太阳能光伏发电技术的发展与展望

太阳能光伏发电技术的发展与展望

0太阳电池热压缩合材料能源光谱电存是直接将太阳能转换为能耗的一种发电形式。其核心部件是太阳电池,目前应用较广的有单晶硅、多晶硅和非晶硅3种。光伏发电的主要应用形式有太阳能户用电源、独立光伏发电系统和光伏并网发电系统。1国外太阳能光伏发电技术发展现状自20世纪70年代全球发生石油危机以来,太阳能光伏发电技术在西方发达国家引起了高度重视,各国政府从环境保护和能源可持续发展战略的角度出发,纷纷制定政策,鼓励和支持太阳能光伏发电技术,其发展速度很快,主要表现为以下一些特点。1.1光伏组件成本下降20年来,晶体硅光伏组件成本下降了两个数量级。2002年世界上一些主要厂商的光伏组件成本已经下降到2.4美元/Wp(见图1),平均售价3.4美元/Wp。预计2010-2015年光伏组件成本可以下降到1美元/Wp。1.2光伏组件主要产品为3.0wp、400wp的光伏组件商品化晶体硅太阳电池效率由5%～7%提高到15%左右;单体组件功率越来越大,目前光伏组件主导产品由100～200Wp正在向300～400Wp的产品发展;年生产能力由20世纪80年代的1～5MW/年,发展到2002年的540MW,最近五年的平均增长率约为35%。1.3光伏市场的发展由于光伏组件成本的不断下降、效益和生产规模的提高,光伏市场发展迅速。2002年世界光伏系统的总装机容量达到2GW。已建成10多座MW级的光伏发电系统。1.4屋顶光伏系统2001年世界并网发电占到总光伏应用的51%,已成为最大的光伏市场(见图2),并成为电力工业的重要组成部分。美国于1988年开始实施PVUSA计划,建立集中型光伏并网发电系统(1MWp～10MWp);1995年实施与屋顶结合的PVBONUS计划;1997年又宣布美国百万太阳能屋顶计划,总光伏安装量将达到3025MWp;德国从1999年启动“屋顶光伏”计划,当年安装7MWp,2001年77MWp,平均每年增加35MWp;日本从1994年开始到2001年在建筑屋顶安装光伏系统累计333MWp,其中从1997年-2001年累计320MWp,平均每年增长20MWp。此外,意大利、印度、瑞士、荷兰、西班牙都有类似的计划。预测到2020年并网光伏发电系统的价格将从目前的7.0美元/kW·h下降到1.52美元/kW·h,发电成本将从目前的0.245美元/kW·h下降到0.053美元/kW·h。2中国照明行业发展概况2.1光伏发电技术光伏电池技术不断进步,与发达国家相比有差距,但差距在不断缩小。20世纪时,我国的光伏电池技术是从60年代发展空间用太阳电池开发起步的,地面用光伏电池的生产是从70年代初开始,主要的低成本技术及生产能力则在80年代中期建立起来。经过二十几年的努力,我国光伏发电技术有了很大的发展,光伏电池转换效率不断提高,目前,单晶硅电池实验室效率达20%,批量生产效率为14%,多晶硅实验室效率为12%。到1999年,我国光伏电池的主要产品是单晶硅电池和非晶硅电池,多晶硅电池只限于实验室和中试产品,但在2000年之后,多晶硅产品逐步走出实验室,开始形成规模生产,目前批量生产效率为11%,与发达国家相比,技术差距在不断缩小。2.2光伏系统生产和发展概况我国光伏电池生产线的建立有两个高峰期,第一次为20世纪80年代,共引进7条总计4.5MW的生产线,我国光伏产业初步形成。20世纪90年代末,我国进入又一光伏电池生产线建设高峰期,新建的光伏电池生产企业有无锡尚德、保定英利、浙江中意、上海国飞、天津京瓷等,生产规模在2～50MW,技术先进,并开始了多晶硅太阳电池的生产,市场上形成了单晶硅和多晶硅两种主打光伏电池产品的局面,填补了我国多晶硅片规模化生产的空白。同时各地又建立了一些组件封装厂,使我国太阳电池的生产能力和实际生产量有了较快的增加,最近10年太阳电池和组件生产平均增长率为25%(见图3)。2002年我国太阳电池和组件的实际生产量达到11MW,其中电池/组件生产6MW(其中2MW为非晶硅),组件封装5MW。2002年在国家计委启动的西部省份“送电到乡”工程的推动下,出现了当年安装量比上一年翻4.5倍的跃升。截止2002年底我国光伏系统累计装机容量达到40MW。历年来光伏系统装机容量的变化(见图4)。但相比于蓬勃发展的世界光伏工业,中国光伏工业还处于起步阶段。发展速度远远低于发达国家的速度,甚至低于印度,同时也落后于国内市场发展的需求。2002年,我国大陆光伏电池组件的销售量仅占当年世界总销售量的1.72%左右,比台湾略多是印度产量的39.3%。2.3年代初降低标准太阳电池组件成本不断降低,售价由80年代初65～70元/Wp降低到30～31元/Wp。随着光伏技术的不断发展,成本会有继续下降的空间。2.4该应用于2.4.1我国光伏发电领域2.近期内我国光伏发电市场仍以无电地区供电为主。2001年及以前,我国光伏产品的年销售量均保持在3～4MW,其中单晶硅产品占80%,非晶硅产品占20%。2002年,送电到乡项目使市场年销售量猛增到20MW,光伏系统保有量达到40MW左右。从市场份额上看,光伏发电在2000年前的主要应用领域是:通讯行业占40%～50%,农村电气化行业占40%左右,其他领域占10%左右。但2002年当年农村电气化领域的市场份额占到85%以上。我国光伏应用的主要形式有:1)户用光伏系统:户用光伏系统和独立光伏电站是解决我国边远无电地区居民和社会用电问题的重要方式。到2002年,全国累计推广10～100Wp的户用光伏发电系统近30万台,总功率6MW左右,其中10～20Wp的小系统应用较多。随着边远地区经济发展和农牧民收入水平的提高,户用光伏系统存在一定的市场潜力。2)独立光伏电站:独立光伏电站具有质量稳定、维护方便、安全可靠等优点,适用于人口相对集中的无电县、乡、村。目前国内建设的独立光伏电站小到几个千瓦,最大的不超过200kW,2003年底,小型独立光伏电站的总容量达到20MW以上。3)并网光伏发电系统:对于联网的光伏发电系统,由于在电网覆盖的地区,光电应用成本太高,目前没有竞争力,因此我国只在1997年后有少许示范性的并网光伏发电系统。但作为光伏发电未来应用的重要领域之一,预计并网光伏发电系统在未来10～20年内将迅速发展。2.4.2光伏发电将在农村用电市场中占有较大容量预测在2010年之前的中近期,光伏发电系统将继续在解决我国大约700万边远无电户的项目中发挥主要作用,为了保障我国能源供应的战略安全和减小排放的环境压力,光伏发电将以平均每年70MWp的幅度高速发展,到2010年,我国光电累计装机容量将达到555MWp。随着我国光电产业的技术发展、成本降低,预计在2010～2020年间,光伏发电将保持高质量、大规模、可持续的发展,预计平均每年装机100MWp,到2020年累计装机容量将达到1,600MWp。但是必须看到,光伏发电的农村电气化市场总的容量,仅相当于目前世界上一年光伏电池的生产量。在电网不能吸纳光伏发电的电量之前,我国光伏发电系统的市场是十分有限的。3从单一的太阳能户用电源到大型独立光伏发电系统青海省的光伏事业起步于1983年,走过了一条从无到有,从小市场到形成区域性优势,从单一的太阳能户用电源到大型独立光伏电站,从单纯运用省内、国内技术到广泛国际合作的蓬勃发展的道路。3.1商业化运作阶段1983年青海省成立了专门从事太阳能利用的省级研究所,1993年首家以生产经营太阳能光伏电源的专营企业成立,标志着青海省光伏产业初步进入了商业化运作阶段。经过多年的发展,青海省现有光伏生产、经营企业18家,正是这众多企业的市场化竞争,使得产品的质量不断提高,价格不断降低,有力地促进了光伏产业的商业化发展,形成了以本省为中心的西部光伏电源区域市场,到目前为止,已在青海省及周边地区推广太阳能户用电源近10万台套,累计装机功率达到1500kW以上。光伏产业的商业化发展方面走在了全国的前列,形成了区域优势,这在国内是公认的,甚至引起国际同行的关注。3.2太阳能光伏电站含风能互补电站在民用应用领域,青海省自1994年起,与联合国UNDP合作共同完成了我省首座4kWp的千瓦级光伏电站,解决了一个行政村的供电问题,之后又先后设计、建设完成太阳能光伏电站(含风光互补电站)30余座。2002年国家启动西部省份“送电到乡”工程项目。建设乡级太阳能光伏电站(含风光互补电站),涉及我省的6州23县1市,总装机容量3943kW,总投资3.7312亿元。工程完工后将解决我省112个无电乡4.2万人口的基本生活用电问题,使青海省彻底告别无电乡的历史。3.3中德合作、环境合作机制日益深化,但成效初步确立。在国际合作中,我国合作符合资早在上世纪的80年代,青海省就逐步开始了光伏领域的国际合作,使得青海省光伏技术,尤其是独立电站的建设技术取得了飞跃性的发展。近年来青海省的国际合作呈现出数量逐年增长,金额快速加大,合作范围日益广泛的特点。目前正在开展的国际合作项目:(1)中德合作“利用可再生能源促进边远农村地区发展”项目;(2)中德财政合作青海太阳能项目;(3)由世界银行和全球环境基金贷款和增款的“加强中国农村贫困地区基本卫生服务”项目;(4)国家经贸委与世界银行合作开展的全球环境基金(GEF)/世界银行中国可再生能源发展项目。同时还有与芬兰政府、日本政府、荷兰壳牌公司、UNDP等众多的国际合作项目,这些项目和送电到乡项目以及其他农村电气化项目将在近期对我省光伏发电的技术发展、市场开拓等起积极的作用。3.4生产技术水平在广泛国际合作的单位内青海省光伏事业的发展走过了一条从无到有,从小到大,从单纯销售引进到简单仿制、组装,最后到自主开发;从单一的太阳能家用电源生产到大范围、大规模独立光伏电站建设;从单纯省内、国内技术到广泛国际合作的蓬勃发展之路。近年来生产技术水平更是跳跃式发展。2000年建立了中国西部第一条太阳电池组件封装线,2002年第二条太阳电池组件封装线投入使用,开始了光伏发电核心部件的生产。同时,青海省光伏事业的发展得到了国家科技部和省科技厅等有关部、局的大力支持,先后完成国家和省部级科研成果多项,攻克了各项太阳能发电的技术难关,使我省的太阳能发电技术在国内占有一席之地。近期正在开展的国家科技攻关项目10kWp光伏并网电站的研究,这将使我省的光伏应用实现从单一的独立光伏电站到城市并网发电的跨越,走在国内同行的前列。4文明区光伏能源的发展现状1)国际上光伏发电无论是从技术上还是从规模上已经有了巨大发展,已进入商业化运作阶段,并且已主要用于城市的并网发电;2)我国光伏产业经过30来年的风风雨雨,有4个特点:a)持续不断发展,并且近年来发展速度明显加快