太阳能光伏发电概述.pdf

太阳能光伏发电概述张立强2009.5.5本课内容1.光伏发电简介及应用2.世界光伏发电发展历史3.我国光伏发展历史4,太阳能光伏产业组成5,太阳能光伏发电现状及展望6.我国太阳能发电规划1、光伏发电简介及应用-目前人类对石油和煤炭等传统常规能源的依赖 性过大，太阳能等新能源开发利用则严重不足。世界传统常规能源正处于开采和使用高峰期并 将逐步走向衰落，能源结构必须发生根本性变 革一可再生能源所占比例将逐步上升。作为最具可持续发展特征的太阳能光伏发电，将成为未来基础能源的重要组成部分。光伏技术简介-通过太阳能光伏电池将太阳能转换为电能的发 电系统称为太阳能光伏发电系统（或太阳能电 池发电系统）。太阳能电池是太阳能光伏发电的基础和核心，是一种利用光生伏打效应将光能转变为电能的 器件，又叫光伏器件。-目前广发采用的光电转化器件是晶体硅太阳能 电池，生产工艺成熟，已经进入大规模产业化 阶段。太阳能光伏发电技术应用途径 太阳能光伏发电系统的运行方式可分为离网运行和联 网运行两类。未与公共电网相联接的太阳能光伏发电系统称为离网 太阳能光伏发电系统，又称独立太阳能光伏发电系统,主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所,如偏僻农村、牧区、海盗、高原、沙漠的农牧渔民提 供照明、看电视、听广播等基本生活用电，为通信中 继站、沿海与内河航标、输油输气管道阴极保护、气 象台站、边防哨所等特殊处所提供电源。-与公共电网相联接的太阳能光伏发电系统称为 联网太阳能光伏发电系统，它是太阳能光伏发 电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业 组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能 光伏发电技术发展的主流趋势。其中光伏电池 与建筑相结合的联网屋顶太阳能光伏发电系统 是各国发展的热点。我国目前的光伏产业主要在两方面发挥作用：一是国家示范项目、民心工程和国际合作项目,如“西藏无电县建设”、“送电到乡”、“光 明工程，等项目的建设。-另外，就是无电地区通信、卫星信号的传输和 接收，以及输油、输气管道的阴极保护等系统 所用的电源。还有极少部分用作带有“科技示 范效应”的路灯、广告牌、草坪灯等电源。太阳能汽车光伏灯源光伏发电站与跟踪装置One-axis solar tracking system usually generate 30%more energy,Two-axis system got even more.空间太阳能电站2、光伏电池的发展历史-太阳能光伏发电的最核心的器件是太阳能电池。太阳能电池已经经过了 160多年的漫长的发展 历史。从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到 了积极推进的作用，至今为止，太阳能电池的 基本结构和机理没有发生改变。1839年法国实验物理学家E.Becquerel发现液 体的光生伏特效应，简称为光伏效应 1877年制作第一片硒太阳能电池。1883年美 国发明家CharlesFritts描述了第一块硒太阳能 电池的原理。1904德国物理学家爱因斯坦发表关于光电效应 的论文。1921年由于提出的解释光电效应的理 论获得诺贝尔物理奖。1951年生成p-n结，实现制备单晶错电池。1955年西部电工开始出售硅光伏技术商业专利,1958年美国信号部队制成n/p型单晶硅光伏电 池，单晶硅电池效率达到9%；第一个光伏电 池供电的卫星先锋1号发射，光伏电池lOOcrtf,0.1 W,为一备用的5mW话筒供电。1960年实现单晶硅电池效率达到14%。1963年Sharp公司成功生产光伏电池组件；日 本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列，在当 时是世界最大的光伏电池阵列。1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住 宅。1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”；1979年世界太阳能电池安装总量达到1MW 1982年世界太阳能电池年产量超过9.3MW 1983年世界太阳能电池年产量超过21.3MW；名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳大利 亚，20天内行程达至U4000Km 1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW 1998年世界太阳能电池年产量超过151.7MW 2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW3、我国太阳能光伏发展历史 1958年我国开始研制太阳能电池。1959年中国科学院半导体研究所研制成功第一 片具有实用价值的太阳能电池 1971年3月在我国发射的第二颗人造卫星 科学实验卫星实践一号上首次应用太阳能电池 1979年我国开始利用半导体工业废次硅材料生 产单晶硅太阳能电池 1980年1990年期间我国引进国外太阳能电池关键设 备、成套生产线和技术 到20世纪80年代后期，我国太阳能电池生产能力达到 4.5MW/年，初步形成了我国太阳能电池产业 2004年我国太阳能电池产量超过印度，年产量达到 50MW以上 20052006年，我国的太阳能电池组件产量在10MW/年以上，我国成为世界重要的光伏工业基地之一，初 步形成一个以光伏工业为源头的高科技光伏产业链-随着我国“可再生能源法”的实施，我国太阳 能光伏发电将得到快速发展。预计在35年内我国在太阳能光伏电池研发、生产、应用产品开发将形成一个世界级的产业 基地，并将在国际太阳能光伏工业产业中占据 重要的地位4、太阳能光伏产业组成4.1 完整产业链的构成:直径812英寸硅提纯厂 单晶棒厂 切片厂d qw rc M:aibcfi Cc(to(C:chiohh grc*A h方阵 CH 9 0 0?d a soo?S O O T q s L S O O T U G C462003-2008可再生能源价格指数与油价变化 的相关性趋.势分析积极因素 利率降低 原材料价格下降 风投增加 美国政策 推动就业 气候变化 能源安全不利因素 借资国难 缺乏长期信资 密本金短缺 股市低迷 碳交易价格低迷 油价下滑 缺少流动性48不确定性 需求变化的不确定性 信赞危机持续多久 油价降到何时 长期信费利率高低 按密回报率的期待水平 对发展中国彖的影响有多大 气候变化和千年目标是否改变49国际能源署对油价的预测1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030H isto ric IE A W EO 2 0 0 8 F o re ca st IE A W EO 2007 F o re ca st50近几个月来石油价格的变化情况（截止到 2009年2月24日）51总体形势的判断金融危机的影响覆巢之下无完卵，影响是肯定的主要表现在开发商融资困难但是影响不大，主要原因是 世界各国的政策没有大幅度调整-对可再生能源支持和补贴费用与金融海啸的损失不是一 个数量级-可再生能源将是实体经济投资追捧的热点52当前，世界各国支持可再生能 源发展的政策没有变化，可再 生能源产业发展增长趋势不会 发生大的变化53美国首先是美国国会延长了可 再生能源发电补贴政策，2009年风电等可再生能源 发电上网的退税政策得以 延续，美国可再生能源发 电市场的发展得到了法律 的保障；奥巴马的救市计 划包括了大约500亿美元的 新能源项目，其中100亿美 元用于可再生能源项目的 担保。三 CHANGE HI WE CAN BELIEVE IN54欧盟二是，欧盟各国的可 再生能源发展目标得 到各自政府的批准，可再生能源市场需求 得到保障33日本三是，口本恢复了停滞了 两年的光伏发电补贴政策,口本光伏发电市场将重新 启动，上网电价每千瓦时 从原来的23日元提高到50 口元56中国四是，中国政府进一步规范了可再生能源发电上 网电价（国家发改委价格司核准了 10多省区、70 多个项目的风电和光伏发电项目的上网电价和提 高了生物质发电上网电价），规划6个千万千瓦的 风电基地，启动了大型光伏并网发电项目的特许 权招标，可再生能源发电市场环境得到一定的改 善国家发改委发批复核定内蒙古鄂尔多斯伊泰集团 205千瓦太阳能聚光光伏电站和上海崇明前卫村 太阳能光伏电站上网电价为每千瓦时4元（含税）。57遭受金融危机冲击最大的也可能是光伏 发电企业 与年初相比，在美国上市的光伏发电企业的市 值下降幅度均在80%以上，大型企业的快速扩张 可能受阻；中小型企业的增长将更加困难，除少数具有价 格竞争优势的企业之外，国内一批多晶硅原材 料生产企业，可能面临更加残酷的市场竞争。2009年我国和世界光伏发电市场虽然会仍然保 持增长的势头，但是，增速将大幅度下降，进 而转变为消化近年来形成的市场泡沫，整个行 业开始重新洗牌不无可能。582009-2012年主要行业的发展判断主要的发展趋势光伏发电增速将继续维 持在25%上下，2009年总 产量将达到750-800,20103可望达到1000万 千瓦，增速由原来的40%左右下降为20-30%160%140%120%100%80%60%40%20%0%1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2003 2009 201014000 120001000080006000400020000|增长率（）产量（mwT|59未来发展趋势的估计 2015-2020年期间，光伏发电成本下降到1.5-2元/千瓦时 左右，具备了大规模发展的基础聚光太阳能发电商业化加速，某些专家认为，2015年左右 可能与风电相比较60德国的光伏发电市场及其发展趋势German PV MarketMilestones 1991:First Feed-in Law 1991-1995:1,000 roofs program 1999-2003:100,000 roofs programPV Market Data 2007 Newly installed power Total installed power No.of newly installed systems No.of total systems installedTurnover 2007 Employees6001 100 MWp3 834 MWp130 000430 0005 Bln/7.25 Bln$40 0007 12 10 12 _T_2000:Renewable Energy Sources Act(EEG)2004:Amendment of EEG8502006 20071100,20085500500045004000 c3500 M3000 2500 2000 e1500 100050001991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 20054annually installed PV power in MWp total installed PV power in MWpSource;Gortiard Stryl-Hipp,BSW4 2v/D2/2009 and oveloocnent of PV Techrclogles in Geroany and Ei.rcpr TUVRheinland*Precisely Right.美国2015年光伏发电规模与成本 HISTORICAL TARSE7S1fi10(g s z s-UMWRFOU sw2 K-BDUculEwe US 一 二s 爰雷 C 公民5部62对美国光伏市场的判断 许多人期望奥巴马的可再生能源计划将进一步推动美国的 光伏产业发展。在小布什时代，已批准的八年退税优惠政 策为美国的光伏产业发展开了个好头，专家们预测美国的 光伏市场将有50%的增长，关键就在于美国经济何时恢复。但是即便加州和整个美国的市场在09年增长达100%,至 多才达到与西班牙相同的500兆瓦水平 克林顿时代的百万屋顶计划 小布什在新能源方面的贡献也很大63世界光伏市场的发展展望646、我国可再生能源发展规划主要依据：可再生能源法-可再生能源中长期发展规划-可再生能源发展十一五规划6.1我国太阳能现状到2005年底，全国光伏发电的总容量约为7万 千瓦，主要为偏远地区居民供电。2002-2003年实施的“送电到乡”工程安装了光伏电 池约1.9万千瓦，对光伏发电的应用和光伏电 池制造起到了较大的推动作用。I基本原则 1、坚持开发利用与经济、社会和环境相协调 2、坚持市场开发与产业发展互相促进 3、坚持近期开发利用与长期技术储备相结合 4、坚持政策激励与市场机制相结合发展目标总体目标 1、提高可再生能源比重，促进能源结构调整 2、解决无电人口的供电问题，改善农村生产、生活用能条件。3、清洁利用有机废弃物，推进循环经济发展。4、规模化建设带动可再生能源新技术的产业 化发展。发展目标具体目标1、充分利用水电、沼气、太阳能热利用和地热能等技术 成熟、经济性好的可再生能源，加快推进风力发电、生物 质发电、太阳能发电的产业化发展，逐步提高优质清洁可 再生能源在能源结构中的比例，力争到2010年使可再生能 源消费量达到能源消费总量的10%,到2020年达到15%。2、因地制宜利用可再生能源解决偏远地区无电人口的供 电句题和农村生活燃料短缺问题，并使生态环境得到有效 保护。按循环经济模式推行有机废弃物的能源化利用，基 本消除有机废弃物造成的环境污染。3、积极推进可再生能源新技术的产业化发展，建立可再 生能源技术创新体系，形成较完善的可再生能源产业体系。到2010年，基本实现以国内制造设备为主的装备能力。到 2020年，形成以自有知识产权为主的国内可再生能源装备 能力。发挥太阳能光伏发电适宜分散供电的优势，在偏远地 区推广使用户用光伏发电系统或建设小型光伏电站，解决无电人口的供电问题。在城市的建筑物和公共设 施配套安装太阳能光伏发电装置，扩大城市可再生能 源的利用量，并为太阳能光伏发电提供必要的市场规 模。为促进我国太阳能发电技术的发展，做好太阳能 技术的战略储备，建设若干个太阳能光伏发电示范电 站和太阳能热发电示范电站。至U2010年，太阳能发 电总容量达到30万千瓦，到2020年达到180万千瓦。建设重点如下：-(1)采用户用光伏发电系统或建设小型光伏电 站，解决偏远地区无电村和无电户的供电问题,重点地区是西藏、青海、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃、云南等省(区、市)。建设太阳能光伏发 电约10万千瓦，解决约100万户偏远地区农牧 民生活用电问题。到2010年，偏远农村地区光 伏发电总容量达到15万千瓦，到2020年达到 30万千瓦。(2)在经济较发达、现代化水平较高的大中城市，建设 与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施，首 先在公益性建筑物上应用，然后逐渐推广到其它建筑 物，同时在道路、公园、车站等公共设施照明中推广 使用光伏电源。“十一五”时期，重点在北京、上海、江苏、广东、山东等地区开展城市建筑屋顶光伏发电 试点。到2010年，全国建成1000个屋顶光伏发电项 目，总容量5万千瓦。到2020年，全国建成2万个屋 顶光伏发电项目，总容量100万千瓦。(3)建设较大规模的太阳能光伏电站和太阳能热发电电 站。“H一五”时期，在甘肃敦煌和西藏拉萨(或阿 里)建设大型并网型太阳能光伏电站示范项目；在内 蒙古、甘肃、新疆等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲 土地，建设太阳能热发电示范项目。到2010年，建成 大型并网光伏电站总容量2万千瓦、太阳能热发电总 容量5万千瓦。到2020年，全国太阳能光伏电站总容 量达到20万千瓦，太阳能热发电总容量达到20万千瓦。存在的主要问题-(1)政策及激励措施力度不够(2)市场保障机制还不够完善。-(3)技术开发能力和产业体系薄弱。我国太阳能光伏发电主要问题 产能过剩 两头在外-关键技术缺乏政策与措施开发新能源，一靠政策、舆论，二靠科技、示范，三靠资金、资 助。只有各级政府都在观念上重视太阳能的开发利用，才能制定 优惠政策，才能想方设法加大资金投入进行科研、示范和推广。发达国家如美国、日本、德国等非常重视太阳能等新能源的开发 利用，不惜投入重金，这当然与他们强大的经济实力有关，美国 国会延长了可再生能源发电补贴政策，2009年风电等可再生能源 发电上网的退税政策得以延续，美国可再生能源发电市场的发展 得到了法律的保障；奥巴马的救市计划包括了大约500亿美元的新 能源项目，其中100亿美元用于可再生能源项目的担保；欧盟各国 的可再生能源发展目标得到各自政府的批准，可再生能源市场需 求得到保障；日本恢复了停滞了两年的光伏发电补贴政策，日本 光伏发电市场将重新启动，上网电价提高了每千瓦时从原来的23 日元提高到50日元。-印度是发展中国家，人口众多，与我国的国情 相似，但印度政府非常重视新能源的开发利用,为此专门成立了非常规能源部，主管太阳能、风能等新能源的开发利用，使印度的新能源发 展突飞猛进，令世界瞩目。-采取财政和税收的优惠政策，通过转移支付，设立专项资金，适当予以价格补贴，以支持太 阳能聚光发电，为太阳能产业化积累技术和资 金。应鼓励太阳能光伏建筑一体化应用的发展，给 太阳能光伏技术建筑应用提供相应的补贴。-技术方面，要降低单晶硅的成本，这是降低太 阳能聚光发电成本的关键，要提高上游产业一 iWj纯度多晶硅及单晶硅的自王研制能力。