新疆光伏技术研究报告

新疆光伏技术研究报告吐鲁番发展改革委员新疆明阳新能源产业有限公司2016 年 7 月第 1 页，共 11 页编制说明本报告依据 “ 关于委托明阳编制光伏技术报告专题会议 ”和 “ 关于委托明阳编制光伏技术报告技术交底会议纪要 ” 内容编制。第 2 页，共 11 页新疆光伏技术研究报告一、引言1.1、光伏技术路线和发展现状中国光伏发电产业于 20 世纪 70 年代起步，进入 21 世纪以来，中国太阳能光伏产业发展迅速，特别是 2004 年之后，在欧洲市场的大力拉动下，更是飞速发展。 据国家能源局发布消息， 截至 2015 年底， 中国光伏发电累计装机容量 4318万千瓦，超越德国成为全球光伏发电装机容量最大的国家。 2015 年，在内外部环境的共同推动下， 我国光伏企业加大工艺技术研发力度， 生产工艺水平不断进步。骨干企业多晶硅生产能耗继续下降，综合成本已降至 9 万元 /吨，行业平均综合电耗已降至 100kWh/kg，硅烷法流化床法等产业化进程加快 ;单晶及多晶电池技术持续改进，产业化效率分别达到 19.5%和 18.3%，钝化发射极背面接触(PERC)、异质结 (HIT) 、背电极、高倍聚光等技术路线加快发展 ;光伏组件封装及抗光致衰减技术不断改进， 领先企业组件生产成本降至 2.8 元 /瓦， 光伏发电系统投资成本降至 8 元 /瓦以下，度电成本降至 0.6~0.9元 /千瓦时。1.2、光伏技术发展趋势和成本空间下降趋势1.2.1 2015~2016年光伏技术发展趋势据国能新能 〔 2016〕 166 号发布文件 《光伏发电建设实施方案的通知》 ， 2016年光伏技术进步仍将是以产业发展为主题，倡导光伏“领跑者”基地建设，明确规定“领跑者”先进技术产品指标。此方案有效拉动高效产品市场需求，有利于推动企业技术升级和产品质量提升， 促进我国光伏产业转型升级， 预计产业化生产的多晶硅电池转换效率将超过 18.5%， 单晶硅电池有望达到 20%， 主流组件产品功率将达到 265~270W。与此同时，国家政策鼓励光伏前沿技术产品使用，预计新型薄膜、异质结、高倍聚光等高新技术将向产业化、规模化方向发展，推动我国光伏制造向光伏智造转变，提升产业核心竞争力。1.2.2 “ 十三五 ” 期间技术发展、成本下降趋势据国家能源局消息， “ 十三五 ” 时期， 我国太阳能发电产业规模有望得到大幅提升。根据国家能源局提供的规模发展指标，到 2020 年底，太阳能发电装机容第 3 页，共 11 页量有望达到 1.6 亿千瓦，年发电量达到 1700 亿千瓦时。单晶电池产业化转换效率达到 23%以上，多晶硅电池转换效率达到 20%以上，新型薄膜电池、高倍聚光实现产业化。建设和发电成本在 2015 年的基础上，下降 20%以上。中东部地区建设成本在 7 元每瓦以下，西部地区建设成本在 6 元每瓦以下。二、主要商用太阳能电池现状及特性对比目前， 国内绝大部分光伏企业采用的是晶硅电池。 晶硅电池所占市场份额超过 90%，薄膜电池仅占 7.5%~8%。今年 6 月，国家能源局、工信部、国家认监委联合对外发布《关于促进先进光伏技术产品应用和产业升级的意见》 ，提出要提高光伏产品市场准入标准， 实施 “ 领跑者 ” 计划， 引导光伏技术进步和产业升级，有助于我国薄膜、 高倍聚光等高新光伏电池的发展， 这意味着我国对薄膜、 高倍聚光技术的认可和容忍度也在加大。主要商用太阳能电池特性对比表见表 2.1。表 2.1 主要商用太阳能电池特性对比表电池种类晶硅类 薄膜类 高倍聚光单晶硅 多晶硅 非晶硅 碲化镉 铜铟镓硒 砷化镓商用效率 14%～ 20% 12%～ 16% 5%～ 9% 8%～ 13% 8%～ 15% 25%～ 32% 实验室效率 25.0% 20.40% 10.10% 16.70% 20.00% 40% 环境适应性输出功率与光照强度成正比，在高温条件下效率发挥不充分。弱光响应好。 高温性能好， 受温度的影响比晶体硅太阳能电池要小。适合光资源较好的Ⅰ、 Ⅱ类资源区， 光谱吸收范围广， 转化效率高， 耐高温性好。国内自动化生产情况产业链完整，生产规模大、技术先进。2007 年底 2008 年初国内开始生产线建设， 起步晚， 产能没有完全释放。起步晚， 发展缓慢， 产能没有完全释放。生产成本 较高 较低 高主要特点优势 效率高，技术成熟。 弱光效应好，成本较低。 转化效率高，发电量高。劣势制造能耗大，衰减大，度电成本较高。 占地面积大，效率较低。光照条件要求高， 成本相对较高。三、新疆地区光资源条件及光伏发电现状和前景分析3.1 新疆光资源分布简介新疆水平面年太阳辐射总量在 5 000～ 6 500MJ/㎡之间，年平均值为 5 800 MJ/㎡，年辐射照度总量比我国同纬度地区高 10%～ 15%，比长江中下游地区高15%～ 25%，仅次于青藏高原，居全国第 2。年平均日照时数为 2 500～ 3 550 h，第 4 页，共 11 页全年日照＞ 6 h的天数为 250～ 325 d。年日照百分率为 60%～ 80%。依据太阳辐射量分为 4 个资源带：①东疆东部为资源丰富带，年太阳总辐射量＞ 6200 MJ/㎡。②天山南麓为资源次丰富带，年太阳总辐射量 5 800～ 6 200 MJ/㎡。③天山北麓为资源较丰富带，年太阳总辐射量 5 400～ 5 800 MJ/㎡。④北疆中部、北部为资源亚丰富带，年太阳总辐射量 5 000～ 5 400MJ/㎡。图 3.1 新疆地区水平面年太阳辐射总量分布图3.2 新疆光伏发电现状新疆太阳能利用较早， 利用领域也较为广泛。 不仅建设了一批大型并网光伏发电项目、 建筑光伏一体化 (BIPV) 工程， 而且还利用光伏发电解决了大电网不能覆盖的边远地区居民用电、人畜引水、农口浇灌等用电问题。实施“新疆送电到乡工程”和“新疆丝绸之路光明之路”，解决了边远无电地区农牧民的基本生活用电问题。 据国家能源局和新疆经研院公布信息， 2016年第一季度新疆累计装机容量达 639万千万。图 3.2为新疆近 7年光伏装机容量统计，可看出新疆光伏发电装机容量逐年增加， 发展迅猛。 但因新疆当地电力消纳能力及电网结构现状， 致使新疆（含兵团）弃光限电 7.6亿千瓦时，弃光率达 52%，造成电能的严重浪费，发电企业利益损失巨大，严重影响了当地清洁能源的健康发展。第 5 页，共 11 页图 3.2 2010— 2016年新疆光伏累计装机容量为有效扩大新能源消纳， 促进新能源持续健康发展， 新疆发改委于 2016.07.18发布了 《关于扩大新能源消纳促进新能源持续健康发展的实施意见》 ， 着力加强新能源供给管理、 拓展新能源消纳市场、 优化电网系统调度、 加强可再生能源保障性收购监管，遏制弃风、弃光居高不下的势头，把弃风、弃光控制在合理的范围内，促进新能源持续健康发展，为可再生能源生产运行创造良好的市场环境。3.3 新疆光伏领域“十三五”发展思路3.3.1 立足统筹规划，加强保障措施，坚持扶优扶强加强国家、自治区宏观政策引导，坚持做好行业统筹规划和产业合理布局，规范光伏产业健康发展。 集中力量支持、 帮扶优势企业做优做强， 鼓励重点光伏企业推进资源整合和兼并重组。 在我区光伏企业技术创新、 能力提升上设置绿色通道，充分从业务、技术、项目、人才、融资各方面给予更大支持。3.3.2 加强保障和服务体系建设，推动产业健康发展根据产业、行业发展需要，立足于当前的主要机构加强公共服务平台建设，建立健全光伏标准及产品质量检测认证体系，严格遵守环境保护和安全生产规定，推进节能减排、资源循环利用，实现清洁生产和安全生产。3.3.3 开展水光互补新能源发电系统的集成研发与规模化推广光伏发电与其他能源形式的多能源互补包括各种能源发电形式的有机互补，如利用水力发电与光伏发电的季节性互补， 利用已建成的水力发电站， 可与光伏电站进行补偿运行， 因此， 新疆众多已建成的水电站具有进行水光互补发电的实第 6 页，共 11 页施条件。3.3.4 研究光储一体化为了有效解决制约光伏发电发展的技术瓶颈，光储一体化是必须面对的问题。 十三五期间加大对各种储能技术发展前景的研究， 同时在应用层面拟定当前及未来光储一体化技术实施方案，开展工程应用层面的技术研究。3.3.5 加强电力规划研究引领新能源发电有序发展如何实现电力系统供需平衡的最佳运行， 当期靠系统调度， 中长期则要靠科学的电网系统规划。 以火电、 水电及核电等转动机械组成的传统主力电源， 其发电能力的规律性和良好调节性构建了已经相对成熟的电力系统即时调度和中长期规划理论， 但以风电和光伏发电为代表的间隙性强且不可预测的新能源发电作为电源并入电网后， 传统电网调度手段受到冲击， 当新能源比重越来越大时， 既要保证电力系统安全稳定运行又要尽可能减少弃风弃光使风电和光伏发电等新能源经济性得到提高， 必须加强电网规划研究， 才能引领太阳能发电更加有序发展。3.3.6 研究电网规划对大型并网光伏极限容纳与最佳容纳新疆地区是全国仅次于青藏高原的太阳能资源富矿， 但并非将太阳能资源全部开发利用就一定最好。 大型并网光伏电站建成后要发挥最大经济效益， 必须遵从电力建设规律， 科学规划， 避免一窝蜂盲目建设。 要从保障电网安全稳定运行出发， 研究全疆电网对大型并网光伏极限容纳度， 以及在一定安全边际前提下全疆电网对大型并网光伏的经济性最佳容纳度， 且这种容纳度可随全疆电网规划调整而调整。四、明阳光伏技术简介瑞德兴阳新能源技术有限公司属于明阳集团的控股公司，成立于 2012 年 5月， 是中国领先的砷化镓聚光太阳能设备、 碲化镉薄膜光伏组件供应商， 致力于以多结砷化镓太阳能电池为核心元件的高倍聚光 (包括芯片、组件 )、碲化镉薄膜光伏发电系统产品和整体解决方案的研发、设计、销售、运营和服务。公司引进国际顶级高倍聚光、 碲化镉太阳能科研团队， 同时与国内著名高校和研究机构携手合作，形成了产、学、研一体化的综合发展模式。公司开发出系统转换效率超过 30%(芯片转换效率超过 42%、 模组转换效率为 32%)的高倍聚光太阳能发电系第 7 页，共 11 页统和转化效率 16%以上的碲化镉组件。 同时四结、 五结的电池芯片和超薄、 高效率的模组及更高效率薄膜组件正在研发。4.1.1 高倍聚光（砷化镓）产品特点①光谱吸收范围宽，转化效率高聚光太阳能发电（ CPV）多结砷化镓电池可吸收的光谱范围从 300nm 到1800nm， 理论转化效率为 68%。 目前芯片效率可达 39%， 模组转化效率可达 30%，约是晶硅光伏技术的 2 倍。 HCPV 转换效率还在以每年 1%~1.5%的速度稳步增长。②生产过程能耗低，低碳环保HCPV 半导体材料用量约为晶硅的 1/1000 甚至更低，能量回收期不到半年；HCPV 大量采用玻璃、铝等材料，材料回收率达 97%，对环境的影响小。③系统占地少，土地利用率高HCPV 转换效率约为晶硅的 2 倍，系统占地少； HCPV 采用双轴跟踪，土地可多用途，并可使用各种地形。④发电量高，降低度电成本HCPV 采用双轴跟踪技术，发电量比晶硅多 20%~40%，降低发电成本；相同规模情况下，聚光发电成本比晶硅更低。⑤电站运营使用寿命长HCPV 25 年衰减率为 6%， 35 年衰减率为 15%，而多晶硅 25 年衰减率为20%。⑥新疆地区实用性高新疆地区光照资源丰富，太阳能垂直照射辐射量（ DNI ）高，大部分地区非常适合建设高倍聚光光伏项目。4.1.2 碲化镉技术①光电转化效率高CdTe的禁带宽度一般为 1.5Ev， 其中光谱响应和太阳光谱非常匹配， 吸收系数在可见光范围高达 104cm-1 以上， 95%的光子可在 1μ m 厚的吸收层内被吸收。②良好的抗衰减性能从长期的效率衰退情况来看（ 25 年） ：晶硅太阳能电池效率衰减 20%，而第 8 页，共 11 页CdTe太阳能电池组件的效率衰退约 8%到 10%。③优异的温度特性通常在一定的温度范围内， 太阳能电池的效率随温度的变化呈线性关系， 温度的升高会引起开路电压下降，短路电流稍有上升，电池转换效率下降。 CdTe有较好的温度特性，同其他太阳能比较在高温条件下能生产更多的电能。④ 弱光效应好由于碲化镉是直接间隙材料， 对全光谱吸收都较好， 所以在清晨、 傍晚等弱光条件发电效果明显优于间接带隙材料的晶硅电池。⑤破损率极小由于 CdTe 组件制造过程中注意温度的精确控制，而且 CdTe 薄膜组件本身的技术特性，使 CdTe薄膜组件破损率极小。⑥色彩均匀，美观大方CdTe 组件色彩均匀、美观，整体感强，与建筑匹配度高，特别适合于对美观度要求较高的建筑上使用。⑦节能环保CdTe电池在生产过程中有明显低于其他能源的碳排放量， CdTe薄膜组件每发一度电仅产生 18 克二氧化碳，仅略高于风力发电，为晶硅组件的一半左右。⑧能量回收期短同样是 1MW 的发电功率，晶硅电池生产的能量回收周期约 2 年，而 CdTe电池组件的具备最短的能量回收周期，回收周期不超过 1 年。⑨度电成本低目前晶硅的组件成本为 4 元 /瓦，光伏系统成本为 8.59 元 /瓦。我司的 CdTe太阳能电池组件成本可降到约 3 元 /瓦，光伏系统成本为 7.6 元 /瓦。六、 综合结论新疆地区太阳能资源丰富， 但太阳能资源开发利用形势不容乐观。 新疆 （含兵团）弃光限电 7.6 亿千瓦时，弃光率达 52%，造成电能的严重浪费。为保障发电企业投资效益和新能源的健康发展， 国家能源局、 新疆发改委等部门出具了 《可再生能源发电全额保障性收购管理办法》、 《关于做好风电、光伏发电全额保障性收购管理工作的通知》、《关于下达自治区 2016 年公益性、调节性发电量计第 9 页，共 11 页划的通知》 等政策性指导文件， 但从目前新疆地区可行性来看， 效果不是很理想。鉴于目前现状， 据新疆自治区经研院发布 《新疆光伏领域 “十三五” 发展思路》 ，今后光伏电站建设还需因地制宜， 以能源局规划建设指标为基础， 避免盲目开发投资建设，减少企业投资风险。在此基础上，竟可能使用高倍聚光、碲化镉薄膜组件等高新技术产品， 提高企业投资收益， 为当地可再生能源健康、 长足发展打下坚实基础。第 10 页，共 11 页附表：新疆光伏技术研究报告 收资表序号 内容1 新疆地区整体光伏能源发展（产业、电站）区域、容量、投资等规划（十三五）2 新疆地区光资源数据（各地区光照总辐射、直接辐射数据）3 新疆地区各类光资源区典型项目运行数据（项目地貌、项目所在规划区、项目计划投资与实际投资、项目光电实际转化效率、项目年实际发电量、项目光电板实际损耗率）4 新疆地区电网输送通道规划及送出能力数据（电网公司十三五规划）5 新疆地区拟计划实施 “ 光伏领跑者计划 ” 规划（若有）6 新疆地区计划国家实施 “ 一带一路 ” 经济带发展规划