欧洲光伏发电进展
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摘要:1998年9月13王20日,由国家经贸委组团的技术考察小组对荷兰和德国光伏发电的技术生产及应用现进行了为期一周的考察; 1999年:月23日一6月6日UNDP中国可再生能源项目技术专家组,在UNDP的安排下,对荷兰及英国光伏发电的生产企业及研究单位又进行了光伏发电技术及应..

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 1998年9月13王20日,由国家经贸委组团的技术考察小组对荷兰和德国光伏发电的技术生产及应用现进行了为期一周的考察; 1999年:月23日一6月6日UNDP中国可再生能源项目技术专家组,在UNDP的安排下,对荷兰及英国光伏发电的生产企业及研究单位又进行了光伏发电技术及应用方面考察。并参加了欧洲可再生能源学术交流年会和博览会。通过考察,对欧洲的太阳能光伏发电工业的概况,尤其是对其技术开发的发展和光伏发电市场开发有了进一步的了解。现将这两次考察访问情况报告如下:

    1.考察目的
    ·通过访问与考察,了解欧洲太阳能光伏企业的发展现状、技术水平,以加强和提,本项目在中国光伏发电技术的促进作用
    ·了解欧洲的研究机构如何把科研开发与工业化相结合,使科研成果很快转化为生产力
    ·了解欧洲各国政府对太阳能光伏发电的政策,以制定和完善中国的太阳能光伏发的政策


    2.考察访问的单位
    2.1. 研究及咨询单位
    2.1.1.荷兰教育培训中心(ETC)


   荷兰教育培训中心(ETC),成立于1975年,成立时45人,现已发展到160人,业务遍及多个国家,是荷兰的中型国际咨询机构。 ETC咨询机构没有政府拨款,以合同的方式赚钱,主要从事能源环境项目的枚术咨询活动,从事一定的研究开发工作。


    ETC建立了ETC基金会,是ETC的国际商业化组织。 ETC把所创利润交回基金会,基金会拿此资金支持其它的机构进行培训和咨询等活动。ETC的主要任务:
    · 网络机构
    · 日常工作
    · 改革与创新
    · 常规与互补性
    · 基金会
    ETC主要完成的项目:
    ·农业可持续发展
    ·森林农业
    ·环境管理       
    ·农村农业
    · 可再生能源
    · 炊水供应和可靠性
    ·国际健康
    ·建筑能力
    ·项目管理
    ·生态农业
    ·低投入可持续发展
    ·国际生态评估
    ·文化知识示范
    ·农村农业、能源、环境
    ·研究农业的发展
    ·可持续农业的发展
    ·可持续林业的发展
    ·农村可再生能源
    ·中欧的可持续发展农业
    ·在人体健康方面的工作(在非洲索马里1400万美元支持做此项目〕
    ·分散的组织和管理
    ·国家健康方式
    ·药品陪送
    ·健康指导
    ·在斯里兰卡开展环境和教育项目
    ·可持续发展的土地使用和环境
    ·关照健康和社会服务
    ·在印度开展的项目
    ·卫生供水系统
    ·在印度南部进行生态农业项目
    ·农业用水的可持续性供应
    ·环境
    2、1.2.荷兰能源环境机构(MVEM)
    荷兰能源环境机构(N0VEM)有200名专业管理人员,是政府所属的科研与开发管理部门主要负责经济部的对外联系及国内的项目协调与研究,经济部每年经过N0vEM的项目经费达H乙荷兰盾,其中有2000万荷兰盾用于可再生能源研究。 N0VEM的主要任务是:
    · 管理、监督执行由荷兰政府支持的研究与开发项目
    · 是荷兰政府与工业界、研究单位和大学之间的桥梁
    · 审理由工业界、研究单位和大学报上来的技术开发项目
    · 帮助政府制定研究与技术开发项目计划,并对研究与技术开发项目进行实施和监督


    2.1.3.荷兰能源研究中心(ECN)
    荷兰能源研究中心(ECN)成立于40年代,是荷兰国家研究中,心,当时主要从事于核研究, 70年代初出现世界石油危机后开始进行能源研究,以从事针对市场的能源领域的开发和研究为主。荷兰能源研究中心(ECN)有600名研究与工作人员。 98年荷兰能源研究心(ECN)用于可持续能源发展的研究经费总额高达9000万美元,其中由国家经济部拨款3000万美元,由项日合同或其他合作形式进款6000万美元, 6000万美元中有20%的进款来自于国际合作项目。目前ECN主要的研究、开发领域包括:
    · 风能
    · 太阳能
    · 生物质能
    · 燃料电池
    · 煤汽化
    · 清洁煤利用
    · 热转换
    · 环境分析
    · 核能研究
    · 能源效率
    · 能源政策研究
    荷兰政府经济部把中国做为对外合作的主要地域,荷兰能源研究thiAsk, (ECN)同荷兰政府府及公司关系紧密共同对外合作,在中国进行的主要合作活动有:
    · 亚洲银行在中国农村的能源发展研究项目
    · 新疆农村太阳能电气化项目
    · 山东省低能耗的温室大棚项目,此项目是联合国的联合履约项目之一
    · 中国国家计委能源研究所与ECN合作研究农村电气化项目
    · 在上海进行能源/环境规划项目
    · 世界银行技术援助户用太阳能光伏发电系统项目
    · 世界银行技术援助项目中对直流灯具的改进项目
    · 联合国技术援助项目城市空气污染监测
    · 同北京大学合作搞气溶胶研究
    另外荷兰能源研究中心(ECN)鼓励不同专业的国外技术人员来ECN作为期不超过1年的访问学者在ECN工作, ECN有专r1的经费支付访问学者的费用。


    荷兰能源研究中心(ECN)的太阳能研究室,主要进1tik术开发如对光伏发电的材料及光伏系统进行研究、测试和认证工作。


    ECN已在其办公楼朝阳南方的窗户外部安装了丈阳能电池板,其主要的目的一是达到泌阳作用,二是为办公搂提供电力。但这种做法不足之处是当无需遮阳作用而得不到阳光的照射则妨碍视线。ECN正在研究一种新的办法以根据实际需要可以灵活地调整欠阳能电池板盼角度。另外ECN在办公搂的背面(北面:也装有部分太阳能电池板,其目的是测试太阳的折射能量对电池板的转换效率和影响。


    壳牌(SheI1 Solar)公司是ECN最大的合作伙伴。为建立可持续的市场导向,在中国的远地区推广小型户用太阳能先伏发电系统, 95年起荷兰政府同ECN及SheI1 So1ar合作,SheI1 Solat援助资金,由中国新疆自治区政府同荷兰SheI1 So1ar签定了在新疆开展衣太阳能电气化项目的合作协议。为了确保项目的可行性和持续性, 97年由ECN同中国及ell Solar公司共同完成了项目可行性研究。 98年新疆自治区政府与sheI1 Solar公司签了在新疆安装7.5万户户用太阳能光伏发电系统。本项目列入了中日国家光明工程项目,疆自治区政府同意用扶贫资金援助开展本项目。为了更好地实施和管理项目,项目成立了专门的项目管理公司。项目中使用的太阳能电池由8he11 So1ar公司提供,其它关键性部件地方采购,但关键性部件必须符合国家标准。开展本项目的目的是开发中国边远地区光伏场,在新疆建立SheI1 So1ar公司太阳能电池生产基地,把产品销往亚洲和中国的其它地方。


    2.1.4个英国咨询机构IT P0WER
    IT Power成立于70年代,是国际能源咨询方面的先导公司,其业务活动主要在国外。要对可再生能源项目及相关的技术、经济、金融、商业和环境方面进行咨询。


    公司成立至1998年的20儿年中,在可再生能源技术咨询方面得到了国际认可,其咨询客户包括国际机构、政府和工业界。机构内设有测试中心和培训中心。 1995年公司在澳大利亚和印度成立了分公司.总公司拥有职工30人,其中在英国总部工作人员20人,其它10分布在澳大利亚和印度分公司。


    70年代的后期, IT power公司开始对太阳能光伏发电系统进行测试和制定相关的标准。1982年测试中心开始对光伏水泵系统进行测试,是此领域的开拓者。到目前为止公司已经在90多个国家中完成了500多个项目。其业务活动主要包括:
    ·项目认证,项目评估
    ·项目管理和交钥匙工程
    ·工程咨询
    ·研究和开发
    ·市场研究和分析
    ·能源规划和资源管理
    ·项目和能源系统监控与监测
    ·技术转让和培训
    2.2. 太阳能电池生产企业和电力公司(工业界):
    2.2.1.壳牌太阳电池生产厂SheI1 So1at:
    SheI1 Solar太阳能电池组件的生产能力为2.5MW,年底可望达到5MW。 sheI1 So1ar加电池硅片厚度为400um, 引线高度为35tum,太阳能电池的效率为12.5% ,由于加上其的工艺则使太阳能电池组件的效率提高到14%以上。 she11 So1ar的产品及太阳能光伏发个生物质能业务已遍及世界130个国家。


    根据市场建筑对太阳能电池板颜色的不同要求, she11 So1ar研制和生产不同颜色如绿红色。棕色、深蓝色的太阳能电池板,与深蓝色的太阳能电池板相比,其它颜色的太阳电池板的效率低于深蓝色的10%左右。


    2.2.2.荷兰欧洲能源公司一Free Europe Energy
    荷兰欧洲能源公司是集开发、生产、销售薄膜太阳能电池板于一体的公司。欧洲能源司已在法国整式投产10年,每年的产量为50000块太阳能电池板,预计未来年产量可达100000决,相当于发电量1. 2MW,输出电力1Gvh.欧洲能源公司生产的薄膜太阳能电池规格有12w, 6W, 4W、1.8W,另外还生产手提灯和小型控制器。
    2.2.3.BP So l a r公司
    Bp Solar公司成立于16年前,位于英国,是生产晶体硅太阳能电池的生产厂家,拥有900工。BPSolar的激光刻槽技术属国际领先,用激光刻槽技术的人阳电池的效率为16一18%,而一般的刻槽技术的多晶硅太阳电池的效率为11一15%。现在他们正在进行薄太阳电池的研究。 BP Solar的太阳能电池产品已销往世界的60多个国家。
    BP Solar公司在一个月前已经和美国的Solarex公司合并成成世界最大的大阳能电生产集团,总部设在美国。新的集团生产的太阳电池品种覆盖了晶体硅和非晶硅、薄膜电池,业务活动扩展到全世界,这是太阳能电池企业走向联合的最终必由之路。
    2.2.4. 1ntersolar集团
    Intefsolar集团拥有职工70人,其中在英国本部的职工有50人,其产品为薄膜太能电池组件和相关的电池产品,年生产能力为0.5MW,年产值为1000万英镑,是欧洲成立时间最长的太阳能电力公司,是欧洲唯一一家生产薄膜太阳电池的制作厂家,是世界上第一个通过国际1s09001质量体系认证的太阳能电池生产厂家。 Intersolar的产量居世界第16位。


    Intersolar集团生产的用于光伏发电的薄膜太阳能电池在世界的市场份额为8%。薄太阳能电池组件的效率为皿%~ 9%,产品的保证期为10年。 Intersolar现在的生产能力0.8MW,预计今后6个月内其生产能力达到IMW。目前Intersolar的产品供不应求,市场景看好,为此英国政府已投资300万英镑用于扩大Intersolar的薄膜太阳能电池生产。计今后的11个月内其电池产量将翻番,有望达到3MW。


    Intelrsolar的产品60%销往国外.目前Intersolar生产的太阳电池一半用于组装太电池组件,另一半用于生产其它的电池产品如路灯、信号灯、手电、汽车通风系统等Intersolar由于电池产品销路好且利润大子销售电池组件的利润,故其将来生产的电池有mw用于组装电池组件, 2MW用于生产电池产品。


    Intersolar生产经营有三条路:
    ·自己生产和销售薄膜太阳电池组件
    · 自己生产薄膜太阳电池由其他厂家组装成组件再返回由Intersolar销售
    ·买其它厂家生产的晶体硅电池由Intersolar做成电池产品如路灯等出售
    Intersolar的产品销售好除其与产品质量高、售后服务良好有关外,还与其销售经思路有关,即挂靠大公司进行产品捆绑式的销售,进行互通有无,相互拉动市场。


    2.3太阳电池的研究开发和生产
    2.3.1材料及硅片 。
    Bayer Solar的多晶硅碇用定向沉积的方法实现,不同于浇铸多晶硅的制作,这种定向积的方法是采用感应如热,陶瓷钳埚,由下向上渐渐地定向固化、这样生成的多晶硅碇,晶粒粗大,走向一致,采用氢气钝化后,质量接近单晶硅。,Bayer现在仍使用半导体工业的头尾料来生产光伏用多晶硅,用这种定向沉积方法制出的多晶硅制造的太阳电池,用于空间的效率已达17%,批量生产的地面用太阳电池效率达13一一14%。


    Bayer采用多线切割机来生产硅片,硅片厚度270一300µm,生产出的硅片按照厚度自分档。金属线为低碳钢丝,直径只有50µm,加上放电宽度,切片损失只有140µm。

    为了跟踪硅片的质量, Bayer除了测试硅片的电阻率外,还对硅片和制成后的太阳电池进行拓普分析、光语响应分析以及扩散效率分析,从而进一步改进多晶硅的制造工艺。
    为了进一步降低成本, B,dyer还在开展另外两项研究和技术开发工作, Bayer正在研究良用气相提纯的工艺实现廉价大厂日能级硅的制造,从而不再受头尾科的限制。另一项工作是E在研究RGS工艺(Ribbon Growth on Substrate)来制造硅片,即在廉价的垫底上以每秒一米的生成速度拉制出300um厚的多晶硅片,此项技术尚属保密,未能看到。


    2.3.2电池制作工艺
    在电池生产工艺上,许多环节都有了新的改进。电池制造的第一道常规工序是硅片的化学腐蚀,硅片化学腐蚀的主要目的是消除切片带来的表面损伤,同时也能起到一定的绒面效果,从而减少光反射。然而化学腐蚀的绒面效果对于多晶硅片不明显,这是由于多晶硅的晶仁表面是多重取向的。 ECN正在研究用等离子刻蚀的方法替代化学腐蚀,称作活性离子刻蚀"Reactive lon Etchlng"(只对多晶硅片).这样的方法受晶面取向的限制,而且很容易控制,将多晶硅片的表面刻蚀成理想的金字塔群绒面。


    ECN和SbeI1 Solar共同开发了新的扩散工艺,其制作工艺采用红外加热的办法,大大提高了功效,扩散速度可以达到每秒完成一片电池。 she11 So1ar的生产线上还看到,在电池制作前,先在电池片凹周涂上一圈绝缘线,以保证扩散仅限于上表面,这样扩散完成之后就不必再腐蚀周边了。


    太阳电池上、下电极的制作,尤其是上电极的工艺也有所改变。 ECN采用印刷电路板的模板印刷工艺,太阳电池的模板印刷必须采用双层模板以获得连续的、细且高的栅线。模板采用镍板激光刻槽制成,以保证模板的耐久和栅格的精度。普通丝网印刷工艺的栅线宽度约为120um,高度约101itn,这种双层模板印刷工艺制出的栅线仅有6。一8。1*1Jn,而高度为2。um;普通丝网印刷工艺的线电阻率为33O/比而模板印刷工艺的电阻率要小一些(280/M),由于模板印刷工艺减少了对光的遮挡,接触电阻又有一定程度的降低,制造出的电池效率也统有所提高(提高约。.3%)。除了模板印刷工艺, ECN还发了前面无栅线的晶体硅太阳电池,称作“发射极环绕型”太阳电池(EmltterWrap-Throug1i, EWT ),即正负极的栅线都
从背面引出,因此串联用金属带也不从电池前面连接,而是直接在电池背面完成。这样的设计一方面大大减少了大阳电池受光面的遮挡,同时由于前后都有仆层,先生载流子的最大扩散距离不再是整个电池的厚度,而是只有一半,这样就减少了载流子的扩散长度,也就减少了载流子。勺内部复合。 ECN已经完成了这种新型电池的制作,并已经制成了标准组件。


    ECN对于减反射膜的制作,亦有新的改进,而且已经达到了可以工业化的程度且用到了Shell Solar的生产线上。这种方法是将SI3N4,用等离子加强化学气相沉积(pECVD)的方法。在太阳电池表面制成减反射膜,用这种方法制作减反射膜,不但可以减少光的反射,而且能够起到表面钝化和体钝化的效果,从而比常规T102 ,A反射工艺制作的太阳电池在转换效率上再提高1%。由于具有明显的表面饨化和体钝化,因此可以用比较差一些的材料来制作太阳电池。


    2.3.3组件生产
    SbeI1 Solar的组件生产与国内现有的工艺基本一致,也是由手工焊带开始,到层压机封装,最后测试。封装材料也是钢化玻璃,加双层EVA,背膜用金属复合膜。 shell没有硅片生产线,片子由德国的Bayer和法国的Photowatt提供。组件生产线上除了常规的电性能测试外,增加了2500V的高压绝缘特性试验,以确保在应用过程中组件边框无漏电现象发生.


    2.3.4太阳电池的远期研究
    荷兰除在占现在市场主流的多晶硅太阳电池上进行研究外,也很重视远期太阳电池的研究,如:多晶硅薄膜电池,双结非晶硅太阳电池,以及有机染料电池等。这些距商业化较远的研究项日主要是在大学里完成.
    2.4荷兰光伏应用点滴
    由于时间有限,一些应用项目只是走马观花,但也有一些可以借鉴的地方。荷兰政府很重视且积极出资支持光伏市场的开拓,从而更为积极、有效地支持了工业界。屋顶并网发电系统无疑是荷兰本上最大的光伏市场,如:Amsterdam的250KW公寓并网系统和Nieuwland的1. 3MW的屋顶并网系统。 Amsterdam250KW的公寓楼系统建于1996年,全部系统用一合并冈送变器,当时的系统造价为$10川p,到现在这一价格已经下降到$6/Wp。REMU的1. 3MW的屋顶并网系统是当前世界上最大的屋顶发电系统群,共有500座房屋。REMU
是一家电力公司,承担兴建这一工程,该工程50%由欧共体资助,25%由荷兰政府出资,REMU只负担25%。每平方米的造价为 1200荷兰盾(相当650美元)。1. 3MWp的太阳电池全部并入电网,销售电价为0. 15美元/KWh.实际上电价目前只有达到$1.0/kwh时才能达到该工租的收支平衡点。这一工程仅仅是示范工程,但也有政策趋使的成份,这点后面论述。


    从阿姆斯特丹到机场的A9高速公路旁,我们见到2.5公里长的光伏音障,全部用太阳电池板作成,总共250KWp,是并冈发电系统。该系统采用AC模块门P并网逆变器装在每块太阳电池板的背面)直接井冈。此项目由欧共体出资30%, N0vEM出20%,电力公司投入5%.

    Transsolar已经开发出用于卡车和游艇用的直流太阳能空调系统和75立升和115立升的直流电冰箱.直流压缩机从意大利进口,每套系统配有200一一35。Wp的太阳电池,工质为不发生臭氧的R134A:Logic E1ectronics开发的便携式太阳能灯很有特点,克电电路采用高频开关电源方式,将低压(3一4V)的太阳电池板转换成17V给12v的蓄电池充电,这样小块率的太阳电池板就可以大片太阳电池来制做,免去了划片,简化了工艺,降低了太阳电池板的成本。手提灯只有一只5瓦H型灯管,亮度高达210流明,采用12V/3Ah日本汤浅的密个铅酸电池。内置的充电控制器带有蓄电池容量自动检测功能,当蓄电池亏电时,会自动调整灯管的亮度,全套灯的售价只有70美元。


    shell so1ar虽然是一个太阳电池的生产厂,但他十分重视市场的开发,除通信市场和并网屋顶系统外,它还开发了太阳能用户系统,太阳能牲畜饮水系统,以及海上油田的钻井平台供电系统等.太阳能用户系统将在中国新疆推广几万套,今后五年内还在印尼推广50Wp的用户系统一百万套,在南非也有类似的项目.荷兰的畜牧业很发达,牧场周围都有河流,河床往往很陡峭,牲畜饮水时常常不小心掉到河里,因此Shell开发出了专为牲畜饮水的,安放在河边的太阳能水泵.太阳能水泵将水从河里抽到饮水槽中,牲畜就可以不必再下到河边去饮水了.海上钻井平台过去世都市用柴油发电机,来为照明\数据采集系统和仪表供电,由于油田的特殊性,必须考察到防爆,防爆系统的柴油机很贵,对于日常照明和仪表系统采用光伏发电更为经济、安全、可靠。

    荷兰的风力资源很好,因此荷兰很重视风光互补的开发。此外,太阳能街灯,太阳能游船以及公路及海上的太阳能信号电源等市场也都得到了充分的开发。

    荷兰政府(ECN)对于光伏市场到2010所的分布列于下表:

 3. 收获及体会

    3.1.   政府重视对可再生能源的开发,并制定相应政策

    荷兰和英国政府均非常重视太阳能光伏发电系统的开发,并帛定一系列使用要再生能源的优惠政策。荷兰政府的具体政策是在荷兰的电力公司每年必需有3%的电量来自可再生能源(或称绿色能源)。达不到这个量,政府将给于惩罚。所以各大电力公司都在建立屋顶光伏并网系统或从其它部门或私人屋顶光伏并网系统购买绿色能量。现在荷 兰每度电约为0.盾,而从屋顶光伏并网系统收购价为0.2盾。

    荷兰政府已建立用于可再生能源开发的绿色基金,基金的股息部分免交所得税。荷兰政府每年拿出一定的基金(拨款)作为项目推广经费,但该经费只能购买荷兰生产的设备。

    荷兰政府很重视且积极出资支持光伏讪场院的开拓,人而更为积极、有效地支持了工业界。

    3.2.   政府与工业界重视对可再生能源的技术开发

    英国与荷兰政府尢其重视太阳电池的技术开发,政府每年都有大量资金(拨款0,要求研究院所、大学和企业共同申请项目。经评估后,政府在资金上给予强有力的支持,企业密切与研究院所大学的联系,走产、学、研结合道路,使市场开发与技术开发同步进行。

    重视太阳电池的远期研究。荷兰除在占现在市场主流的多晶硅太阳电池上进行研究外,也很重视远期太阳电池的研究,如:多晶硅薄膜电池,双结非晶硅太阳电池,薄膜电池以及有机染料电池等。

    在光伏系统的配套部件上,包括控制器、逆变器等,已经达到了专业化生产的水平,技术性能也有很大提高。

    逆变器的技术开发进展主要表现在并网逆变器的技术上和专业化的生产上。荷兰Mastervolt和NKF公司均己开发直接安装在太阳电池组件背后的并冈逆变器模块。


    3.3.走联合经营之路
    太阳能光伏发电系统的开发和应用己走向成为生产产业。太阳能光伏发电产品的生产和销售每年以35%一40%的速度增长,增长势头迅猛。另外太阳能电池制造业正在走联合重组的道路,与大财团银团建立较好的关系。如英国的BP Solar和美国的Solarelx已在一个月前联合重组。


    3.4.扩大光伏系统的应用领域
    各大阳能光伙电池产业均非常重视市场的开发,扩大光伏系统的应用领域。在产品生产上这些企业除了生产大阳电池外还生产其相关的配套部件如控制器、逆变器、直流灯、蓄电池等产品,在市场开发中除通信市场和并网屋顶系统外,它还开发了火阳能户用系统,太阳能牲畜饮水系统,以及海上油田的钻井平台供电系统,太阳能船、太阳能照明、太阳能通风等系统。重视应用技术的开发,不断研制和生产出新的应用产品以满足市场不同用户需求。

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