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光伏进入“领跑者”时代:高效制胜

TIME:2017-03-30 13:00:55    来源:原创    作者:陕西中石实业

     自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转换效率在6%左右的实用单晶硅太阳能电池,1960年人类第一次将光伏发电并入电网开始,至今光伏行业已然发生翻天覆地的变化,光伏发电已成为极其重要的清洁能源。

    光伏发展至今,“效率”与“成本”始终是产业发展的关键词,被重点关注。

成本优势    光伏业发展迅猛

    上世纪90年代后期,人类对光伏发电的需求开始加速,到1999年全球累计光伏装机突破1GW,其后以每年40%左右的速度增长,全球光伏市场呈爆发式增长。下游市场的大幅增长带动了上游扩产,这时期,快速扩张和更低的成本显得更加重要,多晶铸锭明显的成本优势打开了一片新市场。
    规模化量产以及成本优势使得我国光伏产业规模不断扩大,反之,又促进成本进一步下降。国际可再生能源署日前发布最新报告,全球大型地面光伏发电项目的平均投资成本在2009年~2015年间下降了62%(从5美元/瓦降至低于2美元/瓦),尤其“十二五”期间(2011年~2015年),我国光伏发电成本降幅接近70%,已经达到每千瓦时0.8元以下。正如国家能源局新能源和再生能源司副司长梁志鹏指出的一样,“‘十二五’期间我国的光伏产业规模不断扩大,归根到底是依靠成本的竞争优势。”可以说,过去这么多年,我国光伏产业依靠成本优势获得了巨大发展。
单纯依靠成本优势有其局限性,光伏很可能陷入落后产能不能及时退出市场、先进技术产品无法进入市场、光伏产业整体技术升级缓慢、光伏发电工程质量存在隐患等的局面中。“成本的竞争优势是中国在过去发展中一个特殊时期的优势。在发展的初期,需要有成本方面的优势,但是到了新的时期,如果继续依赖、高度依赖成本竞争优势,那么行业就会进入恶性竞争,走入一个质量有待提高、技术进步缓慢的困境,势必会影响未来持续发展的能力。”梁志鹏表示。

不变法则    越高效越经济

    按照国家能源局提出的目标,到“十三五”末,力争太阳能发电规模较2015年翻两番,成本下降30%。另外,迈入“十三五”,补贴逐渐下调已经成为一种无法避免也不可逆的趋势,光伏产业未来必然走上平价上网的道路。补贴下调的同时,能否继续保持领先优势以及规模增长,实际上取决于现在能不能实现发展方式的转变,转而追求度电成本优势。
    太阳能能量密度低,收集成本高,这一特点决定了降低光伏发电成本的唯一方式,就是提高组件转换效率。需要强调的是,越高效越经济是不变的法则。从单片电池来说,当转换效率提升了,每瓦银浆、硅料等消耗变少了;从单块组件来说,当转换功率提升,每瓦玻璃、背板、铝边框、EVA等消耗减少了。另外,在单位面积上建设光伏电站,电站施工所用的建材、土地、工程成本,其使用数量是刚性的。当组件功率提升,同样容量的电站需要的土地就减少了,相对应的支架、线缆、汇流箱等也减少了,分摊到每一瓦电站建设的成本也就下降了,具有更好的经济性。据测算,组件转换效率每提高1个百分点,光伏发电成本能降低6%以上。
    举例来说,主要光伏电站投资者在270W、280W组件中进行选择时,往往会选择投资收益更高、更高效的“领跑者”组件。相同装机容量电站,280W组件相比270W组件可减少组件用量3.7%,节约土地成本、施工成本、物流运输成本、直流线缆、支架、汇流箱成本等达3.7%。尤其是对于山地、采煤深陷区等复杂地形和水面电站,280W组件可大幅度降低电站工程成本,提高电站收益,更好地体现高效集约的产品优势。
    事实上,光伏制造技术发展的核心也是转换效率。过去5年,无论单晶还是多晶电池,都保持了每年约0.3%~0.4%的效率提升。截至2015年年底,我国年单晶及多晶电池产业化效率分别达到了19.5%和18.2%。当前晶体硅电池实验室转化效率已超过25%,为未来产业化效率提高奠定基础。更重要的是,国家推广“领跑者”先进技术,组件技术先进性的核心指标为转换效率,要求多晶硅电池组件和单晶硅电池组件的光电转换效率分别达到16.5%和17%以上。

技术创新    “领跑者”前行动力

    “在‘十三五’时期,必须把行业的重点转为‘技术领先’,在全球依靠技术先进来巩固市场竞争力。”梁志鹏表示,“领跑者”计划推出一年来,技术领先的产品普及与推广迅速加快。行业制造水平、应用水平、标准及测试等方面整体大幅提升,在组件产品转换效率提升方面促进作用更是明显。受“领跑者”计划的影响,我国光伏设备行业开始全面进入拼质量、拼效率的时代。
    过去一年,整个产业不断进行技术革新、加大技术研发投入,不断刷新转换效率世界纪录,量产效率提升明显。从首个“领跑者”基地——大同采煤沉陷区光伏领跑者示范基地的建设情况来看,17%及以上转换效率的组件产品市场份额在大同一期领跑者项目中占比约70%。究其原因,近两年,单晶产品技术革新更快,率先向市场推出具备经济性的高效产品,更好地支撑了领跑者项目发展。以大同一期“领跑者”项目为例,单晶组件中有大量的高效新技术产品被应用,合计达200MW,而多晶高效新技术产品仅有28MW。
    近两年,单晶企业通过技术进步,拉单晶环节增加投料量,连续拉晶获得成功,拉晶成本降至0.03美元/瓦,与多晶铸锭每瓦成本持平。2014年开始,单晶企业全面推广金刚线切片技术,大大提高硅片品质,减少制绒成本,同时提高了硅片生产速度,这也使得单晶切片成本降低了15%~20%。另外,多家企业单晶电池PERC产线上马扩产等在国内外形成规模效应,这部分扩产的单晶电池生产设备多为引进的新设备,具备更先进技术和更高效的能力。种种因素下来,导致单晶效率提升更快、成本下降迅速,更好地满足了“领跑者”要求。同时也需看到,还是有不少单晶电池产线为老线,此部分产能约占到50%左右,生产出来的电池片转换效率难以突破瓶颈,只有20%左右满足领跑者要求。另外虽然单晶PERC电池可以更好地满足领跑者要求,但关于单晶PERC电池产能多数尚未释放出来。
    另一方面,近两年多晶企业集中在多晶EL黑区、良品率稳定性的研究,导致多晶铸锭的技术提升速度慢了。但是,金刚线切配合黑硅技术,融合PERC背面钝化电池技术,可以从根本上提升多晶电池的转换效率,完全也可以适应领跑者要求。日前,多个一线品牌厂商就发布了其高效多晶产品,多晶效率屡屡突破20%瓶颈。晶科能源宣布其采用PERC和黑硅技术的高效多晶电池已进入量产阶段,目前已经实现了20%以上的高效多晶电池的批量生产,有望在年内实现20.5%以上量产效率。晋能清洁能源总经理杨立友近日表示,目前该公司量产270W高效组件产出比已突破78.29%,预计到2017年270W高效多晶产品产能有望达到90%。保利协鑫CTO万跃鹏在2016年光伏行业协会半年总结会议中表示,当前占据绝对主流地位的P型多晶技术,经过多年的产业化运作,储备了一系列较成熟的先进技术,完全可以满足“领跑者基地优选标准”各档次的评分标准。可以说,多晶产品转换效率仍具较大潜力,多晶企业需加速推进新技术应用。
    综合来看,晶硅产品都具有较大技术进步空间,单多晶转换效率都具备很大的提升空间。因而尽管“领跑者”瞄准转换效率,但考虑到产业发展实际,给多晶技术进步一定时间,短期内在组件“领跑者”标准方面将可能继续保持单多晶组件0.5个百分点的效率差距。考虑到单多晶成本趋于一致、晶硅效率提升空间均有前景,未来决策部门应该会探讨统一晶硅组件“领跑者”效率标准。
    实践证明,不论单多晶技术,都是成熟的晶体硅技术;不论何种路线,加速技术投入与革新,实现更高的效率与更低的度电成本,才是赢得市场的关键。可以确定的是,“更高效更经济”将成为行业共识,技术革新更快、新技术应用更好的企业才能更好地适应“领跑者”时代。

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