2011-2012年度全球太阳能光伏产业发展研讨报告(共40页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上太阳能光伏产业发展报告 XX集团智能电网研究中心 2011-9-6目 录一、太阳能资源特点1.1 开发利用太阳能的意义太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约为3.751026W)的22亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常
2、大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火,利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代,太阳能的利用已日益广泛,它包括太阳能的光热利用,太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。是一种新兴的利用方式。利用太阳电池发电是基于从光能到电能的半导体特有的量子效应原理。太阳能发电(主要利用太阳的光能)所使用的能源是太阳能,由半导体器件构成的太阳电池是太阳能发电的重要部件。太阳电池可以利用太阳的光能,将光能直接转换成电能,以分散电源系统的
3、形式向负载提供电能。 太阳能既是,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。太阳能为人类创造了一种新的生活形态,使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。1.2 太阳能资源的优缺点1、太阳能资源的优点 普遍:太阳光普照大地,无论陆地或海洋,无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用,且勿须开采和运输。 无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁的能源之一,在环境污染越来越严重 的今天,这一点是极其宝贵的。 巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨标准煤,其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4104亿吨标煤。其总量属现今世界上可以开发
4、的最大能源。 长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,相对于人类发展历史的有限年代而言,可以说太阳的能量是用之不竭的。2、太阳能资源的缺点太阳能资源虽然具有上述几方面常规能源无法比拟的优点,但作为能源利用时,也有以下缺点: 分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但是能流密度很低。平均说来,北回归线附近,夏季在天气较为晴朗的情况下,正午时太阳辐射的辐照度最大,在垂直于太阳光方向1平方米上接收到的太阳能平均有1 000瓦左右;若按全年日夜平均,则只有200瓦左 右。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有15左右,这样的能流密度是很低的。因此,在利用太阳能时,想要得到一定
5、的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。 不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,所以,到达某一地面的太阳辐照度既是间断的又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源,从而最终成为 能够与常规能源相竞争的替代能源,就必须很好地解决蓄能问题,即把晴朗白天的太阳辐射 能尽量贮存起来以供夜间或阴雨天使用,但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一 。 效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也 是成熟的。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低,成本较
6、高,总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约。1.3 中国太阳能资源分布地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量kJ/(cm2年)和全年日照总时数表示。我国属太阳能资源丰富的国家之一,全国各地太阳年辐射总量达335837kJ/(cm2年),全国总面积一半以上地区年日照时数大于2000小时。由于我国的地理环境形成的大陆性气候,使我国太阳能资源分布具有如下特点:在北纬22至35地区,形成紧邻的两个太阳能辐射强度中心青藏高原高值中心和四川盆地低值中心。太阳年辐射总量则基本上是西高
7、东低、北高南低。从全国太阳年辐射总量的分布来看,西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大,那里平均海拔高度在4000m以上,大气层薄而清洁,透明度好,纬度低,日照时间长。例如被人们称为“日光城”的拉萨市,年平均日照时间为3005.7小时,相对日照为68%,年平均晴天为108.5天,阴天为98.8天,年平均云量为4.8,太阳总辐射为816kJ/(cm2年),比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小,其中
8、尤以四川盆地为最,那里雨多、雾多,晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市,年平均日照时数仅为1152.2小时,相对日照为26%,年平均晴天为24.7天,阴天达244.6天,年平均云量高达8.4。其它地区的太阳年辐射总量居中。按接受太阳能辐射量的大小,如下图所示,全国大致可分为四类地区:图 中国太阳年辐射总量的分布二、太阳能光伏发电概述2.1太阳能光伏发电原理太阳能发电分光热发电和光伏发电。不论产销量、发展速度和发展前景,光热发电都赶不上光伏发电。通常民间所说的太阳能发电往往指的就是太阳能光伏发电。太阳能光伏发电是利用太阳能电池组件将太阳能直接转变为电能。太阳能电池,又称光伏电池,其发电的原理是
9、光生伏打效应。当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生电子-空穴对。在电池内建电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载,则负载就有“光生电流”流过,从而获得功率输出。这样,太阳的光能就直接变成可以使用的电能。通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统。2.2太阳能光伏发电系统分类按照运行及组成方式不同,太阳能光伏发电系统可分为以下几类:1、独立光伏发电系统独立光伏发电系统又叫离网型光伏发电系统,为完全依靠太阳电池供电的光伏系统,系统中太阳电池方阵受光照时发
10、出的电力是唯一的能量来源。首先最简单的独立光伏系统是直联系统,发出的直流电力直接供给负载使用,中间没有储能设备,负载只在有光照时才能工作。这种系统有太阳能水泵、太阳能风帽等。其次,是配备储能装置的独立光伏发电系统,最常用的储能装置是蓄电池。为了防止蓄电池过充或过放电,还要配置控制器。此外,由于太阳电池是半导体Pn结器件,需要安装防反充二极管以避免在晚上或阴雨天太阳电池不发电时,蓄电池通过Pn结放电。所以为直流负载供电的独立光伏系统主要由太阳电池方阵、防反充二极管、蓄电池组、控制器等部件组成。为交流负载供电的独立光伏系统,除了以上部件外,还要配备将直流电变换成交流电的逆变器。包括村庄供电系统,太
11、阳能户用电源系统,通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等。2、并网光伏发电系统太阳电池方阵发出的直流电力经过逆变器变换成交流电,且与电网并联并向电网输送电力的光伏发电系统。这类光伏系统发展很快,在20世纪末,并网光伏发电系统的用量就超过了独立光伏系统。并网光伏发电系统可分为两大类:光伏电站和户用并网光伏系统。户用并网光伏发电系统是带有蓄电池的并网发电系统,因系统具有可调度性,可以根据需要并入或退出电网,还具有备用电源的功能,当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑;光伏电站通常是不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能。3、混合光伏发电系统将一种或
12、几种发电方式同时引入光伏发电系统中,联合向负载供电的系统称为混合光伏发电系统,如将柴油发电机引入光伏系统,作为备用电源,平时由光伏发电系统供电,冬天或连续阴雨天太阳辐射量不足时启动柴油发电机供电,这样就可以节省投资。另一种混合发电方式是光伏风力混台发电系统,有些地区冬天日照差,但风力大,可以由风力发电机补充,这种风光互补发电系统在有些地区有很大的实用价值。2.3光伏发电系统组成及主要设备分类太阳能光伏发电系统的规模和应用形式各异,但其组成结构基本相同,其组成的几个主要部件:(一) 光伏组件阵列由太阳电池组件(也称光伏电池组件)按照系统需求串、并联而成,在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出,它是
13、太阳能光伏系统的核心部件。太阳能光伏电池按照基体材料和结构不同分以下几种: 单晶硅太阳能电池:目前单晶硅电池的转换效率为18%左右,最高达到24%,这是目前所有种类太阳能电池中转换效率最高也是比较成熟的,但是制作成本很大。使用寿命可达20年,最高可达25年。 多晶硅太阳电池:和单晶硅太阳电池的制作工艺相差不大,但转换效率差一些,约为17%左右。从制作成本上来看,多晶硅太阳电池比单晶硅太阳电池要便宜些,其使用寿命也比单晶硅电池短。 非晶硅薄膜太阳电池:与多晶硅太阳电池和单晶硅太阳电池的制作工艺完全不同,工艺过程大大简化,硅材料消耗很小,电耗量更低,成本低重量轻,便于大规模生产。其特点是在弱光条件
14、下能够发电,有极大潜力。光电转换效率较低,国际先进水平为10%左右,且不稳定,随着时间的延长,转换效率还将降低,直接影响了其实际应用。如果能解决稳定性和和效率问题,非晶硅薄膜太阳电池将是一个重要发展。 硫化镉、碲化镉多晶薄膜太阳电池:硫化镉、碲化镉多晶薄膜太阳电池的效率比非晶硅薄膜太阳电池高,成本比单晶硅太阳电池低,也比较易于大规模生产。但镉有剧毒,对环境造成严重污染。 砷化镓(GaAs)IIIV化合物电池:砷化镓(GaAs)IIIV化合物电池的转化效率可达28%,GaAs化合物具有十分理想的光学带隙和较高的吸收率,抗辐射能力强,对热不敏感,适于制造高效单结电池。但GaAs材料较为昂贵,限值其
15、使用。 铜铟硒薄膜电池(简称CIS):CIS电池适合光电转换,不存在光致衰退问题,转化效率多晶硅太阳电池一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点,将成为今后太阳能电池发展的一个重要方向。唯一的问题是材料来源,铟和硒都是稀有元素,其发展也受限值。 聚合物多层修饰电极型太阳能电池:以聚合物代替无机材料是太阳能电池新的研究方向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势,在导电材料(电极)表面进行多层复合,制成类似无机P-N结单向导电装置。由于有机材料柔性好,制造容易来源广泛,成本低等优势,从而为大规模应用太阳能,提供廉价电力具有重要意义。由于有机材料制备太阳能电池的研究刚刚开始,无论是
16、从转换效率上,还是从使用寿命上,都不能和无机材料特别是硅材料相比。目前市场上应用最多的是晶体硅太阳能电池,其市场占有份额如下图所示:两种主要太阳能电池及市场份额我国太阳能电池的主要生产企业有:无锡尚德太阳能电力有限公司、中电电气(南京)光伏有限公司、江苏林洋新能源有限公司、晶澳太阳能电源有限公司、保利协鑫能源控股有限公司、英利新能源有限公司、江西赛维LDK太阳能高科技有限公司、苏州阿特斯光伏能源有限公司、江西晶科能源有限公司等。(2)蓄电池将太阳电池组件产生的电能储存起来,当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时,将储存的电能释放以满足负载的能量需求,它是太阳能光伏发电系统的
17、储能部件。目前太阳能光伏发电系统常用的是铅酸蓄电池,对于较高要求的系统,通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。(3) 控制器它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出,是整个系统的核心控制部分。随着太阳能光伏产业的发展,控制器的功能越来越强大,有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势,如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。(4) 逆变器及其分类在太阳能光伏供电系统中,如果含有交流负载,那么就要使用逆变器设备,将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。逆
18、变器的种类很多,可按照不同的方法进行分类:图 光伏逆变器分类目前光伏逆变器行业领军者是德国公司艾斯玛(SMA),技术处在行业的顶点。国内起步较晚,比较有实力的并网逆变器企业有:许继柔性公司、合肥阳光电源有限公司、中达电通股份有限公司、山亿新能源股份有限公司、SIEMENS中国分公司、北京科诺伟业科技有限公司;离网逆变器做的较好的企业:合肥阳光电源有限公司、中达电通股份有限公司、北京科诺伟业技术有限公司、南京冠亚电源设备有限公司、北京恒电电源设备有限公司等。2.4晶体硅太阳能电池产业链光伏产业链包括硅料、硅片、电池片、电池组件、应用系统5个环节。上游为硅料、硅片环节;中游为电池片、电池组件环节;
19、下游为应用系统环节。从全球范围来看,产业链5个环节所涉及企业数量依次大幅增加,光伏市场产业链呈金字塔形结构。这五个环节细分为多晶硅原料生产、硅棒、硅锭生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏产品生产和光伏发电系统等。图、晶体硅太阳能电池产业链三、我国太阳能光伏产业现状分析3.1 我国发展太阳能光伏产业的必要性随着全球经济的快速发展,煤炭、石油等不可再生能源供应日趋紧张,开发使用新能源已成当务之急。太阳能作为一种丰富、洁净和可再生的新能源,它的开发利用对缓解能源危机、保护生态环境和保证经济的可持续发展意义重大。加快发展我国太阳能光伏产业,做大经济总量,调优产业结构,推进经济转型,提升国家整体竞争力的
20、必然选择。发展光伏产业的同时相关技术的发展更新与积累为以后的可持续发展打下坚实的基础。3.2 我国光伏产业进入迅速发展期我国太阳能电池的制造水平已经是世界最大、并且是世界上最大的光伏产品出口国,但光伏发电规模化利用才刚刚起步。2001年我国光伏电池产量仅3兆瓦,2008年已达2000兆瓦,居世界第一。6年增长了600多倍。尤其在近3年,大量资金持续迅速涌入这个行业,我国的太阳能电池产量占到全世界总产量的30%。我国光伏产业自本世纪开始进入大发展时期,真正崛起从2004年开始,我国太阳电池与世界发展趋势一致。2004年前我国太阳电池产量还处在1%的份额,2007年我国已经成为世界最大的太阳电池生
21、产国。2010年我国太阳电池产量401.1万千瓦,占世界产量的37.6%,现居世界首位。我国薄膜电池产量较小,2009年约10万千瓦,占电池总产量的2.5%。2009年,光伏发电新增装机容量约16万千瓦,累计装机容量为30万千瓦,比2008年翻了一番。尽管2009年光伏新增装机容量超出此前的累计安装量,但与太阳电池产量相比,只是当年产量的4%。2010年我国光伏电池的实际出货量超过800万千瓦,占全球生产总量的50%,而我国光伏电池的95%以上用于出口。图1 2005-2010年中国太阳能累计新增装机容量和增长率 图2 2011-2013年中国太阳能光伏发电装机容量预测3.3 我国太阳能光伏产
22、业发展面临的问题(1)产业全面提升下的隐忧2008年以来,我国太阳能光伏产业的发展受全球金融危机的冲击,订单缩减、业绩有所下滑,不过,受国际、国内的市场拉动以及国内相关产业政策的推动,2009年末以后我国太阳能光伏产业出现了快速增长。其中,太阳能多晶硅产量已突破4000吨,太阳能电池产量接近4GW,居全球首位。但是,当前我国太阳能光伏产业整体水平,尤其在事关产业发展的核心关键技术、装备以及相关产业政策等诸多方面,与技术领先国家相比还存在较大差距,导致光伏产业发展面临一系列问题。(2)国家战略层面缺乏系统的顶层设计德国、西班牙、美国、日本等发达国家的光伏产业发展实践表明,制定并确立长远的光伏产业
23、发展规则、遵循或建立保障机制、实施政府补贴等政策是光伏产业发展与壮大的动力和源泉。当前,全球最受世人瞩目的光伏产业发展计划是美国、日本制定的“面向2030年的光伏工业线路图”。该计划均是立足于国家层面的光伏产业发展计划,其中美国的目的是由“以出口带动光伏产业发展转变为”投资国内技术和市场,扩大内需,带动产业显著增长,设定了2030年累积装机容量达200GW的宏大目标,每年新增装机容量19GW。届时,光伏发电将占据电力市场较大份额,并成为电力的主要来源。我国出台的国民经济和社会发展“十一五”规划纲要、可再生能源中长期发展规划、可再生能源发展“十一五”规划等均涉及太阳能光伏产业发展,明确了未来发展
24、的长远目标。但是,从当前我国光伏产业发展现状、总体趋势看,可再生能源中长期发展规划中,2010年的光伏装机容量500MW、2020年的1.8GW、2030年的10GW以及2050年的100GW等发展目标设定明显偏低,相比当前世界光伏产业发展势头显得滞后。在涉及制约产业发展的核心技术、装备等方面,所需攻克的关键技术、突破方向、发展路径等尚未提出明确目标;在涉及光伏并网发电问题方面,并网及运行管理行业标准、并网价格以及系统维护等缺乏相对完整、系统的管理办法和政策细则。(5) 产业链构建畸形 高纯多晶硅材料成为产业发展瓶颈从全球太阳能光伏产业发展整体视角看,产业上中下游构成一个典型的“金字塔”模型,
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- 2011 2012 年度 全球 太阳能 产业 发展 研讨 报告 40
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