2023年加快发展太阳能光伏产业的思考.docx

加快發展太陽能光伏產業的思考 出自：王萬錕 【】太陽能作為一種新能源，是人類可以利用的最豐富的能源。發展太陽能光伏產業的關鍵是生產太陽能電池。本文通過晶矽太陽能電池與薄膜太陽能電池的比較，分析了四川發展太陽能光伏產業的優勢，認為晶矽電池仍將在較長時間內佔據太陽能光伏的主流，應成為我省太陽能光伏產業發展的主要路徑。 【關鍵字】太陽能光伏 產業 探索   隨著人類使用能源特別是化石能源的數量越來越多，能源對人類經濟社會發展的制約和對資源環境的影響越來越明顯。探索利用化石能源之外的新能源，加快發展新能源產業，已成為全人類需要共同面對的一項重要課題。近年來，由於技術的持續改進和突破，發展太陽能光伏產業已成為實現全球碳減排與替代化石能源的主要途徑和手段之一，展露出較大的發展潛力。四川是全國多晶矽產業化生產的發源地，已形成包括高純多晶矽製造、矽錠/矽片生產、太陽能電池製造、光伏元件以及系統應用等環節比較完整的產業鏈，在發展太陽能光伏產業方面擁有得天獨厚的優勢，理應順應時代要求，加快發展太陽能光伏產業，在全國起到應有的示範和帶動作用。但目前省內對發展太陽能光伏產業的各種爭論此起彼伏，一些制約產業健康發展的矛盾和問題也逐步顯現，需要對產業發展中的能耗污染、技術創新、政策扶持等問題作進一步思考。 一、太陽能是未來新能源發展的主導方向 新能源即傳統化石能源之外的各種能源形式，指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源。新能源的各種形式都是直接或者間接地來自於太陽或地球內部深處所產生的熱能。相對于傳統能源，新能源普遍具有污染少、儲量大的特點，對於解決當今世界嚴重的環境污染問題和資源〔特別是化石能源〕枯竭問題具有重要意義。經濟的發展使人類對能源的需求急劇增加，21世紀國與國之間的戰略競爭，核心就是能源之爭。目前世界各國使用的能源主要是化石能源，但全球化石能源面臨枯竭，據專家預測，按照目前的能源消耗速度，全球儲量的石油大約可開採40年，天然氣約可開採50年，原煤約可開採200年。同時，化石能源的大量使用產生溫室效應和酸雨污染，嚴重破壞了人類賴以生存的環境。因此，通過發展新能源來逐步取代化石能源，解決全球氣候變化和能源危機，是當今世界各國必然的現實選擇，正成為世界經濟新的增長點。 目前人類可利用的新能源主要有太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核能等。由於海洋能和地熱能只有特定地方可以利用，我們只對太陽能、風能、核能、生物質能的本钱、效率、優缺點等方面作一對比〔如下表〕。   主要新能源特點對比表     發電 本钱 燃料 本钱 維護 本钱 全程 轉換 效率 穩 定 性 再 生 性 二氧 化碳 排放 主要 優點 主要 弊端   風能 2倍 不需要 需要 僅千分之幾 不穩定 可再生 無 資源 豐富 有雜訊污染，影響大氣迴圈   核能 遠低於煤電 極低 需要 約33% 穩定 不可再生 無 清潔、 濃集 廢料處理難 生物 質能 3倍 約0.4元/度 需要 約1‰ 穩定 可再生 有 原料易取，可存儲 本钱高， 維護費高   太陽能 3-5倍 不需要 不需要 15-20% 穩定 可再生 無 資源豐富，無排放無維護 製造過程能耗大，本钱較高   通過比較可以看出，幾種新能源中太陽能的利用綜合性價比最高，是最具發展潛力的新能源之一。一是資源最豐富。地球每秒鐘所接受的太陽能高達8×1013千瓦，中國地表每年接受的太陽能，相當於2.4萬億噸標準煤的能量，是2023年全國能源消耗總量的800多倍。而且太陽能取之不盡、用之不竭，不用運輸，這是其他幾種新能源不可比擬的。二是轉化最直接。太陽能發電是將太陽輻射能直接轉換為電能，是所有清潔能源中一次性轉換效率最高、轉換環節最少、利用最直接的方式，目前晶矽太陽能電池的轉換率應用水準在15-20%之間。風能、生物質能都是太陽光能的各種間接轉換形式，其轉換率只有太陽光能的幾十到幾百分之一。目前核能轉化率高於太陽能，但原材料選擇面窄、標準高，對建設環境的要求也非常高。三是最清潔環保。對一個地區來說，太陽光的輻射總是相對穩定的，太陽能電站在長達25年的發電時間裡，沒有二氧化碳和任何污染物排放，其設備也不會對環境造成任何破壞。可以說，太陽能是我們目前可使用的能源中一次性轉換效率最高，使用最簡單、最可靠、最經濟的新能源。 二、晶矽電池在較長時間內仍是太陽能光伏的主流 目前太陽能光伏電池主要有晶矽電池和薄膜電池，晶矽電池又分為單晶矽太陽能電池和多晶矽太陽能電池，薄膜太陽能電池根本上分為非/微晶矽薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池和碲化鎘薄膜電池三類。 〔一〕晶矽太陽能電池的特點。目前，晶矽太陽能電池是發展速度最快、技術最成熟、產業化規模最大的一種太陽能電池。德國費萊堡太陽能研究所制得的晶矽電池轉化效率超過23%；印度物理研究所提出一種內部光陷作用的高效矽太陽電池模型可將轉換效率提高到28.6%；北京太陽能研究所研製的刻槽埋柵電極2cm×2cm晶體矽電池的轉換效率達到19.79%。單晶矽太陽能電池轉換效率最高，但對矽的純度要求高，且複雜工藝和材料價格等因素致使本钱較高。多晶矽太陽能電池材料在結晶的品質、純度等方面要求較低，生產本钱低於單晶矽，而且在產業化應用中的轉換效率已達到了15－20%的水準，因此多晶矽成為目前採用最廣泛的太陽能電池製造原料。總體來看，晶矽電池是目前光伏電池的主流，主要應用於太陽能屋頂電站、太陽能商業電站和太陽能城市電站，是目前技術最成熟、應用最廣泛的太陽能光伏產品，佔據世界光伏市場的份額超過80%。 〔二〕薄膜太陽能電池的特點。非/微晶矽薄膜電池的轉換率偏低，提升轉換率的技術難度也較大，銅銦鎵硒薄膜電池原材料昂貴，碲化鎘薄膜電池雖然轉換率較高，但受到材料來源和安全性限制，大規模產業化也存在局限。目前薄膜電池的轉換效率平均在10%以內，售價約在10元/瓦，單價雖低於晶矽電池，但由於轉化率低，綜合本钱還是要高於晶矽電池。薄膜電池相比晶矽電池生產線的一次性投入要高，由於主要依靠進口設備，動輒數億元的投資是晶矽電池的7－8倍，再加上在生產過程中同步產生的技術本钱、設備本钱、運輸本钱，其整體本钱相比晶矽電池並不具有明顯優勢。而且由於使用壽命較短，占地過多，普及速度因此受到影響。 〔三〕正確看待晶矽電池與薄膜電池之爭。2023年，全球多晶矽供不應求，售價被持續爆炒，最高達到500美元公斤，導致晶矽電池的生產本钱居高不下，薄膜電池在這樣的背景下迅速發展起來，國內不少光伏企業先後投身到薄膜電池的投資熱潮中，包括無錫尚德、江西賽維、新奧等都從國外購買薄膜電池設備並建立了薄膜電池生產線。隨著多晶矽價格接連走低，晶矽電池本钱也大幅下降，薄膜電池的本钱優勢受到挑戰，不少薄膜電池生產商的訂單量也受到較大衝擊，國內不少光伏企業擴張薄膜電池生產線的計畫也因此出現不同程度的擱淺，不少專案仍未有實質性突破。資料顯示，2023年，我國薄膜電池的產量只占到太陽能電池總產量的2%，全球範圍內薄膜電池的市場份額也僅有19%，晶矽電池仍佔據絕對優勢。國家發改委能源研究所有關專家認為，薄膜電池在未來的確有前景，但短期內還很難與晶矽電池競爭，預計到2030年，薄膜電池市場份額有望上升到30%，另外的70%仍需要晶矽電池來支撐。/ 三、多晶矽在較長時間內仍將是太陽能光伏的主要原料 多晶矽是製備晶矽太陽能電池的主要材料，占整個電池最終價格的30%左右。隨著多晶矽生產技術的進步和提高，其高昂的價格將逐步降低，進而降低晶矽電池本钱。 〔一〕多晶矽生產工藝比較成熟。現有的多晶矽生產工藝技術主要有改进西門子法、矽烷法、流化床法和冶金法等。改进西門子法利用氯氣和氫氣合成氯化氫，氯化氫和工業矽粉在在250－350℃的溫度下合成三氯氫矽，然後對三氯氫矽進行分離精餾提純，提純後的三氯氫矽在氫還原爐內進行化學氣相沉積反應得到高純多晶矽。改进西門子法製備的多晶矽純度高、安全性好，與矽烷法、流化床法相比，沉積速率最高，有利於連續操作，是當今生產多晶矽的主流技術，工藝最為成熟、投資風險最小、最容易擴建，所生產的多晶矽占當今世界生產總量的80%。我國現有的多晶矽絕大局部採用改进西門子法製備。 〔二〕多晶矽並不是“高耗能〞、“高污染〞產業。現在人們常用“提煉1噸多晶矽要消耗16萬度電〞來認定多晶矽產業是高耗能產業，這種觀點是片面的。權威資料顯示，從單位產值能耗看，在現有技術條件下，我國每萬元光伏組件產值能耗〔含多晶矽提煉環節〕約900度電〔如果僅以多晶矽計算，當多晶矽售價為300萬元/噸時，萬元產值能耗是533度電，當多晶矽售價為45萬元/噸時，萬元產值能耗是3550度電〕，而鋼鐵行業每萬元產值能耗約為3900度電，電解鋁每萬元產值能耗約為6000度電，光伏產業的單位產值能耗遠遠低於鋼鐵和電解鋁行業，目前多晶矽的單位產值能耗也低於鋼鐵和電解鋁。〔目前，高耗能產業、產品認定是各地根據萬元GDP和工業增加值能耗確定的。沒有絕對數，是相對概念，是認識問題〕更為重要的是，光伏產品是一種在生產過程中耗能而在使用過程中產能的能源產品，其產能遠大於耗能。根據測算，在我國中等光照條件的地區，安裝一個1兆瓦的太陽能光伏發電系統，年發電量約為130萬度；按生產安裝1瓦太陽能光伏發電系統綜合耗電2.67度計算，1兆瓦的太陽能光伏發電系統生產安裝需耗電267萬度，只需約2.04年的時間即可回收平衡其自身的耗電量，而太陽能元件的使用平均年限為25年，太陽能元件在實現生產能耗回收後，還可發電約23年。換句話說，用267萬度的電量生產安裝的多晶矽太陽能電池系統，最終可發電3250萬度，也就是說：多晶矽光伏生產耗電與產品發電比為1：12.2，經濟和社會效益都非常可觀。因此，單純以多晶矽的能耗來認定多晶矽產業是高耗能產業是不科學的，更是不客觀的，應儘快取掉多晶矽光伏是高耗能產業的帽子。 另外，人們常說的多晶矽產業的污染問題主要是指在多晶矽生產環節要產生大量的副產物四氯化矽，而四氯化矽具有強腐蝕性。目前多晶矽生產廠普遍採用的改进西門子法已做到對四氯化矽完全回收利用，一些多晶矽生產企業之所以造成污染，與環境監管不力和企業投入不夠有很大的關係，從技術上說四氯化矽不僅可以處理，而且可以環循利用，以它為原料可生產白炭黑有機單體等產品，通過迴圈利用可以解決污染問題，隨著生產多晶矽技術工藝的不斷提高和改進，大量四氯化矽完全可以回收利用。 〔三〕光伏發電本钱還有較大下降空間。目前，光伏發電本钱過高是光伏電站難以大規模推廣的關鍵因素，而多晶矽生產本钱較高又是導致光伏發電本钱高企的重要原因之一。國內企業生產1公斤多晶矽的本钱多在40－50美元，而國外七大多晶矽生產企業的本钱在20－30美元之間，國內多晶矽生產本钱還有較大的下降空間。實現閉環生產是多晶矽生產中大幅降低能耗物耗的關鍵，可通過尾氣、副產物、餘熱的回收綜合利用來降低生產本钱，同時達到節能減排的目的。國外多晶矽企業的建廠，大多是與化工企業結合，在“化工集團〞內迴圈經營，容易實現集團內部的“迴圈經濟〞，並可做到廢物“零排放〞。樂山“國家矽材料及副產物利用產業化基地〞除了把四氯化矽氫化成三氯氫矽加以回收利用外，還利用四氯化矽製成氣相白炭黑、矽酸乙酯、有機矽產品、人造石英等材料，通過延伸產業鏈來降低多晶矽生產本钱。而隨著太陽能電池元件生產和建設大規模太陽能電站技術水準的提高，尤其是逆變器和智慧電網的升級換代，降低整個太陽能光伏發電系統的本钱還有很大空間。目前國際上一些權威機構對未來光伏發電本钱的預測都持很樂觀的態度，其中最為樂觀的預測認為，到2023年光伏發電本钱會降到1.0－0.7元/度，達到傳統電力的價格水準。2023年敦煌太陽能電站上網中標價為1.09元，今年8月16日，2023年國家能源局280兆瓦光伏電站特許權專案正式開標，13個專案共有50家企業遞交了135分標書，截止8月17日，參投企業的