新能源 新装备——太阳能利用装备
仪器信息网 · 2007-06-20 21:40 · 35182 次点击
今年来,持续上涨,加剧了人们对高油价的恐慌。油价和电价大幅提高的消息,也令两市的能源股出现大幅飙升的趋势。未来的发展将激发市场对新能源的期待,尤其是对太阳能产业构成利多。
目前,世界能源日益紧缺和环保的压力促使各国都掀起了开发、利用新能源的热潮,也成了各国可持续发展战略的重要组成部分。
现在中国已成为世界上产量最大的太阳能消费品生产国,也形成了广阔的城市和农村太阳能产品消费市场。
2008年4月7日,力诺集团的子公司力诺瑞特新能源有限公司向古巴输出太阳能生产设备及技术合同的签订,打破了中国太阳能行业无技术出口的历史。
太阳能利用方式及装备
太阳能利用主要有光-热、光-电、光-化学、光-生物质等几种转换方式。太阳能光-热转换主要采用太阳集热器来实现,主要分为平板集热器、真空管集热器和聚焦集热器等三类。
太阳能光-电转换主要采用太阳能电池来实现。太阳能电池是一种可以把光能直接转换为电能的半导体器件。目前常用的半导体材料多为单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜。由于吸热或放热可逆的化学反应所需要的温度较高,所以也可以用于太阳能热发电,未来还可利用太阳能制氢作为无污染的稳定能源。
太阳能直接电利用就是太阳能电池,用于电子手表,电子仪器,人造地球卫星,太阳能动力卫星站,太阳能光伏发电站,间接电利用就是太阳能热发电站。从2002年起,全球光伏产业步入高速成长期,无锡尚德抓住了这一机遇,一跃成为中国太阳能企业的龙头老大,同时崛起的还有天威英利等新能源公司。
太阳能电池的开发和利用
太阳能电池分为晶体硅电池和薄膜涂层电池两类,效率较高的晶体硅电池又分单晶硅、多晶硅两种;另一类是薄膜涂层电池,主要包括非晶体硅太阳能电池、硒光太阳能电池、化合物太阳能电池、有机半导体太阳能电池等。
云南半导体器件厂单晶硅太阳能电池在2002年为中国当时最大的专业制造厂,该厂引进了美国SPIRE公司全套太阳能生产线,此线也代表了当时世界先进水平的新型配套生产线。
美国能源部国家可再生能源实验室于2008年3月底宣布,研发的非硅基薄膜太阳能电池效率已可与标准的硅基太阳能电池相接近。在试验中采用铜铟镓二硒化物薄膜太阳能电池达到了使太阳光转化为能量的效率19.9%,开创了这类电池的世界新纪录,标准的多晶硅太阳能电池效率可高达20.3%。据记者了解,中国的很多太阳能企业像无锡尚德、^***泰阳等目前正在开发硅基薄膜太阳能电池。
薄膜太阳能电池作为新一代太阳能电池产品,国际上尚处于研发阶段,由于其轻薄、易折叠,便于移动,在某些领域有特殊需求。但是这种技术在目前还不成熟,存在产品质量不稳定、容易老化、光电转换效率偏低等缺点。
为了获得具有高效率、高稳定性的硅基薄膜太阳电池,近年来又出现了微晶、多晶硅薄膜电池。微晶硅薄膜是采用大氢稀释和微量掺硼技术制备的。多晶硅薄膜的制造技术主要有两种,一种是采用PECVD技术或热丝法直接生长;另一种则是通过对a-Si∶H材料进行后退火,实现低温固相晶化。
单晶硅太阳能电池是目前最成熟、最稳定、最可靠、应用最广的太阳能电池。国内多晶硅生产技术不过关,生产设备造价高,产品质量不稳定,而进口多晶硅又面临一定的价格压力,国内多数生产厂商还是单晶生产设备,但多晶硅片是太阳能电池发展的方向,未来随着中国太阳能产业的不断发展,多晶硅片在太阳能电池中的应用比例将不断扩大。江西赛维LDK是目前国际市值最大的光伏企业之一,也是全球规模最大的太阳能多晶硅片生产企业,其主要客户是全球太阳能电池前20强。
但是由于晶体硅太阳能电池所需的原材料高纯多晶硅价格飙升,制造晶体硅类太阳能电池能耗大,要大幅度地降低太阳能电池的制造成本,还必须发展非晶硅太阳能电池,不仅可以节省硅材料,而且制造玻璃硅的能耗小、设备比较简单,容易制成联式复合结薄膜太阳能电池,易于形成连续的大规模生产线。现在非晶硅太阳能电池效率已达14.6%。目前面积大于1平方米,光电转换接近9%的大型非晶硅太阳能组件已研制出来。
另一方面多晶硅生产的副产品四氯化硅是一种对环境造成危害的剧毒物质。河北工业大学材料科学与工程学院教授任丙彦说:"倾倒或者深埋这种物质的土地将会变得非常贫瘠、寸草不生。"由于会危害环境,发达国家的多晶硅工厂都会将废料重新用于生产。但是为了再利用而将废料加热到1800℃以上要耗费大量的能源,成本较高又耗时,中国单晶硅太阳能电池依旧占据很大比重。
太阳能光伏发电技术及产品
目前,光伏产业主要包括晶硅制备、硅片生产、电池制造及组件封装四个环节,其中高纯度硅提炼、多晶硅铸锭和单晶硅拉棒环节极度耗电。其产品主要用于三大方面:一是为无电场合提供电源,主要为广大无电地区居民生活生产提供电力,还有微波中继电源等。另外,还包括一些移动电源和备用电源;二是太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地灯等各种灯具;三是并网发电,这在发达国家己经大面积推广实施。我国并网发电还未起步,但2008年北京"绿色奥运"部分用电将会由太阳能发电和风力发电提供。
太阳能光伏发电被誉为世界10种能源中发展最快的能源。据统计,近5年来增长速度将超过50%。中国太阳能光伏发电产业近几年发展速度较快,但总体规模较小。目前,中国光伏发电产品的市场主要在西部,另有部分产品出口日本,如组件、小系统和日用太阳能电子产品等。
太阳能光伏发电产业一方面是具有许多优点的清洁能源,另一方面是在太阳能与建筑一体化的过程中,不仅可以作为能源设备,还可作为屋面和墙面材料,既供电节能,又节省了建材。因此,太阳能光伏发电技术与建筑结合方面,将具有良好的经济效益。
太阳能热发电技术系统
太阳能热发电技术是利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,结合传统汽轮发电机的工艺,从而达到发电的目的。
相对于太阳能电池的价格昂贵、效率较低,太阳能热发电的效率较高、技术比较成熟。许多工业发达国家,都将太阳能热发电技术作为国家研究开发的重点。从1981~1991年10年间,全世界建造了装机容量500千瓦以上的各种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站,其中主要形式是塔式电站,最大发电功率为80兆瓦。由于单位容量投资过大,且降低造价十分困难,因此太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。
太阳能热发电技术分为槽式线聚焦、盘式、塔式三种系统。
槽式线聚焦系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上,并将管内传热工质加热,在换热器内产生蒸汽,推动常规汽轮机发电。包括反射镜的形式和参数、镜面材料和结构、吸收体绝热技术、吸收体表面涂层、所用吸热液体材料、储热罐、装校调正检测技术等。
塔式太阳能热发电系统由定日镜、高温集热器、汽轮机发电机等主要部分组成。定日镜是由许多平面反射镜或曲面反射镜组成,利用计算机控制使这些反射镜朝设定方向投射。高温集热器采用先进的工艺结构和高吸热、蓄热材料。南京江宁区70千瓦塔式太阳能热发电示范系统,由一个塔柱和32面640平方米的"定日镜"组成,占地面积约两个篮球场大小,反射的太阳光汇聚到塔柱顶端的太阳能转化装置,实现光电转换。这是中国首座塔式太阳能热发电系统。
盘式太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统。盘式太阳能热发电系统应用于空间,与光伏发电系统相比,具有气动阻力低、发射质量小和运行费用便宜等优点。
目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化,其他两种处在示范阶段,有实现商业化的可能和前景。王之江院士介绍,通过30多年的研究开发实践,在国际间现在已有一些共识,即太阳能热电站,尤其槽式太阳能热电站,是最便宜的太阳能。
太阳能热电站有一系列优点:不产生废料;对环境友好;可利用荒漠作为能源基地;所用器材都容易得到;与某些可持续能源不同,还可按需要发电。
市场劣势
目前,利用太阳能发电的成本远远高于传统能源。据有关专家测算,多晶硅的成本约占整个太阳能发电系统成本的70%。因此,实现多晶硅的国产化,对降低整个系统的成本有明显作用。根据行业内的普遍说法,目前太阳能光伏发电每度成本在3元至5元之间,如果多晶硅的成本下降到总成本的20%的话,那么,光伏发电的成本大概在每度1元,再加上一定的政府补贴,太阳能发电系统才可能在中国进行推广。
早在1970年代,发达国家已经开始推行的合同能源管理(EMC),这是推销一种减少能源成本的财务管理方法。EMC公司通过与客户签订节能服务合同,为客户提供包括:能源审计、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训等一整套的节能服务,并从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润的一种商业运作。美国是EMC的发源地,也是EMC产业最发达的国家。在美国,联邦政府和各州政府都支持EMC的发展,把这种支持作为促进节能和保护环境的重要政策措施。而EMC在中国才刚刚起步。
虽然国内在推动太阳能应用方面作了努力,《可再生能源法》也从2006年1月1日开始生效,"收购上网"等扶持政策也有一定的进展,但从整体上看,国内仍缺乏诸如欧洲国家鼓励太阳能产业发展的一系列完善的实施细则和配套政策,如信贷、税收政策、补贴政策、能源供应、光伏并网以太阳能电价定价机制等。如果在这方面国家政策不能尽快出台,那么国内光伏太阳能产业将很难摆脱依靠国外市场的尴尬局面,依旧扮演一个"环保输出者"的角色。
"面对节能减排的巨大压力以及国家能源战略安全的需要,我国必须尽快调整不合理的能源结构,大力发展可再生能源。"全国政协委员、通威股份董事长刘汉元在全国政协十一届一次会议上表示,有必要将太阳能作为中国能源安全供应体系中最具战略意义的能源并给予相应的重视。
世界各国正把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展趋势。2006年太阳能产业的平均增长速度超过60%。欧盟、日本和美国把2030年以后能源供应安全的重点放在太阳能等可再生能源方面。预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的10%以上,2050年达到20%以上。太阳能产业的大力挖掘和开发将成为未来能源利用的主流。