光伏产业技术创新链共性技术研究报告

光伏产业技术创新链研究报告安徽省光伏产业技术创新战略联盟二○一二年十二月目录1.光伏产业发展现状-------------------------------------------------- 11.1 光伏产业简介------------------------------------------------ 11.2 国内外光伏产业发展现状-------------------------------------- 21.2.1 晶硅电池----------------------------------------------- 21.2.2 薄膜电池----------------------------------------------- 41.2.3 染料敏化电池------------------------------------------- 71.2.4 光伏逆变器-------------------------------------------- 101.2.5 系统集成---------------------------------------------- 141.2.6 电能质量---------------------------------------------- 161.3 国内光伏产业发展中存在的问题------------------------------- 201.3.1 晶硅电池---------------------------------------------- 201.3.2 薄膜电池---------------------------------------------- 211.3.3 染料敏化电池------------------------------------------ 231.3.4 光伏逆变器-------------------------------------------- 241.3.5 系统集成---------------------------------------------- 251.3.6 电能质量---------------------------------------------- 272.光伏产业链关键技术研究------------------------------------------- 302.1 高效薄膜电池关键技术研究----------------------------------- 302.2 染料敏化太阳电池关键技术研究------------------------------- 322.3 电网友好型光伏逆变器关键技术研究--------------------------- 342.4 光伏电站系统集成技术研究----------------------------------- 382.5 光伏电站系统电能质量研究----------------------------------- 453.光伏产业的发展前景及预测----------------------------------------- 474.对我省光伏产业发展相关建议--------------------------------------- 481.光伏产业发展现状1.1 光伏产业简介光伏产业是指为构建太阳能光伏发电系统而形成的产业链条，包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。

太阳能是取之不尽、用之不竭，无污染的清洁能源，这些优势使得太阳能光伏发电产业得到各国政府的高度重视和大力支持。

一些经济实力强、环保意识强的国家，纷纷出台产业扶持政策，支持光伏产业的发展。

经过多年发展，太阳能光伏行业已形成了完整的产业链，包括原料生产、硅锭生产、硅棒、太阳能电池制造、组件封装、光伏逆变器生产和电网接入系统等环节。

薄膜电池及其它新型材料电池的产业链各环节有所不同。

图1 太阳能光伏发电产业链基本架构从国内光伏产业链来看，太阳能光伏技术整体水平不高，核心技术多依赖国外。

其中源头多晶硅材料生产技术工艺较低，中端太阳能电池制造技术自主创新能力不高，下游光伏发电集成技术还有很多问题值得探讨。

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。

而目前国内过度依靠出口的产业发展模式导致行业风险很大，易受国际需求量变化的影响。

2012年欧美对中国实施的“双反”，直接导致了国内许多光伏企业的倒闭。

随着光伏发电系统的大量接入，电网对光伏系统也提出了越来越高的要求，如电网瞬时故障时的不脱网、有功/无功支撑以及电能质量等方面均作出了明确规定。

而作为光伏发电系统并网逆变的核心设备，光伏逆变器就承担了更多的责任。

在光伏电站系统集成过程中，针对光伏电站的整体设计水平不高，经济性不强，设计质量过剩现象普遍存在。

光伏电站建设中除组件和逆变器外，在设计环节的成本优势并没有被充分挖掘。

同时，国内光伏电站的整体设计思想、建设水平及运行管理等方面与实施大型光伏项目较早的欧美发达国家相比尚有一定的差距。

针对上述光伏产业链诸多亟待解决的难题，联盟积极组织各成员单位对产业链各环节存在的技术难题及现状进行了认真细致的研究分析。

1.2 国内外光伏产业发展现状1.2.1 晶硅电池在目前光伏发电系统中，晶体硅电池应用最广泛，占80%以上。

晶硅电池的优点是转换效率较高、占地面积小，缺点是硅耗大、成本高。

晶硅太阳能电池产业链基本由五个环节构成，分别是高纯多晶硅原料生产、单晶硅拉制或多晶硅定向浇铸、硅片切割、电池芯片制造、组件及系统封装与应用。

其中，进入壁垒最高的环节为太阳能级高纯多晶硅原料生产，由于其制造过程资金密集、技术密集、高耗能、回收周期长的特点，目前基本上被国际上7大厂家垄断。

其次，产业链中游的太阳能电池芯片（cell）制造进入壁垒较高，其制造过程主要是技术密集、工艺和设备要求高，电池芯片转换效率的高低决定了处于该环节企业的盈利能力。

晶硅电池的生产主要集中于欧洲国家、日本和美国，其中德国、西班牙、日本和欧盟集中了晶硅电池生产商，也是产品主要的需求国。

目前，我国生产晶硅电池的企业众多，但是国内大多数厂商都只是购买电池芯片进行简单的组件封装工作，且产品品种单一。

从目前全球光伏产业链的技术分析来看，下游的硅片、太阳能电池片、太阳能组件环节的生产技术已经相对成熟。

国内企业近几年在这些领域发展的速度非常快，涌现出一批全球知名的太阳能电池生产厂商，如江西赛维、无锡尚德、天威英利等。

而技术壁垒较高的原料高纯度多晶硅的提炼制造则发展相对较慢，不过近几年由于国内大批厂商的进入，原料环节供需失衡的状况有所缓解。

晶硅电池产业链各环节目前技术现状：另外，硅片切割环节由于切割厚度以及破片率等方面的要求较高，进入也存在一定的壁垒。

相对来说，单晶硅拉制或多晶硅定向浇铸(Ingot) 、组件及系统（module-system）封装与应用进入壁垒较低。

目前，晶体硅光伏发电产业呈现“倒置漏斗”形状。

光伏发电产品市场的发展速度远远超过上游产业的发展，引起这种状况的主要原因是产业链发展不均衡。

高纯硅原料的供应不足，上游生产厂家扩产速度过慢，导致高纯度晶硅材料市场出现供不应求的局面并愈演愈烈。

1.2.2 薄膜电池薄膜电池的优点在于：成本低，弱光性好，适合与建筑结合的光伏发电组件。

缺点是：效率低，稳定性差，相同的输出电量所需太阳能电池面积增加。

进入21世纪的十余年来，世界薄膜太阳能电池技术的研发和产业化，取得了一系列新成果、新突破，发展快速，不断前进。

全球已有硅基薄膜碲化镉（CdTe）薄膜和硒铟铜（CIS）薄膜三类薄膜太阳能电池投入工业化生产，进入市场应用。

（1）CdTe电池主要生产商为美国第一太阳能和德国的ANTEC 等。

第一太阳能的产品技术特点是采用蒸汽输运法沉积CdTe 薄膜，商品电池的平均效率为10%左右，产品成本为0.87 美元/W。

该公司2008 年CdTe 电池产量达到504MW，占该类电池世界总产量506.2MW 的99.57%。

该公司已在德国和马来西亚分别建设了100MW 和300MW产能的生产线。

2009 年11 月17 日，该公司与我国政府就在内蒙古鄂尔多斯市建设一座2000MW 的巨型并网薄膜电池发电站签署了合作框架协议。

项目分期完成：一期工程为2010 年6 月1 日开工建设一个30MW 示范项目；二期、三期和四期工程的规模分别为100MW、870MW 和1000MW；二期和三期工程将在2014 年完成；四期工程将于2019 年完工。

德国ANTEC 的10MW 全自动化生产线已于2001 年投产，其产品的技术特点是硫化镉和碲化镉薄膜采用近空间升华法沉积。

（2）CIS系电池包括CIS电池和CIGS电池，其中CdS/CulnSe2 电池组件的实验室效率已达11%，Cds/CulnGaSe2 电池组件的实验室效率已达19.9%，并已建立起效率为10%-12%的工业化生产线。

目前已有德、美、日的五家公司可向市场提供产品，主要代表生产商有美国的务实太阳能、日本的本田和德国的壳牌等。

（3）硅基薄膜电池主要是指非晶硅（a-si）电池、微晶硅（μc-si）电池和非晶硅/微晶硅（a-si/μc-si）叠层电池。

目前商品a-si/μc-si 电池的最高稳定效率已达8.5%。

该电池的主要代表性生产商有美国联合太阳能和克拿卡、日本三菱重工和夏普等。

在上述三类电池中，a-si/μc-si 电池成本降低的空间最大，主要是设备成本的降低；性能提高的潜力也最大，重要的途径是降低非晶硅材料的带隙，特别是以微晶硅制作叠层双结电池的底电池。

另外已进入产业化的两类电池，除在改善稳定性、提高转换效率、降低生产成本、延长使用寿命等方面要积极开展研发工作外，还要重视镉的环境保护问题和铟的资源保障问题,是目前市面上主流的产品，具有成熟可靠的生产工艺。

2010年9月26日，国内薄膜太阳能电池标准组织——中国电子工业标准化技术协会薄膜太阳能电池标准工作委员会在广东佛山市成立。

这是我国在方兴未艾的光伏产业争取更大话语权的重要举措。

薄膜太阳能是太阳能光伏技术的先进类型。

为薄膜太阳能电池制定“中国标准”，将有利于我国光伏产业规范有序发展，有利于我国光伏企业更好地参与国际竞争。

目前全球光伏产业发展迅猛，我国光伏产业发展面临巨大机遇和严峻挑战，在刚刚展开的全球战略性新能源产业布局中，摆脱原料、市场和核心技术设备“三头在外”、受制于人的不利局面，谋求在全球产业链的更大话语权，成为我国企业的当务之急。