太阳能行业分析报告-光伏发电行业分析

太阳能行业分析报告—光伏发电行业分析
萨尼威投资管理顾问公司
2004年10月
【摘要】太阳光伏发电是世界上节约能源、倡导"绿色电力"的一种主要的高新技术产业。

我国政府在"十五"期间将拨款100亿元促进以光伏发电、风力发电为代表的新能源行动计划。

光伏发电产业在中国及世界各国正以前所未有的速度迅猛发展，其中尤以中国举世瞩目。

光伏市场虽然逐年发展和扩大，但在市场培育和开拓方面还缺乏相应的支持政策、法规、措施，投入少，市场发展迟缓。

对比之下，国外各大公司和世界银行对开拓中国光伏市场表现出极大兴趣和热心。

八十年代以来，即使是在世界经济从总体上处于衰退和低谷的时期，光伏发电技术的发展也一直保持着10％-15％的速度。

九十年代后期发展更为迅速，成为全球增长最快的高新技术产业之一。

截止至2001年底，全世界光伏电池的总保有量已达到1000兆瓦以上。

世界银行通过GEF（全球环境基金）项目向中国赠款2500万美元用于光伏市场开拓，总计10MW户用光伏发电系统；荷兰政府向新疆赠送近10万套户用光伏电源系统，价值1500万美元；日本、美国、欧洲的一些公司也都有过类似的赠送和示范项目，这对我国光伏事业的发展无疑是起着推动和催化作用。

报告以详实的数据分析了光伏发电在中国的巨大市场前景及发展方向。

本报告由萨尼威管理顾问撰写。

【主要结论】
优势：我国具有丰富的太阳能资源以及潜在的巨大市场，经过20多年的艰苦努力，已经为光伏发电更大发展和更大规模应用奠定了良好基础。

为配合西部大开发，我国政府实施了“阳光计划”、“乘风计划”和“光明工程”等
劣势：我国太阳能光伏发电起步较晚，虽然，近几年发展较快，但总体规模较小，2002年累计装机容量达40MW，不到世界的1％。

机会：我国地域广大、人口众多，7000万人生活在无电地区，光伏发电的潜在市场非常巨大。

风险：要实现完全商业化的目的，进一步扩大市场，还要争取消除制约发展的市场障碍，主要体现在生产成本、建设规范、资金、政策和市场开发等方面。

目 录
第一章背景 (5)
一、光伏发电的发展历史 (5)
二、中国光伏发电的发展历史 (7)
第二章光伏发电技术现状与发展趋势 (9)
一、产业发展与产品市场状况 (9)
二、太阳能光电产品的应用 (10)
三、太阳电池的技术及其发展 (11)
3．1太阳电池的发展历史 (11)
3．2 太阳电池的应用 (12)
三、发展趋势 (13)
第三章中国光伏发电技术的现状和问题 (13)
一、产业及产品现状 (13)
二、研究开发活动 (14)
三、光伏工业 (16)
四、光伏发电的应用和市场 (17)
五、我国光伏工业和市场的发趋势 (18)
六、促进发展的若干建议 (20)
第四章光伏发电材料分析 (22)
一、产业竞争 (22)
1．1美国的优势和日本的堰起 (23)
二、美国、日本、欧盟及中国台湾地区的PV工业路线图 (24)
2．1 美国光伏工业路线图(2000年—2020年) (24)
2．2日本光伏工业路线图(2000年—2030年) (26)
2．3欧盟光伏工业路线图 (29)
2．4中国台湾地区光伏发展状况分析 (31)
三、第二代太阳电池——薄膜太阳电池 (35)
3．1非晶硅电池 (36)
3．2 铜锗硒电池（CIS） (37)
3．3碲化镉电池(CdTe) (38)
四、第三代太阳电池 (38)
4．1叠层电池 (39)
五、展望 (40)
5．1我国PV工业发展计划的宗旨 (40)
5．2 光伏企业作为我国规划光伏工业发展的核心 (41)
5．3我国光伏工业的国际市场份额 (41)
5．4知识产权 (42)
5．5技术发展的重点 (42)
5．6新一代PV系统 (42)
第五章我国发展光伏发电市场分析 (43)
一、市场背景 (43)
2．1世界光伏发电市场的进展 (43)
2．2 中国光伏发电市场前景 (45)
二、光伏配套产品的技术现状和进展 (47)
三、存在的主要问题 (50)
3．1生产成本 (50)
3．2建设规范和技术标准 (50)
3．3资金障碍 (51)
3．4政策障碍 (51)
3．5市场开发障碍 (51)
四、光伏发电前景展望 (51)
五、结论及建议 (52)
5．1远离电网地区的电力建设 (52)
5．2光伏屋顶并网发电 (52)
5．3光伏发电工程项目 (52)
第六章光伏发电企业介绍 (53)
一、桑普光电技术有限公司 (53)
二、贺田工业有限公司 (54)
三、无锡尚德太阳能电力有限公司 (55)
3．1 公司简介 (55)
3．2尚德产品优势 (55)
3．3尚德晶体硅太阳电池的特点 (56)
3．4尚德晶体硅太阳电池组件的特点 (56)
3．5尚德产品国际认证书 (57)
四、山东天惠阳光节能设备有限公司 (57)
五、天威英利新能源有限公司 (58)
六、深圳市创益科技发展有限公司 (58)
七、宁波太阳能电源有限公司 (59)
八、济南龙普新能源有限公司 (59)
九、上海交大国飞绿色能源有限公司 (60)
十、武汉日新科技有限公司 (61)
附录1 《中国电力行业分析报告》
附录2 《中国电池行业分析报告》
第一章背景
一、光伏发电的发展历史
17世纪以来，世界人口数量增长了12倍，由5亿增加为60亿，而能源需求增长了150倍，由１亿吨标煤增加到150亿吨标煤。

总有一天要消耗殆尽的化石能源，不时地提醒我们，21世纪我们向何处取能？人们把目光转向了化石能源之外的水能、风能、太阳能、海洋能和地热能等。

1839年，法国科学家贝克雷尔发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。

这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。

1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

一套基本的太阳能发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成，其系统图如下：
图1－1 太阳能发电系统
从太阳能获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现。

它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：
无枯竭危险；
绝对干净（无公害）；
不受资源分布地域的限制；
可在用电处就近发电；
能源质量高；
使用者从感情上容易接受；
获取能源花费的时间短。

不足之处是：
照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；
获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。

但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

太阳能光伏发电产业是20世纪80年代以后世界上增长最快的高新技术产业之一。

最近10年的年平均增长率为22％　从1991年的55 MW增加到2001年的400MW，最近5年的年平均增长率为35％。

从1996年的88 MW增加到2001年的400MW，2002年达到了540MW，到2002年底，世界太阳能光伏发电装机已达到约2000MW，年发电量约30亿千瓦时。

图1－2 近10年世界光伏发电的反展
总体来看，世界光伏发电主要集中在发达国家，特别是集中在日本、德国和美国3个经济强国，约占世界光伏发电市场的80％。

为此，许多发达国家制定了光伏屋顶计划，通过政府补贴和电价政策，鼓励各种建筑安装光伏发电系统。

1997年美国和欧洲相继宣布“百万屋顶光伏计划”，日本1997年补贴“屋顶光伏计划”的经费为9200万美元。

美国计划到2010年安装1000～3000MW太阳电池，日本的目标是7600Mw。

印度计划1998-2002年太阳电池总产量为150MW，其中2002年为50MW。

二、中国光伏发电的发展历史
我国具有丰富的太阳能资源，全国有2／3以上的地区年日照时数在2000小时以上。

我国太阳池的研究始于1958年, 1959年研制成功第1个有实用价值的太阳电池。

1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上，1973年太阳电池开始在地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳电池。

80年代中后期，引进国外太阳电池生产线或关键设备，初步形成生产能力达到4.5MW太阳能光伏产业。

我国太阳能光伏发电始于上世纪70年代，首先在卫星和海港浮标灯上应用，之后逐步进入到工业、农业、商业和通讯等公用设施部门，近年来在解决无电地区用电方面发挥了重要的作用。

并有了数家完整的电池和组件生产企业，总生产能力15MW，电池和组件性能不断提高，商业化电池的效率已达到12％～14％，比世界水平要低1～2个百分点，到2002年，我国光伏发电累计装机容达到40MW。

图1－3 近30年中国光伏发电状况
图1－4 中国制造的100w的光伏发电系统
如果说二十世纪是石油的世纪，那么二十一世纪就是太阳能的世纪，我们要充分利用好世界大力发展太阳能的契机，实现我国能源结构跨世纪的调整。

中国工程院院士张耀明指出，缓解我国的能源紧张局面，太阳能产业大有可为。

我国能源消耗量的快速增长期，恰巧出现在全球廉价和易开发的石油资源趋于枯竭的时候，我国已经探明的常规能源剩余储量也十分有限。

同时，大量化石燃料的使用，也产生了诸多酸雨，气候变暖，生态恶化等一系列的环境问题。

能源的潜在危机和生态环境的恶化使世界各国积极开发包括太阳能在内的新能源及可再生能源。

我国也不能例外，大力发展新能源和可再生能源将是满足持续增长的能源需求的主要解决办法。

张耀明特别指出，我国属太阳能丰富的国家之一，每年陆地面积接受的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤，约等于上万个三峡工程发电量的总和。

如果能够将这些太阳能有效利用，对于缓解我国的能源问题、保护生态环境、保证经济发展过程中能源的持续稳定供应都将具有重大而深远的意义。

目前我国的太阳能利用技术不断取得进展和重大突破，这些技术主要集中在直接的太阳光采集照明技术，太阳能光伏发电技术和太阳能热利用技术等几个方面。

其中太阳能热利用技术，是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一，主要指太阳能热水器、太阳能热发电、太阳能空调调温、
太阳房等几个方面。

张耀明介绍，世界现有的太阳能热发电系统大致有三类：槽式线聚焦系统、碟式系统和塔式系统，而塔式系统具有规模大、热损耗小、聚光比和温度较高等特点，是三种热发电系统中发电成本最低的一种。

大力发展塔式太阳能热发电技术，将会给我国紧张的能源问题带来革命性的解决方案。

第二章光伏发电技术现状与发展趋势
一、产业发展与产品市场状况
太阳能发电分光热发电和光伏发电。

其中，不论产销量、发展速度和发展前景、光热发电都赶不上光伏发电。

而且因为光伏发电普及较广，而接触光热发电较少，通常民间所说的太阳能发电往往指的就是太阳能光伏发电，简称光电。

光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。

不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。

理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。

太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。

目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。

国产晶体硅电池效率在10－13％左右，国外同类产品效率约12－14％。

由一个或多个太阳电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。

2002年全球太阳电池和光伏组件产量约600MW，其中日本占45％，美国25％，欧洲约22％。

日本是光伏产业发展最快的因家，在不到10年的时间里超过了美国，2001年世界10大太阳电池生产厂，日本就有4家，分别是夏普。

京都陶瓷、三洋和三菱。

欧美发达国家大都制订了“阳光计划”，并采取措施鼓励居民安装太阳能发电系统，比如部分赠款、无息贷款和“种子基金”等，并以高出普通电价几倍的价格购买居民家中多余的太阳能电量。

我国太阳能光伏发电产业近几年发展较快，但总体规模较小，2002年累计
装机容量达40MW，不到世界的1％，为配合西部大开发，我国政府实施了“阳光计划”、“乘风计划”和“光明工程”等，利用太阳能发电和风力发电为解决西部广大无电地区农牧民生活生产用电，这一工程配套资金20多亿人民币。

我国光伏发电产品的市场主要在西部，另有部分产品出口，如组件、小系统和日用太阳能电子产品等。

由于国内太阳能电池晶片产量远远不能满足需求，许多厂家进日大量电池片封装组件。

在光伏产业方面，深圳占有部分江山，产品加工能力、产品质量和销量在国内外都有一定的影响。

因此，我国政府应加大扶持力度，使之扩大规模发展成为产业群，进而成为深圳的一个经济增长点。

太阳能光伏发电产业增长迅速，不仅因为它是具有许多优点的清洁能源，一个更诱人的动因是，在太阳能与建筑一体化的过程中，太阳电池组件比太阳能热水器与建筑更有亲合力。

太阳电池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，国外己有非常好的案例。

因此，太阳能光伏发电技术与建筑结合方面，将具有良好的经济效益，前途无限。

二、太阳能光电产品的应用
太阳能光电产品可以充分使用在房地产小区的草坪、景观设施、小径、停车场、过道、游泳池周围、楼道、露台等公共照明范围；
太阳能光电产品可以充分使用在市政工程的街道、高架桥、公园、绿化带、广场、码头等公共照明区域；
太阳能光电产品可以为学校、医院、厂区等公共场所提供照明用电；
太阳能光电产品可以为边远山区、岛屿、游牧民族、边防哨所、野外科考、流动勘探等范围提供生活照明用电；
太阳能光电产品可以为通信基站、高速公路、野外广告提供稳定电源。

太阳能光电产品随着行业的技术升级、科技日新月异的发展，将使用到人们更广阔的日常生活中。

三、太阳电池的技术及其发展
3．1太阳电池的发展历史
太阳电池的地面应用，长期受到价格昂贵的制约．它的发展大体可以分为三个阶段：
起步：从70年代至80年代中期，世界光伏发电累积装机容量只有30MW 左右，主要用于无电网地区和特殊场合作为独立电源系统。

成长：80年代末一1996年，在世界各国大规模国家光伏发展计划的推动下，世界光伏工业平均年增长率达到13%．在太阳电池效率不断上升的同时，随着制造规模的扩大，成本持续下降。

大发展：1997年以后(2002年)，受到日、德、美等西方发达国家屋顶计划的刺激，世界光伏工业的发展加速，平均年增长率达到36％，发电方式也从离网应用发展到并网发电．目前世界光伏发电累积装机容量已经超过1500MW；太阳电池商用组刊：效率达到15--18％商用发电成本在0．15~0．25美元仟瓦时之间，在不少领域和地区已经具有相当强的竞争力。

2002年世界光伏工业产量已达595 MWp，相当于15亿美元，正在形成规模宏大的产业。

2002年8月Mr. Harry Shimp (BP Solar总裁)宣称：世界最终将走向可再生能源．在20-25年后液态碳氢化合物的储量开始下降．我们现在正处于这样的一段时间窗口，从传统能源转变到可再生能源。

为了使光伏发电能够替代相当一部分传统能源，使能源结构发生重大的变化，成为二十一世纪最重要的基础能源之一，还需要光伏工业和技术有20-30年持续的加速发展．光伏界任重而道远。

然而，只要不断引入新工艺，进行深入的基础研究，这是可以实现的。

日本、欧洲和英国不同地区的市场开拓计划，增加了太阳电池的市场需求，光伏将长期保持高速度增长，即便有时由于经济环境的影响，暂时有些波动，也不会改变这一长期发展趋势．Royal Dutch／Shell认为，未来儿十年，将迎来可再生能源的高速增长。

3．2 太阳电池的应用
3．2．1 用户太阳能电源：
小型电源10-100W不等，用语边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等；
3-5KW家庭屋顶并网发电系统；
光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。

3．2．2 交通领域：如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

3．2．3 通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。

3．2．4 石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。

3．2．5 家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。

3．2．6 光伏电站：10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。

3．2．7 太阳能建筑：将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。

3．2．8 其他领域包括：
与汽车配套：太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等；
太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；
海水淡化设备供电；
卫星、航天器、空间太阳能电站等。

目前美国、欧洲各国特别是德国及日本、印度等都在大力发展太阳电池应用，开始实施的"十万屋顶"计划、"百万屋顶"计划等，极大地推动了光伏市场的发展，前途十分光明。

三、发展趋势
表2-1发电的光伏电的价格、组件效率，系统寿命和成本变化情况
年份 光伏电的价格（美
分/ kWh） 组件效率% 光伏系统寿命a光付系统成本
（美元/Wp）
1991 40~75 5~14 5~10 10~20
1995 25~50 7~17 10~20 7~15
2000 12~20 10~20 >20 3~7
2010~2030 <6 15~20 >30 1~1.5 表2-1说明，自1996年以来，世界光伏发电高速发展。

表现在几种主要太阳电池效率不断提高，总产量年增幅保持在30%~40%，1998年已达200MWp/a；应用范围越来越广，尤其是光伏技术的屋顶计划，为光伏发电展现了无限光明的前途。

1998年在维也纳第二届全球光伏技术大会上，会议主席施密特教授指出：“光伏将在21世纪上半纪取代原子能而成为全球能源，唯一的问题是2030年还是2050年最终实现”。

如果施密特教授的预言得以实现，则太阳能世纪将在21世纪到来。

第三章中国光伏发电技术的现状和问题
一、产业及产品现状
我国13亿人口的大约80％居住在农村。

虽然中国经济在最近20多年有了较快的发展，但能源问题对经济和环境的影响比较严重，农村则更为突出。

中国能源供应中煤占一次能源总消耗的73％～75％，占主导地位。

煤的直接燃烧给环境带来严重影响。

从环境和能源双重考虑，我国政府计划并采取有效措施发展可再生能源技术。

我国有丰富的太阳能资源，2/3以上国土面积的年总日照量超过5GJ/M2、年平均日照超过2，200小时，有开发利用太阳能的有利条件。

我国太阳能光伏技术开始于20世纪70年代，开始时主要用于空间。

70年代周期后，光伏应用逐渐扩大到地面并形成了中国的光伏产业。

光伏发电在改善人民生活条件方面已发挥着重要作用，并将在21世纪可持续发展中发挥更大作用。

二、研究开发活动
目前大约有40多个研究机构和大学参与光伏研究开发活动。

研究领域涉及太阳电池、光伏材料、光伏系统和部件等。

2.1太阳电池
在太阳电池方面，研究开发的最好结果如下：
表3－1 我国各种电池目前最好的效率水平
2.l.l 高效单晶硅太阳电池
高效单晶硅电池的研究包括钝化发射区太阳电池（PESC），倒金字塔织构化选择性发射区电池（IPSE），激光和机械刻槽埋栅电池（LGBC和MGBC）．
IPSE太阳电池
IPSE太阳电池的结构如图3－1所示。

该电池采用了倒金字塔织构化、热氧化钝化、选择性发射区扩散、减反射涂层、背表面场和脉冲电镀等技术。

电池率达到19.79%(Voc=656.1mV,Jsc=37.4mA/cm2,FF=0.806,Area=4.a4cm2,Am1.5,25℃）。

图3－1 IPSE 太阳电池的结构
LGBC和MGBC太阳电池
与IPSE电池相比，LGBC和 MGBC电池的工艺要简单得多，仅有一个氧化步骤，省上了栅线蒸发和多个光刻腐蚀步骤。

在LGBC和MGBC电池的实验中分别使用了FZ、CZ和太阳级硅片，电池的结构如图3－2所示。

该电池的制备采用了化学表面织构化、激光和机械刻槽、热氧化钝化、选择性发射区扩散、减反射涂层、背表面场、化学镀埋栅接触等技术，电池最好效率如表2－2所示。

选择性发射区由沿表面的均匀发射区n+和槽内重掺杂n++区两部分组成。

扩散采用固态磷源。

如图3－1和图3－2所示，IPSE，LGBC和 MGBC电池均为全铝背表面场结构。

图3－2 LGBC和MGBC太阳电池结构
表3－2 IPSE、LGBC和MGBC太阳电池的性能（AM1.5. 25℃）
注：美国国家可再生能源实验室测试
2.1.2多晶硅太阳电池
多晶硅电池在常规工艺基础上采用了磷吸杂、热氧化钝化、铝背表面场等技术。

实验中使用的硅片由Bayer solar提供。

实验中1 cm2和10 x 10cm2的电
池效率分别达到14.53％(Voc=595.0mv,Jsc=34.23mA/cm2,FF=0.7129,AM1.5,25℃)和12.5％(Voc=593.4mV，Jsc27.45mA/cm2，FF=0.7671，AM1.5，25℃）。

2.1.3薄膜太阳电池
我国为地面应用研制的薄膜太阳电池包括非晶硅电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉（CdTe）电池和硒钢钢（CIS）电池等。

研究工作主要分布在研究所和大学中。

电池特性如表1所示。

其中在非活性硅（0.005Ωcm）衬底上多晶硅薄膜电池、CdTe电池和CIs电池效率分别达到13.61％[9],11.6％[10]，和 9.13％[11]，非晶硅电池效率分另达到 11.4％（单结，lcm2)[12]，6.3o单结，30X30 Cm2)[13]和7.35％(双结，20×20 Cm2）[14]。

2.2光伏材料
在多晶硅铸造技术方面，实验室内已经成功地制造出15公斤方形铸锭，铸造过程坩埚可以重复使用，有利于降低铸造成本。

电池制造和封装过程中使用的银浆、铝浆、EVA薄膜、PVF等材料也研制成功并突人使用，降低了太阳电池及组件的成本。

2.3光伏系统和部件
光伏系统和部件的研究开发包括l—5KW光伏水泵系统，l—500W控制器和逆变器，高效1OKW、15KW逆变器，正弦波逆变器，l—5KW光伏并网示范系统，光伏照明系统，光伏电视系统，光伏通讯系统，光伏气象站系统，光伏集中电站系统等。

同时成功地研制出光伏电池、组件特性测试系统。

三、光伏工业
我国的4个单晶硅太阳电池和组件制造厂：秦皇岛华美光电公司、昆明云南半导体器件厂、开封太阳能电池厂、宁波太阳电池厂和两个非晶硅电池厂：哈尔滨．克罗拉太阳能电力公司和深圳非晶硅电池厂。

总的生产能力约4.5MW，2000年实际生产3MW。

商业化单晶硅电池的效率在11％一13％之间(Φ10cm或10xlocm2)，非晶硅电池效率在5％～6％之间。

其中昆明和宁波电池厂正在向2MW 能力扩大。

有些公司正在建立新的太阳电池和组件生产线，如上海国飞公司正在建立2MW电池生产线，保定英利新能源有限公司正在组建16MW电池和组件生产线，无锡尚德太阳能电力公司投资1800万美元建立10MW多晶硅电池生产线，并。