100兆瓦高效晶体硅太阳能电池开发与产业化可行性报告

1 100 兆瓦高效晶体硅太阳能电池开发与产业化可行性研究报告2 目 录一、项目可行性报告 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3 １、立项的背景和意义 ,,,,,,,,,,,,,,,,, 3 ２、国内外研究现状和发展趋势 ,,,,,,,,,,,,, 6 ３、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点 ,,,, 9 ４、项目预期目标 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11 ５、技术路线、组织方式与课题分解 ,,,,,,,,,,, 14 ６、计划进度安排 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 17 ７、现有工作基础和条件 ,,,,,,,,,,,,,,,, 18 二、 项目经费概算表 ,,,,,,,,,,,,,,, 20 100 兆瓦 高 效 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 开3 发 与 产 业 化 可 行 性 报 告一、立项的背景和意义。由于人类社会的科学技术不断发展与进步，能源消耗越来越大，利用太阳能发电是人类长期以来梦寐以求的事情。从二十世纪五十年代太阳能电池的人造卫星空间应用到如今的光伏太阳能一体化，世界光伏工业已经走过了半个世纪的历程。由于太阳能发电无需燃料，具有充分的清洁性、无污染、绝对的安全性、无噪声、运行简单可靠、建设周期短、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及无维护性等其他常规能源所不具备的优点，光伏能源被认为是二十一世纪最重要的新能源、可再生的绿色能源。全球能源消费组成展望图 :化石能源终会耗尽，价格长期向上趋势不可改变。从 2002 年开始的石4 油价格高涨或许有超越供求关系的因素，但无法回避的现实是 , 地球上的化石能源储量是有限的。无论把钻头伸到从未所及的困难角落也好，如何竭尽所能提高能源利用效率也好，地球上的化石能源终不可能长时间支撑人类的现在的发展速度。全球对能源的需求是持续增长的。化石能源的价格短期内可能涨涨跌跌， 但从长期来看， 上升趋势不可改变。 如果中国 2020 年达到目前美国人均石油消费 3 吨的标准，则中国消费量将超过目前全球 40 亿吨的供应量。就像国务院能源领导小组指出的，发达国家用 80％的能源在 20％的人口基础上实现了工业化，这是发展中国家不可复制的道路。也就是说，即使人类还能再找到新的化石能源储藏供这两个超级大国发展，这两个国家已经很脆弱的环境都承受不起。因此，寻找到合适的替代能源是人类长久发展的必要条件。常规能源耗尽年份（按探明储量和目前消耗速度估算）另一方面，环境不断恶化、全球变暖将是威胁人类生命和自然物种的5 进化并导致自然灾害增多。全球二氧化碳排放量达到每小时 1600 万吨，各国政府都采取相关措施积极应对气候变暖，大幅度减少温室气体排放，鼓励开发清洁绿色能源。太阳能是目前全球关注的焦点，太阳在 50 亿年内能为全球提供足够的能量，经国际权威专家测算，太阳光在五到七天内照射地球的能量等于全球所有的石油、煤所产生的总能量。中国其实是最应该发展太阳能电池产业的国家之一。首先，中国的太阳能资源总量仅次于美国，为世界第二位，人口密度高的大城市多，太阳能资源丰富的沙漠和高原面积广。其次，自身的化石能源储量远不足需，全球寻找资源争夺激烈，风险巨大，难以保障稳定供应，而且供应也未必足够。再次，工业化的恶果在中国已经显露无疑，环境已然不堪重负，中国不可能重走发达国家老路。因此利用太阳能是当前我国开发可再生能源的重点。二、国内外研究现状 和发展趋势 。6 ２ . １ 国外研究现状：由于石油、煤等化石能源的数量有限，促进国际上许多资源短缺或经济发达的国家早就开始掀起了以节能和开发新能源、替代能源为主的太阳能电池的新技术革命浪潮。主要国家有美、日、德等国 , 相继投入巨资开发太阳能电池，同时政府出台相关配套鼓励措施，特别在德国太阳能发电开发、使用较早且市场比较成熟。太阳能电池的技术、性能较高，在全球处于领先地位。现在国外已涌现出了一批优秀企业，主要有美国的 MEMC公司、德国的 CONERGYAG公司和 SOLARWORLD公司，他们代表了目前国际太阳能技术的最先进水平，太阳电池工业化生产下的转换效率已达到１６％－ 16. ５％，实验室研究的转换效率已达２０％以上，电池片厚度降到 210 微米以下。２ . ２ 国内现状：我国的硅太阳能电池研发与生产起步较晚，但近年来发展迅猛，并涌现出了一批骨干企业， 我国现在 主要 从事晶体硅太阳能电池研发、生产、组装的单位已有无锡“尚德” 、南京“中电” 、宁波“中意” 、秦皇岛“华美” 、天津“津能”等约十个单位发展较快，其中无锡尚德计划 2010年扩产至 500MW，并积极筹措 20亿资金兴建多晶硅厂，并能将硅太阳能电池扩大至年产 1000MW。常州天合已着手兴建单晶硅片厂和硅太阳能电池厂， 目前我国太阳能电池的主产区集中在江苏省南部，其产品技术性能与国外先进产品相差不大。２ . ３ 发展趋势：太阳能电池产业的发展速度之快，是现代工业中罕有的， 甚至连半导体工业都自叹弗如。 全球太阳能电池产量 199７ -200７ 年10 年间增长 26 倍，年复合增长率 38%， 2001-2006 年 5 年间年复合增长率 42%；太阳能电池年装机量 199７ -200７年 10 年间增长 22 倍，年复合增长率 36%， 200２ -200７ 年 5 年间年复合增长率 39%。但即便如此，目前7 太阳能发电占全球能源消耗总量之比仍是微不足道的。德国是全球最大的光伏市场，光伏电池的年发电量已在 2TWh（ 20 亿千瓦时）之上，但光伏发电量占其总发电量仍不到 0.5%。所以，太阳能电池的市场空间巨大。国际市场近几年除了欧美市场仍保持高速发展外，东亚各国太阳能电池发展迅速，国际太阳能市场和技术中心已逐渐从欧盟国家向东转移。随着硅材料的进一步扩大生产，太阳能电池的主要原材料――硅，在近期内会得到进一步缓解。目前我国生产的太阳能电池产品除大部分出口外，已在通信、广电、交通、建筑、照明等领域得到初步应用。近年来，我国政府已经出台了一系列政策鼓励可再生能源的发展。 2002 年， 中国政府开始实施 “光明工程” ，计划到 2010 年利用风力发电和光伏发电技术解决 2300 万边远地区人口的用电问题。 2004 年在国际可再生能源会议上，中国提出了计划到 2010 年可再生能源装机量达到总装机量的 10％，其中太阳能总装机量达到 450MW。2005 年中国通过《可再生能源法》 ，给可再生能源发展定下了法律基础，并于 2006 年 1 月开始生效。 “十一五”规划明确提出五年内单位 GDP 能耗下降 20％， 主要污染物 SO2和化学需氧量排放量下降 10％。 2007年 4 月 10 日，国家发改委公布《能源发展“十一五”规划》 ，提出将除水电之外的可再生能源占一次能源消费总量的比从 2005 年的 0.1 ％提高到 0.4 ％。在 G8峰会召开之前， 发改委发布 《中国应对气候变化国家方案》 ， 国务院审议并通过 《可再生能源中长期发展规划》 。我国能源研究会提出加速开发无污染、 可再生的太阳能资源， 在其 “中长期发展规划”中提出了“风光计划”和“新能源计划” ，力争到 2025年建成 800万 MW的太阳能发电容量，使硅太阳能电池成为我国最大的可再生能8 源，并在 10年内使太阳能发电成本低于煤电成本。 几个大城市如上海（世博） 、北京（奥运工程） 、深圳已经先行启动。 05年底，上海市政府启动“ 10 万屋顶计划” ，计划到 2010 年装机容量达到 7－ 10MW。 06 年底，深圳出台规定推广太阳能电池在建筑节能上的应用，计划到 2010 年建成 100万平米示范项目。另外，光伏产业发达且经济基础好的区域也会出现相当的市场空间。比如由国家发改委和建设部与江苏汴共同推行的 “一千屋顶计划” ，并准备扩大至 “一万屋顶计划” 。 《新能源法》 、 《能源 “十一五 “规划》 、 《中国应对气候变化国家方案》和《可再生能源中长期发展规划》已经开始逐步为国内太阳能市场揭开了序幕。２．４ 太阳能电池、太阳能电池产业链及国内、国际市场需求分析：三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点。9 3、 1、主要研究开发内容太阳能电池的 PV转换效率在太阳能发电系统中起者关键作用。是衡量光伏太阳能发电系统性能的核心指标，目前全球太阳能电池在规模化生产下的转换率只有 14.5%--16.5%之间，且成本较高。本项目 的实施为我国开发利用清洁、可再生的太阳能提供了优质的太阳能电池。项目 主要由 我公司引进国外最先进技术后进行消化再创新。主要 研究开发的内容为，通过 对传统太阳能电池的扩散、印刷、焊接、层压等工艺进行 优化与创新，达到 在 100 兆瓦的规模化生产下 太阳能电池的 转换率提高到 16.5%--17.5%；通过技术创新并设计高度自动化的太阳能电池生产线， 使太阳能电池的生产成本降低 20%左右； 采用特殊工艺用 EVA和 TPT 压成组件同时以提高组件的耐候性、抗冰雹、防水、防风能力，并延长太阳能电池的使用寿命，另外对电池组件的外观形状、用材及连接进行创新设计，根据不同用户和使用环境要求进行形状美观设计。从而提高我国晶体硅太阳能电池的国际竞争力和光伏太阳能发电的利用率，并发展成为我省规模最大的太阳能电池研发、生产基地。3、 2、项目的关键技术10 3.2.1 达到 100 兆瓦规模生产下的 每道工艺进行优化与创新，提高规模化生产下的电池转换效率。3.2.2 改进理论，建立新模型；电池超薄型化，厚度降到 210 微米以下。3.2.3 通过技术创新和 设计高效自动化的生产线，降低太阳能电池的生产成本。3.3 主要创新点：3.3.1 通过对太阳能电池生产的每道工艺的优化， 使在 100 兆瓦 规模化生产的太阳能 电池的转换率提高到 16.5％－ 17.5%，处于国际先进水平。3.3.2 针对现有国产太阳能电池用 EVA 胶膜的耐候性不足和性能低， 将EVA和 TPT的压层技术进行改造和创新， 从而提高了组件的耐候性和抗冰雹、防水、防风的能力，延长了组件的使用寿命。同时对电池组件的外观形状、用材及连接进行创新设计，根据不同用户和使用环境要求进行形状美观设计，能适应不同用户的需求。3.3.3 通过技术创新与 设计， 100 兆瓦高效自动化的生产线，降低太阳能电池的造价，成本下降 20%以上，并使产能规模达到全省第一。3.3.4 采用先进的扩散技术， 通过 加大吸能面， 保证片内各转换的均匀性；运用高精度的丝网印刷技术。3.3. ５ 改进理论，建立新模型；采用超薄设计，厚度降到 210微米以下。3.4 产品外观、结构见附图四、项目预期目标11 4、 1 技术经济指标本项目完成后计划形成太阳能电池 100 兆瓦生产能力，下面是其中XJM-175D高效晶体硅太阳能电池组件的达到的主要指标：①输出功率 (PM)： 175W ② 转换效率 16.5 ％－ 17.5% ③ 电压 (VOC)： 44.9 V VMP： 36.6 V ④ 电流 (ISC) ： 5.2A IMP： 4.8A ⑤ 使用寿命： 20 年 以上⑥ FF ： 75.24 ％４．２经济效益指标本项目完成时预计可实现太阳能电池销售收入 2500 万元，实现利润总额 352 万元，税收 155 万元，创汇 357 万美元。以下为 HJM-175D高效晶体硅太阳能电池单位成本测算表 , 目前市场销售价为 3５元瓦。名称 用量 单价 金额硅片 72 片 2７元 w 4723.9 元玻璃 一块 88 元平方 111． 1 互联条 0． 09KG 255 元公斤 22． 8 汇流条 0． 025KG 235 元公斤 5． 8 接线盒 一个 50 元只 50 TPT 1． 29 平方米 125 元平方 160． 8 12 EVA 2． 58 平方米 28 元平方 72 型材 一套 68 元 68 硅胶 0.33 只 33 元只 10． 9 纸箱 0． 5 个 37． 5 元个 18． 75 托盘 0． 03 个 150 元个 4． 5 其他材料（辅料） 24 元合计 5272． 55 元每瓦成本 30.1 元瓦注：以上含税价。经济效益指标分析：利税总额 505 万元销售利税率＝ ―――――― × 100% ＝ 20.2% 销售 2500 万元4、 3 社会效益分析依靠科技进步， 该项目研发成功后就能具备形成年产 100 兆瓦高效晶体硅太阳能电池的生产能力，该项目的实施可以调整我省产业结构和我国能源结构 , 对我们改变过份依赖石油能源 , 在缓解常规能源短缺和减轻生态和环境恶化等方面作出了积极的贡献；另外由于产品市场竞争空间大，如一旦产业化生产将会对公司创造更大的经济效益和对行业发展具有更好地推动和促进作用，同时为地方可增加就业岗位。环境效益 , 太阳能电池是利用太阳光直接发电的装置 , 具有零排放、无污染、可再生等特点，是一种全新清洁能源，对全社会环境保护意义深远。4.4 产用的标准和知识产权13 该项目采用我国“地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型”标准，标准代码为： GBT 9535-1998。本项目由我公司科研中心通过引进消化吸收再创新而成，产品知识产权由我公司所拥有。4、 5 技术运用和产业化前景4、 5、 1 项目的技术运用： 该项目的实施为我国开发利用清洁、可再生能源提供了优质的太阳能电池。项目由我公司科研中心项目小组承担，主要是提高太阳能电池在规模化生产下的转换效率，降低生产成本，提高我国晶体硅太阳能电池的综合性并延长产品使用寿命。 该产品具有转换效率高、耐候性优良、使用寿命长等特点 , 特别是提高了电池转换效率高 , 使产品处于国际先进水平。4、 5、 2 产业化前景分析：能源是人类赖以生存的基础，是社会经济可持续发展的物质保障。我国人均能源资源占有量仅为世界人均的一半，目前消耗已占到世界第二位，能源利用效率仅为 33％，远低于 43％的世界平均水平。随着人口数量的增加、工业化和城镇化进程的加快，特别是经济的高速发展，能源需求量大幅度上升，将受到能源的约束。传统以煤为主的能源结构，导致环境污染问题更加突出。因此，推动节能技术进步、开发利用新能源和可再生能源，加强节能监管和技术服务建设，提高能源利用效率是我国能源可持续发展的基本方向。 对我国开发、 利用太阳能发电，提高电能利用率，提供了技术保障，对我国光伏太阳能产业的发展和开辟绿色环保新能源起到了积极的推动作用。五、技术路线、组织方式与课题分解。14 该项目的实施为我国开发利用清洁、可再生的新能源提供了优质的太阳能电池，主要研发目标为提高太阳能电池的转换效率、降低生产成本和提高使用寿命，从而提高光伏太阳能发电的利用率和稳定性，开发新能源，保护环境。5、 1 项目的技术路线技术路线工艺流程硅单晶棒 切方滚磨 切 片 抛 光背面钝化 扩 散 正面丝网印刷 氧 化反面丝网印刷 银 浆 焊 接 表面减反射制作串接安装旁路二极管钢化玻璃 EVA硅太阳能电池芯片 TRT压成组件装合金铝边框其中：组件生产的主要工艺流程：15 分检电池片 焊单片 窜串 组板裁剪焊带 汇流条清洗玻璃 铺 EVA 自动排版手动排版铺玻璃纤维 铺 EVA 铺 TPT 引出电源线 粘贴序列号检查 层压 切边 检查 装框铝合金下料 检测 冲孔 打胶粘接线盒 模拟器检测 粘标签 擦拭 装箱 打托盘入库5、 2 项目组织方式我公司组成以科研中心主任为首的六人研发小组，在引进 国外 最先进技术和与国内高校前期合作的基础上，通过消化吸收后再创新的方式开发而成。分工情况表：