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CIGS光伏平价上网的另一选择

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来源: 作者: 2019-05-16 22:23:26

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种矛盾体。可再生、清洁无污染等特性,决定了它在能源替换市场毋庸置疑的广阔前景;但与此同时,超出传统能源数倍的高昂本钱,也使得这类替代进程举步维艰,步履蹒跚。而正是这类显而易见的矛盾对立面,光伏发电从一开始就走在提性能、降成本的直行道上。

虽然全球第一块实用太阳能电池1954年已经问世,但太阳能发电真正的产业化进程则是21世纪事情。来自OFweek60.8%受访青年认为大学是开始恋爱最佳时期
行业研究中心的数据显示,2000年至2008年,全球太阳电池产量年均复合增长率为47%,2008年产量达到6.4GW,至2013年,全球光伏组件产量已经到达40GW。同期,以欧美为主的全球太阳能光伏发电运用市场也以45%的年均复合增长率快速增长。2008年全球累计装机总量已接近15GW。截至2012年底,全球光伏电站累计装机容量已达99.7GW,较2007年翻了近11倍;截至2013年底,全球累计装机容量达136.7GW。

纵观全球光伏产业快速增长的这十年,同时也是成本快速下降的若干年。随着太阳能光伏发电规模、转换效率和工艺水平的提高,全产业链的成本快速下降。太阳能光伏电池组件价格从2000 年的每瓦4.5 美元下降到2010 年的1.5 美元以下,再到目前的0.6美元/瓦左右,太阳能光伏发电的经济性已明显提高。

正如上文所讲,光伏产业界一致努力降低成本,最终目标就是光伏发电能够平价上,与传统能源直接竞争,乃至替代传统能源。而这些努力,包括目前占主流的晶硅厂商在提升电池转化效率、减少使用硅料成本、以及降低非硅加工本钱等等,但2008年前后全球多晶硅市场的过山车行情,使得过往并不显眼的薄膜太阳能电池厂商逐步走上前台。从2008年开始全球薄膜太阳能电池产量呈几何倍增的态势,足以说明这一时期光伏产业在技术线路选择上的巨变。

也正是在这一大背景下,CIGS薄膜太阳能电池迎来爆发增长良机。来自OFweek行业研究中心的数据显示,2007年CIGS薄膜太阳能电池全球产量仅为6MW,但到2011年全球CIGS薄膜太阳能电池产能达到3645MW,实际产量达到700MW,成为各种太阳能电池中增长最快的。2013年全球薄膜电池产量约3660MW,同比增长3.7%,占全球光伏组件总产量的9%,而在这其中CIGS薄膜电池的产量达到创纪录的1500MW。

图表:年全球薄膜太阳能电池产量(单位:MW)

资料来源:OFweek行业研究中心

尽人皆知,CIGS薄膜太阳能电池具有以下优点:

(1)高的光电转换效率,目前玻璃衬底CIGS薄膜太阳能电池实验室效力已达到20.3%。商业化生产的CIGS薄膜电池组件的转换效率也到达了14%,在薄膜太阳能电池领域处于领先地位。

(2)本钱低,材料消耗少。CIGS是直接带隙材料,已知的半导体材料中光吸收系数最大,最合适薄膜化。CIGS膜厚度1~2 m时就可以将太阳光全部吸收,大大下降了材料的成本,而多晶硅膜太阳电池其膜厚通常在20~30 m。另外,CIGS薄膜可用钠钙玻璃作衬底,不仅成本低、膨胀系数相近、还因微量的Na掺杂而提高电池的转换效率和成品率。CIGS薄膜在玻璃衬底上形成缺陷很少的、晶粒巨大的高品质结晶,而这种晶粒尺寸是一般的多晶薄膜根本无法达到的。

(3)长时间稳定性好,室外使用无光致衰退效应。

(4)能量偿还期短,适于大批量生产。生产非晶硅薄膜模块所需耗费的能源也要多年才能回收,但是CIGS在少于1年的时间内即可回收。因此,CIGS薄膜太阳能模块可以更有效地节省非必要的能源消耗。

(5)抗辐射能力强,可满足空间应用的要求。

(6)适合单片集成:金属衬底材料可通过在其表面沉积绝缘层实现单片集成,PI衬底由于其本身的绝缘性,在单片集成领域更有前景。

虽然CIGS电池存在以上诸多优点,但是其本身的局限性也是不容忽视的。例如,薄膜组件生产过程中共同的软肋:前期投资本钱高,装备要求高,生产过程复杂;以及目前CIGS电池关键原料的供应其实不十分充足,远不如晶体硅组件原料般普及;而且,关于其生产过程中可能产生有害物质的争议也从来没有停息过,这些都是目前制约CIGS电池发展的主要因素。

这并不能阻碍CIGS的蓬勃发展之势。一方面是企业投资CIGS的热情高涨,首当其冲的便是中国汉能控股屡次在市场上掀起波澜;另一方面采取CIGS组件的光伏电站在全球范围的不断兴建,也用实际案例给市场注入了极大的信心。比如位于云南石林国内最大的1兆瓦级薄膜太阳能并电站,2012年7月由北京桑林蓝天自控技术有限公司建成投产,是中国在CIGS薄膜太阳能领域的首列示范工程,而且根据电站运营商的监测数据来看,运行至今产品表现良好。最关键的参数是该产品虽然在成本和转化率上不及切片的,但由于弱光性强、吸收频谱宽以及在高温下较佳的功率衰减表现,电站发电效率反而比同等规模的晶硅电站高出10%左右。

但在产业界,关于的争辩一直未停歇。一方面是CIGS业者大肆渲染这一技术线路的光明前景,比如德国Manz等主要CIGS制造商宣称的 CIGS薄膜电池将是未来 的观点;另一方面则是晶硅业者居高临下,看衰薄膜路线前景,直指 晶硅路线才是太阳能发电主流,薄膜电池根本无力构成威 的论调。

OFweek行业研究中心高级分析师冯辉认为,站在当下去争论哪种技术线路是光伏产业的未来,这种命题本身就毫无意义。光伏产业的整体目标就是尽早实现平价上,加快替代传统能源的进程,而达成这1目标其实不需要去限定非要走哪种技术路线。以CIGS为代表的薄膜路线暂时不占主流,但并不代表这1技术路线不能作为光伏平价上的另外一选择;相反,长期以来在市场上一家独大的晶硅路线,并不是可以稳坐钓鱼。因为光伏发电的能源替代进程仍然任重道远,哪种技术路线的度电本钱更够更快接近终端用户能够接受的价格,才能够真正赢得市场。

就在本文行将落笔之际,笔者听闻 德国巴登符腾堡太阳能和氢能源研究中心(ZSW)宣布研制出转换效率为21.7%的CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池,刷新历史记录 这1消息。这不仅是CIGS这一技术路线的进步,更应该看做是整个光伏产业的进步。由于只有类似的进步不断累加,光伏平价上乃至替代传统能源的进程才会不断提速。

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