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中国光伏产业发展现状与规划建议

北极星电力网技术频道    作者:赵玉文 舒杰   2010/6/17 11:31:01   

  所属频道:  太阳能    关键词:  光伏

    1、我国光伏产业现状

    太阳能光伏发电技术作为太阳能利用中最具意义的技术,成为世界各国竞相研究应用的热点。最近10年以每年平均30%的速度递增,最近3年更是以每年50%以上的速度高速增长。太阳能光伏发电已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、最大的产业。目前,光伏发电中的太阳能电池仍然是以晶体硅太阳电池为主,一枝独秀、市场份额达90%,大面积商品化太阳电池效率可达到18-19%。其次是非晶硅薄膜太阳电池发展迅速,市场份额占到6-7%。其他的如CIGS、砷化镓等处于产业化的初期,市场份额较小(参见下表)。

电池种类

晶体硅(单晶、多晶)

非晶硅

铜铟硒

其他

最高效率

24%

13%

18%

 

商品化效率

18-19%

6-8%

11-12%

 

市场份额

    90%以上

6-7%

很小

很小

    目前的光伏产业主要是指晶体硅太阳能电池产业。太阳能光伏发电的整个生产及应用产业链分为五个层次,即从硅材料到硅片,再到太阳电池片,然后到太阳电池组件,最后到光伏发电系统应用(如下图所示)。硅元素在地球上的储量非常丰富,硅材料的来源—石英石在全球的分布也十分广泛。中国是硅矿的主要产地,优质石英硅矿很多,储量丰富。但是,要从石英石中提炼出制造太阳能电池所必备的高纯度硅材料面临很大的技术难度和资金投入。因此存在很强的技术壁垒和资金限制。

    光伏发电的成本也随着光伏产业的技术水平、规模、应用市场与需求的发展在不断变化。太阳能光伏制造业在我国的长三角和珠三角地区迅速崛起,其产品大多出口到欧美等发达国家。目前我国的太阳能光伏制造业已跻身世界前列。统计显示,2005年全世界一共生产了1818MW太阳能电池,而排名前10位的厂商就生产了1666MW。排名前十位的中国的电池厂商(包括台湾茂迪)的产量共142MW,占全世界的7.8%。中国两家公司的增长却非常迅速,台湾茂迪增长速度是71.4%,而尚德达到了134.3%,这两家公司是我国排名前十的生产商中产量增长最快的企业。近年来,南京中电、苏州阿特斯、常州天和、江苏林洋等一批具有很强发展后劲的太阳能电池企业在长三角地区迅速成长起来,如果国家政策引导得当他们的快速发展将使我国成为继日、德之后世界第三大光伏产业大国。

    目前产业链概况:

    硅料、硅片、电池,越往下游压力越大。原材料短缺引发的连锁效应,2007 年国内太阳能行业竞争格局与2006 年基本类似,但形势相对更严峻,从产业链来看,硅料供应仍紧张,不能自给,主要是进口;硅片环节原料基本可以保证,下游需求稳定,有盈利;电池环节产能过剩,企业普遍开工率低于50%;单一组件封装企业压力很大,货源紧张;光伏应用技术研发也是重点(如并网逆变技术、光伏建筑一体化、大规模的光伏并网电站等),但国内应用市场仍然较小,产量相对过剩,组件价格回落(15-20%)。

    硅片:在原料供应紧张的情况下,硅片切割环节能够获得相对较高的盈利,随着全球硅原料供应的逐渐缓解,硅片环节的盈利能力逐渐下降;从进入门槛看,制约行业进入的因素逐渐削弱,而生产过程的技术水平和诀窍要求相对电池要低,其超额利润的唯一原因在于供需紧张;2007 年2 月新光硅业试产,其他国际大厂硅料也将逐步投产,虽不致于导致硅料供应过剩,但将大大缓解,目前行业竞争首先是原料供应,然后是切割厚度和铸锭消耗。

    电池:产能过剩导致开工率不足、技术和质量竞争将加剧。截至2006 年底国内电池产能在1200MW 以上,而国内目前可以获得的硅原料(包括头尾废料)折合硅片的量在500MW 以下,这意味着行业整体开工率在40%左右;行业主要公司,如无锡尚德、南京中电等仍可以从获得比其他企业更稳定的硅片供应而实现高于平均水平的开工率;从德国市场的情况看,随着供应的缓解,用户开始对太阳能电池的质量提出更高的要求,无序环境下任何产品都能销售的情况开始改变,质量稳定的企业将更容易获得稳定订单;另外,更高的稳定转化率、更小的方差意味着同等成本下更高的平均价格;而稳定的原料供应和更低的合约价格也保证了大厂的利润;我们认为2007 年电池领域的整合逐渐开始,具有资金优势、技术优势或者渠道优势的企业将逐渐扩大自己的优势。

    组件及应用:从2007年的情况看,国内应用市场仍然还是以西部偏远山区、农村电气化,经济发达地区的太阳能建筑示范工程、奥运工程项目、以及太阳能电子产品(包括太阳能灯具)为主。2007年的净安装容量为15MW左右,太阳能电子产品消耗10MW左右,其他主要是组件封装,国内大大小小的封装企业上百家(170家左右),其产品90%以上是出口。

年度

1976

1980

1985

1990

1995

2000

2002

2004

2005

2006

年装机

0.5

8

70

500

1550

3300

20300

10000

5000

10000

累计安装

0.5

16.5

200

1780

6630

19000

45000

65000

70000

80000

中国光伏年装机和累计装机统计(KWp)

    2、我国光伏发电市场

    中国光伏发电产业于20世纪70年代起步,90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。到2005年底,中国光伏电池总产量超过250 MW,光伏组件总产量超过400 MW。中国光伏发电市场的发展为:90年代初期,光伏发电主要应用在通信和工业领域,包括微波中继站、卫星通信地面站、程控电话交换机、水闸和石油管道的阴极保护系统等。从1995年开始主要应用在特殊应用领域和边远地区,逐步建立了较大型的光伏发电应用系统,建成各种规模的县、乡、村级光伏电站40多座,推广应用家用光伏电源系统约15万套。2000年以后,中国的光伏技术已步入大规模并网发电阶段,开始建造几十千瓦、百千瓦级、兆瓦级的光伏并网示范系统。从2002年以来,国家发改委启动了“西部省区无电乡光明工程”,通过光伏和小型风力发电的方式,最终解决西部七省区即西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙、陕西和四川近800个无电乡的用电问题。根据2006年1月份的统计,目前全国还有大约270万户,1200万无电人口,其中大约100万户,400万无电人口的用电问题计划通过光伏发电和小型风力发电来解决,按照每户200瓦的脱贫标准(年用电量200kWh),总装机容量20万千瓦,总投资约160亿元。如果每户每年用电水平达到1000kWh,每户装机1000Wp,则市场潜力将为100万千瓦,总投资约为800亿元。

    2006年国家提出建设社会主义新农村,农村电气化便成为光伏发电应用的主要市场入口,截止到2006年底,我国太阳能电池的累计装机已经达到80MW。我国目前有上百家的太阳能光伏企业,其中生产的太阳能电池组件90%以上出口到国外,国内市场仅占到小部分。

    国内太阳能电池产业发展的主要动力是国内国际光伏发电市场的需求,光伏市场用户群的构成主要包括以下几个方面:

(a)常规能源难以覆盖地区居住的家庭个人出资购买光伏系统用于生活和生产用电(个人出资,不排除其中部分用户得到了政府或机构少量的补贴)。

(b)国家为农村电力建设实现通电目标而进行的基础设施建设项目(国家投入、政府采购,如送电到乡项目)。

(c)集团购买(如油田、铁路、通讯、气象、交通、海事、军事等供电或备用电源)。

(d)公共设施和市政建设(有电地区特殊用途和科研、科普示范项目,如路灯、警示灯、景观灯、杀虫灯、指示牌供电和并网发电项目等)。

     我国目前光伏发电需要重点研究示范的领域:

  与其他能源互补独立分布式发电系统--以解决偏远山区、哨所等人口相对集中地的用电问题;

    并网光伏建筑(光伏屋顶系统、光伏发电与遮阳系统集成、光伏幕墙系统)--示范为主;

  大规模的光伏电站(5MW、10MW);

  风光互补发电分布式能源系统;

    值得关注的是:2008年的北京奥运会项目和2010年上海的世博会项目大量采用太阳能并网光伏建筑,这是政府支持的大型光伏项目,具有示范带动意义。

    中国并网光伏发电的潜在市场

    1) 2010年以前,实施10000屋顶计划,累计装机50MW;2020年以前,再安装20万套,累计装机700MW。中国现有大约400亿平方米建筑面积,屋顶面积40亿平方米,加上南立面大约50亿平方米可利用面积。20%安装太阳电池,可以装100GWp!

    2)我国有着大片的沙漠、沙漠化土地和潜在沙漠化土地,总计约105万平方公里。1平方公里土地可以安装100MWp太阳电池,1%的荒漠即可安装1000GW!是我国当前电力装机的2倍!2020年我国荒漠光伏电站累计装机将达到200MW,太阳能热发电累计装机也将达到200MW。

    3、国内太阳电池研究现状

    光伏技术的发展,近期将以高效晶体硅电池为主,然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各种新型太阳电池的发展。如前所述,晶体硅太阳电池具有转换效率高、性能稳定、商业化程度高等优点,但也存在硅材料紧缺、制造成本高等问题。而薄膜太阳能电池以及各种新硅太阳能电池都具有生产材料廉价、生产成本低等特点,随着研发投入的加大,必将促使其中一、二种获得突破,正如专家断言,只要有一、二种新型电池取得突破,就会使光电池局面得到极大的改善。提高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素,对于目前的硅系太阳能电池,要想再进一步提高转换效率是比较困难的。因此,今后研究的重点除继续开发新的电池材料外应集中在如何降低成本上来,现有的高转换效率的太阳能电池是在高质量的硅片上制成的,这是制造硅太阳能电池最费钱的部分。因此,在如何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要,也是今后太阳能电池发展急需解决的问题。

    我国的太阳能电池研究比国外晚了20年,尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入,但投入仍然不够,与国外差距还是很大。国内的研究机构主要集中高校和中科院等单位,其研究领域主要在薄膜电池、燃料敏化、碲化镉、CIS电池方面。其效率还不高,离产业化更远。

中国光伏电池实验室效率   (STC:AM1.5,1000Wp/ m2,25℃)

太阳电池类型

最高效率(%)

研究单位

面积(cm2 )

单晶硅电池

20.4

天津电源研究所

2×2

18

无锡尚德

12.5×12.5

GaAs电池

29.25

天津电源研究所

1×1

CIGS

14.3

南开大学

0.87

CdTe

13.38

四川大学

0.502

染料敏化电池

7.4

中科院等离子所

10.2

多晶硅薄膜

7.8

中科院广州能源所、中山大学

1×1

世界和中国商业化的太阳电池对比

国外

转换效率(%)

国内

转换效率(%)

单晶硅太阳电池

17

厚度~180mm

单晶硅太阳电池

17

厚度 ~200mm

多晶硅太阳电池

16

厚度~180mm

多晶硅太阳电池

16

厚度 ~ 200mm

三结非晶硅电池

Uni-Solar

8~10

双结或单结非晶硅电池

4~6

CIGS

14.3

 

 

CdTe

9

 

 

高效黑电池

23

美国Sun Power 

 

HIT

22.3

100.5 cm2

 日本Sanyo

 

背接触太阳电池

20.1

Sharp公司 

 

带硅电池

>15

 德国RWE,美国Astropower

 

    4、可再生能源和光伏中长期发展规划

    按照国家发改委编制的《可再生能源中长期发展规划》,到2010年太阳能光伏发电总容量30万KW,其中偏远农牧区应用20万KW,建筑物和公共设施应用8-10万KW,大型并网光伏电站2万KW,其他商用应用3万KW。2020年光伏发电总容量180万KW,其中偏远农牧区应用50万KW,建筑物和公共设施应用100万KW,大型并网光伏电站20万KW,其他商用应用10万KW,到2020年我国光伏发电总容量220万KW。并建设重点如下:

   (1)采用户用光伏发电系统或建设小型光伏电站,解决偏远地区无电村和无电户的供电问题,重点地区是西藏、青海、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃、云南等省(区、市)。建设太阳能光伏发电约10万千瓦,解决约100万户偏远地区农牧民生活用电问题。到2010年,偏远农村地区光伏发电总容量达到15万千瓦,到2020年达到30万千瓦。

   (2)在经济较发达、现代化水平较高的大中城市,建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施,首先在公益性建筑物上应用,然后逐渐推广到其它建筑物,同时在道路、公园、车站等公共设施照明中推广使用光伏电源。“十一五”时期,重点在北京、上海、江苏、广东、山东等地区开展城市建筑屋顶光伏发电试点。到2010年,全国建成1000个屋顶光伏发电项目,总容量5万千瓦。到2020年,全国建成2万个屋顶光伏发电项目,总容量100万千瓦。

   (3)建设较大规模的太阳能光伏电站和太阳能热发电电站。“十一五”时期,在甘肃敦煌和西藏拉萨(或阿里)建设大型并网型太阳能光伏电站示范项目;在内蒙古、甘肃、新疆等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土地,建设太阳能热发电示范项目。到2010年,建成大型并网光伏电站总容量2万千瓦、太阳能热发电总容量5万千瓦。到2020年,全国太阳能光伏电站总容量达到20万千瓦,太阳能热发电总容量达到20万千瓦。

    另外,光伏发电在通讯、气象、长距离管线、铁路、公路等领域也达到了广泛应用。预计,国内在未来3-5年后将迎来光伏发电的应用热潮。

    5、存在障碍与建议

    尽管我国光伏产业的发展目前处于历史发展的良好时机,但依然存在着制约产业迅速发展的不利因素和障碍,具体表现在:
    1. 高纯硅材料严重短缺(95%进口)。
    2. 主要市场目前在国外(95%以上出口)。
    3. 国内太阳电池生产能力迅速膨胀,2007年全国太阳电池生产能力达到 2.0 GW。
    4. 成本仍然偏高(独立发电系统初投资 8-10万元/KW,并网发电系统投资 6-8万元/KW,发电成本3.5-5元/KWh),商业化市场的发展受到限制。
    5. 光伏发电的配套技术还不成熟。如:并网逆变/控制产品还没有实现自主研发商业化生产,产品可靠性低、主要依赖进口;独立系统中的蓄电池技术还不过关,寿命低。
    6. 国内光伏市场急需扩大。
    7. 目标偏低。中国制定的光伏发电发展目标偏低。
    8. 尽管鼓励光伏发展的相关政策已经出台,但无具体的可操作性,如:无并网电价。

• 针对以上障碍和问题,我们提出对发展我国光伏产业的以下建议:
• 1)、将太阳能光电利用提高到战略地位考虑;
• 2)、增加太阳能电池的研发投入,积极培养研发和产业人才;
• 3)、集中力量,引进消化吸收。从太阳能级硅材料入手,建立硅材原料供应基地,解决原材料短缺问题;
• 4)、继续实施西部无电地区和缺电地区光伏发电计划,以2002年10MW计,每年以5-10%的速率递增;
• 5)、在城市实施并网发电计划,制订太阳能光伏发电的配额利用计划,以延缓化石能源枯竭的期限;
• 6)、对光伏企业实施政策倾斜,鼓励产业发展。

来源:中国新能源网
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