2023年中国光伏技术发展报告简版

2023年4月报告执笔人(以姓氏笔画排序):邹应萍赵德威梁广兴程基宽报告编辑：党的二十大报告提出“积极稳妥推进碳达峰碳中和”,强调“实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”。回顾2022年，国家发展改革委、能源局等九部门印发了《“十四五”可再生能源发展规划》。习总书记多次提到了“碳达峰、碳中和”目标，以及构建以新能源为主体的新型电力系统的国家战略部署。明确加快发展可再生能源、实施可再生能源替代行动，是推进能源革命和构建清洁低碳、安全高效能源体系的重大举措，是保障国家能源安全的必然选择。大力发展可再生能源，已成为我国能源转型和应对气候变化的重大战略方向。在此背景下，我国太阳电池产品年产量达到3亿千瓦，我国光伏总装机容量达到3.92亿千瓦，我国多晶硅产量、组件产量连续位居全球首位，光伏新增装机量、累计装机量亦连续位居全球首位。在政策引导驱动下，我国光伏技术可以同步参与国际竞争并达到国际领先水平，也成为我国推动能源变革的重要引擎。在国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家科技计划及其他政府性资金、社会资金的共同支持下，我国光伏技术取得了较快增长，2022年主要进展总结如下。(1)太阳电池实验室效率多次刷新世界纪录，其中包括隆基绿能公司制备的异质结 (HJT)电池最高效率达到26.81%,南京大学全钙钛矿叠层太阳电池认证效率29.0%,中国科学院物理研究所的铜锌锡硫基效率达到13.6%等世界纪录，有机电池、硒(硫)化锑电池、砷化镓电池、量子点电池等一些电池的实验室效率也达到了世界先进水平，为航空航天、低碳建筑、柔性电子等领域应用光伏产品进行了技术储备。(2)晶体硅电池产业化技术进展较大，TOPCon电池规模量产，异质结电池导入微晶技术。三氯氢硅法、硅烷法技术和能耗指标达到国际先进水平。主流光伏用单晶硅棒的长度已经突破5000mm,单晶硅片向着大尺寸、n型化、薄片化方向发展。(3)2022年，全球光伏系统集成与应用具有大范围、多场景、多模式、高水平特点，集中式/分布式兼容并容形势进一步巩固，光伏系统逐步呈现入“水(海)”升“空”新趋势，“光伏+”应用场景不断丰富，光伏制氢等成为促进全球光伏集成消纳的新业态。(4)光伏发电标准和测试技术方面，我国发布的光伏发电相关国家标准和行业标准已超过120项，并深入参与国际标准的编制；为提升光伏部件及系统运行性能评价的准确性，中科院电工研究所、中国电力科学研究院有限公司、国家电力投资集团有限公司等建设了一批户外实证平台，对光伏组件部件系统开展耐候性研究。本技术报告由中国可再生能源学会光伏专业委员会组织，四十余位专家学者参与编写，对2022年我国光伏技术进展和发展趋势进行了系统总结，覆盖了多晶硅、硅片、电池、组件、逆变器、系统等产业链主要环节，旨在描绘我国光伏技术创新地图全貌。然而，由于报告编制时间较短，作者水平有限，难免有所疏漏，请读者特别鸣谢中节能太阳能科技(镇江)有限公司、阳光新能源开发股份有限公司对本报告编制给予的赞助支持!22023年4月1.晶体硅材料和硅片多晶硅材料制备技术方面，我国重点发展规模化多晶硅材料制备技术。2022年主流工艺三氯氢硅法单线产能以5万吨/年为主，综合电耗60kWh/kg-Si,综合能耗8.9kgce/kg-Si;硅烷法颗粒硅采用产能为5000吨/年的FBR反应器，每个单元配置4台FBR反应器，组合形成2万吨/年颗粒硅模块。两种方法技术和能耗指标达到国际先进水平。单晶硅提拉技术方面，硅棒的直径及长度进一步得到提升，我国目前主流光伏用单晶硅棒的长度已经突破5000mm,并且配置了优化升级的强制冷却装置，大幅提升晶体生长速度，单晶炉内/外部配置多次投料装置，可在不停炉的情况下多次内部/外部加料，提高了生产效率，降低了能耗，晶体生长达到1炉2~10根的生长水平。热场尺寸也在向更大的方向发展，从18寸、24寸、26寸、28寸、32寸发展至36寸，坩埚装料量提升至1000kg左右。单晶硅片向着大尺寸、n型化、薄片化方向发展，PERC、TOPCON、HJT电池所用的硅片主流厚度达到150硅片切割技术方面，受硅料价格上涨的影响，金刚线切片技术出现两个重要发展，一是金刚线细线化，2022年，碳钢的母线线径下降至36μm,已接近碳钢母线切割的线径极限；二是金刚线材料开始尝试钨钢丝代替高碳钢丝，22年底国内厦门钨业、中钨高新等企业已具备300亿米/年的钨丝线母线产能；美畅、岱勒、聚成等金刚线企业已具备钨丝金刚线批量生产能力。目前钨丝金刚线主流线径为32、34μm,部分钨丝金刚线企业已小部分量产28、30μm钨丝金刚线，线径相较主流碳钢线有较明显的优势。2.晶体硅太阳电池及组件晶体硅电池最重要的研究进展是隆基绿能公司制备的异质结(HJT)电池最高效率达到26.81%,打破了由日本Kaneka公司在2015年创造的HBC电池上得到2的26.76%的世界纪录，尤其值得注意的是隆基公司的电池是在商业化尺寸硅片上制备的太阳电池效率纪录，具有产业化价值。TOPCon电池实现大规模量产，产能达到80GW左右，产量达到28GW左右。TOPCon电池国际认证世界效率25.4%,国内在实验室和产线效率上均取得较大突破。2022年TOPCon技术工艺路线成熟，良率提升至95%以上，达到与PERC组件相比更具竞争性的成本。HJT电池实现了单面微晶HJT电池产业化，产线平均效率达到25%,制备的组件功率比同版型PERC电池效率高出40~50W。双面微晶电池技术导入中，效率仍有提升空间。2022年HJT电池实验室效率不断突破，除隆基先后实现26.5%及26.81%的世界效率外，迈为公司与澳大利亚Sundrive公司的铜电极HJT电池效率达到26.41%,表明电镀铜技术的潜力。背结技术的进一步产业化。2022年导入量产的主要是有三种背结(BC)技术，主要是黄河水电的IBC技术、隆基公司的HPBC技术、爱旭公司的ABC技术，到2022年底还未见到该类产品大量出货，成本仍是核心问题。3.薄膜太阳电池铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池方面，刚性基底电池和组件纪录效率保持23.4%和19.64%,柔性基底电池纪录效率保持21.4%。双面CIGS电池效率达到19.77%(顶)和10.89%(底),钙钛矿/CIGS的两端叠层电池认证效率达到24.2%。我国柔性基底小面积CIGS电池认证效率达到21.81%。碲化镉(CdTe)薄膜电池方面，全球CdTe电池组件出货量达到10GW。我国小面积电池效率达到20%,大面积组件效率提升至17%。美国FirstSolar公司电池纪录效率保持22.1%,新型大尺寸高稳定组件效率达到19.3%。铜锌锡硫基(CZTS)薄膜电池方面，我国保持领先优势，中国科学院物理研究所获得了13.6%的电池认证效率，创造了CZTSSe电池效率新纪录。锑基硫系薄膜电池方面，我国保持先发优势，硒硫化锑(Sb₂(S,Se)₃)电池纪录效率达到10.7%,硫化锑(Sb₂S₃)电池纪录效率达到8.0%,刚性基底硒化锑(Sb₂Se₃)电池纪录效率达到10.57%,柔性基底Sb₂Se₃电池纪录效率达到8.43%。4.新型太阳电池新型太阳电池主要包括钙钛矿太阳电池、有机太阳电池、量子点太阳电池、叠层太阳电池及其它仍处在实验研究阶段和产业化前沿的太阳电池。在钙钛矿电池方面，我国单结钙钛矿太阳电池的效率整体上国际领先。单结钙钛矿太阳电池的最高效率纪录为25.7%,由韩国蔚山国家科学技术研究所获得，我国中科院半导体所获得了25.6%的NREL认证效率。稳定性方面，我国在技术上处于领先地位，华中科技大学印刷电池可以通过IEC61215:2016标准，在55±5℃下最大功率点工作9000小时没有明显的性能衰减。产业化方面，我国在企业产能布局及技术突破方面都领先于国际水平，无锡极电光能科技有限公司于2022年12月创造了百平方厘米级电池18.2%的效率纪录(面积~756cm²,由JET认证),中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司于2022年12月创造了18.5%的千平方厘米级钙钛矿光伏模组效率纪录(面积~3500cm²,由泰尔实验室认证);协鑫光电2022年5月生产的尺寸为1×2m²的全球最大尺寸钙钛矿组件己经下线；多家企业产线建成并陆续投产。在有机薄膜电池方面，我国引领了该领域的发展，多次刷新NREL效率纪录。中国科学院大学三元有机太阳电池获得19.22%的效率(认证效率18.8%)。稳定性方面，我国研究进展处于国际领先水平，南开大学首次实现了光电转换效率超过18%的同时T₈。超过5000h的稳定性。柔性、大面积和半透明方面，我国达到国际水平，华南理工大学制备半透明器件获得10.01%的转换效率和30.53%的平均透过率，光利用率为3.05%;浙江大学1cm²的柔性有机太阳电池效率达到了15.56%,弯曲半径为4mm的情况下弯曲100000次后无效率衰减；苏州大学在36cm²的大面积有机太阳能电池模块中实现了13.47%效率。在量子点电池方面，我国在多种类型的量子点太阳电池的科学研究都达到了4国际水平。华南农业大学创造了铅硫族量子点敏化太阳能电池15.2%的认证纪录；北京航空航天基于钙钛矿量子点的太阳能电池器件实现了16.53%的转化效率。稳定性方面，我国也达到了国际水平，台湾科技大学制备了效率为8.96%的量子点敏化太阳能电池，连续工作150小时后仍能保持原始效率的90%;铅硫族量子点太阳能电池实现10.5%的光电转换效率，并在未封装条件下空气中放置4000小时保持89%的起始效率。在叠层太阳电池方面，我国在钙钛矿/钙钛矿叠层上世界领先，我国南京大学制备的全钙钛矿叠层太阳电池认证效率达到29.0%(JET认证);钙钛矿/硅叠层太阳电池的最高认证效率为32.5%,由德国柏林亥姆霍兹研究中心(HelmholtzZentrumBerlin,HZB)获得，我国北京曜能科技有限公司研发的2T钙钛矿/晶硅叠层电池效率获得突破，达到32.44%;苏州大学制备的无机钙钛矿/有机叠层太阳电池转换效率为23.17%(孔径面积0.062cm²)和21.69%(孔径面积1.004cm²),也处于国际领先水平。5.光伏系统集成与应用技术2022年，全球光伏行业迎来里程碑式发展，累计装机突破10亿千瓦，较上年增长24.3%。中、美、日、印、德、澳、韩、意、西及巴西为2022年十大光伏市场，总装机约占全球八成。我国新增装机8740万千瓦，同比增长28.1%,光伏累计装机3.9亿千瓦，成为我国第三大电源。光伏系统集成与应用技术重点围绕大规模、高比例、多元化发展趋势，进一步发展了集中式和分布式光伏系统技术，光伏制氢等“光伏+”应用技术不断丰富，支撑了一批光伏系统集成应用新业态。在集中式光伏电站方面，国际上提出了多种MMC接口大型光伏集成方案，并提出了最高可提升15%发电量的垂直式光伏阵列排列新模式。我国开发了基于AI组串逆变器IV曲线在线诊断技术，实际应用可提高电站发电量超3%,实现了国内无储能支撑的新能源电压源机组运行，验证了无储能构网型新能源机组“自同步电压源控制技术”。在分布式光伏系统方面，国际上发展了“社区光伏”消纳模式，开发了考虑负荷分类的光伏集成，设计了适用于屋顶应用的垂直光伏产品。我国开发了“高层住宅阳台光伏解决方案”及户用电站优化设计方案，单电站设计时间可缩短至10分钟。在光伏复合系统方面，全球农光互补光伏电站市场增长12.3%,水面漂浮光伏新增装机超50%,“光伏+”多样化应用场景在全球蓬勃发展，中、美、欧、英、日制定或更新了天基太阳能发展路线图。我国建成了全球首个深远海风光同场海上光伏系统，30多个“光伏+交通”、“光伏+通信”、光储直柔等项目示范应用，设计了双电压等级农村光储直柔集成架构及能量管理系统，天基太阳能地面验证系统达到了微波发射功率2081瓦、传输距离55米、效率15.5%。光储氢系统方面，国际上分别提出了适用于离网光储及并网光储充系统的三端口DC-DC变换新拓扑和新型集成拓扑，国内外均研发了面向大中小型系统的全系列光储产品，我国户用光储部分产品技术指标已达到国际领先水平。全球绿氢电解槽装机达140万千瓦，较上年增长1.72倍，正在研发单槽产氢量4460标准立方米/小时的19.5兆瓦碱性电解槽；我国光伏风电制氢项目新增58项，配套建设光伏约1400万千瓦。6.光伏功率变换器及平衡部件在逆变器技术发展方面，针对光伏并网高渗透率引起的系统稳定性问题及电网主动支撑要求，构网型逆变技术研究正逐步受到关注。采用基于阻抗自适应的构网型逆变技术及双模式自适应切换逆变控制策略，进行了实验验证和示范应用。针对多逆变器电站协调控制问题，提出了一种基于多逆变器光伏电站的分层模式控制技术和基于无源性理论的分布式协同稳定控制技术，可有效提升系统对复杂电网变化的适应能力。针对高效率、低成本大型光伏电站的需要，开展了光伏中压发电单元模块化技术及装备研究，两台集装箱式6兆瓦样机完成了35千伏挂网运行的实证研究，该级联型中压光伏逆变器具备300路6MPPT。在逆变器产品发展方面，集中式逆变器、组串式逆变器和光储逆变器在单机功率等级、功率密度和功能等方面变化不大。微型逆变技术有所发展，推出了采用交流耦合的户用储能系统，该系统把电池和基于微逆技术的双向变换器进行了集成。7.光伏系统运行与维护技术智能化运维已成为光伏运维技术的必然趋势，可大幅提高发电量和运维效率。智能化运维技术可分为数字化运维和智能化设备两方面。数字化运维包括健康度诊断、隐裂检测、热斑扫描、串并联失配检测等，智能化设备包括智能除灰、智能除草、智能除雪、智能驱鸟和无人机巡检及感知技术等。健康度诊断主要是在智能算法方面，基于迭代优化的序列模式挖掘算法，具有一定的先进性，可以直观展示电站运行维护情况。故障识别主要是在借助于无人机搭载高清相机，实现故障识别自动化，提高检测效率，以及基于机器视觉的人工智能技术，基于大数据分析的串并联失配检测技术，可使故障识别精度达到95%以上。光功率预测技术，主要进展是基于历史天气数据和发电数据，通过神经网络、机器学习、深度学习等智能算法组合，实现高精度数值天气预报。智能清扫方面，主流的清扫机器人有干挂式和履带式，干挂式的特点是沿着组件边框行走，在相邻支架间安装桥架帮助机器人跨排。履带式的特点是在履带式移动底盘上配备清扫装置，通过高速转动的毛刷来对表面进行清洁，可实现高精度定位、自主规划最优路径、全自动清洗等。无人机巡检及感知技术主要在故障智能精确识别、故障智能精准定位、智能算法等方面取得了一定的进展，故障识别准确率达到97%以上，故障漏检率低于8.国内外光伏发电标准及实证测试技术在光伏发电标准方面，截至2022年底，我国的全国太阳能光伏能源系统标准化技术委员会(SAC/TC90)已发布光伏领域相关国家及行业标准32项；中国电力企业联合会已发布光伏领域相关国家及行业标准94项，2022年度发布光伏领域相关行标3项。国际标准化组织(ISO)已发布光伏领域相关标准7项，2022年度发布光伏领域相关标准3项；国际电工委员会(IEC)TC82工作组已发布光伏领域相关标准194项，2022年度发布光伏领域相关标准29项。在光伏发电实证测试技术方面，为提升光伏部件及系统运行性能评价的准确性，国内外均开展了光伏户外实证技术研究及户外实证场的建设。在国内，依托国家重点研发计划项目、国家科技支撑计划项目，中科院电工研究所、中国电力科学研究院有限公司等单位在全国各典型气候区内建设了光伏系统实证测试平台；同时，各发电集团也依托其投资光伏电站，开展光伏户外实证平台建设，其中国家电力投资集团有限公司在黑龙江大庆建设了光储一体化实证实验平台于2022年12月发布了前三季度运行报告。附件.太阳电池中国效率表自2022年8月中国可再生能源学会光伏专业委员会启动CPVS太阳电池中国最高效率征集活动，共收到光伏企业、科研单位提交的23份太阳电池效率检测报告，包括单晶硅异质结(HJT/SHJ)电池、单晶硅TOPCon电池、钙钛矿单结电池、钙钛矿/晶硅叠层两端电池、钙钛矿/晶硅叠层四端电池、钙钛矿/钙钛矿叠层两端电池共6种太阳电池类型。经CPVS专家委员会审定，产生2022年CPVS太阳电池中国最高效率进展表(附表1)和进展图(附图1)。单位中文备注隆基隆基隆基隆基Microquanta,7cells隆基隆基Nankai,Perovskite/HJT2-te隆基四川大学27.18%隆基227.18%隆基26.41%迈为Sundrive27.87%南大天合,29.55%隆基29.10%南大仁烁,29.55%隆基29.10%南大仁烁28.20%南大仁烁29.10%汉能26.50%隆基29.10%汉能26.50%隆基-Si(multi-N-TOPCON单面)△Si(multi-N-TOPCON双面)2626.40%四川大学25.56%半导体所2626.25.11%汉能85%汉能2624.87%晶科40%南京大学.85%汉能2624.87%晶科40%南京大学.30%隆基26.81%隆基26.56%隆基25.90%隆基25.47%隆基23.32%半导体所25%天合24.58%天合25.41%晶科26.12%隆基25.25.41%晶科26.12%隆基25.40%晶科24.50%南大仁烁23.40%南开大学24.10%天合23.80%阿特斯24.03%隆基22.92%仅能22.20%南京大学20.56%汉能23.20%微系统所22.60%天合22.00%晶科 21.70%南京大学21.80%杭州纤纳21.21.70%南京大学21.80%杭州纤纳20.10%无锡极电28cells)20.90%半导体所23.10%隆基28cells)18.04%杭州纤纳1818.04%杭州纤纳-Perovskite/Si(2-termina-Perovskite/Si(2-terminaPerovskite/Perovskit→Perovskite/Perovski16.48%华南理工14.30%杭州纤纳14.30%杭州纤纳12.96%南京邮电大学士Perovskite/Perovskite(minimodu11.56%南京邮电大学20172018201920202021