太阳能光伏制造业行业状况太阳能电池行业发展规划.docx
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太阳能光伏制造业行业状况太阳能电池行业发展规划
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第一节太阳能电池行业总览
一光伏产业及太阳能电池
1太阳能及光伏能源
太阳能有两项重要的应用，一个是产生热能，一个是通过太阳能电池直接产生电能。
常见的太阳能热水器属于前者，而“光伏”就是后者—利用太阳光产生电能。
所谓“光伏产业”，是指太阳能电池产业或俗称的太阳能电池生产行业。
1954年，美国贝尔实验室研制成功实用型硅太阳能电池，为光伏发电的大规模应用奠定了基础。
从此，人类开始了利用太阳能发电的新纪元。
随着全球能源消费量的不断提高，以及人们对环境质量的迫切要求，常规非可再生能源已经不能满足大多数国家的供给需求。
根据世界能源权威机构分析，按照目前已经探明的一次能源储量以及开采速度来计算，可供人们利用的年限已经很少，应该引起我们充分的重视（见图1—1）。
另一方面，一次性能源的开采和应用也是造成生态破坏和全球环境污染的一个重要原因。
因此，可再生能源的开发利用是人类长久生存发展的必要条件，也是人类可持续性发展的根本之路。
太阳中蕴藏着人类取之不尽的能源，它不停地向宇宙空间中发送着巨大的能量。
据计算，地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗总能量的200倍。
太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，成为人类理想的替代能源。
新能源光伏发电，作为一种可再生清洁能源，因其具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便、资源广阔等其它常规能源所不具备的优点，被公认是二十一世纪重要的新能源。
它能有效减少二氧化碳的排放，减少温室效应，改善地球气候，已广泛应用在并网发电、民用发电、公共设施以及一体化节能建筑等方面。
正是如此，目前太阳能光伏发电系统已占据新能源市场的主要地位，成为人类理想的替代能源。
太阳能光伏产业已经成为新能源利用领域的朝阳产业。
图1—1：
世界一次能源可开采年限与太阳能的对比
太阳能光伏发电技术作为太阳能利用中最具意义的技术，成为世界各国竞相研究应用的热点，已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、规模最大的产业。
近年来，发达国家制定了一系列鼓励光伏发电的优惠政策和庞大的光伏工程计划，为太阳能光伏产业创造了巨大的市场空间，使其进入了高速发展时期。
我国是能源生产和消费大国，随着经济的持续快速发展和工业化进程的加快，我国的电力需求也在飞速增加。
根据中国电力科学院预测，2010年我国电力供应缺口为52900MW（兆瓦，1兆瓦=1000千瓦），占需求的7.7%；2020年为91000MW，占需求的8.2%。
可见，国内电力市场日益增长以及受国际市场拉动，为光伏产业的应用发展提供了有力支撑。
因此，我国太阳能光伏产业近几年也出现了迅猛增长。
数据显示，2007年我国太阳能电池组件产量已达到世界第一，当年国内太阳能电池组件产量为1717MW，比上年增长138%。
2008年我国的太阳能电池组件产能4000MW，首次超过德国，位居世界第一。
2太阳能电池的分类
制作太阳能电池主要是以半导体光电材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生电子迁移，从而产生电能。
根据所用材料的不同，太阳能电池可分为多种类型，见图1—2。
图1—2：
太阳能电池的类型
不论以何种材料来制作太阳能电池，对电池材料的基本要求是：
材料易于获得，且消耗少，可以降低安装及发电成本；要有较高的光电转换效率；材料本身对环境不造成污染，有利于环境保护；材料便于工业化生产；产品特性稳定，电池使用寿命长。
基于以上几个方面考虑，硅是目前最理想的太阳能电池材料，这也是当今硅材料太阳能电池占主导地位的主要原因。
3太阳能电池的发展趋势
随着新材料的不断产生和相关技术的研究发展，以其它材料为基础的太阳能电池也显示出诱人的前景。
例如去年美国First Solar公司薄膜太阳能电池的产量达到500MW，可见其发展势头良好。
以下是对太阳能电池种类及其应用前景的评价（见表1—1）。
表1—1：
主要太阳能电池成本与性能评价表
从表1—1可以看出，从转换效率、材料成本和环保等角度看，今后发展的重点仍然是硅系太阳能电池，特别是多晶硅和非晶硅薄膜电池。
由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本，最终将可能取代单晶硅电池，成为市场的主导产品。
从近几年光伏产业的产能也可看出，多晶硅型电池具有绝对优势，它的产量占整个光伏产业90%以上的份额。
所以，“光伏产业”也几乎成为多晶硅太阳能电池行业的代名词。
二世界光伏产业及市场发展概况
世界太阳能光伏产业，在严峻的能源和生态环境形势双重压力下，在技术进步以及政策法规强力推动下，自上世纪九十年代后半期进入了高速发展阶段。
据有关统计资料显示,目前全世界共有一百三十多个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,这其中有九十多个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发与应用,积极研发生产各种相关的应用产品。
最近十年中，太阳能电池产量的年平均增长率为43.7%，最近五年（2004～2008）的年平均增长率为51.3%。
特别是自2004年德国实施了经过修订的“上网电价法”以来，市场需求急剧扩大，光伏产品供不应求。
尽管有硅材料短缺的制约因素，去年太阳能电池／组件的年增长率仍然达到59.4%，其中亚洲太阳能电池产量约占世界的68%。
主要生产国为中国大陆、中国台湾和日本。
中国已经成为太阳能电池的第一大生产国和出口国。
根据世界年度光伏（PV）工业报告统计，去年世界光伏系统安装量为5559MW。
其中欧洲光伏市场占世界的75%，持续为世界最大的市场。
这主要是因为欧洲大部份国家实施了“上网电价法”，使光伏市场得到了非常有效的启动。
预计，受全球金融危机的影响，2009年的世界总装机容量比2008年下降24.5%左右。
2008年亚洲光伏市场占世界市场的17%，份额明显偏小，主要原因是亚洲的光伏市场主要在日本和韩国。
全球光伏太阳能累计装机容量见图1—3。
图1—3：
全球光伏太阳能累计装机容量
通过Photon International发布的2008年全球前十大太阳能电池排行榜（参见图1—4）可以看出，前面三大公司为德国Q-Cells，美国First Solar及中国尚德。
2008年全球十大太阳能电池厂排名分别为德国Q-Cells、美国First Solar、尚德、日本夏普、晶澳、日本京瓷、天威英利、台湾茂迪、美国SunPower以及日本三洋。
其中，相较于2007年各家厂商预估的产出数字中，诸多厂商实际产出数比预估值低，主要原因是受到2008年第四季度以来金融危机所导致。
值得注意的是，唯一薄膜太阳能电池厂美国First Solar公司，原预估2008年产出为390MW，但是实际产出却增至500MW，挤进世界第二大，并且令其每瓦成本降至一美元以下。
预估今年First Solar公司的薄膜电池产出将达到1000MW，可望问鼎世界第一大。
近年来，中国的太阳能电池厂商产能增长速度最快， 晶澳太阳能的增幅达到144%，由2007年的第十二位上升到第七位，首次进入前十大，天威英利也实现了100%的增长，由2007年的第九位上升到第三位。
图1—4：
全球2007和2008年十大太阳能电池厂商产能
日本太阳能电池厂商受本国市场的影响，增长速度较慢，最高才40%，太阳电池企业排名有所下降，Sharp由第二位降到第四位，京瓷由第四位降至第五位，三洋下降的幅度较大，由第七位降至第十位。
世界光伏市场发展的另一个特点是，并网发电应用比例愈来愈大。
去年欧洲的并网光伏系统比例达到97%，世界平均85%以上，说明光伏发电正发挥着较大的替代作用。
不仅如此，并网光伏发电在整个可再生能源中也是增长最快的，成为世界最关注的可再生能源。
三我国光伏产业发展情况
在我国，太阳能光伏制造业作为一个新兴产业，在国际市场和国内环境的推动下迅速崛起。
目前，我国有多晶硅材料企业50余家，硅锭、硅片企业70余家（单纯硅片切割企业100多家），太阳能电池企业150余家，太阳能组件企业400多家。
形成了“长三角”、“珠三角”、“环渤海”、中部地区和西部地区五大板块太阳能光伏基地，带动了全国太阳能光伏产业的兴起（见表1—2）。
表1—2：
中国主要光伏产业基地
江苏省
无锡市、扬州市、常州市、南通市、苏州市、泰州市
江西省
新余市、上饶市、南昌市
福建省
福州市、厦门市、龙岩市
上海市
南汇区、松江区、嘉定区、闵行区
浙江省
杭州市、萧山市、嘉兴市、宁波市、台州市、衢州市等
广东省
深圳市、三水市
湖南省
长沙市、益阳市、衡阳市、常德市、湘潭市、株洲市
湖北省
武汉市、宜昌市
安徽省
天长市
河南省
洛阳市、鹤壁市
河北省
保定市、邢台市、廊坊市、唐山市
宁夏
银川市、吴忠市
陕西省
西安市
内蒙古
呼和浩特市
四川省
成都市、乐山市、绵阳市
辽宁省
锦州市、辽阳市
青海省
西宁市
近两年，我国的太阳能光伏制造业已跻身世界首位，成为继日、德之后世界第三大光伏产业国，太阳能电池的年产量占世界份额的比重逐年增加，见表1—3。
有望到2011年，我国太阳能电池的年产量将占世界年产量的50%以上。
表1—3：
2005～2010年全球及中国太阳能电池产量
3000
5200
9400
12000
14000
17000
1656
2561
4000
6850
5500
9500
350
1200
2000
6000
7700
11000
139
438
1088
2570
2300
4300
8.4%
17.1%
27.2%
37.5%
41.8%
45.3%
一批太阳能光伏企业快速成长为行业的领头羊，硅太阳能电池工艺中新技术的研发和产业化崭露头角。
太阳能电池生产线和部分多晶硅生产用关键设备已立足于自主研发和生产，上下游产业链本土化进程日益加快。
因此，光伏产业已成为全国许多地区的发展重点和投资热点，即使是在当前国际金融危机的大环境下，投资和发展的热情依然不减，且有方兴未艾之势。
与此同时，涌现出一批优秀的企业，无锡尚德太阳能有限公司入选“2008年度全国太阳能光伏设备十大制造企业”第一名（见表1—4）。
表1—4：
2008年度全国太阳能光伏设备十大制造企业
2008年整个行业的产值是1600亿，从业人员大约10万人。
从表1—3可以看出，2006年中国太阳能电池的产量是438MW，到2007年增长到1088MW，2008年达到了2570MW。
太阳能电池组件封装产能2008年达到4000MW，发展势头十分迅猛。
尽管我国太阳能光伏产业发展很快，但是，中国太阳能光伏市场国内的应用却比较缓慢，2008年我国的装机容量才40MW，累计装机容量是140MW，见图1—5。
图1—5：
我国光伏太阳能电池装机容量
中国的太阳能电池98%以上是出口到国外，下面是最近三年的出口额，2006年的出口额是12亿美元，2007年达到了35亿美元，而2008年已经超过了90亿美元。
主要出口的国家和地区都在欧洲，西班牙是最大的一个市场，德国排在第二位，比利时是第三位。
时值全球金融危机，据统计今年上半年太阳能电池的出口量，与2008年同期相比下降幅度在15%左右。
四国内太阳能电池研究现状
光伏技术的发展，近期将以高效晶体硅太阳能电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各种其它新型太阳能电池方面。
晶体硅太阳电池具有转换效率高、性能稳定、商业化程度高等优点，但也存在硅材料紧缺、制造成本高等问题。
而薄膜太阳能电池具有生产材料廉价、生产成本低等特点。
随着科研投入的加大，必将使薄膜太阳能电池得到大的发展，并促使其一、二种获得突破，将会使太阳能电池格局得到极大的改观。
如何提高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素。
因此，今后研究的重点除继续开发新的电池材料外，应集中到如何降低成本上来。
现有高转换效率的太阳能电池是在高质量的单（多）晶硅片上制成的，这是制造晶硅太阳能电池代价最高的部分。
因此，在保证转换效率仍较高的情况下降低晶硅材料成本就显得尤为重要，也是今后太阳能电池发展急需解决的问题，正在引起整个太阳能光伏产业的重视。
我国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但力度仍然不够，与国外有很大差距。
国外太阳能电池行业的研究，是在良好的自由竞争过程中产生的，各公司投入力度较大，具有良好的基础。
而国内的研究机构主要集中在高等院校和中科院等单位，是传统集权垄断体制下的产物，投入有限且缺乏创新精神，并且研究领域主要在薄膜电池、碲化镉、铜铟硒（CIS）、燃料敏化电池方面，在短期内难有所突破，所以我们任重而道远。
五中国太阳能光伏市场中长期发展规划
按照国家发改委编制的《可再生能源中长期发展规划》，到2010年太阳能光伏发电总容量300MW，其中偏远农牧区应用200MW，建筑物和公共设施应用80MW，大型并网光伏电站20MW，其他商业应用30MW。
2020年光伏发电总容量2000MW，其中偏远农牧区应用500MW，建筑物和公共设施应用1000MW，大型并网光伏电站300MW，其他商业应用100MW，建设重点如下：
1、用光伏发电系统或建设小型光伏电站，解决偏远地区无电村和无电户的供电问题，重点地区是西藏、青海、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃、云南等地。
建设太阳能光伏发电约100MW，解决约100万户偏远地区农牧民生活用电问题。
到2010年，偏远农村地区光伏发电总容量达到150MW，到2020年达到500MW。
2、在经济较发达、现代化水平较高的大中城市，建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施。
首先在公益性建筑物上应用，然后逐渐推广到其它建筑物。
同时在道路、公园、车站等公共设施照明中推广使用光伏电源。
“十一五”期间，重点在北京、上海、江苏、广东、山东等地区开展城市建筑屋顶光伏发电试点。
到2010年，全国将建成1000个屋顶光伏发电项目，总容量50MW。
到2020年，全国将建成2万个屋顶光伏发电项目，总容量1000MW。
3、建设较大规模的太阳能光伏电站。
“十一五”期间，在甘肃敦煌和西藏拉萨（或阿里）建设大型并网型太阳能光伏电站示范项目。
到2010年，建成大型并网光伏电站总容量20MW。
到2020年，全国太阳能光伏电站总容量达到2000MW。
另外，光伏发电在通讯、气象、长距离管线、铁路、公路等领域也得到了广泛应用。
从以上方面可以看出，国家在太阳能光伏发电方面投入力度是很大的，预计国内未来几年将迎来光伏发电的应用高潮，光伏产业将得到较大的发展。
六国内光伏产业市场及存在的问题
中国光伏发电产业于二十世纪七十年代起步，九十年代中期进入稳步发展时期。
太阳能电池及组件产量逐年稳步增加。
到去年年底，中国光伏电池总产量超过2500MW，光伏组件总产量超过4000MW。
2006年国家提出建设社会主义新农村，农村电气化便成为光伏发电应用的主要市场入口。
我国至2008年，太阳能光伏电池的累计装机容量达到140MW。
我国太阳能电池产业尽管发展很快，但技术进步却不明显，创新能力不强，自主创新的核心技术很少，产品的总体质量不如欧美日等发达国家和地区，包括设备制造在内的总体技术水平与发达国家有比较明显的差距。
为此，怎样避免太阳能电池项目的盲目建设、重复建设，加强企业间纵横向联系，努力扩大国内市场，增大科技力量的投入，提高全行业的技术进步，增强市场竞争能力，成为光伏产业当前的首要任务。
我国光伏产业的发展目前处于历史发展的特殊时期，存在着制约产业发展的不利因素和障碍，具体表现在：
1、主要市场目前在国外（98%以上出口），国内光伏市场偏小，国内装机容量需求发展缓慢。
去年我国总装机容量只有140MW，占世界总装机容量的0.93%，远比不上亚洲的小国家日本和韩国，与中国在世界上的大国地位不符，参见图1—6。
2、太阳能电站建设成本仍然偏高。
如建设太阳能独立发电系统，初期投资每千瓦5～6万元；建设太阳能并网发电系统，初期投资每千瓦3～5万元，发电成本达到每度2～4元。
太阳能光伏发电商业化市场的发展受到极大限制。
图1—6：
2008年部分国家光伏装机总量所占世界比例
3、国家制定的光伏发电发展目标偏低。
如：
2008年全国装机容量预计只有40MW,只占世界当年装机容量的一百三十九分之一；2009年为60MW，占世界年装机容量的七十分之一。
4、尽管鼓励光伏发展的相关政策已经出台，但无具体的可操作性，如：
无并网电价等。
第二节光伏产业链概览及产业链上游状况
一光伏产业链概览
光伏产业产业链可分为以下几个部分，多晶硅硅料生产、晶硅铸锭、硅片切割、太阳能电池片制造、电池组件封装、太阳能电池应用系统等。
为了简单叙述，我们将光伏产业链划分为上游、中游、下游三个层次。
从光伏生产企业的数量看，整个产业链呈现上小下大的“塔形”结构，参见图1—7。
图1—7：
光伏产业链厂家数量塔形分布图
产业链最上游的是太阳能多晶硅硅料制备，这个环节技术门槛高，设备要求严格，资金投入大，具有一定的垄断性，世界上只有少数公司掌握和拥有多晶硅尖端制备技术。
我国的多晶硅生产尽管采用与国际一流公司相同的工艺技术，但是，在核心技术掌握方面，还是远远不够的。
产业链中游环节是硅锭制备及硅片切割、晶圆生产。
整个工艺流程要经过硅锭制造、晶体切断成片、外径滚磨修整、平边、切片、倒角、表面研磨、腐蚀、精细抛光、清洗、分检包装等阶段，技术难度和资金投入仅次于多晶硅硅料的制造。
图1—8：
太阳能光伏产业链示意图
光伏产业链最下游是太阳能电池及组件制造，这个环节是电池组件封装，技术含量相对较低，进入门槛低，属于劳动力密集型产业，目前国内有400多家企业从事这方面的生产。
二国内多晶硅企业状况和行业中存在的问题
目前，国内涉及多晶硅生产的公司有洛阳中硅高科技有限公司、江苏中能硅业科技发展有限公司、四川峨嵋半导体材料厂、四川新光硅业科技有限公司、江苏大全集团、无锡中彩集团有限公司、南玻硅材料有限公司、川投能源股份有限公司、乐山电力股份有限公司、岷江水利电力股份有限公司、通威股份有限公司、东方电气集团有限公司、特变电工股份有限公司、江苏阳光股份有限公司等。
我国当今一期建设单厂规模在1000吨以上的企业有：
南玻硅材料有限公司、东方电气集团有限公司、特变电工股份有限公司、江苏阳光股份有限公司、江苏中能硅业科技发展有限公司、四川新光硅业科技有限公司，其中前五家的单厂规模都在1500吨，为全国最大。
最新数据分析显示，今年我国多晶硅产能将逾4万吨，而在2008年这一数字仅为4000吨。
这也就意味着在新一轮的投资狂潮下，我国多晶硅产能将实现一年翻十倍的壮举。
到目前为止，国内有近50家公司正在建设、扩建和筹建以西门子改良法为技术路线的多晶硅生产线，总建设规模超过10万吨，总投资超过1000亿，其中一期规模超过4万吨，投资超过40亿，在建多晶硅项目总数逾20个,其中，最大的项目为南京大陆投资集团、美国PPP公司、SCC公司、西图集团等共同投资建设托克托县多晶硅项目，总投资180亿元，建设规模为年产多晶硅18000吨。
而云南爱硅信科技有限公司总规划每年10000吨多晶硅项目，总投资也逾100亿元,到2010年一期工程都将建成投产，其他的产能可能在2011～2012年间实现。
我国多晶硅生产工艺起步于上世纪五、六十年代中期，生产厂家达20余家，但因技术和工艺不过关，这些企业均存在生产规模小、工艺技术落后、环境污染严重、能耗大、成本高等问题。
在当前的多晶硅生产公司中，绝大多数为后起之秀，原有的20多家生产厂家中仅剩峨眉半导体厂与洛阳中硅高科技有限公司、四川新光硅业科技有限公司是从中保留或变身而成。
多晶硅的生产目前采用最多的是“改良西门子法”，见表1—5。
改良西门子法，即闭环式三氯氢硅氢还原法，主要工艺过程包括：
HCl合成、SiHCl3合成（工业硅粉与HCl气体反应）、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。
该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。
通过采用SiCl4氢化和尾气干法回收利用工艺，明显降低了原辅材料的消耗。
&?
'h%U+E5g'a其特点为闭路循环系统，各环节的废气全部回收利用，解决了传统西门子法生产多晶硅过程中存在的原料消耗高、能耗高、环境污染严重等问题。
改良西门子工艺中的主要化学反应如下：
Cl2+H2→2HCl↑2Si+7HCl→SiHCl3+SiCl4+3H2↑
SiHCl3+H2→Si+3HCl↑SiCl4+H2→SiHCl3+HCl↑
表1—5：
多晶硅的生产方法及原理
西门子法
三氯氢硅氢还原
国内少数厂家用
改良西门子法
闭环式西门子法
80%以上厂家采用
硅烷法
硅烷热分解
日本小松、美国Asimi和SGS公司采用
气液沉积法
气—液直接转化
日本Tokuyama公司应用
流化床反应炉法
硅烷气流化床直接分解
美国联合碳化合物公司发明，美国MEMC公司采用
冶金法（物理法）
多次水平区熔单向凝固
日本川崎制铁公司、福建南安三晶应用
重掺硅废料提纯法
采用化学提纯定向凝固结合方式
美国个别公司研究应用
是否闭环生产，是决定该工艺能耗高低和原料利用率的决定性因素，也是降低产品成本的关键。
根据有关介绍，西门子改良法千吨级以下生产线一般没有投入成熟的尾气处理工艺，达不到闭环生产和循环利用物料，环境排放不过关，生产成本居高不下。
四氯化硅是多晶硅生产中产生量最大的副产物，未经处理回收的四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体（或气体），对安全和环境危害极大。
四氯化硅作为多晶硅生产中必然的副产物，就国内多晶硅工艺技术而言，严重制约着多晶硅的产量。
理论上，每生产一吨多晶硅副产4.5吨四氯化硅，而实际生产中往往大于此值,一般在15吨左右。
因此，如何处理四氯化硅是国内多晶硅企业面临的严重问题。
四氯化硅目前的消耗途径有以下几种：
即制备气相法白炭黑技术、热氢化制备三氯氢硅技术和氯氢化制备三氯氢硅技术以及SiCl4醇解等，见表1—6。
表1—6：
四氯化硅利用及方式及优缺点
气相法白炭黑用途广泛、附加值高
市场空间有限
乐山吉必盛、洛阳中硅、德国瓦克、日本德山等
四氯化硅和氢气在1250℃左右的温度下反应生成三氯氢硅和氯化氢
反应温度高、工艺复杂、装置操作难、副产二氯硅烷、转化率低、能耗高
能耗高，发达国家已淘汰。
新光硅业
装置单一、投资小、占地少；反应温度低、操作稳定；对原料纯度要求低，转化率高、能耗低
技术目前不是很成熟，氢化转化率很低
四川永祥、洛阳中硅、江苏中能、德国瓦克
SiCl4+4HO-R→Si（OR）4+4HCl产品应用广泛
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