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XX生产线项目
1项目简介
1.1项目背景
1.1.1产品简介
太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
太阳能电池的原理:
太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴――电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。
这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
本项目拟生产的太阳能电池全称为:
“铜铟镓硒金属多晶薄膜太阳能电池板”,缩写为CIGS(CuIn1-xGaxSe2)。
CIGS薄膜太阳能电池板是由玻璃、钼、铜、铟、镓、硒、硫化锌、氧化锌、氧化锌铝、聚脂酸薄膜、塑钢、铝合金架、包装材料、特殊铜轴电线、转换器等组合而成。
太阳能光伏发电的发展很快,已广泛应用于航天、通讯、交通,以及偏远地区居民的供电等领域,近年来又开辟了太阳能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新的应用领域。
进入21世纪以来,世界太阳能光伏发电产业快速发展,市场应用规模迅速扩大,太阳能光伏发电有可能在不远的将来从根本上改变能源生产、供应和消费方式,给能源发展带来革命性的变化。
1.1.2与国家宏观产业政策的符合程度及在行业中的水平
1、与国家宏观政策符合程度
太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源,在可再生能源中处最优地位,各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容,我国也同样,十分重视太阳能的开发与利用。
能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。
目前,我国能源供应主要依赖煤炭、石油、天然气等化石能源,但化石能源的资源有限性和开发利用带来的环境问题严重制约着经济和社会的可持续发展。
我国年能源需求总量约为23亿吨标准煤,据预计,到2020年全国能源需求量将达到30亿吨标准煤,2050年将超过70亿吨标准煤。
资源禀赋使得煤炭在我国一次能源消费中占主导地位,而其巨量消费已成为我国大气污染的主要来源,目前,全国90%的二氧化碳排放和大气中70%的烟尘,是由燃煤造成的,调整能源结构迫在眉睫。
为实现可持续发展、保护环境、节能和提高能源效率,我国政府先后出台了一系列鼓励节能的政策和法规,但这些政策于法规只是在能源应用环节的措施,要从根本上解决能源短缺问题,还应从能源生产上着手。
可再生能源资源丰富、分布广泛、环境影响小、可永续利用,加快可再生能源的开发利用是解决我国能源和环境问题的重要途径和措施。
太阳能是资源最丰富的可再生能源,具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。
太阳每秒钟释放出的能量,相当于燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量,每秒钟辐射地球表面的能量约为17万亿千瓦,相当于目前全世界一年能源总消耗量的3.5万倍。
另外,太阳能资源的数量、分布的普遍性、清洁性和技术的可靠性,都优越于其它可再生能源。
因此,国家鼓励开发利用太阳能,将开发利用新能源和可再生能源放到国家能源建设开发战略的优先地位。
2、在行业中的水平
本项目拟生产的CIGS薄膜太阳能电池板,是由NREL共蒸发制备而成。
首先低温下由In:
Ga=O.7:
0.3与Se共蒸发沉积而形成一平滑的In-Ga硒化物基底,在高衬底温度下进行Cu和Se共蒸发而转化成略为富Cu的CIGS。
由化学计量富Cu相过渡到略为贫Cu相可引入缺陷而限制太阳能电池的效率,特别是在较高Cu比例时,开路电压和填充因子快速下降。
平滑的CIGS层己制出效率19.2%的电池。
有研究指出,在带隙1.14eV时和反向饱和电流J0和二极管因子A最小(J0=3×lOmA/cm²,A=1.3)时,可得到19.2%~19.5%的电池。
先进行In、Ga和Se的共蒸发,然后进行Cu和Se的共蒸发最后进行In、Ga和Se的共蒸发。
德国WürthSolar正利用共蒸发工艺在6500cm²玻璃衬底上生产CIGS电池组件,最高效率为13%。
GlobalSolar用共蒸发工艺在不锈钢箔上生产CIGS太阳能电池,面积7085cm²电池组件最高效率为10.1%。
硒化/硫化Cu-In-Ga金属预制层在用惰性气体稀释的H2Se和H2S中进行沉积后的硒化/硫化,或在通常炉子中于Se和S蒸汽中进行硒化/硫化,已广泛用于大规模生产工艺。
H2Se优于元素Se,因后者组份变化大,材料损耗也大。
在该工艺中,应用略贫Cu的金属预制层。
适量掺Na一直用于改进吸收层的形貌和p型掺杂浓度。
Ga易于扩散到Mo背接触层中(由于剩余应力、Ga原子小)。
Ga背扩散可改进CIGS粘附,并产生一背表面场而阻止少数载流子扩散到背接触中。
Ga的分布不易控制,但这一问题可通过硒化后的硫化而部分地解决。
电池组件的转换效率与低端电池组件相当,且有相当大的改进余地。
可通过多种工艺制备层:
组成元素的反应共蒸发、化、反应共溅射和非真空工艺。
在0.8~0.92这一窄的范围内调整Cu/(In+Ga)比值、Ga/(In+Ga)=0.3、加入微量Na(通过衬底中Na的扩散或沉积Na化合物)增强{110/102}织构和加入S。
利用这些技术都可提高CIGS电池的效率。
很多公司已在进行CIGSPV组件的商业化生产,更多的公司正计划进行大规模生产(如日本的本田、昭和和德国的威尔斯,美国的全球太阳能),CIGS电池组件将不断扩大其市场份额,由于材料成本低于硅晶系,原材料最大产地是中国,目前世界上只有六家在生产。
吉林省北方工业硅集团公司在2007的试验报告100×100mm的转换率为10%,2008年在同样的面积上作出了13.6%的实验报告,已接近了先进国家的水平。
1.1.3市场前景
太阳能光伏制造业近年来在我国的长三角和珠三角地区迅速崛起,我国电池及组件制造年均增长率都超过100%。
我国对太阳能电池的研究起步于1958年,上世纪80年代末期,国内先后引进了多条太阳能电池生产线,使我国太阳能电池生产能力由原来3个小厂的几百千瓦一下子提升到4个厂的4.5MW,这种产能一直持续到2002年,产量则只有2MW左右。
2002年后,欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给我国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。
2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW,较2004年猛增了179%,成为全球发展最快的国家。
全球太阳光电产业发展趋势详见图1。
2006~2007年全球PV产能情况详见图2。
图1全球太阳光电产业发展趋势图
图2 2006~2007年全球PV产能情况图
根据美国Solarbuzz公司2008年3月中旬发布的报告,2007年世界太阳能光伏市场比上年度增长62%,创出了2826MW的新高。
2007年的世界光伏市场发展状况详见图3。
图3 2007年世界光伏市场情况图
以上视图由环球能源网制作
2007年太阳能光伏(PV)工业的全球营业收入达到172亿美元。
其中,德国2007年PV市场达到1328MW,占世界市场的47%。
西班牙增长超过480%,达到640MW;而美国增长57%,达到220MW,占世界市场的近8%,成为继日本之后的世界第4大市场。
日本则在2007年下降23%,达230MW。
这四个国家占据了86%的太阳能光伏市场。
环球能源网报道,2008年以后,欧美太阳能市场出现了爆发式增长,这主要是由欧美国家政府支持力度的加大和新技术的不断出现,其中,美国将可能是未来世界太阳能市场的最大动力。
另外,值得一提的是日本,2000年日本的光伏发电比例占到世界的一半以上,但2004年德国首次超过日本成为世界太阳能发电第一大国,这不仅是由于德国近年来光伏发电系统安装量增长显著,也由于日本对太阳能发展采取了抑制措施,因其内需有限,日本2007年开始停止住户太阳能奖励方案,同时由于多晶硅短缺其太阳能市场也呈继续萎缩态势。
就我国来说,尽管我国太阳能光伏发电潜力巨大,但真正并网型的太阳能光伏市场远未形成。
目前,国内太阳能光伏的应用主要集中在农村电气化和离网型太阳能光伏产品,这主要是由于我国太阳能光伏发电成本较高。
2007年世界光伏生产商中,夏普公司(日本)、Q-Cells公司(德国)和尚德公司(中国)占据前三位。
不过,夏普公司由于多晶硅来源受限,2007年生产增长率仅为4%,低于该工业平均值50%。
尚德公司是2001年成立的相对较新的一家公司,2006年为第4大光伏制造商,2007年晋升至第3位。
综上,全球太阳能市场不断增长,随着不可再生资源的不断枯竭,太阳能必将成为人类最重要的能源。
1.1.4产业关联度分析
本项目产品――“X太阳能电池板”是当今太阳能科技含量最高的科技,项目建成投入将起到龙头作用,带动周边的配套厂投入:
1、设备厂:
CIGS设备是目前最有前途的设备工业,能够带来500亿美元的庞大商机。
目前项目的合作伙伴台湾科技大学可以更便捷的给项目提供优质服务。
如果进来投资可以带动整个X地区的机械电子工业,需要很多的镭射和线切割,折弯机。
可应用在航天航空,军品,汽车工业,3C电子工业,可以带来庞大的商机,给X市带来每年至少150亿人民币的商机。
2、金属材料供应商:
这种材料在中国的储藏量是世界第一,这将促进当地的冶金技术全面提升,金属薄膜的溅镀可以推广应用来改造辽源的高新科技,这种方法可应用在,航天航空,军品,汽车工业,3C电子工业,可以带来每年100亿人民币的商机。
3、玻璃:
是一种需要承受600℃高温的玻璃,项目对玻璃的需求量很大,将找一厂家由建设单位和他们合资来给项目供应玻璃。
4、化学处理:
项目的工艺有用到硫化锌和硫,这种特殊化学容剂在我们的使用过程中是非常重要的,项目的化学处理是台湾科技大学设计的,绝对符合国家和国际环保标准。
所有的金属材料全部回收,目前X有意愿来投资和作回收。
5、封装:
X,包装材料,项目的技术支持方将辅导地方企业,让当地比较落后的企业获得重生。
1.1.5项目建设的有利条件及建设的必要性
我国地处北半球,土地辽阔,幅员广大,国土总面积达960万km²。
南从北纬4º的曾母暗沙,北到北纬52.5º的漠河,西自东经73º的帕米尔高原,东至东经135º的黑龙江与乌苏里江汇流处,距离都在5000km以上。
我国有丰富的太阳能资源,全国各地的年太阳辐射总量为928~2333kWh/m²,均值为1626kWh/m²。
我国太阳能资源丰富,2/3以上国土面积有开展光伏发电较好的资源条件。
调研发现,在我国西部发展光伏产业有着三大有利因素:
一是光伏电站适合西部特殊的居住环境,特别是在青藏高原有着得天独厚的地理环境优势;二是国际环境基金项目对光伏产业发展的巨大支持和推动作用,由原国家经贸委、全球环境基金、世界银行中国可再生能源商业化发展促进项目于2001年12月正式启动,这为国内中小光伏企业提供了一个良好的发展机遇;三是国家能源政策的支持,国家将开发利用新能源和可再生能源放到国家能源建设开发战略的优先地位,这为发展光伏产业提供了巨大政策支持。
专家估算,按目前太阳能每年20%至30%的增长速度发展,20年内我国新增太阳能热水系统节省的总电量就将达到相当于三峡水电站23年的发电量总和。
我国沙漠和沙漠化土地的分布范围相当广阔,总面积约85万km²,西起新疆、东至黑龙江,断续展布于我国北部的干旱、半干旱及部分半湿润地区。
我国的沙漠主要分布在贺兰山——乌鞘岭以西的广大地区,多深居于新生代盆地之中,总面积约52万km²,由塔克拉玛干、古尔班通古特、巴丹吉林、腾格里、乌兰布和、库布其等大沙漠组成。
沙漠化土地面积约33万km²,主要分布在宁夏、内蒙古、新疆、通辽等沙漠地区边沿。
全国电力装机容量为350GW,如果建沙漠光伏电站,则需要3500km²(每平方米按照100W装机),仅占中国荒漠面积的0.4%,考虑到光伏发电全年平均1500小时(是火力发电的1/3),要达到2002年1650TWh的发电量,则需要占地11000km²,占中国荒漠面积的1.3%。
预计2020年全国总电力装机达到900GW,年发电量达到4500
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