光伏产业路线图——北京光伏产业技术路线图研究.pdf
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1、书书书北京市科委软科学研究课题(Z 1 0 1 1 0 8 0 0 2 1 1 0 0 1 7)光伏产业路线图 北京光伏产业技术路线图研究李海玲 王红梅 王文静 蔡永香 李大鹏 谢潜思 著机 械 工 业 出 版 杜本书从战略的角度全面剖析了光伏产业未来的发展,并结合实际情况提出了北京光伏产业发展的愿景目标。本书从产业链的角度,对技术产业的现状与发展趋势进行了全面且系统的分析。此外,本书还对北京光伏产业中的技术壁垒进行了介绍,并给出了攻克技术壁垒的对策。本书附录中还给出了国外经典的光伏产业路线图供读者参考。图书在版编目(C I P)数据 光伏产业路线图:北京光伏产业技术路线图研究/李海玲等著.北
2、京:机械工业出版社,2 0 1 2.2 I S B N9 7 8-7-1 1 1-3 7 2 1 3-4.光.李.太阳能发电-电力工业-产业发展-研究-北京市.T M 6 1 5 F 4 2 6.6 1 中国版本图书馆 C I P数据核宇(2 0 1 2)第 0 1 2 0 1 6号机械工业出版社(北京市百万庄大街 2 2号 邮政编码 1 0 0 0 3 7)策划编辑:付承桂 责任编辑:任 鑫 版式设计:刘 岚责任校对:张 媛 责任印制:乔 宇北京机工印刷厂印刷(三河市南杨庄国丰装订厂装订)2 0 1 2年 4月第 1版第 1次印刷1 8 4 m mx 2 6 0 m m 6.5印张1 3 8
3、千宇00 0 1 20 0 0册标准书号:I S B N9 7 8-7-1 1 1-3 7 2 1 3-4定价:3 0.0 0元凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社发行部调换电话服务社 服 务 中 心:(0 1 0)8 8 3 6 1 0 6 6销售一部:(0 1 0)6 8 3 2 6 2 9 4销售二部:(0 1 0)8 8 3 7 9 6 4 9读者购书热线:(0 1 0)8 8 3 7 9 2 0 3 网络服务门户网:h t t p:/w w w.c m p b o o k.c o m教材网:h t t p:/w w w.c m p e d u.c o m封面无防伪标均为盗版前 言随
4、着杜会的发展,能源与环境问题越来越凸显,因此清洁、可再生能源的开发与应用得到了广泛的关注。在众多可再生能源中,光伏发电具有成本较低、转换效率较高,并且应用形式广泛、不受环境限制等优点,成为了最具发展前景的可再生能源。随着光伏发电技术的日益成熟,光伏发电在能源体系中的地位被一再重新定义,从传统能源的补充能源到现在的最重要的传统能源的替代能源之一,国际能源署(I E A)甚至认为在 2 1 0 0年左右,光伏及光热发电将能够提供 8 0%以上的总能源需求,成为人类的主要能源。光伏发电技术潜力巨大!事实上,光伏发电技术已走出实验室,发展成具有一定规模的产业。光伏产业的发展,促进了光伏发电技术的成熟、
5、发电成本的下降,也带动了经济的发展,同时创造了大量的劳动岗位。2 0 1 0年世界累计光伏装机量达到近 4 0 G W,累计发电约 5 0 T Wh。以每兆瓦创造 3 5个工作岗位计算,光伏产业累计提供约1 5 0万个工作岗位。然而,光伏发电电价仍高于常规发电电价,光伏发电市场仍是市场补贴下的市场。随着光伏发电技术的进步,光伏发电平价上网时代终将到来。世界各国及各研究机构普遍预测,光伏发电的平价上网将在 2 0 1 52 0 2 0年实现。光伏发电平价上网的实现意味着光伏发电自由市场的实现,也意味着光伏发电市场规模的激增。在产业快速发展前夕,产业技术更加活跃。新技术不断涌现,革新无处不在,任何
6、一项新技术的成熟都可能导致整个产业技术格局的巨变。因此,放眼未来、定位聚焦、找准市场、逆向思考、探索技术发展路径,无疑具有重要意义。“北京光伏产业技术路线图研究”项目正是在这样的背景下诞生的。由北京市科委科技宣传与软科学处立项,拟在北京地区采用路线图方法开展北京市光伏产业技术路线图研究,分析光伏产业未来市场需求和发展趋势,剖析北京市太阳能光伏产业的行业环境、资源状况,确定北京市太阳能光伏产业的发展目标和关键问题,系统地探讨并选择适合于北京光伏产业的技术发展路径。本项目是北京市科委软科学处的 2 0 1 0年招标课题。项目研究过程中得到了光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究市科委科技宣传与
7、软科学处和北京市长城企业战略研究所的大力支持和指导,他们对课题研究方向的把握、路线图方法的指导是课题顺利完成的关键,课题组表示衷心的感谢。同时也感谢北京高新技术创业服务中心在课题进行过程中给予的帮助,感谢课题进行期间配合调研的京内京外光伏企业和业内专家。最后感谢课题组全体成员,通过北京新材料发展中心和中国科学院电工研究所的所有课题成员通力合作,克服种种困难,最终保证课题高效优质的完成。本书正是在“北京光伏产业技术路线图研究”的基础上完成的。由于时间、水平和经验有限,书中难免有所疏漏或不妥之处,欢迎杜会各界专家、读者批评指正。李海玲中国科学院电工研究所目 录前言第 1章 引言1 1.1 背景1
8、1.2 目的2 1.3 工作方法2 1.4 主要结论2 1.5 相关建议2第 2章 综述与背景4 2.1 光伏产业发展前景预测4 2.2 制定产业技术路线图的范围和边界8 2.3 制定产业技术路线图方法论概述8 2.4 产业技术路线图制定工作方法(流程)概述1 0第 3章 行业技术路径分析1 1 3.1 产业技术分析1 1 3.1.1 晶体硅电池1 1 3.1.2 薄膜电池1 2 3.1.3 染料电池1 3 3.1.4 有机电池1 4 3.2 电池技术特征1 4 3.2.1 转换效率1 4 3.2.2 组件衰减1 6 3.2.3 对温度的敏感性1 6 3.3 光伏发电系统应用种类1 7 3.4
9、 市场细分1 8第 4章 光伏产业国内外对比分析2 0 4.1 晶体硅电池产业2 1 4.1.1 多晶硅提纯2 1 4.1.2 硅片制造2 2 4.1.3 电池/组件制造2 3 4.2 薄膜电池产业2 4 4.2.1 薄膜硅电池产业2 4 4.2.2 C I G S电池产业2 6 4.2.3 C d T e 电池产业2 6 4.3 光伏设备制造产业2 7光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究 4.3.1 晶体硅电池制造设备产业2 7 4.3.2 薄膜硅太阳电池生产装备2 8 4.3.3 其他薄膜电池生产设备产业2 8 4.3.4 总结2 9 4.4 光伏逆变器产业2 9 4.5 光伏市场分
10、析3 0 4.5.1 市场应用现状3 0 4.5.2 光伏市场鼓励政策3 1 4.6 我国光伏产业大省现状3 4 4.6.1 江苏省3 4 4.6.2 浙江省3 5 4.6.3 河北省3 5 4.6.4 江西省3 5 4.6.5 四川省3 5 4.6.6 福建省3 6 4.7 光伏技术研发现状分析3 6 4.7.1 晶体硅电池3 6 4.7.2 薄膜硅电池3 7 4.7.3 C I G S电池3 8 4.7.4 C d T e 电池4 0 4.7.5 光伏逆变器4 2 4.7.6 光伏研发水平差距分析4 3第 5章 北京光伏产业 S WOT分析4 5 5.1 北京光伏产业现状分析4 5 5.2
11、 北京光伏技术研发现状分析4 9 5.3 北京光伏产业现状总结5 1 5.4 北京光伏产业 2 0 1 5年愿景分析5 2第 6章 市场需求与产业目标分析5 3 6.1 市场需求分析5 3 6.1.1 市场应用区域需求分析5 3 6.1.2 市场应用类型需求分析5 3 6.1.3 市场技术需求分析5 5 6.1.4 2 0 1 1 2 0 1 5年市场需求分析5 6 6.2 产业目标分析5 7第 7章 技术壁垒及研发项目分析5 8 7.1 晶体硅电池产业分析5 8 7.1.1 晶体硅电池产业链分析5 8 7.1.2 晶体硅电池产业技术壁垒及研发项目分析5 9 7.2 薄膜硅电池产业分析6 2
12、7.2.1 薄膜硅电池产业链及技术分析6 2目 录 7.2.2 薄膜硅电池产业技术壁垒及研发项目分析6 3 7.3 逆变器技术6 5 7.4 储备技术6 6 7.4.1 C I G S太阳电池6 6 7.4.2 C d T e 太阳电池6 7第 8章 北京光伏产业技术路线图绘制6 8 8.1 晶体硅电池技术6 9 8.1.1 晶体硅电池产业愿景与目标6 9 8.1.2 晶体硅产业技术发展路线图6 9 8.1.3 分阶段目标6 9 8.1.4 关键技术实现途径7 0 8.2 薄膜硅电池7 0 8.2.1 薄膜硅电池产业愿景与目标7 0 8.2.2 薄膜硅电池产业技术路线图7 1 8.2.3 分阶
13、段目标7 1 8.2.4 关键技术实现途径7 2 8.3 逆变器技术7 2 8.3.1 愿景与目标7 2 8.3.2 需开展研发项目7 2 8.4 储备技术7 3 8.4.1 愿景与目标7 3 8.4.2 需开展研发项目7 3第 9章 配套政策7 4第 1 0章 结束语7 7附录7 8 附录 A 课题参与单位和人员7 8 附录 B 经典路线图汇编7 8 B.1 技术路线图 太阳能光伏(T e c h n o l o g yR o a d m a p-S o l a r P h o t o v o l t a i cE n e r g y)7 8 B.2 欧洲光伏产业协会路线图(E P I AR
14、 o a d m a p)8 8 B.3 光伏产业路线图至 2 0 3 0年及以后(P VR o a d m a pt o 2 0 3 0+)9 0 B.4 太阳能发电的未来 美国光伏产业路线图至 2 0 3 0及以后(O u r S o l a r P o w e rF u t u r e-T h eU.S.P h o t o v o l t a i cI n d u s t r yR o a d m a pT h r o u g h2 0 3 0a n dB e y o n d)9 2第 1章引 言 1.1 背景 光伏产业过去1 0年间的超高速发展证明了其作为一种战略性新兴产业在世界能源系
15、统中的重要性。光伏技术及其产业的发展不仅涉及国计民生,而且是国家安全战略的重要组 成 部 分。2 0 0 9年 我 国 大 陆 产 出 太 阳 电 池 组 件4 0 1 1 MW,占 当 年 全 球 产 出1 0 6 6 0 MW的3 8%,连续第三年保持全球产量第一,拉动的G D P至少在1 0 0 0亿元以上。它涉及的产业链包括金属硅材料的还原、高纯硅的提纯、硅片的制备、太阳电池制备、电池组件、光伏系统平衡部件的制造、光伏制造业专用设备的制造、系统安装、产业链专用原材料的制备等。光伏发电技术,作为可再生能源发电技术中最为成熟的发电技术之一,具有清洁、安装简单、低维护及模块化等优点,将逐渐部
16、分地取代传统能源为人类生产、生活提供能源,成为传统能源的替代能源,因而光伏产业的市场前景非常广阔。我国光伏产业的前期发展主要依赖于通过简单的产线复制达到规模的扩张,在这一轮发展中,北京落后于其他光伏大省,主要是因为北京的土地、水、电、气等资源成本限制了单纯的规模化扩张。光伏产业通过近十年的技术发展和规模扩张极大地降低了电池组件的成本,而成本的下降速度是制约产业发展速度的一个关键因素。据乐观估计,光伏发电成本将在1 0 2 0年后达到与常规能源相竞争的程度。因而,光伏产业已经发展到了一个非常关键时期,区别于前1 0年的发展,下一阶段光伏产业的发展将更依赖于技术水平的提升。北京光伏产业的突出特点正
17、是研发基础雄厚、技术实力强,因而在这个难得的历史机遇面前,北京应充分发挥优势,抓住机会,依托高端研发实现高端制造,树立北京光伏产业在国内的地位,创造北京经济的新增长点。1光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究 1.2 目的 “北京光伏产业技术路线图”是“科技北京”建议研究的一项专项技术路线图课题,对支撑科技服务业发展具有重要意义,旨在根据“科技北京”行动计划中“大力实施科技振兴产业工程,推动首都经济又好又快发展”的要求,统筹整合首都人才、资金、政策等各类创新资源,加快发展科技服务业。通过路线图的研究,对我国乃至世界范围内光伏产业发展需求进行分析,结合北京在该领域的发展现状,明确北京未来5年
18、在该相关领域的发展重点,发现技术壁垒,凝练技术需求,为北京市政府科技主管部门、行业主管部门提供政策建议,为企业提供发展指引,为研发机构提供科技立项建议,最终为政府培育壮大光伏产业提供支撑和科学决策,从而促进“科技北京”的建设。1.3 工作方法 北京光伏产业路线图由北京新材料中心和中国科学院电工研究所共同承担,参与课题2 0人,历时4个月完成。课题采用德尔菲法、头脑风暴法等方法,通过企业调研、专家访谈、调查问卷及专家研讨会等形式凝聚了行业专家、行业技术研究人员、企业代表等产业相关人员的意见和建议,涉及了北京光伏产业的各个产业环节的企业和研究单位,全面体现了北京光伏产业各行业发展意愿,最后通过科学
19、的方法归纳整理出了北京光伏产业技术路线图。1.4 主要结论 北京光伏产业路线图主要的结论如下:1)北京光伏产业的突破点在高端技术与高端制造上,应利用现有基础发挥优势,将北京打造成高端技术与制造中心;2)设备制造方面,加速关键设备国产化进程,有针对性地突破技术壁垒,实现2 0 1 5设备国内占有率第一的目标;3)电池制造方面,加速实验室向产线技术的转移,重点在于高效电池技术的产业化;4)逆变器技术方面,大型光伏并网、微网逆变器性能达到国际先进水平,实现示范应用;5)技术储备方面,加强C I G S、C d T e的研发投入,为其产业化的到来做准备。1.5 相关建议 相应的建议如下:2第 1章 引
20、 言 1)加强研发投入。关注产业发展态势,预测产业发展趋势,制定短、中、长期研发计划;资助结构应该考虑处于不同发展阶段的不同种技术。2)通过联合研发中心(实验室)、重大项目、产业技术联盟等形式加强产学研合作,疏通产学研通道,加速实验室技术向产业的转移。3)集中力量扶持重点企业的技术突破,带动北京光伏产业技术的进步。4)重视检测与认证,加快完善光伏并网标准和光伏产品的检测和认证体系;研发光伏并网系统、部件等的检测仪器、技术方法及相关的检测标准,从而保证光伏并网的质量和可靠性,增强北京光伏产业的市场竞争力。3书书书 第 2章综述与背景 2.1 光伏产业发展前景预测 光伏产业是世界上发展速度最快的产
21、业之一,2 0 0 42 0 0 9年的世界总产量分别为1 2 0 1 MW、1 7 9 3 MW、2 5 6 1 MW、4 0 0 0 MW、7 9 0 0 MW、1 0 6 6 0 MW,其年平均增长率达到了5 5.2%。在2 0 0 8年的世界性金融危机的重创下,光伏产业受冲击最小且恢复最快,仍保持着旺盛的增长速度。这些足以说明光伏产业在世界经济体系中的重要地位及潜力。光伏发电作为传统能源的替代产品,具有清洁、绿色、模块化、低维护等特点。光伏发电不仅可以在用电高峰期为传统电力提供补充,而且还可以经济有效地作为电网延伸的替代技术解决偏远地区无电户的用电问题,在不远的未来还将作为传统能源的替
22、代能源为世界能源供应发挥重要作用。目前世界上无电人口达2 0亿左右,发达国家和发展中国家都在积极开展光伏乡村电气化项目,这将是光伏应用的一个主要市场。图2-1表明了光伏将越来越在全球能源供应中起到主要作用。在2 0 3 0年左右,光伏(及光热)将开始表露出其在全球能源供应中的位置,在大约2 0 5 0年光伏(及光热)占能源供应的比重将达到2 0%左右,而到本世纪末将占据主要位置。图2-2所示为不同情景下预测的光伏装机容量的发展趋势。无论哪种模式都意味着光伏产业将表现出较高的增长速度,即使是增长速度最慢的E T P蓝图情景。到2 0 5 0年,光伏产业的规模也将达到近2 0 0 0 G W,是2
23、 0 1 0年总装机容量的6 0倍之多。近一两年,欧美日等光伏大国都纷纷重新更正了之前对光伏产业发展的预测,对光伏发电在整个能源体系中起的作用持更乐观的态度,认为光伏发电将在不远的未来为解决整个人类的能源需求起到显著的作用。2 0 0 8年欧洲光伏工业协会(E P I A)发布“S o l a r G e n e r a t i o nV-2 0 0 8”,认为在政策驱4第 2章 综述与背景 图 2-1 全球能源发展预测(2 0 0 0 2 1 0 0年)(We l t i mWa n d e l:E n e r g i e w e n d ez u r N a c h h a l t i g
24、 k e i t,S p r i n g e r,I S B N3-5 4 0-4 0 1 6 0-1)图 2-2 不同情景下预测的光伏装机容量增长趋势(I E AE n e r g yT e c h n o l o g yP e r s p e c t i v e s 2 0 0 8)动条件下2 0 2 0年欧洲光伏的累计装机容量将达到1 0 0 G W。2 0 0 9年6月,E P I A公布了“S e t f o r 2 0 2 0”,它将光伏发电的目标分三种情景对2 0 2 0年欧洲的光伏累计装机容量进行分析和预测,认为:基本发展模式:1 0 0 G W,加速发展模式:2 0 0 G
25、W,理想发展模式:4 0 0 G W,它们将分别占欧洲电力总需求的4%、6%和1 2%。美国太阳能工业协会(S E I A)在哥本哈根会议上宣布:美国到2 0 2 0年光伏将提供全部电力需求的1 0%,太阳能热利用提供的热水、采暖和制冷将替代电力需求的3%,太阳能热发电将提供电力需求的2%。光伏到2 0 2 0年将提供6 7.6万个工作岗位,每年减排3.8亿t二氧化碳。按照1 MWh光伏电力减排1 t二氧化碳,则2 0 2 0年美国的光伏累计装机容量将达到3 5 0 G W。2 0 1 0年2月美国国会在加利福尼亚州“百万太阳能屋顶”计划的基础上提出了全5光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图
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