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 【薄膜太阳能】时过境迁看看2007年和2009年的三篇文章的说法 |
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BWolfe_2001
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薄膜太阳能电池面临机遇
■尚德太阳能电力有限公司 于化丛博士 （2007年12月）
太阳能电池是将太阳光能直接转换成电能的一种器件，目前已大规模商业化的太阳能电池是晶体硅(单晶硅和多晶硅)太阳能电池、硅薄膜太阳能电池等硅系列太阳能电池和化合物太阳能电池。但晶体硅太阳能电池具有原材料消耗大、成本高和能源偿还时间(EPT)长的缺点，特别是在太阳能光伏发电市场爆发性增长，而重要的晶体硅太阳能电池依赖的高纯多晶硅材料由于技术及资金瓶颈而致短缺的今天，薄膜太阳能电池转换效率低和光致衰减(S-W效应)问题，其他诸多化合物太阳能电池则受资源限制并存在对环境的友善问题。因此寻找一种转换效率高、低衰减且成本低、资源丰富无污染并适于大量生产的太阳能电池，是光伏科学界的挑战，也是太阳能光伏发电承担从补充能源到替代能源转换的历史任务必须优先解决的问题。
效率纪录不断刷新
人类对太阳能发电的研究可以追溯到十九世纪。1839年，法国实验物理学家贝克勒尔在试验中发现了光生伏特效应；1930年，肖特基提出氧化亚铜势垒的“光伏效应”理论和 B.Lang发表了“ Newphotovoltaiccell”即氧化亚铜/铜电池后，奥杜博特和司托拉于1932年制成第一块硫化镉太阳能电池；1941年，奥尔在硅上发现了光伏效应；1954年，恰宾和卡尔松等人在贝尔实验室用表面抛光的硅片制作pn结，然后在高真空镀膜机中分别在两侧蒸镀上金属接触电极，制成了光电转换效率达6%的世界上第一块实用的硅太阳能电池，标志着太阳能电池研制工作的重大进展。1958年，这种电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星。1959年，第一个光电转换效率为5%的多晶硅太阳能电池问世；1960年，硅太阳能电池发电首次并入常规电网；1975年，美国科学家制作出非晶硅太阳能电池；上世纪80年代初，太阳能电池开始规模化生产。
进入上世纪90年代以来，随着各国对太阳能电池研究的不断重视，科研和产业投入不断增加，取得了一系列的科研成果，太阳能电池效率的纪录不断被刷新，奠定了规模化工业生产的技术基础。赵建华小组于1998年在澳大利亚新南威尔士大学创造的24.7%单晶硅太阳能电池光电转换效率纪录已经保持了近10年；多晶硅太阳能电池的纪录在2004年5月被德国弗朗霍夫太阳能系统研究所舒尔茨小组打破，达到20.3%；9.5%的非晶硅单结薄膜太阳能电池的光电转换效率纪录是U.Neuchatel于2004年创造的，而10.1%和11.7%的纳米硅薄膜单结和非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池光电转换效率的世界纪录是由日本钟渊公司分别于1998年和2003年创造的；集成型非晶硅合金三结叠层太阳能电池组件及小面积(0.27cm 2)电池转换效率分别达到10.4%和12.1%，由美国USSC公司于1994和1997年创造；而属于化合物薄膜的铜铟镓硒和碲化镉太阳能电池纪录分别达到18.8%和16.5%，在1999和2001年由美国国家可再生能源实验室创造。
薄膜太阳能电池份额增加
光伏市场迅猛发展，组件产量快速增长。2000年后，伴随着晶体硅太阳能电池生产技术的成熟，价格不断降低，应用领域和范围的不断扩大，形成了市场驱动下的良性循环。特别是2003年德国开始实施的可再生能源法案，极大地刺激了太阳能光伏发电市场的发展。2006年，全球太阳能电池产量已经达到2.5GW。
目前，以屋顶和大规模并网发电为主的德国市场仍是最大的光伏市场，约占全球一半以上份额，随着西班牙、意大利等国家光伏发电政策的出台，欧洲仍然保持40%以上的强劲增长速度，5年内仍是以德国为主的欧洲市场占2/3左右。此外，以大规模建设光伏并网发电站为主的美国和亚洲的市场近期也将有较大增长，近5年内可望占整个市场的30%。
在各种类型的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池仍然占据着85%以上的份额，但现在正受到来自薄膜太阳能电池技术的挑战。近几年，薄膜太阳能电池所占份额有所增加，特别是非晶硅太阳能电池和以CIGS和碲化镉为代表的化合物太阳能电池增加明显。这一方面是由于世界各国持之以恒地在薄膜太阳能电池的研发投入，特别是探索低成本、大面积化的薄膜太阳能电池颇见成效；另一方面是由于光伏市场规模的扩大，以高纯多晶硅为主要原材料的晶体硅太阳能电池，受高纯多晶硅产业由于技术和资金壁垒，扩产计划受到制约的限制；再者，晶体硅太阳能电池生产技术接近成熟，单位质量的高纯多晶硅生产太阳能电池的数量潜力有限，加之提炼高纯多晶硅耗能较多，就使得晶体硅太阳能电池组件的成本下降空间有限，这也在客观上为薄膜太阳能电池的迅速发展提供了契机。
中国光伏产业加速扩张
我国太阳能资源丰富，无电地区人口多，国民经济发展及人民生活水平提高使电力供应增长速度加快，电力供应缺口大，加之2006年《可再生能源法》的颁布和实施，各地区配套政策的落实，将极大地促进太阳能电池的应用，因而太阳能电池的市场发展潜力很大。
我国从1958年开始研制硅太阳能电池，1971年3月太阳能电池首次应用于我国发射的第二颗科学实验人造地球卫星上，开创了我国太阳能电池空间应用的历史。同年，太阳能电池首次在海港航标灯上应用，开创了我国太阳能电池地面应用的历史。紧接着气象和通信用光伏电源开始开发并投入使用。但因规模小，研发投入不够，光电转换效率仅为6%-10%。从“六五”计划起，我国开始增加太阳能电池研发的投入，据不完全统计，我国目前已有34个大专院校和研究所从事太阳能电池及其系统的研究，对于太阳能电池的研究主要集中在实用型的单晶硅太阳能电池、高效单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、砷化镓太阳能电池、空间用的硅太阳能电池及其系统、铜铟锡及碲化镉化合物薄膜太阳能电池和聚光太阳能电池及系统。我国太阳能电池研发基本处于跟踪国际先进水平的阶段，与国际上的差距主要是效率要低1-2个百分点。
令人鼓舞的是，我国光伏产业很好地利用了国际资本市场的融资渠道，继尚德电力于2005年12月在纽约证券交易所(NYSE)挂牌上市后，2006年后相继有常州天合、苏州CSI、江苏林洋、南京中电、河北晶澳、保定英利等在美国的NYSE和纳斯达克(NSDQ)资本市场上市，迅速募集到扩产需要的数十亿美元资金，使中国的光伏产业迅速发展壮大。2006年光伏电池产能达到1200MW，产量达450MW，比2005年净增280%，光伏组件产量达到800MW，产能则达到2000MW。中国对世界光伏产业发展的贡献已经跃居到世界第三位，仅次于日本和德国，尤其是尚德电力已从全球光伏十强排行榜中的第六跃居到第四位，今年将上升到第二位，成为世界知名的光伏品牌。其他几家上市公司也在不断发展，争取进入前十位。
相关链接
主要太阳能电池厂家产能统计
(MW/年)
As demand for solar tech deepens, where do thin films stand?（May 27， 2009）
by Paula Mints, Navigant Consulting
The theme at this year's thin-film conferences has been clear: survival during a prolonged period of sluggish demand and lower crystalline prices. Unfortunately, no clear answers or paths to recovery have emerged. One thing that may be becoming clear to the thin-film sector is that the promise of unlimited demand was a dream, and it is time to wake up.
During the significant surge in demand that the industry experienced from 2004 through 2008, most forecasts grew exponentially, rising on the basis of long-term contracts, which were assumed to be ironclad. Typically these contracts began with a significant upfront fee, and often the capacity necessary to deliver the raw material, wafers, cells, modules and even systems did not exist when the contracts were signed.
These were heady times for an industry that suffered through over 30 years of unprofitability. New entrants, most acquiring turnkey a-Si and micromorph manufacturing lines, were able to sign module contracts with customers even though they had no manufacturing experience and in some cases no manufacturing facilities. Crystalline was seen as the old technology, too expensive to compete against presumably lower-cost thin films. Despite lower efficiency and the additional system costs that come with this, thin films were seen as the future of the industry. All bets were off because success was assured.
Where did it go? Where will it go?
Europe, the largest global market, consumed 79% of product in 2008, with ~45% going to Spain. Sunny Spain gobbled up all available product, and at a higher average price than anywhere else in the world. Margins widened for all technologies. This is normal market behavior; if the market is elastic and demand is high, producers will naturally charge what the market will bear. If 2007 was an excellent year for sales, 2008 was a party that everyone wanted to go to whether or not they were invited.
Uncontrolled activity in Spain led to an unfortunate side effect -- the government intervened and the market shut down. The PV industry was forced to look for new (and previously undeveloped markets) in which to put ~2.5-MWp a year. Even now, some installed systems in Spain have lost financing, and others are being dismantled.
Recession, conservative, and accelerated forecasts, 2003 to 2013. (Source: Navigant Consulting)
Optimism, however, continued as the rule, with most assuming that a new market -- perhaps the US, most likely Italy -- would open up and take in the stranded inventory and 2009 planned production. At the end of 2008, industry optimism ran smack into a banking and credit crisis that took global economies into recession. Housing starts stopped, commercial building slowed, credit froze, and buyers of technology stopped taking delivery because their customers were cancelling contracts. As quickly as strong demand started, it just simply stopped.
The chart at right presents three forecasts: recession, conservative, and accelerated. The recession forecast is the most likely for 2009 ba<x>sed on the assumption that even if we build it, there is nowhere for it to go. Germany is now the largest global market, and even it is not big enough to consume >2GW of product. Sales of photovoltaic technology in Italy, Greece, Japan and the US continue to be slow, and other markets (China and India) have not developed.
The thrill is gone: How do thin films compete?
All manufacturers for all technologies are slowing production, closing facilities for retooling, and lowering prices significantly. Crystalline prices average $2.25-$2.55 depending on the manufacturer; lower efficiency thin-films must price product 15%-20% lower in order to compete. Though the need to increase efficiency was essentially ignored during the years of high demand, the simple fact is that it is the system price or cost that counts, and the higher the efficiency the lower the system cost/price. Conversely, the lower the efficiency the higher the system cost/price. Though there are system designs to overcome the efficiency deficit (area penalty), the fact is that a thin-film system has increased costs in terms of substructure and installation, DC cabling, and inverter costs. Thin-film module prices are not just cheaper naturally; the technology must be priced cheaper or the system cost/price is adversely affected. For awhile, large-field (often referred to as "utility-scale") installations were marketed as a natural fit for thin-film technologies assuming that in a remote location with available land, the area penalty would not apply. However, land must be leased or purchased, and the more of it that is used, the less availability for other uses. A fair amount of discussion has been had regarding the lower installation and system costs afforded a 5.7m<sup>2</sup> a-Si or micromorph module, but there remains no data or evidence that this is so in the field. Moreover, if the large field application continues to slow, there will be no need to prove that this module is cheaper to install.
Thin films are facing difficult times, as are crystalline technologies. The assumed price advantage (because of assumed lower manufacturing costs) continues to evaporate. In this difficult competitive environment only First Solar, with the photovoltaic industry's assumed lowest manufacturing costs, can compete. In particular, when First Solar acts as the system integrator and designer as it often does, its module advantage (installing at cost plus transfer costs) renders other technologies non-competitive.
For two years at least, thin films face a difficult competitive landscape: slower demand, significantly lower prices, and high inventories of higher-efficiency technologies. There are no easy answers, just continued technology development to further lower costs and raise efficiencies. Equally important, a real effort must be made to develop technologies and system designs that bring down the balance of system cost for thin films toward the goal of eliminating the area penalty. The entire photovoltaic industry has one to two years of slower demand and tough times ahead of it. These times can be used to even the playing field for thin films and create a significant competitive edge.
Paula Mints is principal analyst, PV Services Program, and associate director in the energy practice at Navigant Consulting. E-mail: [email protected].
投资薄膜太阳能电池需理性决策
世源科技工程有限公司总工艺师李强 （2009年4月24日）
太阳能光伏发电在不远的将来不仅要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体，将给能源发展带来革命性的变化。根据欧洲联合委员会研究中心(JRC)的预测，到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，其中太阳能发电占到60%以上，充分显示出其重要的战略地位。
国内外市场长期均会大幅增长
受国际金融危机的影响，各国政府补贴力度下调，信贷政策收缩，预计未来两年全球新增光伏装机容量增速将有所减缓。根据Displaybank公司的最新预测，受世界经济下滑、需求减少、投资放缓的影响，未来两年全球光伏市场容量和增长速度均比先前预测的要低，但光伏产业作为未来能源产业发展的主要趋势并未改变。2011年以后光伏市场增长幅度会加快，年复合增长率将超过60%，预计2013年市场需求量将达到37GW。其中德国、西班牙、美国、意大利和日本的合计份额仍将保持在85%以上，仍是主要需求地区。
根据美国国家光伏中心的预测，至2020年全球光伏总装机量将达70GW，表明世界光伏产业发展有着广阔的市场空间。2020年光伏发电成本可以降低到每千瓦时10美分以下，在几乎整个电力市场上都具有竞争力。随着太阳能电池成本的降低，MW级光伏电站将不断出现。
2030年以后光伏发电的成本会继续降低，电池的转换效率将进一步提高，光伏系统组件将发展成建筑物通用的构件，可以实现大规模的标准化应用，几乎所有新建筑都将安装光伏阵列。欧盟希望在2030年安装的光伏发电装置增加到200GW左右，全球可能会达到1000GW。
据统计显示，2002年以前国内光伏发电装机容量一直徘徊在5MW左右。2002年到2004年，国内光伏市场大幅攀升。2008年我国太阳能电池以2050MW的产量跃居全球第一，但装机容量仅为20MW，我国制造的太阳能电池几乎全部出口。估计2008年中国累计安装量达到115MW。中国光伏应用仍然以独立系统为主，并网光伏发电应用比例还很小。
我国是能源生产和消费大国，随着经济持续快速发展和工业化进程的加快，我国的电力需求也快速增长。据中国电力科学院预测，2010年我国电力供应缺口为52.9GW，占需求的7.7%；2020年为91GW，占8.2%。可见国内电力市场日益增长的需求为光伏产业的应用发展提供了有力支撑。国家发改委提出了2010年光伏组件及系统累计安装450MW的目标。预计2008-2010年太阳能光伏装机容量的年均复合增长率将达到80.86%。到2020年，我国光伏累计装机容量将达到1.8GW。
TFS发展趋势与投资特点
TFS(薄膜太阳能电池)成本较低，转换率日益提高，性价比适中，有着广阔的应用空间。从2008年到2013年，薄膜太阳能电池市场平均年增长率高达67%，到2013年产量达到10GW，约占整体太阳能电池市场的20%以上，其中非晶硅薄膜太阳能电池仍为主流产品。
2008年8月，富士经济公布的太阳能电池全球市场调查结果显示，薄膜硅太阳能电池2007年市场规模为578亿日元。预计2012年将提高到2007年的9.7倍，达到5595亿日元。由于薄膜太阳能电池的原料价格低、制造工序少，因此今后有望大幅降低成本。
全球硅基薄膜太阳能电池生产厂家主要有夏普、美国联合太阳能、BangkokSolar、日本KanekaHybrid、Sunfilm、Malibu、宇通光能等。2008年全球硅基薄膜太阳能电池产量预计为585MW，2009年将增长至1104MW，增长率为88.7%。
业内的分析机构和众多专家都指出，薄膜太阳能电池在未来5-10年内将以50%左右的年平均增长率增长，在快速增长的整体太阳能电池产业中独占鳌头。但从事硅薄膜太阳能电池产业也必须洞察其风险。除了在市场、成本、技术方面的风险外，在资金需求、供应链组织、生产动力供应和技术人才方面都有较高的门槛。
在资金需求方面，一条40MW-50MW的非晶硅薄膜电池生产设施的总投资在10亿元左右，而公认的经济规模应在300MW-500MW。一座年产能为300MW的厂房，占地面积为20万平方米，总投资约为35亿元。
在供应链组织方面，产品生产所需的高透光率的超白玻璃(或镀有透明导电膜的TCO玻璃)、高纯硅烷、PVB膜等，都只有有限的供应来源。如何争取稳定且价格便宜的材料来源，也是投资人面临的主要难题。
技术人才一直是薄膜太阳能电池发展的瓶颈之一。除电池本身的结构设计、分析检测需要大量专业人员外，化学气相沉积(CVD)、真空溅射、激光刻线等特殊工艺，以及包括多种特殊气体、高纯水、净化空调系统等的厂务支持系统，都需要大量有专业知识背景和实际操作经验的员工。而由于目前大量的项目正在兴建，人才竞争也变得空前激烈。
总之，每个欲投身其中的企业都应该全面分析自己所面临的机会和挑战，理性客观地做出自己的投资决策。
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 【薄膜太阳能】时过境迁看看2007年和2009年的三篇文章的说法 -- BWolfe_2001 - (12160 Byte) 2009-6-08 周一, 07:59 (2573 reads)
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