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细分光伏应用市场 发展硅基薄膜电池

字体大小: - - yaqian   发表于 11-01-11 18:05     阅读(1758)   评论(0)     分类:太阳能导电胶

细分光伏应用市场 发展硅基薄膜电池

 

薄膜太阳能电池近几年呈抛物线式的发展,2008年多晶硅价格暴涨时期,投资热潮汹涌,在2009年多晶硅价格下跌时,又一度跌至低谷,2010年随着全球光伏市场的迅猛发展,投资热潮又重新抬头。

  发展现状

  ·全球硅基薄膜电池产量随着光伏市场的发展水涨船高。

  ·我国非晶硅电池产业一直处于稳步发展态势。

  全球硅基薄膜电池产量随着光伏市场的发展水涨船高,但硅基薄膜在薄膜电池中的比重逐年下滑,已从2005年的74.6%下跌到2009年的32%,2009年产量达到560MW,同比增长了38.9%,但远低于总薄膜电池产量的77%增速。在2009年年中,作为全球领先的电池生产商和设备厂商的无锡尚德和美国应用材料相继宣布放弃薄膜电池业务转投晶硅电池,日本三洋和夏普也一度推迟了其旗下的硅基薄膜电池生产任务,这无疑给硅基薄膜电池的发展蒙上一层阴影。但在下半年,薄膜设备厂欧瑞康则宣布新生产线实现了10%的转换效率和每瓦0.5欧元的生产成本,这无疑给硅基薄膜电池注入了一针强心剂。其中点银胶强烈推荐SolarCarer SC666-180系列,具有很好的导电效果和黏结效果。

  1.我国硅基薄膜电池产能/产量。

  产业化方面,我国在上世纪80年代中后期引进单结非晶硅电池后,非晶硅电池产业一直处于稳步发展态势。进入本世纪后显示出快速发展态势,近年来,多晶硅材料紧缺更加促进了薄膜电池产业发展。从2004年天津津能引进了2.5MW双结非晶硅电池后,非晶硅双结电池产业发展较快。截至2010年年底,我国非晶硅薄膜电池产能已超过1500MW,并且有多个硅基薄膜电池项目正在规划建设中,预计2011年将超过2GW,中国从事薄膜电池生产的企业也将超过70家。我国非晶硅薄膜电池产量逐年递增,正处于高速发展期,这主要是由于:一是全球光伏装机市场的拉动;二是产业技术的进步;三是硅基薄膜电池本身所具有的低成本优势等,以上原因加速了薄膜电池产业的发展。

  2.我国硅基薄膜电池发展特点。

  电池转换效率普遍较低。国内的硅基薄膜电池项目很多采用基于美国EPV公司的低成本生产技术,但由于EPV公司的PECVD功率较低,一条生产线的产能不大,电池效率也不高,约在6%~7%左右。近年来国内有些企业也采用瑞士欧瑞康等公司的全套进口设备,如河北新奥购置美国应用材料的设备,天威保变、浙江正泰等公司采用的则是瑞士欧瑞康公司的设备,这些生产线能够生产非晶/微晶叠层或多结结构的电池,电池转换效率可在8%以上,但设备的购置成本较高,约为国产设备的2~3倍。

  企业投资经营遵循传统的电子制造业。硅基薄膜电池拥有原材料丰富、生产能耗低,无污染等特点,只需购置相关设备即可进行来料加工,具有我国传统电子制造业的特征。特别是在2008年,多晶硅价格暴涨,最高逼近500美元/公斤,使得硅基薄膜电池的低价生产优势凸显,全国各地很多公司涉足硅基薄膜电池领域。但随着多晶硅材料价格的回落,加上我国硅基薄膜电池企业并没有拥有核心生产技术,对企业的运营形成较大的压力。

  硅基薄膜电池投资持续上涨。目前,我国经济发展正处于“十二五”开局之年,也是我国调整产业结构、改变发展方式的关键时期,加上国家已经将光伏产业列为战略性新兴产业,各地方政府纷纷将光伏产业列为当地“十二五”发展的重要产业之一,并且将发展焦点对准了硅基薄膜电池,规划了很多硅基薄膜电池项目,同时资金雄厚的国有企业也纷纷进入硅基薄膜电池领域。但由于目前硅基薄膜电池的综合成本优势尚未显现,很多项目正处于布局观望过程中,一旦硅基薄膜电池取得较大的突破,硅基薄膜电池的投资将会迅猛发展。

  市场策略

  ·加强技术改进,降低生产成本。

  ·提高产品应用多样性,细分光伏应用市场。

  发展硅基薄膜电池应做到以下几点:

  加强技术改进,降低生产成本。技术是企业的创新之本,只有通过对硅基薄膜电池生产技术的持续改进才能不断提高产品竞争力。一是通过非晶/微晶叠层或多结结构,提高产品效率,降低光致衰减;二是提高沉积的速度和均匀性,通过大尺寸、大面积、高速率的沉积降低生产成本;三是开发柔性衬底的硅基薄膜电池生产技术,拓展硅基薄膜电池产品应用的深度和广度。技术的研发投入较高,需要国家资金的资助和引导。

  提高产品应用多样性,细分光伏应用市场。硅基薄膜电池的低转换效率在短期内很难得到改观。因此鼓励硅基薄膜电池厂家充分利用硅基薄膜所具有的独特优势,利用硅基薄膜电池的低成本和发电量高的优势,一方面在我国西北日照充裕、土地荒漠、人烟稀少地区开发建设大型光伏并网电站;另一方面加强与建材的结合,在光伏建筑一体化和光伏环境一体化中发挥重要作用。

  规范行业发展,避免盲目投入。硅基薄膜电池作为新兴产业处在高速发展时期,产业的整合不可避免。因此政府有关部门应通过制定薄膜电池等产品和光伏系统的相关标准,完善相关产品的质量标准,严格产品质量,以加强行业管理,规范行业发展。另外要加强投资引导,生产商获暴利的时代已过去,在没有掌握核心技术的情况下避免硅基薄膜项目的盲目投资。

  存在问题

  ·光电转换效率低,电池稳定性差。

  ·初始投资成本过高,综合成本尚未显现。

  光电转换效率低,电池稳定性差。与晶硅电池相比,硅基薄膜电池转换效率较低。我国硅基薄膜电池生产效率在7%左右,而单晶和多晶硅电池产业化效应已分别接近19%和17%。较低的效率使薄膜电池难以进入对电池效率要求严格的市场。对于相同的发电量,硅基薄膜电池需要较大的空间,并且需要较多的支撑结构,这样从系统的角度看,硅基薄膜电池可能失去成本低的优势。另外,非晶硅电池存在较严重的衰减问题,单结非晶硅电池衰减率可达30%,即使是多结电池,其衰减效率也在10%~15%。虽然在过去的十几年里,人们对非晶硅电池光致衰减效应进行了深入研究,并试图降低光衰退的幅度,但是非晶硅电池光致衰减并没有得到彻底的解决。

  初始投资成本过高,综合成本尚未显现。虽然非晶硅生产成本很低,其主要原材料如玻璃等价格低廉,其用硅量也极少,仅相当于晶硅电池的1%。但硅基薄膜电池生产线的投资成本很高,即使采用国产设备,初始投资成本仍是晶硅电池的3倍,而采用进口设备投资成本则更高,约为5倍以上,且国外设备厂商一般只出卖设备,不转让技术和工艺,这给我国薄膜电池生产也带来一定的难题。高的设备投资成本必须通过高量产和低生产成本才能获利。但薄膜电池的低成本优势尚未真正实现降低,在售价方面,晶硅电池约为13元/瓦~14元/瓦,薄膜电池约在10元/瓦,单价虽低于晶硅电池,但由于转化率低,相对于晶硅电池,其综合成本优势并不明显。

  产品更新换代较快。我国硅基薄膜电池属于发展初期,转换效率多在6%~7%之间,产品光电转换效率提升空间较大。根据经验公式,转换效率每提高1%,生产成本将下降7%,每次必须通过提高硅基薄膜产品的转换效率以保持产品的市场竞争力。硅基薄膜电池效率的提升主要通过改变非晶硅叠层的化学成分或多结的形势实现,每一种改变,对相应的设备均提出一定的要求,特别是关键生产设备PECVD和PVD,其投资占到整条生产设备的2/3。对于投资者来说,将面临刚投入生产,就不得不继续加大设备投资的局面,以应对市场带来的挑战。

  技术趋势

  ·多室PECVD向单室PECVD转变。

  ·向大尺寸、柔性衬底发展。

  硅基薄膜电池的主要特点如下:

  第一,生产成本低,制造工艺简单,可连续大面积生产。其主要原材料如玻璃等价格低廉,用硅量也极少,仅相当于晶硅电池的1%,因此硅基薄膜电池生产成本比较低。另外,硅基薄膜电池与液晶面板工艺相类似,可充分利用液晶面板成熟的工艺技术,实现连续、大面积、自动化批量生产。

  第二,弱光性好,发电量高,能量偿还周期短。硅基薄膜弱光响应和温度系数优于晶硅电池,相同额度功率下硅基薄膜电池实际输出功率高于晶体硅电池10%~15%。由于制造硅基薄膜电池能耗低,且电池发电量大,其能量偿还时间约为1年~1.5年,而晶体硅太阳电池则需2年~3年。

  第三,美观、大方,便于与建筑集成。当电池组件作屋面和墙面时,电池组件的颜色与建筑物的颜色比较容易匹配,美化室内外环境,加上精细、整齐的激光切割线,使建筑物更加美观、大方,更有魅力。同时,柔性衬底的电池,可直接应用于具有曲面等不平坦的建筑表面上,这是晶硅电池所不能比拟的。

  未来硅基薄膜电池将呈现以下发展趋势:

  多室PECVD向单室PECVD转变。

  PECVD设备的投资占据总投资生产线的30%以上。目前硅基薄膜电池的制备主要包括多室和单室的PECVD技术。多室技术在不同的室中完成薄膜沉积,可有效避免沉积过程中的交叉污染问题,电池效率较高,但成本也较高;单室技术则相反,在同一室中完成多层薄膜沉积,虽存在交叉污染问题,但是设备简单,生产效率明显提高。如果能够解决或大大抑制交叉污染问题,单室沉积无疑更具有低成本的优势。

  向大尺寸、柔性衬底发展。

  同玻璃衬底相比,柔性衬底硅基薄膜电池还有许多独特的优点:一是柔性衬底电池不用玻璃封装,重量轻而柔软,容易安装,坚固耐用;二是可直接与建筑材料集成,如作成屋瓦式和墙面式太阳电池;三是卷到卷工艺生产,可连续大规模生产,降低成本;四是可在不锈钢薄层和聚酯膜衬底上制备超轻型电池,具有很高的电功率/质量比,在空间科学技术、城市遥感气球平台、军用无人驾驶寻航飞机等领域的电源系统中具有特殊的应用价值。在2010年的“863”计划中,也将柔性薄膜电池作为其支持的一个重要方向之一。

  向微晶硅叠层、多结电池发展。

  微晶硅与非晶硅相比,具有更低的衰减率,在长波端的吸收系数比短波端高,因此使用微晶硅电池作为多结电池的底电池可以进一步提高电池的效率,降低电池的光致衰减效应。目前非晶硅和微晶硅多结电池的稳定效率在10%左右,预计很快将提高至12%的水平。

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