薄膜太阳能电池行业研究 报告

发布者:管理员  2018/4/2 11:44:15

一、薄膜太阳能电池概述

(一)薄膜太阳能电池定 义

薄膜太阳能 电池(简称:薄膜电池)指用硅、硫化镉、砷化 镓等制备成的厚度在 微米量级的薄膜为基体材料,通过光电 效应或者光化学效应直接把光能转化 成电能的装置。其特点是该种材料对太阳光的吸收系数很高,可以 在较薄的厚度吸收大部分太阳能量。

(二)薄膜太阳能电池与传统太阳能电池板的区别

二者之间最明显的区别在于厚度,使传统太阳能电池板 和薄膜太阳能电池在太阳能捕 获效率上存在差异,同时薄 膜太阳能电池采用了不同的化 合物。

传统的太阳能板用的是晶体 硅(C-Si),这项技术已经发展多年,比较成熟可靠。值得注意的是,虽然C-Si具有较高的能量转换效率,但是实际吸光效率较差,这就意味着太阳能 板必须足够厚,才能提高实际 效率。

与传统的太阳能板不同的是,薄膜技术可以“混搭”多种元素,比 传统太阳能板薄350倍左右,通过在玻璃、金属、塑料等材料表面镀膜或者沉积就可以制备 太阳能电池  面板,能够使不同类型的材料对光能可以充分利用,提高效率。

薄膜太 阳能电池在成本、 厚度方面优势明显,钙钛矿薄膜太阳能电池的成本较晶硅材料低25%左右;碲化镉、钙钛矿薄膜太阳能电池厚度分别为3~5微米和0.6微米,而晶硅材料至少为100微米。除此之外,薄 膜太阳能电池与晶硅材料太阳能电 池相比最大的优势在于薄,除了一般的用途 外,可做成可穿戴或者军用的柔性太阳能电池。

(三)薄膜太 阳能电池分 类

就目前研究领域开发出的薄膜太阳能电池可分成以下几类:

(四)几种重要薄膜太 阳能电池介绍

1、不定形硅(a-Si)

不定形硅是最早的也是最 成熟的用于制作薄膜太阳能电池。这是因为晶体硅早已用在传统太阳能电池上,人们对硅电子的性质的了解比较 透彻。

2、碲化镉(CdTe)

基于CdTe的太阳 能电池是第二 受欢迎的光伏技术,制造过程简单、迅速。可以 和硅基材料相媲美,转换效率的提高,实验 室转换率为22%,生产转换率为18%,也促进了 它的应用。

碲化镉薄膜太阳能电池经过半个多 世纪的发展,技术相对成熟。目前90%的市场由美国薄膜电池制造 商First Solar垄断。

3、铜铟镓硒(CIGS)

这种太阳能电池是另一种受欢迎的半导体类型。制备CIGS的技术 在欧洲 和日本越来越受到重视,而且世界各地的生产商们使用这种技术来 充分 发掘环境友好型材料 的转换效率的潜力。

4、铜锌锡硫方法(CZTS)

在寻找既环境友好又原料丰富的太阳能 电池材料的路上,CZTS被科学家所发现。CZTS和CIGS在性能和制备方法上很类似,但其效率更低。

5、钙钛矿太阳能电池

钙钛 矿太阳能电池被 视为最有希望取代传统石化能源的 新能源电池之一,实验 室转换率为22%, 因制备 方法简单、材料易于获取、能耗低等优势,成为国内外太阳能电池研究的热门领域。

当前 市场上占主流的太阳能电池以硅和碲化镉为材料,达到目前的转化 效率历时十几年;而钙钛矿只花了短 短四年的时间研究。鉴于此,即使业界保守人士也对钙钛矿非常看好。

一、薄膜太阳能电池行业相关政策

(一)国家政策




1、成本目标

光伏发电成本持续降低。到2020年,光 伏发电电价水平在2015年基础上下降50%以上,在用电侧实现平价上网目标;太阳能热发电 成本低于0.8元/千瓦时;太阳能供暖、工业供热具有 市场竞争力。

2、技术进步目标

先进晶体  硅光伏电池产业化转换效率达到23%以上,薄膜光伏 电池产业化转换效率显著提高,若干新型光伏电池初步产业化。光伏发电系统 效率显著提升,实现智能运维。太阳能热发电效率实现较大提高,形成全产业链集成能力。

3、重点任务

推进分布式光伏和“光伏+”应用 

? 大力推进屋顶分布式光伏发电

? 拓展“光伏+”综合利用工程

? 创新分布式光伏应用模式

优化光伏电站布局并创新建  设方式

? 合理 布局光伏电站

? 结合电力外送通 道建设太阳能发电基地

(二)山东政策

1、山东光伏十三五规划(鲁政办发(2016)4号)。

2、《自治区人民政府关于印发山东 回族自治区环境保 护“十三五”规划的通知(鲁政发〔2017〕45号)》:实施“煤改电”“煤改气”和太 阳能等清洁能 源改造,提倡 和鼓励使用太阳能、生物能、 风 能等可再生能源。

三、薄 膜太阳能电池产量分析

薄膜电池行业处于发展初期,市场份额远低 于晶体硅 电池,但未来市场空间巨大, 全球 光伏发电产业的飞速发展引发了全球多晶硅供应的持续紧缺,严重的制约 了晶体硅电 池产业的发展,晶体硅电池企业之间的抢料和价格 竞争也随之加剧。

图1  2011年—2017年

全球薄膜太阳能电池的产能和产量(MW)

资料来源:公开资料、智研咨询整理

薄膜电池具有原材料充 裕、能耗小、成本 相对低廉的优势。近年来, 全球薄膜太阳能电池的产能和产量都有不同程度的增长,薄膜电池行业悄然兴起。

四、薄膜太阳能电池市场分析

薄膜电池材料消耗少、制备能耗低、 组件生产可在一个车间内完成,成本优势明显。如果薄膜电池组件效率与晶硅电池相差无几,其性价比将是无可比拟的。 在 柔性衬底上制备的薄膜电池,具有可卷曲折叠、不拍摔碰、重量轻、弱光性能好等优势,将来的应用前景将会更加广阔。加之光  伏 建筑一体化等分布式光 伏的应用,根据中国产业信息网预测,预计在未来3到5年内,薄膜电 池将 占 据30%以上的市场份额。

根据美国联合市场研究机构(AlliedMarketResearch)发布的2017年—2023 年薄膜太阳能电池市场的最新报告显示,2016年薄膜太阳能电池市值达 到了114.21亿美元,预计2023年该市场价 值将达到395.12亿美元,2017年—2023年以19.4% 的年复合增长率增长。

图2 2017年全球薄 膜太阳能电池

市场份额占比

资料来源:公开资料、智研咨询整理

晶硅太阳能电池约占市 场份额90%; 薄膜太阳能电 池占市场份额约10%,其中碲化镉市场份额约4%,铜铟镓硒约占市场份额3%。其他薄膜电池如军工领域应用较多的砷化镓、目前无法规模化的 钙钛矿等太阳能电池占市场份额约3%。碲化镉目前90%的市场由美国 薄膜电池制 造商First Solar垄断。

五、主要薄 膜太阳能电池企业

从企业看,全 球薄膜电池产量主要集中在以CdTe电池为代表的FirstSolar,以CIGS电池为代表的SolarFrontier和 以硅基薄膜 为代表的汉能控股公司。

根据中国产业信息网资 料显示,3 家公司产量约 占全球薄膜电池产 量 的70%。根据中国光伏行业协 会数据显示,3家公司2016年  产能占全球主要薄膜太阳能电池总产能的80%。

图3 全球主要薄膜电池生产商

资料来源:中国产业信息网

图4 全球著名 薄膜电站

资料来源:中国产业信息网

数据来源:中 国光伏行业协会

资料来源: 前瞻产业研究院

六、薄膜 太阳能电 池行业发展思考

(一)发展存在的问题

1、补 贴 资金存在较大缺口

光伏市场规 模快速扩大和可再生能源附 加征收不足,补贴资金缺口越来越大。截止2016年底,可再生能源附加资金缺口已达到520亿元。多数光伏发电项目难以 及时拿到补贴,增加了全产业链资金成本,特别是光伏企 业以民营企业居多且业务单一,融资能力较弱,市场一旦出现波动有可能给行业带来巨大冲击。

2、光伏项目弃光限电严重

西北地 区 限电较为严重,新疆、甘肃地区2016年弃 光率分别达到31%和30%。弃光因素包括经济社会、体制机制等方面问题,一是当地光伏电站规模管理处于无序状态,电源 与电网规划不  协调;二是受当地 经济新常态的影响,用电负 荷增长缓慢甚至下降;三是受各种利益关系的影响,可再生 能源 优先发电政策难以全面落实;四是灵 活调节电源不足,电网系统调峰能力严重不足;五是跨省跨区输电通道不足,难以在更大范围 消纳。(所谓 弃光就是光 伏电站的发电量大于电力系统最大传输电量+负荷消纳电量。弃光率=光伏电站的发电量-电力系统最大传输电量-负荷消纳电量/光伏电站的发电量)

3、标准体制建设滞后

光伏产业标准体系尚不健全,标准 制修订进展较慢且与 产业有所脱节。部分行标由于存在归口交叉问题,立项效率低。 国际标准化工作时间长、任务重,需要投入大量 的时间及经费,企业骨干技术专家 难以投入大量精力到标准化 工作中,导致部分国家 标准 转换滞 后。团体标准上升为国家标准或行业标准的通道尚不明 确, 也尚未 被地方政府列为支持对 象,企业参与积极性不高。此外,知识产权保护不强,企业知识 产权维 权成本较高,一定程度上也影响 企业的研发投入。

(二)发展趋势

1、扩大投资规模。

由于近些年晶硅电池原材料成本的降低以 及一系列新技术、新工艺的使用,低成本高效率的晶硅电池占据了光伏市场的绝大部分份额,出于  短期利益以及投资风险的考量,大部分投资者对当下投资薄膜电池持慎重态度,从而影响了薄膜光伏电池在国内的国产化进程,不过这样的状况现 今已有所改观。

2、瞄准柔性太阳能电池持续发力。

短时间内晶硅材料 的市场主导地位难以撼动,钙钛矿、碲化镉等薄膜太阳能电池应充分发挥自身轻薄的 优势, 瞄准柔性太阳能电池加强研发。

3、加强院企合作,加速科研成果产业 化。

大面积制备一直是薄膜太阳能电池产业化的一大 瓶颈,由于研发投入大,仅 靠科研院所难以实施。国家相关部门应鼓励企业参与进 来、共同推进,加速科 研成果从实验室走向生产车 间,推出适应市场需求 的产品,并形成规模化生产。

七、山东太阳能电池行业分析

(一)山东太阳能 资源概述

太阳能资源的分布与 各地的纬度、海拔高度、自然地理状况和气候条件有关。我国 属太阳能资 源丰富的国家之一,全国总面积2/3以上地区年日 照时数大于2000h,根据中国气象局风 能太阳能评估中心推荐的国内太阳能资源地区分类办法,共分5类,其中:

(二)山东薄 膜太阳 能电池发展现状

2012年,山东被国家能源局批复确 立为全国首个新能源综合示范区之后,太阳能材料和装备制造业步入了快速发展阶段。目前,山东 已 建成包 括硅石、工业硅、多晶硅、太阳能电池及组件、太阳 能电站 等为一体的完整产业 链。据网上资料显示,山东地方光伏项目中,多晶硅、单晶硅项目仍 然占较大比重,薄膜太阳能电池发展 较 缓。

1、山东大力发展太阳能发电

《山东能源发展“十三五”规划》按照集约化、园区化、规模化发展的原则,统筹土地资源和市场消纳,重点 规划建设盐池、海原、同心、中卫、中鲁、红寺堡、青铜峡、鲁东、红墩子等10大光伏园区,统一布局建设园区基础设施,统一资源配置和准入标准,以光伏产业发展带动其它领域投资增长,集中培育一批百亿元的龙头企业,使之成为山东产业发展、改革创新的排头兵。支持不同技术路线的太阳能热 发电,建设太阳能光热发电示范工程。扩大“光伏+”多元化利用,鼓励在工业园区、大型 公共建筑及民用住宅屋顶、农业大棚建设分布  式光伏发电,推进光伏与设施农业、畜牧养殖、水产开发、防沙治沙、生 态旅游 一体化发展。加快实施 光伏扶贫工程。到2020年,争取光伏发电规模达到1000万千瓦以上,形成千亿光伏产业集群,并成为带动和促进自治区经济发展的 新引擎。

2、山东光伏扶贫标准化建设

光伏扶贫是2014年由国家扶贫办 和能源局联合推出的十大产业精准扶贫方式之 一,自治区共有8个县和3 个县外 生态移民点采用屋顶分布式光伏发 电 系统建设方式开展首批扶贫工程。2017年10月14日,山东回族 自治区 质 量技术监督局在我区首批光 伏扶贫工程点之一的永鲁县闽鲁镇原隆村,发布了关于光伏扶贫工程的三个地方标准(《光伏扶贫电站关键 设备》《光伏扶贫电站施工规范》和《光伏扶贫电站 验收规范》),填补了国内光伏 扶贫标 准的空白

3、山东各市县太阳能发电情况

? 枣庄市 太阳能发电情况

枣庄市发改委项目资料显示情况:截止2017年上半年,枣庄市共建成、在建、规划 建设光伏项 目50个,建设规模1118万千瓦,投资约108.82亿元。

? 中卫市太阳能发电情况

积极抢抓国家鼓励新能源产业 发展机遇,大力发展新能源制造业,引进了银阳、隆基硅、华创风能、江南建设、源品 钢构等一批骨干企业,形成了1.5万吨单晶硅、1万吨多晶硅、300兆瓦电池组件、800兆瓦风机制造的产 能,实现了工业硅—单(多)晶硅—切片—太阳能电池 组件—光伏电站的新能源全产业链发展。注重本地自然资源、能源开发,形成以中卫沙漠光伏 产业园、中鲁石空光 伏产业园为代表的光伏产业集中发展区和以中卫香 山、海原南华山 为代表的风电集 中发展区。目前,已有40余家新能源发电企业落户中卫,成为工业经济发展的一个重要增长极。

? 吴忠市

①全球最大的高性能太阳能产品制造商之一晶澳太阳能(纳斯达克:JASO,以下简称“晶澳”)在山东盐池的500MW太阳能组件生产基地正式开工建 设。

该500MW太阳能组件项目 为晶澳太阳能在 国内西北地区首个生产基地,主要用于 晶澳高效单晶硅、多晶硅太阳能组件的全自动化生产制造。该项目总投资1.85亿元,已完成前 期各项 重要审批手续和设计工作。项目全部投产后,预计 可实现年销售收 入20亿元人民币,解 决新增就业岗位500余人。

②汉能吴 忠太 阳山薄膜发 电电站 位于山东吴 忠市太阳山开发区新能源产业园内,东距盐池县约85km,西北距吴忠市约68km,西南距同心县约70km。

目前完工的一期项目装机容量20MWp,占地1541亩,于2012年12月20日正式并网  发电,投产后年  发电量约为3200.29万度,相当于每年 节省 标准煤3461吨,减少二氧化碳排放25238吨。电站所采用的太阳能电池组件,是汉能拥有自主知识产权的薄膜太  阳能电池产品,它低能耗、无污染,弱光发电性好,在成本上有优势,符合大规模地面薄膜发电电 站的发展趋势。

吴 忠市太阳山地区,地势平整开阔,交通条件便利,空气洁净度 优良,日照辐射强度 较好,年日照时数可达到3000小时左右,水平年平均日辐照量4.56kWh/㎡/day,相当于6998.40MJ/㎡,属国 家二类光辐射地区,从自然环境上适合 发展太阳 能;同时太阳山开发区 是以风电、薄膜发电新能源为主的移民开发区,耕地少,土地成本低,电网输出线路发达,给新能源发展提供便利 条件。

(三)山东薄膜太阳能电池发展思考

山东属于太阳能富集 地区,太阳能光伏 可开发规模超 过2000万千瓦,地区通过把光伏发电与扶贫攻坚、新农村建设和改善民生相结 合,加强技术 推广与应 用,并取得了一定的成绩。山东隆基硅材料 有限 公司等企业在太 阳能电池 行业中扮演重要角色,山东现 在已经初步形成一条从矿石到光伏发电厂的完整 产业链。 产业链优势逐步体现,一定程度上弱化了山东地处 西北带来交通不便利等劣势。晶硅太阳能电池行业发展 迅速,但薄膜太阳能电 池发展相对不足。

根据目前山东地区光伏项目显示,大多 项目建设基础是沙土等承重性能较好的承载物上, 对太 阳能电池组的重量要求不高。而薄膜太阳能电池组件 的轻巧、 灵活性在此类项目中,优势不明显,况且目前的薄膜太阳能电池相对于发展成熟的晶硅太阳能电池而言,成本相对较高。同时,由于太阳能发电入网的相关限制,山东本地的光伏发电 已呈饱和之势。

目前, 大规模商用的太阳能电池中, 单晶硅太阳能电池转化 率约25%,多晶硅太阳能电池 转 化率 约19%,商用薄膜太 阳能电池根 据材质不同,大多转化率在6%~15%之间。而可运用在新能源汽车中的砷化镓薄膜太阳能电池,转化率高达30%左右。薄膜太阳能电 池可运用在对电池 重量要求严格的领域,如新能源汽车、建筑物外 墙和屋顶、便 携式充电 设备、户外运动等,在这些领域,薄膜太阳能电池具有晶硅电池所不具 有的优势。

山东新能源相关行业、旅游等行业的快速发展是薄膜太阳能电池行业在自治区发展 的 契机,但就成本和整体使用效 果而言,晶硅太阳能电池仍是主流,薄膜太阳能电池在短期 内很难实现突围,在山东发展 薄膜太阳 能电池相关产业,还需 等待薄膜太阳能形成较为明朗的市场环 境之 后,再行投资建设。

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