的利润,在本质上降低了成本。
  
  规模化效应:无论对于晶体硅太阳能电池还是薄膜太阳能电池,规模扩大一倍,成本降低20%。据悉,尚德中试线晶体硅的转化效率已经可以达到20%,如果尚德能实现1G的量产能力,那么实现每瓦1美金就成为可能。王瑞萍认为,如何研发出高转化效率的晶体硅太阳能电池,同时进一步提高光伏产业的规模化和产业化将是晶体硅太阳能电池在未来几年面临的主要挑战。
  
  产业链布局要相对集中:现在光伏产业园区在全国东西南北中都有分布,群聚效应不明显,在一定程度上增加了物流的复杂性、限制了资源的共享。
  
  国内设备业的积极参与:国内光伏设备在近几年内得到了一定的发展,与进口设备相比,产品价格具有的优势,但不可否认的是市场对国产设备的认可度和接受度与海外设备还有一段距离,国内设备在产品质量和性能上有待提高,除了与国际大公司进行积极的互动之外,国产设备需加快国际认可的第三方认证。
  
  结束语
  
  光伏太阳能作为一种可以改变能源结构的绿色能源必将在未来得到长远的发展,对于高转化效率低成本的追求也必将促使光伏及早进入grid parity时代。
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