晶体硅光伏产业的三高误区

晶体硅光伏产业的“三高”误区长期以来国内很多专家甚至是政府官员给晶体硅光伏产业戴上了高污染、高能耗、高成本“三顶帽子。实际上光伏产业发展到今天“三顶帽子，，早已不存在。一、高污染的问题可以解决高污染主要是指在多晶硅生产提纯过程中有大量的有毒气体和液体产生，晶体硅光伏产业其他产业链条并无有害物质产生不存在污染问题。主要的废气是氯化氢，废液是四氯化硅。氯化氢的水溶液是盐酸，盐酸是一种常见的化工试剂，对氯化氢的回收利用完全没有障碍。四氯化硅是无色透明有毒的液体，具有难闻的气味，如果不能有效地进行回收利用，不仅会使光伏电池制造的成本居高不下，而且还会造成严重的环境污染，对资源也是一种浪费。国际上对四氯化硅综合利用早有办法，主要有厂内、厂外两个方向：一是将副产物四氯化硅转化为多晶硅的原料三氯氢硅，进而返回生产系统直接生产多晶硅，实现厂内生产线的闭路循环；一是利用四氯化硅作为原材料生产其他化工产品，如白炭黑、硅酸乙酯及有机硅产品等，实现多晶硅生产厂外的综合利用。在厂内闭路循环方面，需要采用氢化技术将四氯化硅转化成三氯氢硅。具体来讲，在这个过程中可供选择的技术包括热氢化技术、冷氢化技术、等离子体氢化技术、锌还原技术等。目前国内新光硅业公司、洛阳中硅公司等已经分别成功采用热氢化、冷氢化技术回收循环使用四氯化硅。美国LXE太阳能技术公司拥有世界先进的冷氢化多晶硅生产工艺技术，在世界上已经有2家工厂成功运行的经验。该公司目前正在与江西赛维公司、昆明冶研新材料股份有限公司进行相关技术合作。锌还原法、等离子体还原法等也受到了业内广泛关注，但由于受规模化应用中的经济性、纯度、物料闭环回收等因素的影响，其实用性需进一步验证。在厂外综合利用方面，以四氯化硅为原材料一方面可以生产白炭黑、光纤预制棒、硅酸乙酯等产品，这些工艺技术已经非常成熟。另一方面用四氯化硅作原料生产甲基氯硅烷、苯基硅烷，进而生产有机硅产品是当前的一个研究热点，但是目前尚没有十分令人满意的技术路线，需要进一步研究探讨。综上所述，晶体硅生产提纯过程中产生的废水、废气无论从回收利用还是无公害处理都不存在技术问题，关键是看政府的引导。从已经开工生产的多晶硅企业看，通过尾气回收、无公害处理、物料循环使用和综合利用，完全可以做到零排放和清洁生产。二、高能耗的问题并不存在据了解，有关部门对多晶硅高耗能的判断主要是基于短期节能减排目标的实现，并没有从全产业链产品整个生命周期耗能与生产能源的关系角度来科学认识多晶硅产业的能耗问题。1.多晶硅光伏发电能耗计算条件如下：EP1为硅砂-冶金硅的能耗：13kWh/kg。EP2为冶金硅-多晶硅的能耗200kWh/kg（改良西门子法国内一般水平，国外先进水平为150kWh/kg）。1kg高纯多晶硅需要1.3kg冶金硅。EP3为多晶硅-多晶硅锭、硅片的能耗：10~15kWh/kg（多晶硅铸锭重量420kg，并使用多线切割机切片能耗水平，另单晶硅片电耗比多晶硅片略高）1kg硅锭需要1.25kg高纯多晶硅（1kg高纯多晶硅可生产0.8kg硅锭）；1kg硅锭可以切40~50片156mmx156mm的硅片。EP4为多晶硅片-多晶硅光伏电池的能耗 0.12~0.18kWh/W。EP5为光伏电池-光伏组件的能耗0.1~0.15kWh/W（含封装材料钢化玻璃，EVA,TPT等的生产能耗）。EP6为光伏组件-光伏系统的能耗0.15~0.2kWh/W（含并网控制逆变器、电缆、开关、支架、仪表等的生产能耗）。硅片制备电池片过程中包装、运输、生产过程中硅片破损按 8%计算，多晶硅光伏电池转换效率按16%计算，电池制备组件过程中包装、运输、生产过程中造成破损及分装功率损失按7%计算。对于地面太阳能电池标准光源能量为1000W/m2计算结果如下：1kg高纯多晶硅可生产1x0.8x45片X0.024336m2/片x1000W/m2x16%x92%x93%=119.934W组件。EP3=12.5kWh/kg-119.934W/kg=0.104kWh/WEP2=200kWh/kg-119.934W/kg=1.668kWh/WEP1=13kWh/kgx1.3-119.934W/kg=0.141kWh/WEP1EP2EP3EP4EP5EP6合计能耗kWh/W0.1411.6680.1040.150.130.182.373所占比例%5.9470.294.386.325.487.59100天威0.0850.0840.029单晶硅光伏发电能耗二2.373x（1+15%）=2.729kWh/W结论如下：每公斤高纯多晶硅可生产120W组件；每W组件消耗1000/119.934=8.34g高纯多晶硅；每MW组件消耗8.34吨高纯多晶硅；每MW电池消耗7.75吨高纯多晶硅；每MW硅片消耗7.13吨高纯多晶硅；目前晶体硅光伏发电占光伏发电产业的80%以上，晶体硅光伏产业全产业链的能耗为2〜3kWh/W，其中冶金硅一多晶硅的能耗占据全产业链的70%左右。2.光伏发电能量回收期TP=EP/ES（TP为能量回收期）EP为制造光伏系统所消耗的能量（kWh/W）EP=EP1+EP2+EP3+EP4+EP5+EP6ES为光伏发电系统的年发电量（kWh/W.年）ES=1.3kWh/W.年（全国平均太阳能有效峰值时数1300小时）多晶TP=2.373/1.3=1.83年单晶TP=2.729/1.3=2.10年2008年国际能源机构（IEA）发布光伏系统寿命周期研究报告公布光伏发电能量回收期：单晶2年；多晶1.7年；非晶硅电池光伏系统1.5年；薄膜电池光伏系统少于1年。.晶硅光伏发电与传统煤电发电比较2009年全国发电煤耗平均为342g/kWh标准煤；晶硅光伏发电系统寿命20〜30年；2.5kWh/Wx342g/kWh-(1.3kwh/W.年x25年)=26.31g/kWh晶体硅光伏发电能耗水平平均为20〜40g/kWh标准煤，约为煤电的1/10〜1/15。.多晶硅与电解铝的耗能比较全国2008年万元GDP工业产值耗能指标：2.189吨标煤。电解铝耗电：14kWh/kg(折标煤14x0.342=4.788kg，单位能耗比4.788:1),目前售价1.46万元/吨；电解铝万元GDP产值耗能指标：3.279吨标煤(4.788/1.46)>仅按多晶硅产业计算：(200kWh/kg+13kWh/kgx1.3)x0.342kg/kWh-45万元/t=1.648t/万元。多晶硅万元GDP产值耗能指标：1.648吨标煤，仅为电解铝的1/2。若按多晶硅光伏发电系统全产业链计算：2.373kWh/Wx0.342kg/kWh-20元/W=0.0405783kg/元。晶硅光伏发电万元GDP产值耗能指标：0.406吨标煤，仅为电解铝的1/8。5.2009年光伏产业能耗与电解铝与钢铁行业比较以2009年为例，国内多晶硅产量约2万吨，按照现在国内较高的能耗水平200kWh/kg，加上前段冶金硅耗电13kWh/kg（2.6万吨冶金硅），则每公斤高纯硅能耗为216.9kWh，2万吨高纯硅总能耗为43.38亿kWh；2009年国内光伏电池产量4GW，95%以上是晶体硅太阳电池，组件产量4GW，后端耗电0.384kWh/W（扣掉冶金硅、多晶硅和系统能耗），则太阳能电池、组件总能耗为15.36亿kWh；2009年国内安装了210MW光伏系统，每瓦光伏系统耗电0.18kWh（不算其它环节耗电），国内系统总耗电为0.378亿kWh；则2009年全国光伏全产业链耗电为59.118亿kWh。2009年全国年发电量为36639亿kWh则光伏全产业链耗电仅为全国总耗电量的0.16%o2009年电解铝行业能耗占全国总耗电量的5%，钢铁工业占14%。由此看来把晶体硅光伏产业与钢铁、电解铝工业等同为高耗能产业是不合理的。从上面的分析可以看出，高纯多晶硅作为光伏材料应用后，在其20年的寿命期内主要是产能而非耗能。从应用效果来看，它的能量回收期很短，能量回报率高，高能耗的问题根本不存在。三、高成本的下降指日可待国际：201