_第三代_光伏发电技术

1、 本文由xdlgcv0252贡献 本文由a8944105贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 Kenewable Encrgy Resources 可再生能源 “第三代”光伏发电技术 中国科学院理论物理研究所 何祚庥 文中推荐的“第三代”光伏发电技术， 完全是“绿色发电技术”。“绿色”技术的核心技术是 太阳能炼硅。屋顶是放置光伏电站的最佳场地。必须充分利用有限的屋顶面积，最大限度发挥其发电 效益。对平坦屋顶的最佳选择，就是本文中推荐的“改进式聚光+跟踪+晶硅”技术，其用地效率可达 50W60W/m2，而且以10年为回收周期的每度电成本是1.

2、0元/KWh。 何谓“第三代”光伏发电技术 下图是国外最近发布的有关未来光伏发电成本发展趋势的一 张预测图： 4、一个新发展是CZS3（即Sn,Se,S）薄膜，优点是材料成 本低廉。 第三代光伏发电技术=“太阳能炼硅+跟踪+聚光+高效聚光硅 电池”。其特点是绿色、高效（单位峰值功率发电量多）、价廉 和寿命长。 当前人们对光伏产业的发展有不少质疑，有的认为光伏产业 从高纯硅的提炼到光伏组件的生产，有不少“环节”属高耗能、 高污染的行业，仅能量的回收，至少长达23年！但是，这里推 荐的“第三代”光伏发电技术，就完全是“绿色发电技术”。 第三代”光伏发电技术为什么是“绿色”技术 1、太阳能炼硅： 光

3、伏发电成本发展趋势 这一预测图指出，第二代光伏发电亦即薄膜电池发电成本， 约是第一代光伏发电，亦即晶体硅光电池发电成本的1/2；第三代 光伏发电成本，亦即“聚光”技术为核心的光伏发电的成本，又 将是第二代技术的1/2。 其技术内涵如下： 第一代光伏发电技术=晶体硅光伏发电，有单晶硅和多晶硅的 差别。 第二代光伏发电技术=花式品种繁多的薄膜电池，主要有： 1、非晶、纳米晶、微晶等硅薄膜； 2、CIGS薄膜； 3、TeCd薄膜； (1) 将大幅度降低化石能源消耗； (2) 完全没有四氯化硅等污染； (3) 高质量，寿命长，只有微弱的光致衰减； (4) 低成本，有“可能”将当前太阳能高纯硅350元/

4、公斤的市 场价下降到仅75100元/公斤； (5) 将晶体硅的生产变为绿色产业。 2、跟踪：至少将发电量增加30%40%，也就是多晶硅用量 减少30%40%，而且已做到2.0元/每瓦的跟踪成本，还有继续下 降的空间。 3、聚光：能大幅度降低光电池硅材料用量。4倍聚光尤其对 “直射光”的聚光，可将硅材料的 “耗能”下降到原有的1/4。 下面是4倍聚光漏斗和散热片的一组照片： 64 建设科技 Kenewable Encrgy Resources 可再生能源 图片说明：光漏斗的外形图 第四代样机（2007年） 这一散热片的突出优点：能大幅度延长电池片的使用寿命，也就少使用了 多晶硅。 4、聚光高效硅

5、基电池：硅光电池的转化率越高，所用多晶硅就越少。目前 用的是转化率为22%的n型硅基聚光电池。很希望有新型高效聚光电池的出现。 我个人认为，最有前途的技术方向是：晶体硅电池+能带结构不相同的薄膜组成 的各种硅薄膜电池。 上述“第三代”光伏发电技术已有一个演示的“窗口”，也就是在甘肃武 威地区已建成的“4倍聚光+转盘式跟踪”，峰值功率为1兆瓦的小型光伏电站的 两张图片： 实验室内的一万个太阳 现在这一新技术的发电成本又有大幅度下降，已做到这一技术的峰值功率 售价为20元/瓦，发电量为峰值功率相同，但不跟踪的平板光伏电池的135%。 由此可折算出，和不跟踪平板光伏电池“等效”峰值功率的“售价”，已

6、下降 到15元/瓦。 第三代光伏技术的突破导致了三个后果： 1、售价的竞争已不再局限于每瓦峰值功率的光伏组件的售价，将以“等 效”峰值功率的售价来计算光伏发电的成本； 2、还要看每瓦发出的电能和组件的使用寿命。 3、所用多晶硅，已下降到只有通常不跟踪平板式多晶硅光伏电池的 1/41/5。 “绿色”技术的核心技术是太阳能炼硅。 目前已做到，工业硅（2个“9”）+添加剂+萃取剂 地产出收率80%的高纯硅（7个“9”）。 目前也已做到每公斤耗能80%的高纯硅（7个“9”）。 目前也已做到每公斤耗能30度电/每公斤，主要是用定向凝固进一步处理 高纯硅时的耗能。下面是有关太阳能炼硅的一些图片： 甘肃武威

7、基地的太阳炉在工作中 稳定 太阳炉冶炼出来的高纯硅所拉制出来的单晶棒 太阳炉的无坩埚冶炼过程 建设科技 65 Kenewable Encrgy Resources 可再生能源 这一新技术将改变高纯硅生产中，西门子法，硅烷法、物理 冶金法“三足鼎立”的局面，并将搅乱晶体硅电池、薄膜电池的 市场占有格局。 将上述所有绿色光伏发电技术综合加以应用，可将工信部质 疑的“能量回收周期”，从23年，下降到11.5个月。 2、廉价 不同的方法 薄膜电池 平板式晶硅 每瓦价格 1013元/W 1822元/W 2430元/W 2025元/W 2025元/W 每度电价格 0.90元/kWh 1.80元/kWh 1

8、.60元/kWh 1.0元/kWh 1.0元/kWh 有争议的技术“路线”问题 2009年9月9日，笔者在一份“院士建议”中，曾讨论过一个 有巨大争议的技术“路线”问题：薄膜还是4倍聚光+跟踪？ 国内外都有不少人认为薄膜电池是当前光伏产业的主流技 术。理由是： 1、虽然目前各种产业化后薄膜电池的转化率较低，约为 6%8%，但实验室产品已高达13%20%；下面是实验室所做到 的各种薄膜电池已达到的转化率的简表： 传统跟踪式晶硅 聚光+跟踪+晶硅 改进式聚光+跟踪+晶硅 3、轻巧 不同的方法 电池种类 非晶硅太阳 电池 含镓的硒铟 铜电池 碲化镉电池 多晶硅薄膜 电池 纳米硅太阳 电池 二氧化钛纳

9、 米电池 转换效率（%） 14.5（初始）0.7 12.8（稳定）0.7 19.50.6 16.50.5 16.60.4 10.10.2 11.00.5 研制单位 美国USSC公司 美国国家 可再生实验室 美国国家 可再生实验室 德国斯图加特大学 日本钟渊公司 EPFL 备注 0.27cm 面积 0.410cm2面积 1.032cm2面积 4.017cm2面积 2 m厚膜 2 平均负载 610kg/m2 1520kg/m2 3040kg/m2 35kg/m2 35kg/m2 薄膜电池 平板式晶硅 传统跟踪式晶硅 聚光+跟踪+晶硅 改进式聚光+跟踪+晶硅 4、承受风大 0.25cm2面积 不同的

10、方法 最大风载 100km/h 100km/h 6070km/h 140km/h 140km/h 2、即令某些多个p-n结组成的薄膜的加工技术较复杂，原材 料的大量节约总是薄膜技术的一大优势，而且，完全有可能由于 “薄”，而发展出廉价加工技术。特别是碲化镉，在近期就可能 降到1.0美元/瓦的水平。 3、 国内外还有不少人反对发展聚光技术。因为所有的聚光 发电和聚光热发电系统其本质都是用“廉价的聚光材料替代昂贵 的半导体材料，而当半导体材料廉价到聚光材料相近时，所有的 聚光发电系统均没有生存的意义了”。 下面将对现有薄膜技术和现有“4倍聚光+跟踪”技术做一比 较性的分析和讨论。 1、用地效率 薄

11、膜电池 平板式晶硅 传统跟踪式晶硅 聚光+跟踪+晶硅 改进式聚光+跟踪+晶硅 从上述4个比较的表格来看，聚光+跟踪和薄膜可以说各有 优势、劣势。薄膜的最大优势是轻巧，“聚光+跟踪”的最大优 势，是占地面或屋顶面积只有薄膜的1/31/4，两者的发电成本 却均为1.0元/度电。特别是各种建筑的“南墙”，就只能用薄膜 不同的方法 薄膜电池 平板式晶硅 传统跟踪式晶硅 聚光+跟踪+晶硅 改进式聚光+跟踪+晶硅 用地效率 15W20W/m2 30W40W/m 2 技术发电。所以，即使聚光技术有快速进展，处在南墙上的薄 膜仍将在市场占有一定份额。 但是，上述结论是在高纯硅约为1500元/公斤售价的前提下

12、做出的。但如果高纯硅售价下降到200元/公斤，（注：现在已 下降到约350元/公斤），晶体硅光电池售价下降到56元/瓦的 水平，（注：现在已下降到约910元/瓦）其形势立即发生巨大 17W20W/m2 20W25W/m2 50W60W/m2 变化。 一个最基本的理由是：薄膜的优势在于所用材料较少，材 66 建设科技 Kenewable Encrgy Resources 可再生能源 料占薄膜电池成本份额也较小。但如果高纯硅 售价下降了10倍，晶体硅电池中硅材料成本也 将成为不重要的份额。由于薄膜的转化效率偏 低，性能也欠稳定，其使用寿命，一般约为10 年，而晶体硅却长达2025年之久！一个必然的

13、 结论：薄膜电池将很难在性价比上和晶体硅电 池进行竞争，除非薄膜电池的光电转化率有成 倍的提高。这时，“高效晶体硅光电池+4倍聚 光+跟踪”，将是光电市场上的首选。 原因是： 1、每瓦的“4倍聚光+跟踪”的成本和光电 转化率成反比，薄膜电池在原则上当然也可以 适用聚光跟踪技术来增加发电量，但如果光电 转化率太低，其每瓦的“跟踪+聚光”的成本， 必定大幅度增高。 2、理论上可以认为，“当半导体材料价格 降低到与聚光材料同样廉价时，聚光系统就没 有存在的必要”；实际上即令高纯硅每公斤售 价降低到微不足道的水平，但制作光电池的其 它专用材料，如低铁绒面玻璃、EVA、TFT、银 浆、铝浆等材料及其加工

14、技术仍将占到约2.53 元/瓦的水平，至少，在近期还很难和聚光材料 相竞争，而且，聚光材料及其加工的成本，也 在大幅度下降。 3、尤其是“跟踪”，在光电池组成的阵列 中，至少将多出30%的电力，在北方或偏南地 区，是不可缺少的技术。 向道路、地面的阳光； （3）用电单位能以“最短”输电距离，使用屋顶光伏电站所发电能； （4）当前极大多数住户用电都是由电网供电，如遇连阴天，可由电网弥补 光伏发电的不足，而如果屋顶光伏电站供住户用电有富余，即能回馈电网。 所以，屋顶是放置光伏电站的“最佳”场地。必须充分利用“有限”的屋 顶面积，最大限度发挥其发电效益。对平坦屋顶的最佳选择，就是这里推荐的 “改进式

15、聚光+跟踪+晶硅”技术，其用地效率可达50W60W/m2，而且以10年 为回收周期的每度电成本是1.0元/KWh。下面是一个示意图，有跟踪和不跟踪两 种形式，跟踪的要放置在屋顶平面顶层，不跟踪可放置在朝南的坡顶，宜选择 单位面积发电量较高的平板式晶硅电池。 据所知，目前全国约有100亿m2的屋顶，约有60%70%是平坦的屋顶。尤 其是各大工厂的厂房，其屋顶面积往往是100m200m平面的，完全可建成功 率为1兆瓦的屋顶光伏电站。不仅可供工厂使用，还有丰余电能上网。这是当前 建造屋顶光伏电站的宝地。 2、必须高度关注散热问题 太阳能电池板一方面发出电能，同时也就释放出热量。光电池转化率越 低，释放出的热量也就越多。现有极大多数太阳能光伏电池均是负温度系 数，也就是温度越高，发电量越少。只有砷化镓一类光电池呈相反性能，发 电量随温度升高而升高。问题是砷化镓价格太贵，只在不惜工本的航天事业 中使用。近来，由于第三代光伏发电技术，也就是“聚光+跟踪”技术的飞速 发展，有可能用砷化镓做成“几百倍聚光+高强度散热+高精度跟踪”，光电 转化率大于30%的聚光发电体系，但目前其“等效”的每瓦成本至少是50元/ 瓦，很难为市场所接受。 目前见到的散热效率较高的仍是“4倍聚光+跟踪+散热片”光伏发电技术， 而通常放置在屋顶上的光电池，在炎热的夏天，其电池片的温度可高达120度， 其发电效率也随之