[原创报告] 光伏太阳能PPT演示课件

光伏太阳能行业研究,1,历史回顾,1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。,2,原理光伏效应,PN结的形成：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等，它们的发电原理基本相同。一般的硅太阳电池结构包括以掺杂少量硼原子的p型半导体作为基体材料，采用高温热扩散的方法，将浓度高于硼的磷掺入p型基体内得到N型硅，形成实现能量转换的P-N结。P-N结光电效应：当太阳光照在半导体p-n结上，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区(电场方向)，电子由p区流向n区，因此，光生载流子被内建电场分离，在P区聚集非平衡的光生空穴，在N区聚集非平衡的光生电子，这使P区带正电，N区带负电，从而在P-N结的两端产生光生电动势，此过程被称为光生伏打效应或光电效应。电流的产生：光生电压的方向和内建电场方向相反。用导线将此太阳电池与负载连接，形成回路，负载电阻中就会有电流流过，这个电流称工作电流，负载两端的电压称为工作电压，这样负载上便获得了电功率，实现了光能向电能的转换，这就是太阳电池的工作原理。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。,3,全球光伏电池产量,从光伏电池的产量来看，2006、2007、2008年，全球电池的总产量分别为2562MW、4100MW，6850MW。,4,光伏电池产品结构,5,19992007各地区光伏电池产量及增长率对比,6,全球太阳能发电装机量,7,主要国家历年光伏装机比较,德国和西班牙两国2008的新装机容量之和占世界新装机容量的70%以上，因此，中期光伏产品的主要市场仍然将以发达国家，尤其是欧美为主，澳大利亚也会成为重要市场之一。,8,2008年光伏市场分布状况,9,2008世界光伏产品需求和供应对比,10,中国光伏电池产量,据中国太阳能协会提供的数据，2006年全国太阳能电池的产量为438MW，2007年全国太阳能电池产量为1,088MW，同比增长248%，同年全世界太阳能电池的产量为4,100MW，中国的太阳能电池产量占全世界的29%。中国已经成超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。2008年，由于受到经济危机的带来的市场萎缩和欧元汇率下降的严重影响，大多数电池芯片厂商在第四季度产量严重下降，即便如此，我国光伏电池的产量仍达到1,780MW，同比增长63.6%，占全球总产量的26，略低于欧洲27的比重。,11,我国光伏累计装机容量、年装机容量与增速,12,光伏太阳能产业链,晶体硅太阳能电池的产业链，主要包括工业硅制取、硅料提纯、硅锭加工、硅片切割、电池片加工、组件、应用系统集成等几个环节。上游为硅料、硅片环节；中游为电池片、电池组件环节；下游为应用系统环节。将纯度在95%左右的工业硅提纯成为99.9999%以上的高纯太阳能级多晶硅，是目前硅料生产的关键。大部分化学法都需利用冶金级硅(metallurgicalgradesilicon；MG)来当作硅化合物的原料，少数是直接利用二氧化硅来制备硅化合物。多晶硅的生产占中上游利润的50%以上。BIPV产业链上游是光伏电池生产企业，下游是光伏投资商，中游BIPV系统服务提供商利润最大。,13,光伏发电产业链,14,光伏产业链目前各环节技术分析,15,硅材料是基础和关键,硅材料占整个晶硅太阳能电池成本的60%左右。电池组件成本约占光伏发电系统总成本的50-60%，逆变器约占总成本的6-7%，人工成本约占9-10%，其它材料约占7-11%。注：上图是根据06年数据绘制而来，成本结构随着技术进步会逐渐发生变化。,16,多晶硅的生产,世界多晶硅硅料的主要生产企业有日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美国的Hemlock、Asimi、REC（SGS、MEMC），德国的Wacker公司，这7家企业长期垄断多晶硅硅料的生产领域,占全球产量的70%。晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的80以上。但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在上述7家主要硅料厂商手中，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。俄罗斯的技术与美、德、日等相比有所差距。供给增加主要分为三部分：以Hemlock为代表的传统厂商扩产、以Hoku为代表的国际新进入者、以江西赛维为代表的国内新进入者。将多晶硅料加工成为硅片，目前主要方法有直拉单晶硅和多晶硅铸锭两种，分别加工成为单晶硅电池片和多晶硅电池片。单晶硅拉晶是传统的技术，主要广泛应用于电子工业方面，在光伏电池方面，虽然单晶硅电池片的转换效率较高，但是由于耗能较大，成本高，衰减性较强，另外，使用单晶拉晶炉，一台设备的年产量约在0.8MW左右，而一台JJL500型的多晶铸锭炉一年的产量在5MW以上，因此现在国际上以多晶硅电池片为主流，约占晶体硅电池总量的60%。,17,截至2008年底传统7大厂多晶硅产能及产量情况,18,多晶硅产能-国际七大厂,19,截至2008年底国际上新进入的多晶硅产能,20,国际进入者产能产量,21,截至2008年底大陆多晶硅项目状况,22,23,24,国内多晶硅产能产量,25,26,多晶硅市场价格及长期协议价格变化,27,国内现货多晶硅价格,28,电池组件平均售价（$/Wp）,29,多晶硅电池硅料消耗水平和硅片切割厚度技术的发展,30,多晶硅生产技术,西门子法：占80%，我国基本都是采用的俄罗斯改良西门子法，俄罗斯的方法耗能较大，是美日的1.5倍到2倍。硅烷法：REC循环流化床法：MEMC物理法：JACO、道康宁、常州天合,31,改良西门子法多晶硅工艺流程,（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅,其化学反应SiO2+CSi+CO2（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)在一个流化床反应器中与之反应，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。其化学反应Si+HClSiHCl3+H2，反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(2,HCl,SiHCl3,SiC14,Si)。（3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiHCl3,SiC14，而气态2,HCl返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiHCl3,SiC14，净化三氯氢硅（多级精馏）。（4）净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。其化学反应SiHCl3+H2Si+HCl。,32,改良西门子法流程图,33,国内该技术来源,从技术来源方面看，从俄罗斯有色金属研究院引进的只有南玻，在俄罗斯研究院的基础上改进的有新光硅业、东方电气，采取自主研发的仅有洛阳中硅。设备来源方面，全球采购设备可部分弥补俄罗斯工艺的高能耗弱点，南玻、通威股份、东方电气、特变电工、江苏阳光、江苏中能采取这种策略，而新光硅业主要采用俄罗斯设备、洛阳中硅采用自主研发。南玻、新光硅业、通威股份、东方电气、特变电工、江苏中能都在生产线中设计了闭环，闭环可增加尾气运用效率，减少企业能耗，降低成本和减少环境污染。但江苏阳光和洛阳中硅没有涉及这方面。,34,ASiMi法(硅烷法),AdvancedSiliconMaterial(ASiMi)公司研发，利用硅甲烷(silane/SiH4)为原料的高纯度多晶硅制程技术。2005年ASiMi宣布退出多晶硅市场，大部分股权由挪威REC(RenewableEnergyCorp)收购，因此此项技术目前仍由REC在进行生产。该方法是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取硅烷（SiH4）；然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。,35,Asimi方法示意图,36,流体床反应法,以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内（沸腾床）高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。唯一的缺点是安全性差，危险性大。其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。,37,硫化床方法示意图,38,物理法,物理法的技术最早是德国WACKER公司先开发的，后来日本的川琦制铁也开发出来，他们也称之为“冶金法”。但因为过去多晶硅的主要用途是IC，而物理法只能到6N的程度，因此，这个方法一直没有推广。但现在，随着太阳能多晶硅的市场的兴起，6N的多晶硅由于完全可以满足太阳能电池的用途，因此又开始重新被研究。目前加拿大的BIS生产的5N级多晶硅已经批量,2008年产量约1000吨，预计2009年可达3000吨。另据报道讯天宇、福源硅业、南安三晶硅品、大悟硅光电、益阳晶鑫新能源、浙江碧晶、河北尚硅光伏、荆门珈伟、晶湛科技、上海普罗新能源等公司都拥有冶金法的多晶硅中试生产线。截至日前，冶金法尚未见6N以上的商业化量产。冶金法的成本约为传统工艺的1/3-1/4，由于其巨大的成本优势，值得密切关注。若能够量产6N级产品，则足以对整个行业形成较大冲击。,39,物理法提纯多晶硅示意图,40,西门子法、流化床法和冶金法多晶硅生产成本及能耗对比,41,光伏电池技术比较,42,太阳能电池转换效率世界记录,43,2006年太阳能光伏电池市场结构,44,2007年全球光伏电池厂商TOP10,45,晶体硅光伏电池工艺流程,晶体硅太阳能光伏电池是在单晶或多晶体硅片上通过扩散制结而制成的，商品化晶体硅太阳能电池的制备工艺大致相同。国内商品化光伏电池制作工艺已接近或达到国际先进水平，但多数企业自主研发实力不强，以消化吸收国际技术为主。目前大规模生产的晶体硅电池的总体发展趋势是：高效率、大面积、薄硅片。,46,晶体硅太阳能电池组件制造工艺流程,晶体硅太阳电池组件制造主要是将晶体硅太阳能电池进行单片互连、封装，以保护电极接触，防止互连线受到腐蚀，避免电池碎裂。封装质量直接影响晶体硅太阳能电池组件的使用寿命。,47,太阳能电池生产流程图,48,太阳能光伏发电系统,49,光伏发电成本分析,假设硅片、电池片、组件的增值毛利率在20%,50,51,行业内相关上市公司,（1）上游资源类/光伏/半导体材料类上市公司多晶硅：川投能源、天威保变、乐山电力、通威股份、南玻A、航天机电、江