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聚光光伏能否顛覆太陽能產業(yè)

放大字體 縮小字體 發(fā)布日期:2011-03-15 來源:中國玻璃工業(yè)網 瀏覽次數(shù):1239
核心提示: 聚光光伏一旦有了規(guī)模效應,成本會低于多晶硅。加上聚光光伏發(fā)電量比多晶硅多一倍,未來,其對太陽能產業(yè)將產生顛覆性影響   
       聚光光伏一旦有了規(guī)模效應,成本會低于多晶硅。加上聚光光伏發(fā)電量比多晶硅多一倍,未來,其對太陽能產業(yè)將產生顛覆性影響

  2011年1月15日,由青島哈工太陽能股份有限公司建設的200千瓦高倍聚光太陽能示范電站并網發(fā)電。

  由于成本高昂以及缺乏有競爭力的裝機成本和上網電價,作為清潔能源的太陽能光伏產業(yè)一直沒有取得突飛猛進的發(fā)展,業(yè)界之前將目光集中在改進多晶硅和太陽能電池的生產工藝上,但效果非常有限。從技術上解決光伏發(fā)電的成本問題,已經成為制約行業(yè)發(fā)展的根本性問題。

  通過減少太陽電池在光伏系統(tǒng)中占比的方式來降低成本,也就是聚光光伏技術,被寄予厚望。

  技術優(yōu)勢凸顯

  聚光光伏技術被看做是未來取代部分晶硅市場的第三代光伏技術,它具備晶硅電池無法比擬的優(yōu)勢。聚光光伏發(fā)電系統(tǒng),是利用光學系統(tǒng),將太陽能匯聚到太陽能電池芯片上,然后再利用光伏效應把光能轉化為電能的發(fā)電技術。它主要由聚光組件、太陽跟蹤器、系統(tǒng)支架等部件構成。

  看起來很簡單,就像用放大鏡點著火柴一樣。實際上,聚光光伏卻涉及力、熱、光、電、機械、電子、自動化控制等綜合性技術,需要解決太陽跟蹤、光效、散熱等一些列問題。

  相比晶硅以及薄膜電池產業(yè)來說,聚光光伏是一個具有極大誘惑力的市場。目前,投身于此行業(yè)的國內外公司已經越來越多,其中就包括Boeing、Amonix、夏普、Practical Instruments以及國內的三安光電(600703)、廣東新曜、昊陽新能源、安徽應天新能源、漢龍集團、上海聚恒,等等。

  廣東新曜光電有限公司(以下簡稱“新曜光電”)總經理容雷告訴《新財經》記者:“第三代聚光光伏技術具有單塊功率比較大、效率比較高、占地面積小等優(yōu)勢,但因為牽扯到對日系統(tǒng),所以,比較適合用在發(fā)電公司、發(fā)電站,而不是民用。”

  容雷進一步解釋:“聚光光伏目前適合在中國西北地區(qū)應用,因為那里陽光比較充足,地域遼闊,適合做大型的聚光光伏發(fā)電站,而不太適合在城市里做民用。中國的國情與西方國家不一樣,美國、歐洲有很多地方都是獨立的別墅,別墅的屋頂是屬于自己家的,可以自己安裝太陽能板。但在中國就不一樣了,大多數(shù)老百姓住的都是樓房,給每家每戶安裝是不現(xiàn)實的。另外,聚光光伏的特點是,在陽光充足的地方,其效率要比多晶硅好很多,現(xiàn)在城市的空氣潔凈度都很差,對聚光光伏的應用效率會有一些制約。”

  2011年1月15日,由青島哈工太陽能股份有限公司建設的200千瓦高倍聚光太陽能示范電站并網發(fā)電,這是國內第一個按照商業(yè)化運營建設,且并網發(fā)電、投入運營的高倍聚光太陽能電站,也是目前國內轉換率最高的并網太陽能發(fā)電站。專家認為,高倍聚光太陽能發(fā)電技術如果得以大規(guī)模應用,能在一定程度上緩解我國能源供應緊張問題。

  目前,上海聚恒太陽能有限公司(以下簡稱“上海聚恒”)所研發(fā)的產品,可以讓透鏡的面積達到電池面積的576倍。換句話說,1000平方厘米的晶硅面積,才能與類似1平方厘米的太陽能聚光電池所發(fā)出的電能相媲美。如此看來,聚光光伏技術如果得到推廣,其效率將大大超過晶體硅。

  上海聚恒副總經理廖軍告訴記者:“從理論上講,放大倍數(shù)越高,芯片的材料就越節(jié)省。一塊用在聚光光伏發(fā)電上的電池,其造價是晶硅電池的100倍。不過,如果透鏡與電池之間的倍數(shù)能超過300倍的話,那么,聚光電池的成本也就與晶硅電池的成本打平了。所以,各企業(yè)都在研究放大倍數(shù)更高的聚光光伏產品,這樣可以節(jié)省更多的材料。”

  聚光光伏發(fā)電中的砷化鎵聚光電池(也叫“多結三五族”太陽能電池),有比晶硅電池和薄膜電池更高的轉換效率。我國砷化鎵聚光電池產品的轉換效率已達到35%~39%,遠遠高于晶硅電池16%~19%和薄膜電池10%的轉換率。此外,砷化鎵聚光電池還具有吸收光譜范圍廣、衰減慢、耐溫性好、有效發(fā)電時間長等顯著優(yōu)勢。

  上海聚恒總經理容崗介紹:“上海聚恒在哈工大威海校區(qū)建立的示范電站項目,其電池轉換效率約為25%。”這比國內所有晶硅電池的轉換效率高得多(目前晶硅電池的最高效率大約是18%)。

  廖軍也表示,“理論上,一般聚光光伏發(fā)電的轉換效率約為70%,若加上一些折損,未來一兩年聚光轉換效率突破30%的可能性是很大的。如果能大規(guī)模制造,我們的發(fā)電成本可以跟煤電一樣。我們認為,到2015年,如果國內聚光光伏市場能有幾個G瓦的規(guī)模,就意味著這個產業(yè)鏈完全成熟了,市場容量是非常大的,電池片的轉換效率到2015年可能達到45%。到那個時候,聚光光伏轉化成發(fā)電成本,可能只要六七毛錢,這就意味著,國家不需要補貼了。”

  聚光太陽能在節(jié)省半導體材料用量的同時,還降低了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的生產成本和能耗,具有更短的能量回收期。

  容崗向記者介紹:“能量投資回收期,是指生產這套系統(tǒng)所消耗的能量和產生的能量之比,回收期長短是判斷一個技術是否清潔的非常關鍵的因素。如果一套系統(tǒng)生產出來要消耗10度電,而這套系統(tǒng)一年能發(fā)5度電的話,要兩年才能收回所耗費的能量。目前,我國的多晶硅能量投資回收期要在五到六年以上,國外要兩到三年,薄膜技術在一年左右也能回收,而聚光光伏大概只需半年時間。”

  但就目前來看,對高倍聚光太陽能來說,一些系統(tǒng)的技術問題還沒有解決,國外也處于示范階段。投資者在計算投資回收期的時候,還應該考慮系統(tǒng)維修的成本以及維修期間不能發(fā)電造成的損失。

自主研發(fā)能力不足

  對于很多聚光光伏行業(yè)的投資商、生產商來說,投資聚光光伏示范電站的建設成本還是比較高的。由于聚光光伏電站多采用砷化鎵電池,其價格非常昂貴,最早使用在太空領域,為衛(wèi)星和空間站提供能源,在地面使用難以普及。

  在國際上,專業(yè)制作砷化鎵電池的公司主要是美國的Emcore, SpectroLab(波音的子公司)和德國的Azur Space。目前美國、西班牙、意大利等國家已經看出了這個趨勢,聚光光伏已經被作為光伏電站的主流技術。

  從國內來看,目前尚無成熟的聚光光伏設備制造商,產品進口依賴度較高。由于聚光光伏電站結合了光學、控制、機械等多種學科技術,其研發(fā)投入相比晶硅技術要更高一些。

  容崗表示:“就聚光光伏這個行業(yè)來講,因為每個公司處在不同的狀態(tài),它面對的問題也不一樣。有些公司不愿意從基礎做起,而是從國外把技術和設備直接搬過來,更多地傾向于‘拿來主義’。所以,中國聚光光伏市場,利用‘拿來主義’的公司與經過多次研究、自主研發(fā)的公司,所碰到的問題肯定是不一樣的。重要的是,國內真正由自己來開發(fā)系統(tǒng)集成的公司非常少。”

  據(jù)記者了解,目前國內僅有的一家涉足聚光光伏產品生產的上市公司三安光電的產品組件全部為進口,僅在國內實現(xiàn)拼裝。高昂的成本使三安光電的聚光項目并不是以盈利為目的,業(yè)內人士認為,三安光電之所以愿意去做這個高成本的項目,主要是為了搶占市場先機,提高知名度,是以廣告效益為目的。

  不過,基于聚光光伏的發(fā)展前景,國內也有默默無聞的企業(yè)在潛心研究這一新技術。新曜光電就是其中一家,公司是以第三代高聚光型(HCPV)太陽能發(fā)電模組和發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)、設計和產業(yè)化為主要業(yè)務方向的高科技公司。

  新曜光電總經理容雷表示:“我們自主研發(fā)的發(fā)電模塊、光學系統(tǒng)以及跟蹤系統(tǒng)等,已經處于全世界領先地位。目前,這些設備的倍率、發(fā)電效率和系統(tǒng)控制功能都比國外先進技術要領先。”

  上海聚恒總經理容崗也表示:“我希望做聚光光伏的公司要多投入一些精力和資金去做研發(fā),而不是光做市場。對聚光行業(yè)來講,這個產業(yè)鏈不是很長,把幾個關鍵點抓住了,問題就不大。”

  記者了解到,上海聚恒對聚光光伏產業(yè)的整個環(huán)節(jié)做了詳細的分析,公司目前除了沒有參與電池片的設計以外,其他設備的設計都掌握在自己手里。容崗對記者說:“到目前為止,我們還沒有遇到瓶頸。當然,聚光光伏行業(yè)還處于比較新的階段,一些加工廠商的生產能力還需要一些時間去培養(yǎng)。不過,將來這個行業(yè)的加工能力不會像晶體硅那樣,一會兒缺硅、一會兒缺玻璃。比如,聚光光伏電池片用的是MOCVD(金屬有機化學氣相沉積制備涂層)設備,這個設備既可以做LED,也可以做聚光電池,同樣的設備、類似的工藝。所以,只要這個行業(yè)做起來了,MOCVD設備在中國內地和臺灣地區(qū)應用于整個行業(yè),是非常容易的一件事情。”

  現(xiàn)在在國內,我們也看到有一些特別大的公司在做電池片,隨著行業(yè)的整體發(fā)展,未來,國內整個太陽能產業(yè)“兩頭在外”的瓶頸不會改變,聚光光伏應該會比晶硅好得多。

  另外,聚光光伏產業(yè)的產能擴充會相對簡單一些,薄膜的產能擴充是非常困難的,要靠設備;晶硅的產能擴充也不是特別難,但可能時間會長一些。而聚光的產能擴充速度會更快,因為聚光對設備的需求不高,沒有什么特別專用的設備,都是一些通用的電器設備,會相對簡單。所以,聚光光伏將來的供應鏈應該不是問題。

降低成本是關鍵

  既然聚光光伏比多晶硅和薄膜技術有太多優(yōu)勢,為什么目前國內外對聚光光伏技術運用得不多,產能也不夠大?業(yè)內人士認為,最重要的原因還是成本太高。國內地面應用聚光砷化鎵太陽能電池也還處于產業(yè)化初期,市場份額較小。國內整個產業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)中試技術和產品已經完成,正在進入小規(guī)模電站試驗階段。

  上海太陽能工程技術研究中心主任李紅波認為:“聚光光伏發(fā)電要得到推廣,還需要業(yè)界加大投入。由于聚光光伏的市場還沒有真正啟動,一些配套材料的廠家對投入資金進行研發(fā)的積極性并不高。要解決這些問題,必須在跟蹤系統(tǒng)、玻璃透鏡、封裝材料等各環(huán)節(jié)實現(xiàn)突破,需要從事不同領域的廠家共同努力,而不僅僅是解決太陽能電池的問題。在聚光光伏電站示范運行過程中會暴露出很多問題,只要有廠家愿意投入力量去解決,聚光光伏很快就會得到推廣。”

  以聚光光伏的行業(yè)特點看,規(guī)模越大,成本越低。李紅波表示:“可行的規(guī)模至少應該在100兆瓦以上,如果只有幾兆瓦的裝機容量很難體現(xiàn)效益。一座100兆瓦的聚光光伏電站,如果其中1兆瓦的設備需要維修,不會對整個系統(tǒng)造成太大的影響;但如果電站的規(guī)模只有1兆瓦,經常處于維修狀態(tài),成本就會大幅上升。”

  容雷認為:“聚光光伏的成本包括兩塊:一塊是建設成本,另一塊是發(fā)電成本。目前,國家對于太陽能的補貼,每度電補貼0.7~1元,新曜光電利用自主研發(fā)的技術設備,如果以每年2000小時的發(fā)電量為標準做參考,大概每度電的成本是0.7元,按照國家每度電補貼0.7元來計算,我們就可以實現(xiàn)零成本發(fā)電。”

  容雷進一步分析:“現(xiàn)在每度電0.7元的發(fā)電成本是我們的實際成本,如果進入大規(guī)模生產以后,成本還會進一步下降,這樣,我們的成本就會低于多晶硅。再加上聚光光伏的發(fā)電量比多晶硅多1倍,未來,對太陽能行業(yè)將產生顛覆性影響。”

  聚光光伏技術研發(fā)在國外已經有三十多年歷史,但聚光光伏電站的商業(yè)化運營目前在全球范圍內仍處于起步階段,最根本的原因還是成本太高。容雷說:“盡管聚光光伏有很多優(yōu)點,占地面積小、發(fā)電效率高、節(jié)省材料、減少污染,等等;但聚光光伏的最大缺點就是成本太高,其成本大大高于多晶硅。太陽能行業(yè)還屬于政府補貼的一個高成本行業(yè),但政府補貼畢竟是有限的、不可延續(xù)的。如果成本始終大大高于多晶硅的話,聚光光伏產業(yè)的發(fā)展肯定要受制約。只有把成本降到一定程度,或者有突破性的技術出來,聚光光伏的市場才能打開。”

  所以,按照新曜光電目前自主研發(fā)的技術設備,完全可以把聚光光伏產業(yè)的成本降下來。目前,晶硅體占據(jù)了太陽能電池95%的市場份額,但多晶硅目前在國內還是一個高污染、高耗能的產業(yè),生產100公斤多晶硅需要46度電,另外,多晶硅的的材質回收是不可降解的,這些也都是多晶硅的成本。

  容雷舉例說:“在美國,買電器的時候要多花10%的回收成本,假如1000美元的電視機,要花1100美元,多花的100美元就是回收成本。按理說,多晶硅的回收成本比電器要高,1000元的多晶硅,至少要有20%的回收成本。但目前在中國,還沒有涉及回收成本這一制度,所以,多晶硅的價格較低。”

  而聚光光伏技術材料99%用的是鋁,是一些玻璃結構,在十年或二十年以后,鋁是可以回收的,這個回收成本幾乎可以忽略不計。

發(fā)展前景廣闊

  業(yè)內人士認為,未來隨著聚光光伏技術的更加成熟以及生產規(guī)模的進一步擴大,聚光光伏將長期與晶硅、薄膜電池共存。長期來看,聚光光伏并不會完全取代晶硅和薄膜電池的市場,正如薄膜電池不會完全取代晶硅電池一樣。

  目前,全球的聚光光伏裝機不到200兆瓦,預計今后幾年,隨著技術優(yōu)勢和成本優(yōu)勢的凸顯,市場規(guī)模將有爆發(fā)式的增長。未來十年,年均增速預計在40%以上。

  容雷分析:“聚光光伏的前景是非常廣闊的,無論對于全世界還是對于中國,太陽能產業(yè)都是一種主動的環(huán)境需求,而不是迫于經濟利益的需求。況且,中國的產業(yè)結構也的確到了該調整的時候了?,F(xiàn)在,在幾種清潔能源中,核能和風能都受到一定自然條件的限制,相對來說,太陽能的利用前景最為廣闊。今后,我們只要把成本降下來,將聚光光伏的成本控制在多晶硅之下,這一產業(yè)將有非常廣闊的前景。未來,可能不光是應用在發(fā)電站方面,在一些鄉(xiāng)村、一些二三線城市,居民也會有自發(fā)的需求。”

  目前來看,光伏產業(yè)還是一個政策驅動型的市場,靠自身發(fā)展,成本無法與煤電競爭。在這種情況下,政府政策的透明度和持續(xù)性就非常重要。容崗表示:“中國恰恰在政策方面不明朗,很多地方政府和部委出臺了一些政策后,也定了一個上網電價,但并沒有說補貼多少年。特別是對于民營企業(yè),沒有政府的政策,就更不敢貿然進入了。”

  在美國,政府對聚光光伏產業(yè)的扶持力度非常大,曾有一家聚光光伏企業(yè)得到了美國政府幾千萬美元的無償補貼。而在中國,很多政策還是跟不上,容崗認為:“作為一個新技術,有識之士已經看到了聚光光伏未來的前景,將來如果能建起大型的聚光太陽能電站,其成本肯定會下降?,F(xiàn)在包括幾大電力集團在內,也都在考慮嘗試建聚光光伏電站。所以,我們應該抓住這個機會,搶占市場。”

  2010年9月,三安光電在青海格爾木3兆瓦聚光光伏太陽能示范項目中,其中的1兆瓦并網發(fā)電項目,使用的是500倍透鏡,雙軸追日系統(tǒng),平均轉換效率達25%。從2010年10月初并網發(fā)電情況統(tǒng)計,平均每天發(fā)電4500度左右,運行情況比晶硅發(fā)電效果好。

  容雷介紹:“目前在國內做研發(fā)的公司挺多的,但是真正做到兆瓦級的公司,國內只有三安光電的格爾木項目。我們希望有更多的公司投入研發(fā),把這個市場做起來,不希望像現(xiàn)在這樣,只有一兩家公司在做,我們不怕競爭。多晶硅產業(yè)在中國是萬馬奔騰,上千家企業(yè)在做,只有這樣才能把一個產業(yè)做起來。”

  容崗也表示:“聚光光伏行業(yè)還有很長的路要走,國外大規(guī)模的聚光太陽能電站已經開始建設了,我們非常希望能夠把電站建好,使整個產業(yè)進入良性競爭軌道。對于國內的企業(yè)來說,先不要匆忙上馬,每一家公司的成功都是行業(yè)的成功,每一家公司的失敗都是對行業(yè)的打擊。我們不希望同行失敗,希望大家都能成功。”

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