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-0-2020/6/19光伏技术发展与问题分析沈辉博士（Dr.-Ing）教授中山大学太阳能系统研究所，顺德中山大学太阳能研究院2014年03月19，中山大学怀士堂-1-2020/6/19目录•中山大学光伏团队•光伏技术发展背景•光伏技术综合评价•太阳电池技术发展•光伏组件技术现状•光伏电站技术发展•光伏技术发展趋势•广东光伏发展建议-2-2020/6/19中山大学光伏团队1.太阳能系统研究所，2005，广州-大学城2005年成立，主要骨干来自中国科学院2.电力电子及控制技术研究所，2003，珠海-唐家湾2003年成立，主要骨干来自教育部光伏技术重点实验室3.顺德中山大学太阳能研究院，2010，顺德-大良2010年成立，顺德区与中山大学共建广东省教育厅重点实验室，2006国家新能源工程技术研究中心华南分中心2010广东省光伏技术重点实验室，2011-3-2020/6/19编著的相关专业书籍•沈辉、曾祖勤主编:《太阳能光伏发电技术》，化学工业出版社，2005•沈辉、曾祖勤主编：马振基校订：《太阳能光电技术》，台湾五南图书出版社，2008•刘正新、沈辉,译著：《太阳电池》，化学工业出版社，2010•吴志坚、叶枝全、沈辉，主编:《新能源和可再生能源的利用》，机械工业出版社，2006•沈辉、刘勇、徐学青，编著:《纳米材料与太阳能利用》，化学工业出版社，2012•沈辉、褚玉芳、王丹萍、张原，译著：《太阳能光伏建筑设计》，科学出版社，2013•梁宗存、沈辉、史珺、任丽、张新、任丙炎《多晶硅与硅片生产技术》，化学工业出版社（2014）•正在修改：《晶体硅太阳电池工艺》、《光伏电站设计与建造》、《太阳能光伏发电技术（第二版）》、《光伏器件与系统检测技术》•正在翻译：《硅薄膜太阳电池》、《纳米磁性颗粒在医学中应用》-4-2020/6/19光伏技术发展背景•一切能源来自太阳•化石能源•自然能源•电能–人类找到的长期的能源形式，方便、快捷、安全、高效。•来自太阳的启示：人工照明，导致人造光源（促进了电的需求）数百年发展史，即电转为光的时代！目的：能源消除黑暗！•现在：光转为电的时代！目的：解决能源需求问题！-5-2020/6/19•托马斯·阿尔瓦·爱迪生（ThomasAlvaEdison，1847年-1931年），1879年发明电灯，1880年获得专利。光伏技术发展背景技术源泉：伏打-贝克勒尔-爱迪生-爱因斯坦•亚历山德罗·伏打伯爵（CountAlessandroVolta,1745-1827），意大利物理学家，因在1800年发明化学电池：伏打电堆（voltaicpile）而闻名于世。•埃德蒙·贝克勒尔（E.Becquerel，1820-1891，1839年在19岁的时候在做电化学实验时发现光伏现象。•阿尔伯特·爱因斯坦(AlbertEinstein，1879-1955)，1905年用光子假说圆满“光电效应”，提出光量子（E=hν）概念与定义。-6-2020/6/19光伏技术发展背景•1839年贝克勒尔发现光电流效应（光伏效应）•Volta：伏打，人名，Voltaic：电的；Volt：伏特，电压单位•英国皇家医生A.Smee在1849年采用“Photo-Voltaic”•Photovoltaic(PV):光伏？即光电•PVconversion:光伏转换？光电转换！•从伏打的电力-贝克勒尔光伏效应（伏打印记）-爱迪生对光的追求：电力转为光能-爱因斯坦对光的本性的认识：光的转化与产生；光伏发展思想路线-科学发现与创新接力传递-•同样来自太阳的启发：光究竟是什么？电磁波还是粒子？-7-2020/6/19光伏技术综合评价•光伏技术发展条件：原理、材料、技术、需求•半导体材料与技术•太阳电池发展，类似于半导体照明，可以说太阳电池发电是半导体发电：太阳电池是光子器件！（如何用太阳电池来探索光的本性？）•从现在开始，能源革命：人类要将进入将光转变为电的时代！•世界太阳电池产量：1976年不到1MW，2012年大于35GW！-8-2020/6/19图1太阳能的自然转换与技术转换即所谓的一次能源及二次能源对应关系 -9-2020/6/19图2获得电力的几种代表性的能量转换过程 -10-2020/6/19光伏技术综合评价•化石能源发电综合效率50%，但是消耗地球有限资源，并造成污染！•核电：1克当量的铀235相当与燃烧3.3吨煤的能量！但铀资源有限，安全性？核废料处理？•大水电：最经济，但地质影响？安全性？•光伏发电：效率不高，但是没有消耗地球资源，且不产生污染！•光伏发电效率与化石能源发电效率不能相提并论！•（光伏电力所需原料来源于地球外的阳光资源！）-11-2020/6/19表11982年晶体硅电池能量回收期估算（沈辉整理自MartinA.Green《太阳能电池－工作原理、技术和系统应用》75－76页）-12-2020/6/19表2在2009年任丙炎对光伏发电经济分析结果（沈辉整理自任丙炎报告）-13-2020/6/19光伏组件生产全过程耗电量•某公司拥有整个产业链，1、2月份的数据，只计算了主材的生产电耗，银浆、玻璃、边框等辅材没有计算在内，以每片多晶硅电池效率17.5%（已经扣除组件封装损失），折合4.25W计算。详细的数据如下：•硅料：采用冷氢化技术以及36对棒还原炉，每公斤硅料电耗为91度；每公斤多晶硅可以产出硅片45片。则每瓦的电耗为•91/45/4.25=0.476（度/瓦）•硅片：铸锭0.34度/片，切片0.48度/片。合计0.82度/片，折合0.193度/瓦。（硅片厚度180？尺寸156x156）•电池：0.116度/瓦。•组件：0.047度/瓦。（组件由60片电池组成）•合计：每瓦多晶硅电耗：0.476+0.193+0.116+0.047=0.832度/瓦•(以上数据由许欣翔、梁学勤2004年3月提供)-14-2020/6/19光伏技术综合评价•广州地区光伏组件发电效果比较（2006年-）•单晶硅、多晶硅、HIT、非晶硅、铜铟镓硒、碲化镉•2006年单晶阵列（3.2kWp）建成（8月底9月初建成）；2007年8月7日多晶阵列（2.3kWp）建成；2008年1月CIGS方阵（1.120kWp）建成；2008年1月21日非晶硅方阵（1kWp）、CdTe方阵（1.120kWp）、HIT方阵（1.08kWp）建成；2009年3月13日-2010年3月23日，多晶硅断开，修建光伏小屋，多晶硅方阵移位，移位过程中两块组件摔坏，多晶硅方阵变为2.1kWp。2013年5月4日，六个方阵线路改造，所有线路停，至2010年10月系统全部改造完，并且数据采集系统开始采集数据。•1982年多晶硅组件（23年+4年，1982年产，1984年安装在海南岛）•旧组件阵列安装容量为5.88kWp，该阵列中的144块多晶硅太阳点知组件已经在海南运行了23年，时间为1986年-2008年。在2010年，中山大学太阳能系统研究所对这批组件的电性能进行了测试研究，重新标定并更换了组件的接线盒后，把144块组件重新建成光伏发电阵列，通过逆变器并入公共电网。•1996年单晶硅组件（西门子，1996年安装在深圳外资企业110kW）•即将在全国布点安装，以研究晶体硅组件寿命与衰减情况-15-2020/6/192011年1月144.6163.91219.73（25）79.6474.6856.77（25）418.632011年2月128.7162.19211.2570.2469.6478.05384.252011年3月133.0566.50175.6473.9374.1762.34411.682011年4月184.4993.92261.78102.19103.3793.79548.852011年5月180.1396.26261.9198.46102.5091.40537.092011年6月181.6499.22262.8298.11104.1082.69535.552011年7月212.93117.14266.25115.16121.0797.40619.352011年8月249.58137.57360.41135.79139.99138.12718.292011年9月208.36112.98299.12113.80115.98115.15601.412011年10月189.66100.34261.08（31天）104.29103.23100.29（31天）1,079.722011年11月181.6093.45243.20100.7997.3395.582011年12月202.7394.92272.43113.96103.56110.39579.972011年2,197.491,138.403,095.621,206.361,209.621,121.976434.79（355天）kWh/kWp1,046.421,138.40967.381,077.111,080.021,038.861,094.352013年1月144.9569.82190.4784.2679.5185.69450.072013年2月115.8852.14156.7066.7465.7466.94368.352013年3月111.4157.77151.5264.2162.4465.44380.932013年4月94.0356.67131.6355.3956.5659.00316.362013年5月134.0075.54180.5278.5281.5081.80466.152013年6月141.2777.22188.7882.5185.1484.66544.372013年7月167.0087.41221.2596.8198.9698.77558.312013年8月165.2086.98216.5695.8697.9197.97520.972013年9月146.4077.44187.3185.4085.0184.14458.222013年10月181.8086.95226.56106.91100.7080.33554.652013年（10个月）1,401.94727.941,851.30816.61813.47804.744618.38（288天）kWh/kWp667.59727.94578.53729.12726.31745.13785.44p-Sia-Sim-SiCIGSCdTeHIT旧组件阵列装机容量2010年由2.3kWp变为2.1kWp1kWp3.2kWp1.12kWp1.12kWp1.08kWp5.88kWp-16-2020/6/19光伏技术综合评价•建立我国光伏技术评价体系：效率评价、寿命评价等技术中国标准：太阳电池的效果是与地域分不开的！（与气象部门合作？）•电池技术评价国际室外试验场：统一实验标准！•西宁：高海拔、高寒带，晶体硅、薄膜？旧组件？•齐齐哈尔：低海拔、高寒带，晶体硅、薄膜？旧组件？•昆明：高海拔、光照丰富带•无锡：长三角平原、四季分明•广州：珠三角平原、长夏无冬地带（顺德、中山）晶体硅、薄膜、旧组件•桂林：晶体硅、薄膜•武汉：中部地区、冬寒夏热，晶体硅、薄膜、旧组件？•西昌：西南地区、阳光充沛•三亚、海口：海岛、亚热带、长夏无冬，-17-2020/6/19表3.我国光伏发电占比与光伏组件安装量发展预测-18-2020/6/19太阳电池技术现状•国际发展概况•2012年光伏安装100GW，美国、欧盟双方背景•欧盟、日本、美国等光伏发展现状•国内发展概况•产业调整、重组阶段，光伏产业具有国际竞争力！•2015：35GW；2020：50–100GW•17个分布式能源示范区、三个重点推广地区•光伏产业技术现状•晶体硅电池：多晶-18%-19%；单晶-20%-22%•薄膜电池：处于低潮阶段，但是仍是重要的发展方向•光伏技术研究课题•高效晶体硅电池、系统技术、储能技术、新材料与新技术-19-2020/6/19太阳电池技术现状-20-2020/6/19高效晶体硅太阳电池典型结构IBC电池MWT电池HIT