聚光太阳电池技术及产业进展

1,聚光太阳电池技术及产业进展,陈诺夫二O一二年三月十四日,2,提纲一、聚光太阳电池的重要性二、聚光太阳电池技术三、聚光太阳电池产业四、聚光太阳电池应用,一、聚光太阳电池的重要性,化石能源逐渐枯竭,环境污染日益严重,中国的太阳能分布,WestAbundantsunshine,Eastdeficientsunshine,中国太阳能资源及其分布表,展望,2004年欧洲JRC的预测,光伏电站对环境的影响,太阳光能量密度低：1kW/m2影响一：占用土地3kW太阳电池阵列面积2030m210MW光伏电站占地约30万m2（450亩）影响二：废弃物镉（Cd）铅（Pb）砷（As）,8,聚光太阳电池的优越性成本低转换效率高抗辐照能力强聚光太阳电池在深空探测中意义重大重量比功率大探月飞行器火星探测飞行器,不同太阳电池转换效率的增长趋势,聚光光伏发电的电价将率先低于传统电价,光伏发电成本分析,11,Citedfrom:NasserH.Karam,etal,SolarEnergyMaterials&SolarCells66(2001)453-466.,资料来源：FhG-ISE,建设环境友好型光伏电站,成本低500倍聚光电池用量500分之一占地面积小高倍聚光10kW机组50m2实际占地4m210MW电站用地30万m2(450亩)实际占地4000m2（6亩）,二、聚光太阳电池技术,14,太阳电池空间应用,第一代空间太阳电池：单晶Si转换效率：15-18%第二代空间太阳电池：GaAs、GaAs/Ge转换效率：18-21%第三代空间太阳电池：GaInP/GaAs/Ge转换效率：25-29%第四代空间太阳电池：GaInP/GaAs/Ge聚光,主要太阳电池技术单晶硅太阳电池砷化镓太阳电池多晶硅太阳电池非晶硅太阳电池GaAsInGaP二结太阳电池GeInGaAsInGaP三结太阳电池a-Si-Si二结太阳电池CdTe太阳电池CuInGaSe太阳电池染料敏化太阳电池概念太阳电池,卫星上的聚光电池系统,17,ENTECHscurrentspaceconcentratormoduleusesasmallsiliconeFresnellens(8.5cmwide)tofocussunlightat8.5Xconcentrationontoradiation-cooledtriple-junctionphotovoltaiccells(1.0cmwide).,18,FourSolarRowArrays,19,Amonix,USA,35kWtotal,反射式CPV,EfficiencyversusconcentrationfortheGaAs(1)topcellandGaSb(2)bottomcellwithprismaticcover.Curve(3)issummarizedefficiencyforthesespacecells(AM0):Eff.=29.8%,100suns.Eff.=32-33%,AM1.5d,50-200suns,24,美国Spectrolab公司效率为40.7的聚光太阳电池阵列（200倍聚光条件下）,40.7的超高效率,光伏产业的发展前景,25,美国特拉华大学牵头效率为42.8的聚光太阳电池阵列,42.4%,HCPV电池,电能输出稳定,CPV日发电曲线,工业硅的生产,ProspectofCPVS,CPS,Tracker,SolarcellchipMJ,Fresnellens,Connectionprotection,30,三、聚光太阳电池产业,发展趋势提高转换效率降低制造成本扩大应用领域,31,国外早期聚光太阳电池研究机构美国NREL和Spectrolab、Tecstar、Entech公司已在航天器上采用聚光太阳电池作为辅助电源特拉华大学等十几所研究机构俄国约菲所德国弗朗霍夫太阳能研究所日本夏普国内早期聚光太阳电池研究机构中国科学院半导体研究所航天集团上海811所中电集团十八所,资料来源：招商证券,海外从事CPV电池的企业,国内研发生产CPV的机构（一）,国内研发生产CPV的机构（二）,台湾CPV应用发展,台湾是LED重镇，在III-V族太阳能电池及CPV系统的发展上也不遗余力，而主力的研发机构为原子能委员会核能研究所（核研所），该机构从2003年开始深入研究GaAs太阳能，到07年底已经取得台湾地区专利仅10项。在高聚光型III-V太阳电池领域,台湾目前已逐步发展出多个富成效的团队：核研所为核心，包括上游的全新光电，中有的太聚能源以及下游的华旭环能；台达电与Spectrolab合作开发下游接收器模组（后者为波音公司子公司，全球最大的GaAs太阳能芯片供应商）；佰鸿与砷化镓磊晶大厂kopin合作，发展III-V族聚光型太阳能晶片。,台湾核研所CPV发电系统,37,半导体所研制的第一代聚光太阳电池,S=FtgIfF=60mm=1S=1mm,1departure1mmshift,AccuracyoftrackerBetterthan1,HighEfficiencyConcentratedPhotovoltaicSystem,Usefulcomponent:Photofunnellightguider,Fresnellens,Solarcellchip,Photofunnel,HighEfficiencyConcentratedPhotovoltaicSystem,maxfrom1to5,HighEfficiencyConcentratedPhotovoltaicSystem,Heatsink,Unitofconcentratedsolarcell,HighEfficiencyConcentratedPhotovoltaicSystem,42,高效聚光光伏发电系统原型样机,光伏产业的发展前景,43,相对输出功率随接收角的变化,光伏产业的发展前景,44,中澳可再生能源研讨会留影,45,目前，太阳能发电已经进入技术成熟、能够大规模推广的阶段。日本已成为世界光伏发电的先导，2003年底总计安装887兆瓦；是年该国光伏组件生产占世界的50，世界前10大厂商有4家在日本；2004年，德国新安装的并网光伏发电系统大约200兆瓦，总销售额超过10亿欧元，就业人数约15000人。,四、聚光太阳电池应用,46,世界光伏发电从1998年的154.9兆瓦增加到2003年的742.28兆瓦，年平均增长率为36.8。2004年，全球的光伏组件产量是7年前的10倍。如今，无论是日本、德国，还是美国、意大利，光伏发电都已实现了并网发电。数以千计的办公大楼、实验室和数以万计的居民，在享用着稳定可靠、无污染、无噪音、无任何废料排出的太阳能电力。,47,世界电池产量发展概况(MWp),48,中国太阳能的发展历程：1981年建立太阳能光电实验室，20世纪80年代中后期在太阳光伏发电领域已经初具规模，20世纪90年代以来进入快速发展时期。在国际市场快速发展的支撑下，2003、2004年我国太阳电池/组件的生产有了大幅度增长，2003年达到12兆瓦，约占世界的2.2，2004年估计达到35兆瓦，约占世界份额的3。,49,尽管在光伏发电技术上我国并不逊色，但该技术和产品在本国的实际利用却让人汗颜：我国生产的太阳电池/组件中，90以上都出口到了国外，我国自己应用的少得可怜。原因所在：政策不到位,50,德国太阳电池发电鼓励政策：太阳电池发电并入电网企业（居民）安装太阳电池发电系统国家补贴一半太阳能发电输入电网价：0.5欧元/kWh民用电网电价：0.27欧元/kWh太阳电池发电系统从业利润：8%,51,Predictedsolarelectricalcapacitiestill2030year,资料来源：招商证券,国外CPV装机情况,国内CPV装机情况,壹元电价的机遇与挑战,制约光伏电站发展的瓶颈1价格过高制约光伏电站发展的瓶颈2电网稳定低电价可以解决第一个光伏瓶颈？光伏企业如何应对低电价带来的挑战？,光伏系统费用构成,各项成本构成比例,根据多晶硅组件240W最新报价(9月17日)为8.8元/W，而根据光伏发电系统成本构成，除组件其他成本大约可以估算为6.2元/W，所以光伏发电系统总成本为15元/w。,这样我们可以得出10MWp多晶硅光伏系统（15元/W），年化收益率为10.66%，大约要7.92年收回投资成本，之后12年完全进入盈利期。如果考虑到资金的使用成本即按现在央行一年期贷款利率6.65%，则回收期大约为12年，之后的8年进入稳定盈利期。,上网电价为1元/度的情况下，电池组件成本价格对年化收益率（黑线）及收回投资回报期（红线）的影响,上网电价为1元/度的情况下，光伏系统成本价格对年化收益率（黑线）及收回投资回报期（红线）的影响,电站成本和上网电价共同决定的投资收益率,当光伏系统成本降到9元/W时（事实上现在国家金太阳工程给予的补助使厂家已经达到这一成本），回收期仅仅需要八年，而年化收益率则高达20%以上，将大大促进国家光伏产业的发展。,壹元电价的市场应对,光伏电站系统成本：15元/W收益率为10.66%回收期为12年光伏电站系统成本：10元/W收益率为18.02%回收期为8年,德国对光伏发电成本下降预测（2007）,2