太阳能光伏产业现状和发展趋势毕业论文

1、毕业设计（论文）题目：太阳能光伏产业现状与发展趋势目 录摘要:11 、引言：22 、太阳能光伏产业结构划分与现状22.1 、全球太阳能光伏产业发展现状32.2 、中国太阳能光伏产业发展现状32.3 、太阳能多晶硅料42.4 、太阳能多晶硅片42.5 、太阳能电池、组件43 、多晶硅43.1 、定义与分类43.1.1 、冶金级硅:43.1.2 、太阳级硅:43.1.3 、电子级硅:53.2 、太阳级多晶硅生产工艺现状53.2.1 、传统工艺53.2.2 、新工艺54 、太阳能电池64.1 、定义与分类64.1.1 、有机太阳电池64.1.2 、光化学电池64.1.3 、无机太阳电池74.2 、太

2、阳能电池现状75 、存在的主要问题75.1 、市场发展失衡75.2 、科研创新能力不强85.3 、缺乏相关的扶植政策85.4 、大众接受度不够高85.5 、产业链不够完善85.6 、技术问题86 、多措并举发展光伏产业97 、建议97.1 、核心材料生产要规模化、国产化。97.2 、专业技术人才培养要系统化、全面化。107.3 、国家扶植要政策化、普与化。108 、总结10致10参考文献1111 / 13太阳能光伏产业现状与发展趋势摘要:对太阳能光伏产业的现状与发展进行了综述性地阐述和分析,指出其存在的主要问题,并提出了三条发展太阳能光伏产业的相关建议“核心材料生产要规模化、国产化,专业技术人

3、才培养要系统化、全面化,国家扶植要政策化、普与化”。关键词:光伏产业 现状 发展 建议1 、引言：人类历史上从未有如2009年底哥本哈根会议那样的事件，会使“节能减排”、“低碳”等字眼如此深入人心，全球经济的发展方向和导航标也已然转向了低碳经济。太阳能作为一种清洁的可再生能源，是未来低碳社会的理想能源之一，当下正越来越受到世界各国的重视。太阳能一般指太的辐射能量。在太阳部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3. 8 ×1026W,其中只有约20亿分之一的能量被地球接收,为1. 8

4、×1017W,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能、化学能、水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换,如太阳能光伏。2 、太阳能光伏产业结构划分与现状图1 产业链结构划分 图2 企业分布从太阳能光伏系统组成来看,太阳能光伏的产业结构可以按照从硅料(多晶硅材料)生产到太阳能电池的生产来划分,其产业链结构划分见图1,其产业链中的企业分布呈现明显的金字塔结构(最上游小,最下游大) ,见图2。太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个部

5、分组成。在整个产业链中，从硅提纯到应用系统，技术门槛越来越低，相应地，企业数量分布也越来越多，且整个光伏产业链的利润主要是集中在上游的晶体硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。2.1 、全球太阳能光伏产业发展现状CSIA最新研究报告称，目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术成熟，但光电转换效率相对较低；而薄膜电池成本低，发光效率高，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步，未来薄膜电池会有更好的发展前景。2009年全球太阳能电池市场产品结构（按销售量

6、）2.2 、中国太阳能光伏产业发展现状目前，中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。从产业布局上来看，国的长三角、环渤海、珠三角与中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群，并涌现出了尚德、赛维、天威英利等一批知名企业。2009年中国太阳能电池产量为9300MW，占全球总产量的40%以上，已成为全球太阳能电池生产第一大国。2006-2009年中国太阳能电池产量2.3 、太阳能多晶硅料第一层是太阳能多晶硅料生产,技术难度最高,属于产业链最上游。目前屈指可数的生产商有: 美国Hem lo ck、MEMC、挪威REC、日本德山To ykuyam a、住友、Sum itomo、三菱M isub ish i、

7、德国Wa cke r等7家业者,他们对全球的多晶硅供应造成了严重的垄断,全球7大多晶硅企业的总产量占到全球太阳能多晶硅总产量的95%以上。由于技术门槛,几乎没有企业可以很快进入多晶硅生产制造领域,而且产能也远不是全球7巨头的对手。目前我国从事多晶硅研究与生产的主要机构和企业有:峨嵋半导体材料研究所、硅业、中硅,另有尚德、赛维LDK有发展上游硅料的计划,而且赛维LDK已于2007年8月进行了1. 5万吨多晶硅料投产奠基。2.4 、太阳能多晶硅片第二层是硅片生产,技术难度仅次于多晶硅的制造难度,属于产业链中游。在这一环节主要的技术流程包括铸锭(或单晶生长) 、切方滚磨、用多线切割机切片、化学腐蚀抛

8、光,其中铸锭(或单晶生长)环节属于高能耗,切割机等投资规模亦相对较大,设备投资约占初期总投资的60%以上。主要生产商包括RWE Scho tt So la r、Sha rp、Q - ce lls、BP So la r、Deu t2sche So la r、Kyo ce ra等,中国天威英利、赛维LDK是这个领域的中国代表,具备生产制造晶硅片的能力。2.5 、太阳能电池、组件第三层是太阳能电池制造,全球电池厂商有40余家;中国的代表企业是尚德和天威英利,产能产量都属于全球主流的太阳能电池制造商。最下面是组件,将制作好的电池封装,技术含量相对较低,进入门槛低,属于劳动力密集型产业,全球厂商数量超过

9、200家,国也有相当多企业进行封装作业。3 、多晶硅3.1 、定义与分类多晶硅是全球电子工业与光伏产业的基石,多晶硅的定义是:当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅。多晶硅按纯度分类可以分为冶金级(金属硅) 、太阳能级、电子级。3.1.1 、冶金级硅:是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成,一般含Si为95%左右,高达99. 8%以上。3.1.2 、太阳级硅:纯度介于冶金级硅与电子级硅之间,至今太阳能多晶硅料未有明确界定,一般认为含Si在99. 99% 99. 9999% ,主要用于太阳能电池芯片的生产制造。3.1.3 、电子级硅:

10、一般要求含Si在99. 9999%以上,超高纯达到99. 9999999% 99. 999999999% ,主要用于半导体芯片制造。3.2 、太阳级多晶硅生产工艺现状3.2.1 、传统工艺太阳级多晶硅传统的生产方法主要有氯硅烷( SiHCL3 )法、硅烷( SiH4 )法和流态床反应法3种。（1）氯硅烷法氯硅烷法也称西门子法,因此法由西门子公司发明而得名,是目前生产多晶硅的主要方法。该法是以HCL (或CL2、H2 )和冶金级工业硅为原料,将粗硅(金属硅)粉与HCL在高温合成为SiHCL3进行化学精制提纯,接着对SiHCL3进行多级精馏,使其纯度达到9个9以上,其中金属杂质总含量应降到1以下,

11、最后在还原炉中( 11001200)的硅芯上用超高纯的氢气对SiHCL3进行还原而长成高纯多晶硅棒。(2)硅烷法以氟硅酸、钠、铝、氢气为主要原辅材料制取硅烷,然后热分解硅烷得到多晶硅的一种工艺。该方法所得到的硅的纯度可比西门子法高一个数量级。(3)流态床反应法流态床反应法以SiCL4和冶金级硅为原料,由SiCL4生产多晶硅的生产工艺。3.2.2 、新工艺除了上述传统生产工艺,近年来还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术,并且有的已经获得成功,形成一定产业化规模。（1）化学法制备太阳能级多晶硅在电子级多晶硅生产工艺基础上,各制造商都结合本公司的生产工艺研发新的多晶硅反应器装置技术,这是利

12、用现有资源较易实现低成本制造的方法。 DTokuyama公司:发展了熔融析出法(Vapor to L iquidDeposition) ,该法是在使用SiHC13为原料在桶状反应炉进行气相反应,直接析出液体状硅。该法的析出速率比西门子法快10倍,大大提高了生产效率降低了成本。 Wacke公司和SGS公司:分别采用SiHCl3和SiH4为原料采用改进的沸腾床法进行还原和热分解工艺。 GT太阳能公司:利用SiH4气体在特殊加热的硅管中沉积多晶硅,除利用硅管面积较大的优点,而且把硅管作为晶种材料。( 2)冶金法制备太阳能级多晶硅使用冶金制备的方法直接由工业硅制得,环境污染小而且不需要重熔设备,生产成

13、本相对较低,一直被各国研究者关注。随着材料加工制备技术的发展,新型冶金制备技术也被引入了太阳能级多晶硅的生产研究中,并取得了很大成效。电子束真空熔炼电子束真空熔炼在真空环境中进行,硅在1700K时的蒸汽压为0. 0689Pa,在此温度下,蒸汽压高于此值的杂质就能挥发出去,如磷和铝。区域悬浮熔炼区域悬浮熔炼不是把棒料全部熔化,而是利用感应圈(电子束或离子束)使合金棒加热熔化一段并从下端逐步向上端移动,凝固过程也随之顺序进行,当熔化区走完一遍之后,将杂质富集到上端。此种提纯方法对去除工业硅中的大部分很小的金属杂质非常有效。但此种方法提纯量很小,仅适用于实验室研究,离工业生产应用还有一段很长的路要走

14、。等离子弧熔炼等离子弧熔炼作为一种新型的熔炼方法其作用在材料加工中日显突出,其最主要的用途之一就是用于金属材料的提纯和精炼。由于等离子弧所提供的热量集中,容易出现对炉料加热不均匀的现象,一般都会安装感应线圈,使液态金属运动,称为等离子弧感应熔炼。双热源加热使得热效率明显提高,并且电磁搅拌作用改变了传热传质过程,对液态金属温度均匀体,产生中性、氧化性或还原性气氛。若使用氧化性气氛可以使得硼和碳氧化除去。等离子弧熔炼只要发展大功率等离子弧发生装置就可以实现大容量生产,具有很好的工业应用前景。冷坩埚电磁连续铸造日本学者Ciszek首先把冷坩埚电磁连续铸造引入了太阳能级多晶硅锭的制备,采用此方法时电磁

15、力使得熔硅不与坩埚接触,能有效地防止坩埚对熔硅的污染,并且在连续铸造时控制热流方向可以实现定向凝固,得到了大晶粒柱状晶,光电转换效率达15 - 16%。4 、太阳能电池4.1 、定义与分类太阳能电池是由美国贝尔研究所于1953年首先研制出来的, 1958年美国“先锋一号”人造卫星首先采用太阳能电池作为卫星的电源, 20世纪70年代出现能源危机以来,世界上又掀起开发太阳能电池的热潮。什么是太阳能电池? 太阳能电池又称光伏电池,一种通过光电效应或光化学效应将光能转换为电能的装置。简单的光伏电池可为手表与计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋照明,并为电网供电。太阳能电池按化学组成与产生电力的方式

16、,可分为有机太阳电池、光化学电池和无机太阳电池三大类。4.1.1 、有机太阳电池有机太阳电池是用聚苯胺、聚对苯乙炔等聚合物有机半导体形成的异质结或与金属形成的肖特基势垒而产生光伏效应的。在太阳电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳电池制备的研究方向。由于有机材料柔性好,制作容易,材料来源广泛,成本低等优势,从而对大规模利用太阳能、提供廉价电能具有重要意义。但其转换效率低、稳定性差,尚处于研究阶段。有机材料制备太阳电池的研究仅仅刚开始,不论是使用寿命,还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品,还有待于进一步研究探索。4.1.2 、光化学电池光化学电池是

17、由光子能量转换成自由电子,电子通过电解质转移到另外的材料,然后向外供电。这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳电池受到国外科学家的重视。自瑞士Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学大阳能电池以来,国一些单位也正在进行这方面的研究。纳米晶TiO2太阳电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺与稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上,制作成本仅为硅太阳电池的1 /51 /10,寿命能达到20年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步,走上市场还言之尚早。4.1.3 、无机太阳电池无机太阳电池是目前研究和生产的主要产品,主要材料包括晶体硅、硅基薄膜、多元化合物半导体薄膜等。其中晶体硅太阳电池是光

18、伏市场上的主导产品,优点是技术、工艺最成熟,电池转换效率高,性能稳定,是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料, 95%的太阳能电池芯片是硅(含单晶硅与多晶硅)制造的。4.2 、太阳能电池现状19952005年间,全球太阳能电池产量增长了17 倍。2005年,全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦,累计装机发电容量超过5GW,其中,日本太阳能电池产量达到762兆瓦,增长率为27%;欧洲产量增加48% ,达到了464兆瓦;美国增加12% ,达到了156兆瓦;世界其他地区增加96% ,达到了274兆瓦。预计20072010年光伏产业需求的年均增长率约23. 8% , 2010 年全球太阳能电

19、池的年产量有望达到10400兆瓦,较2005年的年产量增长6. 3倍。与国际上蓬勃发展的光伏发电相比,中国落后于发达国家1015年,甚至明显落后于印度。但是,中国光伏产业正以每年30%的速度增长, 2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW,较2004年猛增了179% , 2006年达到400MW,从而超过美国成为全球第三大生产国, 产能则达到惊人的1180MW。以3年产量增长45倍,产能增加125倍而成为全球发展最快的国家。在今后的十几年中,太阳电池的市场走向将发生很大的改变,到2010年以前中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统,从2011年到2020年,中国光伏发电的市场主流将会由独

20、立发电系统转向并网发电系统,包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。在国家各部委立项支持下,目前中国实验室太阳能电池的效率已达21% ,可商业化的光伏组件效率达1415% ,一般商业化电池效率1013%。目前中国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降,太阳能电池的价格逐渐从2000年的40元/瓦降到2003年的33元/瓦, 2004年已经降到27元/瓦。这对国太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用,对实现与国际光伏市场接轨具有重要意义。5 、存在的主要问题5.1 、市场发展失衡目前我国光伏产业面临的最突出问题是“两头在外”,即技术和原材料、销售和市场在国外,加工制造在国。由于科技水平制约,我国至今尚无法自主

21、生产太阳能光伏产业的核心材料高纯度多晶硅,只能依靠进口,使产业链的上游这一头在外;而这种现状又导致了我国光伏产业成本居高不下,超过70%利用太阳能的产品只能出口国外,使产业链下游这一头在外。5.2 、科研创新能力不强创新能力不强,自主创新的核心技术很少,除少数企业外,产品的总体质量不如日本、欧洲、美国等发达国家和地区,包括设备制造在的总体技术水平始终与发达国家相差一段距离。在科研方面,我国相关的高等院校和研究机构偏重于新型太阳能电池技术的研究,缺乏对常规太阳能电池生产工艺的研发,科研经费严重不足。在人才方面,主要依靠老企业的退休技术人员,研究所的少量科研人员、部分留学归国的人员和原先从事半导体

22、行业的技术人员开展技术工作,能适应生产第一线的技术人员奇缺。5.3 、缺乏相关的扶植政策硅太阳能电池发电成本较高,是风力发电的610倍,是煤发电的1118倍。为促进行业发展,日本、美国,欧盟都有发展光伏产业的扶持政策,印度也有自己的扶植政策,我国目前还缺乏相关的扶植政策。国外发展太阳能光伏产业主要是依靠大量安装屋顶并网系统,并已占全球太阳能电池总用量的60%70% ,而我国尚无此类大型计划实施,仅、和有些示性的并网屋顶系统。5.4 、大众接受度不够高大众的接受度还不够高，企业却蜂拥而上，其原因主要是由于前几年多晶硅价高，钱好赚，并未能有利于我国技术水平的提高。相反，大量仿制流行，技术进步是有的

23、，但是，与国际上的技术差距难以缩小。最终结果是光伏电池的制造成本较高，还没有达到大众乐于接受的程度。光伏电池作为发电产品，在电力市场的比例太小，至今尚未达到全球总电力的。5.5 、产业链不够完善近年来中国光伏产业的高速发展暴露出这个产业的许多问题，其中最突出的问题是硅原料奇缺，这说明人们对这个产业的高速发展还没有充分的准备，这就导致了许多光伏企业被迫拉长产业链，甚至有的企业几乎把产业链的各个环节都自己一家包下来，从多晶硅到硅片到电池片到组件，现在又有不少企业又开始组建工程公司去建电站。如此长的产业链没有人才根本无法长远发展，因此人才成为比较关键的问题，目前尽管全球从事这个行业的人数预计达数十万

24、之众，但真正高端的技术领军人物则屈指可数，许多从业人员还缺乏光伏方面的基础知识。解决的办法之一是从集成电路行业去引进高端技术人才，同时要在高校开设光伏专业、开办光伏学院，在有条件的研究所开设光伏研究室，除了解决生产工艺中的种种问题外，还必须开展一些基础性的研究。5.6 、技术问题尽管晶硅电池是目前的主流产品，但它仍然面临提高效率、降低成本的巨大压力，工艺技术没有明显突破的情况下，很难将晶硅电池的转换效率提高到20%以上，若不能使晶硅电池的效率大幅度提高，要让太阳能发电成本低于常规能源则是非常困难的事。5年前，由于多晶硅的扩产赶不上市场需求的增长速度，多晶硅的缺口越来越大，导致多晶硅价格连年飙升

25、，由每公斤20美元猛涨到每公斤200美元以上。多晶硅的高价位，反过来就变成了太阳能光伏产业发展的瓶颈。改良西门子法能耗高、还原反应产出率低、成本高、扩产太慢，并非理想的多晶硅的制备技术，硅烷法要解决起生产安全问题，尚需要一定的时间，即使是安全问题有了改进，要提高产出速率，扩大生产规模，也需要一定的时间；冶金法产品要达到满足太阳能级多晶硅的技术要求，并扩大生产，尚需时日。6 、多措并举发展光伏产业据了解，中国目前的太阳能光伏发电成本大概在5元/度左右，相比不到0.4元/度的火电上网电价，高出十多倍。石定寰和闻立时等业界人士深有感触地说，如果没有政府的支持，太阳能产品将很难冲破人们传统观念的束缚，

26、得到大面积推广。政府推动将是太阳能产业发展初期节能商机的主要来源。当前国家亟须加强政策引导，促进行业发展，缩短国际差距。 首先，制定我国和各省以“培养光伏应用市场和促进光伏产业发展”为目标的中长期规划，从法律上规定和细化可再生电力采购比例和重点用途。甚至可以效仿德国，对上网的光伏发电实行全部政府收购、固定收购价格的制度。只有让光伏发电成为一种投资，才是做大这项产业的最大推动力。德国就是凭借这些优惠政策使全国的光伏发电装机超过100万千瓦，超越日本成为世界第一的。 其次，鼓励民用上网。借鉴国外经验逐步启动和实施真正意义的我国和各省市的光伏屋顶计划，确立光伏发电在全国电力能源结构中的地位。比如可以

27、借鉴一些发达国家普通建设必须要有光伏产品的经验，发达地区公共设施、政府建筑必须采用太阳能的刚性政策。 第三，建立专项资金扶持专项应用，在金融财税等环节实施费用减免政策。如目前国电费中抽出专项资金到光伏产业中；贫困地区发展光伏用电，政府补贴一部分，企业支持一部分，以成本价支持等。太阳能利用是未来能源发展的大势所趋，据国际能源署预测，2020年世界光伏发电的发电量将占总发电量的2%。今后应大力扶持上游高纯度硅原材料产业，降低光伏电池成本，进而加快光伏并网电站成本的降低和应用推广。7 、建议7.1 、核心材料生产要规模化、国产化。要解决“两头在外”这一最根本的问题,突破口在于要自己掌握高纯度多晶硅的

28、提纯技术。世界上只有少数国家具备高纯度多晶硅的提纯的能力,其核心技术长期对外封锁,虽然最近2年有所放松,愿意向我们输出核心技术,但我们也必须能自己拥有这个技术,并使其生产规模化,这样才能真正意义上做到核心器件的全面国产化。这个问题的解决需要科技界、工业界、产业界共同的努力,突破技术瓶颈,为此,科技部已经863计划的第一年2005年就重大技术与专题方面做出了部署。7.2 、专业技术人才培养要系统化、全面化。目前我国相关的高等院校和研究机构偏重于太阳能材料的研究,在高层次高技术方面上投入较多,而在涉与到生产工艺这较低层次方面上投入不足。我们认为教育部可以批准在太阳能产业相对发达的所在省市建立相关专

29、业技术人才培养基地或在相关院校开设太阳能系统工程专业,以校才。在太阳能企业所在地的高校可以开设太阳能系统工程术层次低的专业,为太阳能企业培养一线技术生产操作人员。7.3 、国家扶植要政策化、普与化。目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划,美国能源部推出了国家光伏计划、太阳能路灯计划,日本推出了计划。虽然我国有关部委在2002年启动了西部省区无电乡通电计划,通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题,但与太阳能产业发达国家相比,扶植力度明显不够。要全面推动太阳能产业的发展,必须使太阳能走进千家万户,为老百姓所熟悉、了解、接受,政府应该出台一些具体的鼓励政策。如:在光照好的地区可以

30、鼓励建造太阳能屋顶照明取暖系统的房屋,这部分的技术和资金由国家来提供和保证;可以要求每个城市的公共场所的照明灯一半为太阳能路灯一半为电灯,在能使用太阳能路灯的时候就只使用太阳能路灯,阴天或雨天则可以使用电灯,国家可以出台相关政策使之列入每个城市的政府节能考核项目。8 、总结虽然目前光伏发电的成本还比较高，但从长远来看，随着技术的提升，太阳能光伏产业链各个环节成本的持续下降，以与其他传统能源形式的逐渐饱和，太阳能可能将在2030年以后成为主流的能源形式之一。而针对目前中国光伏产业存在的问题，国相关可研机构和企业应该潜心于基础研究、技术改造和产业发展，做到厚积而薄发。针对目前光伏发电成本高、国产业