太阳能电池及其未来

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1、第1页/共62页内内 容容全球光伏产业介绍全球光伏产业介绍2中国太阳能利用介绍中国太阳能利用介绍4背景简介背景简介1总结与展望总结与展望52太阳能电池知识太阳能电池知识介绍太阳能电池知识介绍3第2页/共62页太阳能的利用太阳能是地球上最基本的能源 人类利用太阳能已有3000多年的历史传说阿基米德曾经利用聚光镜反射阳光，烧毁了来犯的敌船。太阳能即指由太阳发射出来并由地球表面接受的这一部分辐射能。第3页/共62页石油石油40年年天然气天然气61年年煤煤碳碳227年年化石能源是不可再生能源化石能源是不可再生能源4第4页/共62页能源危机给人类社会带来的影响是我能源危机给人类社会带来的影响是我们难以承

2、受的，而且随着现代的高速们难以承受的，而且随着现代的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。发展，人类对能源的需求量越来越大。石化能源对环境造成破坏和污染。开石化能源对环境造成破坏和污染。开发和利用清洁，高效的新能源已成为发和利用清洁，高效的新能源已成为人类共同关注的重大课题！人类共同关注的重大课题！石化能源危机与危害石化能源危机与危害5第5页/共62页臭氧层的破坏臭氧层的破坏第6页/共62页全球警告全球警告!21世纪，全球温度将上升1.84.0 C，将直接导致海平面的上升并威胁到生活在纽约、伦敦及上海等城市。20世纪已致全球温度升高0.60.2 C。第7页/共62页现在主要现在主要电力能源电力

3、能源火电：火电：燃料枯竭、恶化环境燃料枯竭、恶化环境水电：水电：资源有限，季节影响资源有限，季节影响核电：核电：资源有限，安全隐患资源有限，安全隐患人类需要新能源人类需要新能源第8页/共62页在新能源中，太阳能，生物质能，在新能源中，太阳能，生物质能，氢能和风能，海洋能，地热能等都氢能和风能，海洋能，地热能等都是可以再生能源。是可以再生能源。其中太阳能是最诱人的其中太阳能是最诱人的9第9页/共62页风能风能广义的太阳能利用波浪能波浪能地热能地热能石化能石化能生物质能生物质能10生物能生物能第10页/共62页太阳灶太阳灶热水器热水器大棚大棚太阳能应用（一）：光能太阳能应用（一）：光能热能热能太阳

4、能供热太阳能供热11第11页/共62页光伏发电（PV）热发电（CSP）太阳能发电的两种方式太阳能发电的两种方式12第12页/共62页13太阳能应用（三）太阳能应用（三）太阳能化学能RoadmaterialsExteriorInteriorBuildwallPurifyair第13页/共62页内内 容容背景简介背景简介1中国太阳能利用介绍中国太阳能利用介绍4全球光伏产业介绍全球光伏产业介绍2总结与展望总结与展望514太阳能电池简介太阳能电池简介3第14页/共62页 2020:PV1 2020:PV1，2040:202040:20在能源结构中的比例，20502100可再生能源 52%86%太阳能2

5、8%67%太阳能发电(光伏热电)24 64国际能源中心国际能源中心 预测预测-PVPS15第15页/共62页16u美美国国。奥奥巴巴马马政政府府“绿绿色色能能源源计计划划”，“百百万万屋屋顶顶计计划划”3年年内内使使太太阳阳能能等等可可再再生生能能源源利利用用量量增增加加1倍倍，2012年年，可可再再生生能能源源发发电电比比例例提提高高到到10%。到到2025年年前前，将将投投资资1900亿亿美美元元用用于于清清洁洁能能源源和和可可再生能源的开发利用。再生能源的开发利用。u日日本本。2008年发布“太太阳阳能能发发电电普普及及行行动动计计划划”，3-5年后太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右

6、，到2030年，太阳能发电量要达到2005年的40倍。2009年重新启动太阳能光伏补贴政策用户可得到7万日元/千瓦的补贴。各国光伏应用政策各国光伏应用政策第16页/共62页太阳能电池太阳能电池欧洲联盟国家计划在年太阳能欧洲联盟国家计划在年太阳能光电转换的电力占所有总电力的光电转换的电力占所有总电力的1.5第17页/共62页18中国光伏应用政策中国光伏应用政策u大大力力开开发发和和利利用用清清洁洁能能源源是是我我国国发发展展国国民民经经济济和和建建设小康社会的战略目标。设小康社会的战略目标。u“十十二二五五”能能源源发发展展规规划划中中明明确确指指出出：“从从发发展展战战略来说，新能源必须具备一

7、定规模略来说，新能源必须具备一定规模”。u2020年年，我我国国新新能能源源占占一一次次能能源源消消费费的的比比重重将将达达到到15%左左右右。“十十二二五五”期期末末，新新能能源源所所占占比比重重12%13%。第18页/共62页第19页/共62页2004-2008年全球光伏装机量增长趋势图20全球光伏装机演化图全球光伏装机演化图第20页/共62页世界太阳能世界太阳能分布图分布图第21页/共62页中国太阳能分布图中国太阳能分布图第22页/共62页内内 容容全球光伏产业介绍全球光伏产业介绍2中国太阳能利用介绍中国太阳能利用介绍4太阳能电池知识介绍太阳能电池知识介绍3总结与展望总结与展望523太阳

8、能电池知识背景知识介绍背景知识介绍1第23页/共62页24第24页/共62页单晶硅电池单晶硅电池硅电池的分类（单晶硅）硅电池的分类（单晶硅）单晶硅片单晶硅片形状上：呈八边形；形状上：呈八边形；颜色上：颜色均匀，黑色；颜色上：颜色均匀，黑色；原材料原材料25第25页/共62页26硅电池的分类（多晶硅）硅电池的分类（多晶硅）形状上：呈四边形；形状上：呈四边形；颜色上：颜色不均匀，呈蓝色冰花状花纹；颜色上：颜色不均匀，呈蓝色冰花状花纹；第26页/共62页硅乃地球上蕴含量第二丰富的元素。硅本身无毒性，其氧化物稳定又不具水溶性。目前太阳电池以硅为主要材料。l单结晶硅:转换效率高，成本高。(图1)l多结晶

9、硅:效率与成本较单结晶低。(图2)l非结晶硅:成本最低，效率最差。(图3)123硅材料太阳电池特性硅材料太阳电池特性第27页/共62页28各类硅电池性能比较各类硅电池性能比较 类别优点占有份额缺点寿命单晶硅转化效率高，转化效率高，稳定性好稳定性好转化效率高，转化效率高，稳定性好稳定性好成本高，成本高，工艺复杂工艺复杂25年以年以上上多晶硅成本较低，效成本较低，效率稳定，性价率稳定，性价比高。比高。全世界应用全世界应用最广光伏材最广光伏材料料成本较高成本较高25年年非晶硅生产效率高，生产效率高，成本低廉，非成本低廉，非常吸引人常吸引人10%效率低，效率低，衰减快衰减快35年年薄膜晶硅大大降低晶硅

10、大大降低晶硅用量，效率较用量，效率较高高目前还处目前还处于研发阶于研发阶段段在08年以前，薄膜电池成本仅相当于晶硅电池的一半。然而，08年以后，多晶硅价格连创新低，从总成本的50%降到25%，成本也大幅下降，薄膜电池同期成本仅下降了10%，薄膜电池在成本上的优势降低。第28页/共62页ThinfilmproductCrystallinesiliconproductionCrystallinesiliconproduction66%a-siliconCIGS15%CdTe6%Other1%Source-SolarPlaza2009/1/23-2008年-2012年29世界光伏组件的生产模式世界光

11、伏组件的生产模式第29页/共62页2007年光伏产值分析，多晶硅提炼环节占据光伏产业链的价值比例达到了56.16%，多晶硅和硅片切割环节仍是价值链中的重点领域。光伏产业价值构成光伏产业价值构成30第30页/共62页31光伏向薄膜时代的发展光伏向薄膜时代的发展第31页/共62页32光伏走进薄膜时代光伏走进薄膜时代晶体硅和薄膜太阳能光伏电池是现在乃至未来十年的两大主要技术阵营，晶体硅太阳能电池以高转化效率在过去和现在都主导着光伏市场。而薄膜电池在原有转化效率上突破性的进展以及相对低廉的成本在近几年吸引了研究者和投资者更多的关注，处于其急速发展期。第32页/共62页33各类硅电池性能比较各类硅电池性

12、能比较 类别优点占有份额缺点寿命单晶硅 转化效率转化效率高，稳定高，稳定性好性好转化效率高，转化效率高，稳定性好稳定性好成本高，成本高，工艺复杂工艺复杂25年以年以上上多晶硅成本较低，成本较低，效率稳定，效率稳定，性价比高。性价比高。全世界应用全世界应用最广光伏材最广光伏材料料成本较高成本较高25年年薄膜非晶硅生产效率生产效率高，成本高，成本低廉，非低廉，非常吸引人常吸引人10%效率低，效率低，衰减快衰减快35年年薄膜晶硅大大降低大大降低晶硅用量，晶硅用量，效率较高效率较高目前还处目前还处于研发阶于研发阶段段在08年以前，薄膜电池成本仅相当于晶硅电池的一半。然而，08年以后，多晶硅价格连创新低

13、，从总成本的50%降到25%，成本也大幅下降，薄膜电池同期成本仅下降了10%，薄膜电池在成本上的优势降低。第33页/共62页34薄膜电池薄膜电池非晶硅薄膜电池薄膜硅电池化合物半导体薄膜非晶微晶硅薄膜CdS薄膜电池CdTe薄膜电池CIGS薄膜电池GaAs薄膜电池薄膜电池分类薄膜电池分类第34页/共62页35碲化镉（CdTe）太阳能电池世界碲的产量结构（按生产国分）世界镉的产量结构（按生产国分）碲和镉均属稀有元素，世界镉储量有180多万吨，碲储量有4-5万吨，碲在地壳中的含量按重量计为110-6%，非常稀少。中国是世界最大的镉消费国和进口国，每年镉的消费量超过12000吨，其中有70%用于生产镍镉

14、电池。第35页/共62页36砷化镓电池砷化镓电池(GaAs)电池简介电池简介第36页/共62页37各种空间太阳能电池第37页/共62页空间太阳能电池长期暴露于高真空、太阳耀斑及各种反射性条件下，并反复经受-100-100的温度考验，因此具有许多特殊要求：空间太阳能电池空间太阳能电池高的转化效率与重量轻；优良的热光学性能。具有自身将产生的热通过热辐射迅速向外传输的功能经济性耐辐射性。应将电池设计成不受反射线损伤的结构；高可靠性。因为很难或无法维修；38第38页/共62页GaAs空间太阳能电池空间太阳能电池GaAs太阳电池的发展已有40余年的历史。20世纪50年代首次发现。公认的新一代高性能长寿命

15、空间主电源。GaAs材料的光学带隙Eg=1.43eV,能获得较高的转换效率。最高效率已达到29%。39第39页/共62页砷化镓电池优点砷化镓电池优点1、光电转化率：、光电转化率：砷化镓的禁带较硅宽，光谱响应性较硅好。目前，单结的砷化镓砷化镓的禁带较硅宽，光谱响应性较硅好。目前，单结的砷化镓电池理论效率达到电池理论效率达到27%，而多结的砷化镓电池理论效率更超过，而多结的砷化镓电池理论效率更超过50%。2、耐温性、耐温性常规上，砷化镓电池的耐温性要好于硅光电池，有实验数据表明，常规上，砷化镓电池的耐温性要好于硅光电池，有实验数据表明，砷化镓电池在砷化镓电池在250的条件下仍可以正常工作，但是硅光

16、电池在的条件下仍可以正常工作，但是硅光电池在200就已经无法正常运行。就已经无法正常运行。4、抗辐射性能好抗辐射性能好GaAs 为直接禁带材料为直接禁带材料,其抗高能粒子辐照的性能优于间接禁带其抗高能粒子辐照的性能优于间接禁带的的Si 太阳电池。太阳电池。40第40页/共62页41聚光型太阳能电池简介聚光型太阳能电池简介第41页/共62页聚光型太阳能电池聚光型太阳能电池42第42页/共62页聚光型太阳能电池聚光型太阳能电池1.由聚光型太阳能电池(ConcentratorPhotovoltaic)+高聚光镜面菲涅尔透镜(FresnelLenes)+太阳光追踪器(SunTracker)的组合；2、

17、世界上效率最高的三结砷化镓(GaAs)太阳能电池。效率达到了创纪录的42.3%。4、聚光型太阳能电池的耐热性比晶圆型太阳能电池高。43第43页/共62页44太阳能光热发电简介太阳能光热发电简介第44页/共62页光热发电或成新能源投资主角光热发电或成新能源投资主角原理：系统先使用汇聚的太阳光将热量接收器中的介质（液体或气体）加热到非常高的温度，然后把这部分热量转换为机械能，再从机械能转化为电能。聚光光热发电技术分为四种 槽式、塔式、碟式及反射菲涅尔式。中国及亚洲首座塔式光热发电站北京顺义区槽式太阳能热发电站45第45页/共62页光伏光热发电比较图光伏光热发电比较图u太阳能热发电可发电，供热，从而

18、部分取代煤供热。u太阳能供热采暖是继太阳能热水器之后，最具发展潜力的太阳能热利用技术。u太阳能发电存在“间隙性”，是各种太阳能发电技术均存在的弊端。热发电通过“储热”，大幅度缓解“间隙性”难题，充当“调峰”电站。46第46页/共62页内内 容容全球光伏产业介绍全球光伏产业介绍2背景知识介绍背景知识介绍1中国太阳能利用介绍中国太阳能利用介绍4总结与展望总结与展望547太阳能电池知识太阳能电池知识介绍太阳能电池知识介绍3第47页/共62页48具有全球竞争力的具有全球竞争力的中国光伏产业中国光伏产业第48页/共62页49中国太阳能电池研究历程中国太阳能电池研究历程中国开始研制第一片晶体硅光伏电池从1

19、958开始，太阳能电池也经历了从无到有、从空间到地面、由军到民、由小到大、由单品种到多品种以及光电转换效率由低到高的艰难而辉煌的历程。1969年研制完成单晶硅太阳能电池组第49页/共62页中国太阳能电池研究历程中国太阳能电池研究历程1958-1965年，中国太阳能电池研究突飞猛进，电池效率稳定在15%，同国际水平相差不大。1970年，电池在空间卫星上使用；1975年，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面；1999年，AsGa电池效率达到22%；2005年，我国开始了大规模生产多晶硅的序幕；2007年-至今，我国成为生产太阳电池最多的国家；第50页/共62页全球太阳能电池产量单位：MW51第51

20、页/共62页目前，中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。拥有无锡尚德、江西赛维、天威英利等一批知名企业。2009年中国太阳能电池产量为300MW，占全球总产量的40%以上，从2007年开始，已成为全球太阳能电池生产第一大国。52第52页/共62页中国太阳能电池产中国太阳能电池产量比较图量比较图2010年中国年中国大陆和台湾的大陆和台湾的太阳能电池太阳能电池产量占全球产产量占全球产量超过量超过65%PV电池产量电池产量2009年中国大陆和台湾的太阳能电池产量占全球64%以上中国大陆太阳能电池产量连续四年第一第53页/共62页多晶硅薄膜电池由于使用的硅比单晶硅电池少，所以成本较低，效率高于非晶硅电池

21、，性能稳定，目前在太阳能电池市场占有重要地位。54中国硅晶的生产模式中国硅晶的生产模式第54页/共62页中国太阳能电池产量与预测目前光伏发电的成本还比较高，但从长远看，随着技术的提升，太阳能光伏产业链各环节成本的持续下降，其他传统能源形式的逐渐饱和，太阳能可能将在2030年以后成为主流的能源形式之一。中国光伏电池产量及预测亚洲其他亚洲其他日本日本欧洲欧洲台湾台湾美国美国中国大陆中国大陆2009年光伏电池产量比较图55第55页/共62页中国光伏产品应用分类中国光伏产品应用分类56第56页/共62页Solar camping lantern57第57页/共62页亚洲最大的光伏建筑一体化工程介绍亚洲

22、最大的光伏建筑一体化工程介绍第58页/共62页59亚洲最大的光伏建筑一体化工程亚洲最大的光伏建筑一体化工程中国馆、主题馆、世博中心和未来馆（原南市电厂）等四座标志性建筑，太阳能电池板的总装机容量达4.6兆瓦，年均发电可达406万千瓦时，减排二氧化碳总量逾3400吨。其中，利用世博主题馆屋顶建设的光伏项目，装机容量2.8兆瓦，是目前中国乃至亚洲最大的光伏建筑一体化工程。ShanghaiExpo2010中国馆主题馆第59页/共62页不同的国度，同一个世界，不同的国度，同一个世界，不同的国度，同一个世界，不同的国度，同一个世界，同一个梦想！同一个梦想！同一个梦想！同一个梦想！共享技术，用阳光驱动共享技术，用阳光驱动共享技术，用阳光驱动共享技术，用阳光驱动未来！未来！未来！未来！第60页/共62页真诚邀请各位专家和领导到三峡大坝和真诚邀请各位专家和领导到三峡大坝和真诚邀请各位专家和领导到三峡大坝和真诚邀请各位专家和领导到三峡大坝和三峡大学调研考察！三峡大学调研考察！三峡大学调研考察！三峡大学调研考察！第61页/共62页感谢您的观看。第62页/共62页