中国光伏产业介绍

石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组
发 电
件
16
系 统
2.2.2 硅的提纯
公司
国家 产量（t,2019）
世界产能比
海姆洛克(Hemlock) 瓦克(Wacker) 德山曹达(Tokuyama) 三菱硅(Mitsubishi) 先进硅(ASiMi)
MEMC 太阳硅(SGS, Solar Grade Si licon LLC) 住友(Sumitomo )
2.2 光伏产业链
非晶硅电池 硅烷
镀膜
控制系统
玻璃
电池
发电系统
11
2.2 光伏产业链
晶体硅电池
石
英 砂
冶炼
粗 硅
提纯
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
wk.baidu.com
电 池
组
发 电
件
系 统
12
2.2.1 硅的冶炼
石英砂
焦炭
粗硅
• 石英砂为二氧化硅，中国储量丰富 • 冶炼过程简单，技术难度低，国内大量生产 • 粗硅纯度为95－99％,可用于合金掺杂，如变压器上的矽钢片
c. 现代人类社会的能源构成
4
一、光伏产业兴起的背景
d. 能源危机
铀的可开采年数为65年左右 天然气可开采年数为58年左右 煤可开采年数小于100年左右 石油可开采年数为40年左右
e. 环境污染（1956-2019）
传统发电技术对环境污染日益加剧，温室效应导 致全球年经济损失达4300亿美元
单晶、多晶硅片公司：
单晶硅片：江阴海润、浙江昱辉、常州有则、江西德科、扬州顺大、
河北晶龙、上海九晶、锦州阳光、浙江昱晶、镇江环太、 嘉兴嘉晶、卡姆丹克、天津环欧等
多晶硅片：江西赛维、宁波太阳能、江阴海润、江西德科、浙江昱辉等
35
三、光伏产业发展现状
电池公司：
江苏：尚德、中电、天合、林洋、浚鑫、阿特斯、顺风、亿晶、海润、天
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三、光伏产业发展现状
2. 数量和规模—2019年后，国内光伏产业发展迅猛，
每年以30%的速度递增，成为一个新兴产业 单晶、多晶硅片企业：20家以上 晶硅电池企业：30家以上 非晶硅电池企业：5家以上 晶硅组件：600多家 各种配套企业上千家
绝大部分企业盈利丰厚
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三、光伏产业发展现状
宝、欧贝黎、尚品、艾德等
浙江：向日葵、太阳谷、正泰、百事德、百力达、舒奇蒙、宝利特、乐叶等 上海：太阳能科技、超日、交大泰阳、展丰、索朗、艾力克等 其他：河北晶澳、海南天聚、山东力诺、索日、长沙红太阳、云南天达、南
玻光伏、天威英利、江西瑞晶、中轻、泉州金宝利等
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三、光伏产业发展现状
组件公司：
茂迪（6244）、昱晶（3514）、益通（3452）、绿能（3519）、；中美晶（548 3）、合晶（6182）
其他上市公司涉足光伏产业：
南玻，杉杉，天威保变等
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三、光伏产业发展现状
3.技术方面
单晶硅电池：国内制造技术成熟，转换效率普遍在16.018.0%之间，南京中电、无锡尚德已达到国际领先水平， 目前平均转换效率已达到17.3以上
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二、光伏产业链介绍
光伏电池的种类 光伏产业链
1.非晶硅电池 2.晶体硅电池
晶硅电池的应用
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2.1 光伏电池的种类
种类
1.晶体硅太阳电池 A. 单晶硅 B. 多晶硅
2.薄膜太阳电池 A. 非晶硅 B. 多晶材料
3.其他材料 A. 锑化铬（CdTe） B. 铜铟硒（CIS）
优点
1.原材料丰富 2.性能稳定 3.转换效率高
技术水平： 高纯硅料 > 电池 > 硅片> 硅棒 > 组件 > 粗硅
对设备的依赖：高纯硅料 > 电池 > 硅片
资金投入要求：高纯硅料 > 电池 > 硅片> 硅棒 > 组件
利润率：
高纯硅料 > 硅棒、硅片> 电池 > 组件 > 粗硅
电能消耗： 高纯硅料 > 硅棒 > 电池 > 组件 > 硅片
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组 件
发
电
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系 统
2.2.2 硅的提纯
粗硅
高纯硅
98％
99.999 999 999％
提纯方法
• 三氯氢硅氢还原法（ SiHCl3，改良西门子法）
• 硅烷法（SiH4）
• 四氯化硅氢还原法 （SiCl4 ）
• 二氯二氢硅还原法 （SiH2Cl2 ）
产业发展不稳定，起伏很大
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三、光伏产业发展现状
原料问题
A. 高纯多晶硅的生产长期受美、德、日三国八大公司垄断， 其每年赚取超高额的利润（利润率>400%）
B. 国内多晶硅企业特点
1. 国内上马的多晶硅项目有30多家; 2. 洛阳中硅、新光硅业、峨嵋半导体、徐州中能、扬州顺大已有多晶硅产出，
但产量较低（100-500吨）; 3. 技术落后，多采用非闭式循环（转化率低、有大量副产品） 4. 生产成本高，大约需要30-40美元/公斤（国外低于23美元）
中国光伏产业介绍
符黎明 09.02.04
1
概述
光伏产业兴起的背景 光伏产业链介绍 光伏产业发展现状 光伏产业的未来 总结
2
一、光伏产业兴起的背景
a. 21世纪三大支柱产业
信息，能源，材料
b. 自然界能源的主要形式
水力发电，化石能源，风能，地热能，核能， 太阳能等
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一、光伏产业兴起的背景
江苏：尚德、中电、天合、林洋、阿特斯、浚鑫、顺大、天宝、亿晶、
东盛光电、二泉、国飞、兆阳光能等
浙江：正泰、宝利特、环球、向日葵等 上海：太阳能科技、超日、交大泰阳、展丰、索朗、艾力克等 其他：上海晶龙、河北晶澳、山东力诺、深圳珈伟、天威英利、新疆新能源
东营光伏等
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三、光伏产业发展现状
多晶硅电池：普遍效率在15.0-16.0之间，落后于国外 非晶硅薄膜电池：技术尚不成熟
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三、光伏产业发展现状
4. 缺乏统一的标准
硅片质量、电池效率、性能衰减等
5.“三头在外”—中国光伏产业发展不平衡，受国外制约
原料——多晶硅原料90%以上依赖进口 市场——95%以上的市场在国外（主要在欧洲） 设备——重要的光伏设备大部分在国外
• 从粗硅到高纯硅，价格涨幅近100倍
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组 件
发
电
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系 统
2.2.2 硅的提纯
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组
发 电
件
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系 统
2.2.2 硅的提纯
庞大的化工系统，反应过程复杂，系统化 配套要求高
建设周期长 环境污染可能性大——要求闭式循环 多晶硅生产技术含量高 高投资额，高风险 高利润
C. 国家已将高纯多晶的生产作为重点攻关项目
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三、光伏产业发展现状
原料问题
目前国内需要量约为15000吨，而实际产量只有1500-1800吨，
缺口巨大！
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三、光伏产业发展现状
市场问题
由于目前光伏组件发电的价格远高于常规能源，因此市场 主要依赖于国家对光伏发电的政策补贴
目前光伏组件主要出口欧洲，以德国和西班牙为主 日本市场很大，但自产自销 新的市场：美国、中东、意大利、澳大利亚、韩国等 中国市场的孕育 08年国外市场大概为1200MW，国内市场不超过60MW
逆变器
太阳能直接输出 12/24/48VDC 。 需 要将直流电转换成 220VAC 交 流 电 , 需 要逆变器。
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
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池
组
发 电
件
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系 统
2.2 晶体硅电池产业链（总结）
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
电 池
组
发 电
件
系 统
当中国市场发展起来后，我国的光伏行业将迎来更大的爆发
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三、光伏产业发展现状
设备问题
A. 目前生产高纯多晶硅的反应炉，硅棒线切割机，电池生产过程中的PEC VD、丝网印刷机和烧结炉，薄膜光伏设备、全自动组件设备等各种高 精密设备都来自于国外，价格昂贵
5
一、光伏产业兴起的背景
F. 人类所面临的选择
风能 地热能 核聚变能 太阳能
6
一、光伏产业兴起的背景
G. 太阳能
光热利用
光电利用
7
一、光伏产业兴起的背景
H. 财富效应
2019年，施正荣回国创业，成立无锡尚德 2019年底，无锡尚德在纽约证券交易所成功上市 施正荣成为中国首富（22亿美元）
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组
发 电
件
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系 统
2.2.7 发电系统
太阳能电池组
核心部分，将太阳 的辐射能力转换为 电能，或送往蓄电 池中存储起来，或 推动负载工作。
太阳能控制器
控制整个系统的 工作状态，并对 蓄电池起到过充 电保护、过放电 保护
蓄电池（组）
一般为铅酸电池， 小微型系统中， 也可用镍氢电池、 镍镉电池或锂电 池
多晶硅锭（铸造法）
多晶融化
冷却凝固
切方
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高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
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件
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系 统
2.2.4 硅片
硅棒通过线切割，切成180微米左右厚度的硅片
单晶棒
单晶硅片
多晶锭
多晶硅片
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粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
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发 电
件
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系 统
2.2.5 晶硅电池
1
2
3
4
5
6
7
8
9
制 绒 扩 散 刻蚀 去PSG清洗 镀氮化硅膜 丝网印刷 烧结 测试分选 包装
硅片通过扩散、丝网印刷、烧结等步骤，形成能够将
光转化为直流电的器件
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组
发 电
件
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系 统
2.2.6 晶硅组件
单片晶硅电池（125x125mm）的电压大概为0.55V， 电流为4.5A,功率约为2.5W
1.单晶硅棒——直拉法
2.多晶硅锭——铸造法
注：硅的熔点是1420℃
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高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
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片
池
组
发 电
件
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系 统
2.2.3 硅棒（锭）
单晶硅棒（直拉法）
多晶融化
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
单晶生长
硅
棒 （ 锭
硅 片
）
单晶硅棒
电
组
发 电
池
件
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系 统
2.2.3 硅棒（锭）
单片功率太小，无法直接使用，因此将电池串联和并列， 达到所需要的电流电压条件（一般为12V或24V）
组件规格一般为165W,1750W,180W（ 8x9片）和 230W（8x12片）
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组 件
发
电
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系 统
2.2.6 晶硅组件
单片焊接 串焊 叠层 层压 装框 清洗 电性能测试 包装入库
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2.3 晶硅电池的应用
29
2.3 晶硅电池的应用
30
2.3 晶硅电池的应用
31
2.3 晶硅电池的应用
32
三、光伏产业发展现状
1. 发展历史
早在1839年， 法国科学家比克丘勒发现半导体在电解质溶液中会产生光电效 应
1954年美国贝尔研究所的Pearson, Chapin和Fuller首先应用这个原理试制成功硅 太阳电池（光电转换效率4.5%）
26
2.2 晶体硅电池产业链（总结）
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅 片
电 池
国内产能
组
发 电
件
系 统
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2.3 晶硅电池的应用
太阳能特点：
取之不尽，清洁能源，工作时无传动部件， 无噪音，使用寿命长，携带和安装方便
应用：
1. 通讯卫星 2. 交通信号灯、路灯 3. 屋顶并网发电 4. 独立电站 5. 海岛、山区、草原的供电电源
产能排进世界光伏前十的企业
无锡尚德（第3）；台湾茂迪（第7）
大陆已有12家上市公司
纽 约（4）：无锡尚德、常州天合、浙江昱辉、江西赛维 纳斯达克（4）：苏州阿特斯、南京中电、江苏林洋、河北晶澳 伦 敦（3）：浙江昱辉、江阴浚鑫、东营光伏 国 内（2）：深圳拓日、江阴海润
台湾地区至少有6家上市公司
1.原材料丰富 2.制造成本较低 3.能耗低
1.转换效率高 2.制造成本低
缺点
1.耗电量大 2.所需硅料多 3.成本高
备注
88% Market 180微米 C-Si
1.转换效率较低 12% Market
（<12%）
1 微米
2.衰减快
a-Si
材料稀缺
金属与另一惰性金 属接触时所产生的 电化学腐蚀现象
10
美国 德国 日本 日本 美国 美国 美国
日本
7000 5500 4800 2700 2600 2200 2200
700
~28000t
25％ 17.8％ 17.1% 9.6％ 9.3% 7.8% 7.8％
2.5%
石 英 砂
粗 硅
高 纯 硅 料
硅 棒 （ 锭 ）
硅
电
片
池
组 件
60%
发
电
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系 统
2.2.3 硅棒（锭）
1958年，美国的“先锋一号”人造卫星就是用了太阳能电池作为电源，成为世 界上第一个用太阳能供电的卫星
我国1958年开始进行太阳能电池的研制工作，并于1971年将研制的太阳能电池 用在了发射的第二颗卫星上
上世纪90年代后期，研制成高效太阳能电池（>20%） 2019年后，世界和中国的光伏产业迅速发展