光伏发电原理光伏发电原理 太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子，如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子，就成为带负电的N型半导体;若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子，形成带正电的P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后，空穴由N极区往P极区移动，电子由P极区向N极区移动，形成电流。 制作时，多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P-N结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片...
光伏发电原理 太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子，如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子，就成为带负电的N型半导体;若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子，形成带正电的P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后，空穴由N极区往P极区移动，电子由P极区向N极区移动，形成电流。 制作时，多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P-N结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50%。 1954年，美国贝尔实验室诞生第一个 太阳能电池。上世纪60年代开始，美国用太阳能电池作为人造卫星 能源。70年代能源危机爆发，太阳能电池开始被应用到民用领域。 光伏产业:在灿烂阳光下激情挥舞 12月14日，无锡尚德电力在纽约证券交易所火爆上市，融资4亿美元，发行价高达15美元，并于挂牌首日大涨41,。尚德在纽交所被追捧，缘于其生产时下炫目的太阳能电池——太阳能光伏发电系统的主要设备。 尚德的上市创造了又一个财富神话。尚德创始人、董事长施正荣博士由于持有尚德6800万股，成为身价超过11亿美元的富豪。而创造这笔巨额财富的时间，仅仅用了短短的四年。2001年1月，施正荣带着他在澳大利亚积累的光伏领域的知识和经验回到无锡创建了尚德，之后将尚德产能迅速扩大到目前120兆瓦太阳能电池的制造能力，排名全国第一、全球前十。 在尚德的精彩
演之前，控股国内第二大电池生产商、国内唯一具有太阳能电池完整产业链的G天威(600550)早已在A股市场掀起了太阳能旋风。2005年下半年以来，当大盘在1000点到1200点徘徊的时候，G天威股价已经飙升192,，雄踞所有涨幅之首。紧随G天威异军突起的还有另一只太阳能概念股——航天机电(资讯 行情 论坛)(600151)，累计涨幅达96,，排名第四。 G天威在预计今年业绩同比增长100,以上的时候说，其控股51,的子公司保定天威英利新能源有限公司太阳能电池订单被哄抢一空。一些分析家也十分乐观地评估着太阳能电池产业的未来，并认为行业 工厂外面的草坪上架设着几种不同规格的太阳能电池组件样品。在保定街头，记者还发现了用太阳能电池发电的交通信号灯。据说，在川北高原，不少牧民已用上便携式太阳能光伏发电器。 “天威英利的产品主要销往国外，国 根据国外有关机构资料，目前光伏发电成本大约为32美分/千瓦时(KWh)，是煤电3美分/KWh的10倍，风电5美分/KWh的6倍。太阳能电池组件成本占光伏发电系统总成本的 50,左右。在去年以前，主要发达国家已经有支持光伏发电的政策。例如德国 2000年通过可再生能源法，以固定优惠收购电价鼓励可再生能源，对可再生能源电厂以20年期提供0.99马克/KWh优惠价收购并入公共电网。日本由于电费达到21.2美分/KWh，接近太阳能电池发电成本，因此成为推动光伏发电系统最有力的国家。日本1994年实施“朝日七年
”，目前已安装了近7万个太阳能屋顶，预计到2010年要安装100万个太阳能屋顶，并对居民初装实施补贴。 这些计划支持了光伏发电产业的快速发展，太阳能电池的产量迅速上升，从1995年到2003年，增长了近10倍。但是由于总体规模尚小，并没有引起电池和原材料价格剧烈变动和电池企业的利润攀升。 2004年4月德国通过经补充修订的可再生能源法，打破了原有市场的供需平衡。跟2000年原法律相比，新法给予的优惠条件大幅放宽，使得该国居民装设光伏发电设备有利可图。结果德国2004年光伏发电系统设备大幅增加，并一举超过日本成为全球最大光伏发电系统装设地区。根据Solarbuzz提供的数据，2004年，德国光伏发电系统装设容量为361兆瓦(MW)，同比大增152,，已占全球总量的39,;日本以278MW的装设容量占全球30,。德日两国装设容量占了全球2/3以上。目前我国电池产品也主要出口到上述两国。 主要在德国的推动下，2004年全球太阳能电池生产首次超过了1000MW，比2003年的744MW增长61.2,。长期以来呈下降趋势的电池组件价格，自2004年5月开始逆转，美国市场价格至今已整体上涨8,左右。1998年成立的天威英利，2003年前基本上没有收入，2004年硅片、电池片和组件三条线全面投产，实现销售收入1.12亿元，毛利率也达22.19,;今年上半年实现销售收入9078万元，毛利率35.21,。无锡尚德2003年净利润仅92.53万美元，2004年劲增至1975.66万美元，今年前三季度已经达到2300万美元。 旨在减少温室气体排放的《京都议定
》于今年2月16日正式生效。欧盟、日本以及未签字的美国等发达国家，都积极发展可再生能源。目前看来，发达国家对光伏发电的支持还将维持相当长一段时间。 资料显示，欧盟希望在2010年安装3百万千瓦(GW)的光伏发电装置，2030年增加到200GW左右。美国预计2020年光伏发电累计安装量达到36GW。日本计划到2010年安装近5GW。 国家发改委副主任张国宝11月7日在国际可再生能源大会部长论坛上称，根据我国初步完成的《可再生能源中长期发展规划》，2020年，我国光伏发电将达到2GW。虽然与发达国家有差距，但跟2004年我国光伏发电仅6.5万千瓦的基础相比，未来20年的增幅也将相 当可观。据悉，尽管目前尚没有制定对光伏发电的具体扶持政策，但是相关部门正在着手研究。从明年开始，我国要在传统能源成本较高的西藏，为新能源投入100多亿元。 这些雄心勃勃的规划意味着未来15年，市场将以至少20,的速度增长。里昂证券研究员MichaelRogol在今年7月的研究
中更是乐观地预计，到2010年，全球太阳能产量将增长4倍，销售收入增长3倍，利润增长3倍。即便对国内企业光伏发电持谨慎态度的孟宪淦也认为，由于发达国家发展新能源是出于替代石油的考虑，因此一旦发展起来，“就不会小打小闹”。 当然，靠政策吃饭的光伏发电市场也有风险。今年5月23日，德国总理施罗德宣布提前举行全国大选，由于担心新一届政府改变对光伏发电的政策支持，太阳能整体大幅下跌，给光伏发电产业惊出一身冷汗。政府补贴可能隐含光伏 发电系统成本不断降低和政府财力允许这两个前提，而目前电池价格上涨与此相悖。对广大发展中国家来说，未来启动光伏发电市场，还需要政府财力的不断增强。 刚上任的德国新政府对光伏发电政策还不明朗。但MichaelRogol认为，受大环境和立法体制的制约，政府更替不大可能改变扶持政策，即使变更也不会很大。丁强也持相同看法，“我认为有可能，比如油价下跌可能在一个阶段使政府缩小、减少这种财政补贴”，但“也不可能完全取消政府补贴，因为推动新能源是一种方向”。丁强对市场的判断很明确:“光伏产品的市场，应该不是问题。”尚德则认定，政府对采用光伏发电的动力越来越强是其竞争优势之一。 占硅为王 太阳能电池需求的强劲带动了电池企业利润的上升，但是随着电池企业迅速扩产和新成员的加入，电池原料,,多晶硅供应骤然紧张，价格飞涨。多晶硅生产商获得了超额利润，下游电池企业则由于政府扶持有一定限度，不可能大幅度提价，在“阳光”大道上已感受到被上游企业劫持的威胁。 目前太阳能电池厂家广泛采用的原料是多晶硅。IM体育专家介绍，多晶硅由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，迄今为止，这种提炼技术还掌握在发达国家的少数企业手中。而冶金级硅提炼较为简单，而且地壳成分中约1/4由硅元素构成，因此冶金硅并不缺。 多晶硅同时还是半导体的原料。半导体用硅要求硅纯度达到 99.9,，小数点后有12个9，远比太阳能用硅99.9999,，小数点后4个9的纯度水平高得多。 在光伏发电产业火爆之前，半导体和太阳能所用多晶硅分别占多晶硅市场的2/3和1/3，太阳能级别的多晶硅价格也较半导体便宜得多，硅料生产商往往将用于半导体的硅料次品卖给电池商。 随着半导体市场景气回落，硅料生产商经历了数年的损失，在市场刚刚启动的时候，他们不会再轻易扩产。结果，强劲的需求带动了太阳能级别硅料价格一路高歌，2003年每公斤24美元，2004年涨到32美元，今年现货市场价格蹿升到目前的80美元左右，个别市场甚至更高，超过并带动了半导体硅料价格，令电池企业的经理人和行业分析师们都目瞪口呆。 供应紧张的后果不仅是价格疯涨，部分电池企业根本就无法获得硅料。硅料供应商倾向于向长期订货的大型电池企业供货，一些小的电池企业就遭了殃。我国电池企业所用硅料90,以上靠进口，不少电池企业目前就已经处于“等米下锅”的境地。而据联合证券研究员杨军透露，即便是天威英利，2004年也因为没能获得充足硅料，电池生产能力60,被放空。尚德上市募集资金中的1亿美元，已计划用于“抢购”硅料。 硅料生产商终于意识到这是一轮大牛市，于是对扩产计划积极起来。例如，全球最大硅料供应商Hemlock于今年11月中旬宣布，计划在美国4,5亿美元扩充产能，将现有产能扩充50,。项目第一阶段预计在2008年1月完成，可能的第二阶段在其后一年完成。而全球第三大硅料生产商Wacker也有宏伟扩产计划，2007年将其产能从目前的5000吨扩充到9000吨。 硅料价格暴涨使得硅料有利可图。今年6月，G天威决定出资1.1亿元，对四川新光硅业科技有限责任公司进行增资扩股，增资扩股后，G天威持有新光硅业35.66,的股份，成为该公司第二大股东，使得G天威成为国内唯一有完整光伏产业链的公司。据悉，新光硅业一期年产多晶硅1260吨项目建设正在全速 进行，按设计将于明年年底出产品;该公司本月底将召开的董事会还要研究在项目一期正在建设的同时，开始建设二期，二期产能将是一期的3倍。较G天威迟到一步的尚德，则正在国内寻找硅料企业建立“各种形式的战略合作”。 由于新的硅料生产线个月的建设期，分析家普遍预计，全球范围内的硅料供应紧张局面短期内仍将持续。成都证券研究员张帅认为，硅料紧张还 ,3年;之后随着新增产能逐步投产，硅料紧张有望缓解。 要持续2 谁的舞台 行业上下游的有利地势，都已有国际巨头把持。面对未来诱人的市场蛋糕，国际电池巨头Sharp、ShellSolar、BPSolar等，以及硅料大鳄Hemlock、Wacker等纷纷扩产。此外， 一些新的国际巨头，包括一些半导体企业，也在计划投身光伏产业。在未来15年年均至少增长20,的市场中，这些国际巨头或者畅想行业成长，或者品尝扩张过于迅猛酿成的苦酒。但不管怎样，原有的实力就可决定它们在这个舞台上演出的资格，并保持一定水准。 国 但最重要的门槛还不是资本，而是技术。据张帅介绍，目前国内掌握硅料生产技术的主要有新光硅业、洛阳半导体厂。洛阳半导体厂以及作为新光硅业科研生产基地的峨嵋半导体厂的项目此前都已建设多年，但由于受技术水平较低、资金不足、规模小等限制，根本无法与国际巨头竞争。 丁强向记者透露:“新光硅业技术来源于俄罗斯，在世界上属一流水平。新光硅业也是国家唯一批准的产能1000吨以上的项目”。前苏联就已有硅料成熟技术，苏联解体后，俄罗斯看到太阳能市场需求很大，也希望通过转让技术获得一些资金。四川具备投入硅料生产所需的水和电力资源，并且有峨嵋半导体厂搞硅料的一套老班底，国家决定将该项目投入到四川。 丁强称:“俄罗斯转让该技术给我国，也不是随便转让的。多晶硅材料也可用于半导体、军事等其他工业，因此拥有硅料技术的其他西方发达国家对技术转让的控制也非常严格。国内企业要获得硅料生产成熟技术，非常困难。” 除了技术、生产和加工工艺以外，还要有一支能投入太阳能生产制造的团队。根据目前的情况，有钱也难以抢到这样一支团队。联合证券研究员杨军曾在本报撰文分析，尚德上市后可能会收购洛阳半导体厂。除了峨嵋半导体厂的团队已经属于新光硅业外，也就剩下这一支团队了。而再后来的进入者，则要做好已经没有团队可买的心理准备。 光伏发电产业的发展离不开政府补贴，但光伏发电系统成本的不断降低对行业的长远发展有着更根本的作用。长久以来，光伏发电设备成本在不断下降，市场要求其继续下降。这 主要得由技术进步来实现。除了多晶硅电池技术在不断进步外，还有少数企业在用其他技术，如非晶硅生产电池，虽然目前成本较多晶硅电池成本高，但这些企业相信随着技术进步，日后能降到甚至低于多晶硅电池的成本以下。这场技术进步大战基本由发达国家主导，目前不少想进入光伏发电行业的国 尚德的上市再次引爆国括太阳能光伏发电和太阳热发电。利用太阳电池这种半导体器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转换成电能的直接发电方式称之为太阳能光伏发电。光伏发电系统没有机械运动部件，无污染，无噪音，具有很长的工作寿命，特别是独特的模块化结构，使其适合于任何规模的电力生产，大到中心电厂，小 到私人住宅供电。 光伏发电技术不断提高，商品化电池的转换效率由上世纪90年代的10,,14,提高到目前的13,,17,，生产自动化程度不断提高，生产规模不断扩大。2003年，全球前10名光伏电池生产商占据总市场的85.5,，
规模化、集约化生产具有明显竞争优势。并网光伏发电在市场中的份额逐年增加，2003年已达到55.5,，占据了主导地位。这在人类 能源变革中具有重要意义，它标志着光伏发电由边远地区和特殊应用向电网电源发展，由补充能源向替代能源发展的转变，人类社会已开始为建设可持续发展的能源体系而努力。其他诸如农村边远地区应用、通讯和信号、消费电子产品等都有快速发展，并继续发挥光伏发电的独特优势。 光伏发电成本随着产业的发展不断降低，其中光伏组件成本30年来几乎降低了2个数量级。2003年，世界主要厂商的成本已降到2,2.3美元/W，售价2.5,3美元/W。随着技术进步，产业规模不断扩大，光伏发电的成本将继续不断降低。 在目前和今后相当长时段内，光伏发电成本高昂都是制约光伏市场发展的根本瓶颈。以 科学发展观分析，在法规与政策的拉动下，我国光伏市场和产业将会持续快速发展，光伏发电系统技术经济指标将大幅度进步。 按照光伏发电发展的经验分析，到2030年光伏系统价格有望下降到,2.6/W，其中光伏组件价格降到,0.65,1.3/W，光伏系统的寿命将从现在的15,20年增 ,35年，系统转换效率从现在的10,15,增加到18,20,，发电成本可加到30 以降到6,8美分/KWh，基本达到或接近届时计入外部成本的煤电水平。只要有规模市场，即使不计入外部成本，光伏发电成本也预计在2040年前达到煤电届时成本。如果加大技术投入，良好政策拉动，规模市场健康发展，这个预期时间还可能提前到来。
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