光伏技术创新有哪些规划
1)集中攻关类
G27)新型高效低成本光伏发电关键技术
研究目标:研制出新型高效低成本光伏电池,突破大型光伏电站设计集成和运行维护关键技术,掌握GW级光伏电站集群控制技术。
研究内容:主要开展包括碲化镉、铜铟镓硒薄膜、硅薄膜等太阳能电池产业化技术研发、大面积柔性硅基薄膜电池组件的规模化生产工艺研发,以及Ⅲ-Ⅴ族化合物电池、铁电-半导体耦合电池及铁电-半导体耦合/晶体硅叠层电池、钙钛矿电池、染料敏化电池、量子点电池、新型叠层电池、硒化锑电池、铜锌锡硫电池等新型电池的研究和探索,着力提高效率和降低成本;研究多类型分布式光伏系统设计集成技术及示范,开展大型光伏电站及光伏发电站集群的设计、控制、运维及并网技术研究。
起止时间:2016-2020年
S20)大型太阳能热发电关键技术研究与示范
研究目标:突破100MW级太阳能热电联供电站关键技术,掌握中高温固体储热技术,实现太阳热发电站的全天候运行。
研究内容:研究大型太阳能热发电及热电联供电站设计技术与关键部件设计制造技术,研究太阳能热电联供高效梯级利用技术,研究大容量熔融盐储热及储热混凝土和储热陶瓷、多模块固体储热系统集成与优化运行技术。
起止时间:2016-2025年
T15)高效、低成本晶体硅电池产业化关键技术研发及应用
研究目标:实现HIT、IBC等电池国产化,晶体硅电池效率≥23%,建成HIT电池和IBC电池的25MW示范生产线。
研究内容:开展低成本晶体硅电池国产化技术攻关,包括关键材料、工艺、装备以及配套辅材的国产化;进行HIT太阳能电池产业示范线关键技术研究和示范,进行IBC电池产业示范线研究,并实现规范化、产业化;掌握产业化高透太阳能电池用玻璃制备技术。
起止时间:2016-2020年
T21)多能互补分布式发电和微网应用推广
研究目标:实现智能化分布式光伏应用、光伏微电网互联、交直流混合微电网以及多能互补微网统一能量管理等的工程示范和推广应用。
研究内容:掌握区域性高比例分布式光伏发电设计集成、直流并网、功率预测及智能化技术,研究微电网内的储能系统及风、光、柴、水、燃气轮机等微电源标准通信交互模型,研发基于微电网标准化信息模型的微电网监控平台,形成典型的微电网网络结构和信息流设计实用范例研究微电网通信网络架构和通信方式,实现微电网标准化、模块化集成。
起止时间:2016-2020年
2)示范试验类
S46)光伏组件用高分子材料开发及应用
研究目标:形成具有自主知识产权的系列光伏用高分子材料制造技术,实现项目产品在光伏发电上大规模应用。
研究内容:研究耐老化、耐紫外的功能聚酯切片合成配方及工艺;研究模块化功能(抗老化、抗紫外、导热、阻燃等)薄膜相关配方与工艺,研发新一代光伏背板基膜材料;研究PVB合成及胶膜工艺、聚苯醚改性配方、支架高分子材料改性等;开发包括多种功能聚酯切片、组装式功能背板薄膜及其制造技术、PVB及其胶膜材料(替代进口)、光伏电池的长寿命接线盒材料、光伏电池模组支架专用材料,形成具有自主知识产权的系列光伏用高分子材料制造技术,实现项目产品在光伏发电上大规模应用。
起止时间:2016-2020年
S47)晶硅太阳能电池的银电极浆料技术
研究目标:研制出印刷性能优良、低欧姆接触界面、可焊性好和附着力强的银电极浆料,形成产业化示范,替代银电极浆料进口。
研究内容:研究银电极浆料流变性能和电极/晶硅界面特性、产业化生产技术与品质控制技术,研制出印刷性能优良、低欧姆接触界面、可焊性好和附着力强的银电极浆料,降低晶硅太阳能电池组件生产成本;研究大绒面制备及抛光添加剂并进行示范应用;研究硅基低温银浆的原理、配方设计与应用性能评估,获得高性能低温银浆的配方,形成产业示范。
起止时间:2016-2020年
光伏发电项目有:
1、户用光伏发电扶贫
利用贫困户屋顶或院落空地建设3-5kW的发电系统,产权和收益均归贫困户所有。
2、村级光伏电站扶贫
以村集体为建设主体,利用村集体的土地建设100-300kW的小型电站,产权归村集体所有,收益由村集体、贫困户按比例分配,其中贫困户的收益占比在60%以上。
3、光伏农业大棚扶贫
利用农业大棚等现代农业设施建设的光伏电站,产权归投资企业和贫困户共有。
4、地面光伏电站扶贫
利用荒山荒坡建设10MW以上的大型地面光伏电站,产权归投资企业,企业捐赠一部分股权,股权收益分配给贫困户。
光伏发电的优点:
1、太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源,而且光伏发电是安全可靠的,不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响;
2、太阳光普照大地,太阳能是随处可得的,光伏发电对于偏远无电地区尤其适用,而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失;
3、太阳能的产生不需要燃料,使得运行成本大大降低;
4、除了跟踪式外,光伏发电没有运动部件,因此不易损毁,安装相对容易,维护简单;
5、光伏发电不会产生任何废弃物,并且不会产生噪音、温室及有毒气体,是很理想的洁净能源。安装1KW光伏发电系统,每年可少排放CO2600~2300kg,NOx16kg,SOx9kg及其他微粒0、6kg;
6、可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁,不需要占用大量土地,而且太阳能发电板可以直接吸收太阳能,进而降低墙壁和屋顶的温度,减少室内空调的负荷;
7、光伏发电系统的建设周期短,而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活,发电系统的能量回收周期短;
8、不受资源分布地域的限制;可在用电处就近发电。
农光互补光伏发电项目有:
1.农光互补。
农光互补通过建设棚顶光伏工程实现清洁能源发电,最终并入国家电网,同时在棚下将光伏科技与现代物理农业有机结合,发展现代高效农业,既具有无污染零排放的发电能力,又不额外占用土地,可实现土地立体化增值利用,实现光伏发展和农业生产双赢。
2.林光互补。
林光互补就是在光伏板下空地套种红叶石楠苗木,既可以通过光伏发电帮助贫困户增收,又能够通过苗木种植增加贫困村集体经济收入,实现光伏发电和苗木种植。
3.渔光互补。
“渔光互补”是指渔业养殖与光伏发电相结合,在鱼塘水面上方架设光伏板阵列,光伏板下方水域可以进行鱼虾养殖,光伏阵列还可以为养鱼提供良好的遮挡作用,形成“上可发电、下可养鱼”的发电新模式。
农光互补光伏发电项目有:
1、光伏和农业的简单结合。是在光伏阵列间距中,种植农作物,两者结构上是独立的,在空间布局上相互结合,选择种植低矮的农作物,或者提高光伏组件高度,保证种植的农作物的高度低于光伏阵列,避免影响光伏发电。
2、光伏和农业大棚的附加式结合模式。在常规光伏电站中,光伏阵列之间建设光伏大棚,两者的独立的,在空间布局上有相互结合,互不影响。
3、光伏阵列作为农业大棚、阳光房的一部分。组件安装在向阳坡面,结构上结合为一体,可做联栋或单栋。
“农光互补”模式的优势:
1、可以有效解决发展低碳经济、节能减排和开发绿色清洁能源的问题。在众多的新能源中,太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,极具增长潜力,在倡导节能环保、低碳经济的全球背景下,“农光互补”模式蕴含着巨大的发展机会和市场空间。
2、节约了建设地面电站的土地,同时可以就地转化电力,就近使用,降低电力传输中损耗,能源综合利用率大幅提升。
上一篇文章发出之后,与朋友们又有了一些新的讨论。
整体上,大家能够清晰的感受到我对于光伏行业未来发展的看好。但这并不是说光伏行业目前已经很完美,甚至没有缺点。
事实上,光伏行业在过去十数年、甚至更长久的时间里,经历了太多的风风雨雨。
这个朝阳行业曾经像磁石一般,吸引着人才、技术与资本的蜂拥而至,并成就过中国福布斯富豪榜的首富。然而,随潮水落去,它也曾让英雄般的名字跌落神坛,无数投资者因此血本无归。
事物皆有两面,我们就来看看光伏的另外一面。
与朋友们讨论下来,主要的短板有这么五个:占地方、靠补贴、难消纳、不环保和不连续。篇幅关系,我们准备分成两篇,第一篇探讨前两个短板:占地方和靠补贴,后三个留到下一篇。
光伏发电的原理,来自于 光生伏特效应 。
一块暴露的半导体材料,阳光中的光子与之接触后会有一部分转化为电子。由于半导体内部材质的不均匀或者掺有杂质,不同的部位会产生不同数量的电子,有的地方多一些,有的地方少一点。电子数量的不同,使得不同部位之间产生了电压(电位差)。这个时候,如果以导电体将存在电位差的不同部位相连接,电流就形成了。
从最根本的角度来看,地球上绝大部分能源的最终来源,都是太阳。以煤炭、石油为代表的化石能源,来自于远古的动植物。植物依赖阳光进行光合作用,将水和二氧化碳转化为碳水化合物,这构成了所有动物的底层食物来源。
风能来自于大气运动,水能来自于水汽循环所带来的降雨,这背后的根本推动力还是太阳照射带来的温度变化。
这些天然存在的一次能源,经过各种形式的发电机转化为人类最重要的二次能源电力,再经由电网输送到千家万户,驱动着现代生活中所必不可少的各种电力设备和家用电器。
所以,光伏发电从一开始就带着人类十分美好的期盼,因为它避免了中间环节,可以直接从太阳能转换成为电能。
在光伏行业,最核心的研究课题就是 光电转换效率 ,即照射到太阳能面板上的光照有多少可以转换成电流。这个核心指标,驱动着整个行业不断的取得一个又一个技术进步。
既然是指标,就要计算。而要计算,就得有个标准。地球上即使是相同的时节,由于所处的地理纬度不同,太阳照射的强度差别会很大。高纬度的阳光常常照在身上却感受不到多少温暖,而此时赤道地区的阳光却能将人皮肤灼伤。所以,为了能够一致的做比较,光伏人将光电效率定义标准化了:
同时,规定了检测的条件:太阳能工作温度为25℃±2℃,以及照射强度为1000 W/M2。
看不懂也没关系,只要知道 转换效率越高越好 就行了,因为这意味着同样的光照条件下,可以发出更多的电量。
目前,学术界的研究认为,以晶体硅为材料的太阳能电池转换效率的 理论极限约为29%左右 。为了缩小与理论极限的差距,近年来在主流的P型单晶电池领域,晶科能源和隆基乐叶交替向世界纪录发起新的冲击。最新的记录由隆基乐叶在2019年1月16日创下, 转换效率为24.06% 。
在实际发电的时候,一片一片的太阳能电池片需要连接起来,构成一个发电的基本单元,这个单元就叫做组件。
我们来感受一下,一个组件所能够发出的电量,以目前较为典型的60片310Wp的单晶PERC组件为例。由于我国日照时间的不同,将全国划分为三类资源区,在计算中我们以二类资源区的中值1500小时/年作为参考。
即单个组件每年可以发电465度,按照家庭每天用电5度计算, 大概可供90天左右 。如果保障一个家庭的全年供电,大概需要4-5个组件。
当然,这是理想的情况,光伏发电受日照和环境温度的共同影响,而且随着使用年限的增加,发电能力会逐渐下降。
根据晶科能源的产品手册,我们大致可以看出,刚安装好的新组件初始发电功率实际为97%,经过12年使用后下降到90%,最终到达产品使用年限25年时进一步下降至80%。
这个组件有多大呢?根据产品手册的数据,长度为1.67米,宽度为1.00米,厚度为35毫米。这意味着,需要占地1.67平方米。也就是说,保障家庭每天5度的用电量,大概需要有1.67 * 4 = 6.68 平米的空旷空间。实际安装时,由于组件并不是平铺,而是有一定的倾斜角度,实际占地应该要少一些。
与之对比,我们以装机容量60万千瓦、火电设备利用小时4300小时/年、厂用电率4.34%的典型火力发电厂为例:
折合530万个组件的年发电量,按照每块1.67平米计算,约合886.37万平米,折合8.86 平方公里。
我们再做个极端测试,根据中国电力企业联合会报告,2018年我国全 社会 用电量 6.84 万亿千瓦时,假如全部采用上述的60片光伏组件来发电,大概需要占地 68400 / 24.68 * 8.86 = 2.46 万平方公里。大约占去了我国的960万平方公里国土面积的 0.26% 。
这就是光伏最大的短板, 单位面积发电量太低 ,远远不能够与火电相比。
理解了这一点,就能够理解为什么很多人仍然不看好光伏,因为光伏发电需要占用大量的土地面积,而我国的土地整体上是稀缺的,且价格不菲。
经过上面的计算,我们对光伏发电有了新的印象: 占地方 。
那在怎样的场景中,这个短板不是那么明显呢?
有这么几类:第一类,在我国的大西北,地广人稀、日照充足,适合建设大规模的光伏地面电站;在全世界范围内,符合这个特征的地方,还是挺多的,比如中东、北非、澳大利亚、美国的中西部等。
第二类,工业厂房、园区的屋顶。这些地方,本来就闲置在那里,利用起来装上光伏,完全不需要额外的土地成本。于是乎,我们看到京东的物流园、高铁的站台、谷歌的数据中心、甚至是苹果公司新建的总部大楼,都在屋顶装上了光伏。
第三类,以矿山的塌陷区、湿地、鱼塘、湖泊为代表,将光伏组件通过漂浮载体或者固定支架放置在这些区域。上市公司之中,阳光电源有不少漂浮载体的业务,而通威股份更是利用其深耕水产饲料的优势,搞起了渔光互补。
第四类,以农业大棚为载体,在其外部加上光伏,棚内搞种植,棚外搞发电,称之为农光互补。所发出来的电力,还能够为农业自动化提供能源。
在以上几类中,土地的成本较低、甚至可以忽略,所以只要光伏发电自身的成本能够有竞争优势,其应用就不可限量。毕竟,即使不考虑化石能源的不可再生因素,我国较高的工商业电价和居民电价本身就会对于低价的其他电力来源有着强烈的需求。
与单位面积发电量的不懈斗争,转换成了一个又一个的 光伏技术创新 。
这个过程最大的技术路线变革,是单晶电池片对于多晶的取代。所谓单晶,就是晶体硅中每一个硅原子都排列的整整齐齐,良好的晶体性质使得单晶有着更高的光电转换效率。
但这是有成本的,通过直拉法或者区熔法小心翼翼生成的单晶硅棒,成本一直居高不下,在和通过较低成本的铸锭法就能生成的多晶硅锭的竞争中处于下风。
近年来,隆基股份在单晶技术上连续取得突破,一方面通过拉晶设备的国产化和技术改进不断降低硅棒的生产成本,另一方面通过引入金刚线切割技术,大幅度的降低了硅片切割的成本,并通过硅片薄化技术进一步提高了出片率。
目前,电池片环节,单晶PERC技术引领了高效电池的产能升级,再叠加诸如双面双玻、半片等组件环节的诸多技术突破,共同将量产的高效光伏组件转换效率提升到 22% 以上。
这场单多晶的对决,让双方都突破了自我。
就在昨天,天合光能宣布其研发的高效N型单晶电池高达24.58%,创下了大面积TopCon电池效率最新的世界纪录。同一天,阿特斯发布新闻公告,其研发的高效多晶太阳能电池的转换效率达到22.28%,创造了新的大面积多晶电池的世界纪录。
似乎只在高 科技 领域才会有的百家争鸣,近年来在光伏行业正在不断上演。
就这样,随着 组件的转换效率 变得 越来越高,单位面积发电量 也就 越来越多, 而对于 土地的需求 也变得 相对减弱。
所以,有朝一日,像曾经风靡大江南北的太阳能热水器一样,家家的屋顶都变成了太阳能组件,也并非完全不可能。
作为新兴的可再生能源技术,光伏的产业化之路一直受到各国政府的高度重视。
实际上,在光伏成就无锡尚德的创始人施正荣先生以186亿元成为2006年中国大陆的新首富时,就是靠着欧洲、特别是德国政府对于光伏的大力补贴。
最终,市场证明靠着过度补贴成长起来的巨头,在补贴退去的时候也会推倒它们。时至今日,施正荣先生早已淡出人们的视角,尽管他仍然在这个行业里奋斗着。
在行业的起起落落之中,仍然有一些企业家在坚守,正是他们的坚持让这个行业迎来了新生。
在之前的文章中,我们通过对比火电龙头华能国际与光伏发电企业龙头协鑫新能源的财报数据,对于光伏发电成本做了推演。在数据的背后,光伏发电平价上网的脚步声正变得越来越清晰。
而这一天的到来,将会让很多的光伏发电项目,不再依赖国家补贴。
5月22日,国家发改委、能源局公布2019年第一批风电、光伏发电平价上网项目,其中光伏平价项目合计 14.78 GW 。
在全球市场上,平价上网项目也越来越多。2017年2月,日本丸红与晶科能源联合竞标阿布扎比大型光伏电站,累计装机1.18GW,中标电价为每度电2.42美分,折合人民币不到 0.17元 。
尽管光伏行业的企业一直在坚守,补贴的拖欠确实也对企业经营造成了实实在在的影响。
2018年,我国可再生能源补贴的缺口超过了1400亿元,这不可避免的会影响光伏补贴的及时发放。
光伏电站作为资本密集型的企业形态,由于不能够及时收到国家补贴导致运营资金的巨大压力,这会顺着产业链层层向上游传递。体现在财务数据上,就是光伏产业链上中游企业巨大的应收账款。
黑鹰光伏做过一个统计,截至2019年末,78家主要光伏公司应收账款和应收票据合计达到了1717.67亿元,大约是同期净利润的 8.03倍 。
所以,我们看到全球第二大光伏电站运营商协鑫新能源从去年开始,就在不断出售资产,开始了断臂求生。
2019年5月23日,协鑫新能源向云南能投集团一口气出售了19座国内正在运营的光伏电站,以换取资金减轻债务压力。这19座电站合计977MW,相当于其持有的全部7300MW光伏电站的13.38%。在此之前,协鑫新能源已经连续多次出售了合计760MW的光伏电站。和这次一样,接盘的都是能够以较低成本融资的国资企业。
这从一个侧面反映了, 如果能够以较低的利率融资,光伏电站的资产在当下已经具备相当的吸引力 。
所以,随着平价上网的到来,越来越多的光伏发电项目,可以在不依赖国家补贴的情况下运营。而这些电站的运营利润,将和其融资成本密切相关。
换句话说,后补贴时代, 融资成本的高低,才是决定光伏电站盈利质量的关键变量 。
未完待续。
一,小型发电设备
(1)小型电源10-100W不等,用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,如照明、电视、收录机等;
(2)3-5KW家庭屋顶并网发电系统;
(3)光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、灌溉。
二、交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。
三、通讯/通信领域:太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。
四、石油、海洋、气象领域:石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。
五、家庭灯具电源:如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。
六、光伏电站:10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。 七、太阳能建筑将太阳能发电与建筑材料相结合,使得未来的大型建筑实现电力自给,是未来一大发展方向。
八、其他领域包括:(1)与汽车配套:太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;(3)海水淡化设备供电;(4)卫星、航天器、空间太阳能电站等。