传统晶硅光伏系统与薄膜光伏系统的生产能耗比较

云汉

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: O# O+ U! N: u0 L5 b2 L在上个东家工作的时候，涉及了太阳能电池方面的知识，现在整理陆续发到这里，挣点人气，希望早日摆脱“游学生”的身份。
) B7 v8 ]* n, k9 |0 z以下文字涉及的技术参数，都是截止到2010年光伏市场的公开数据。
% E- w: x  L8 W9 |8 N, F
单多晶光伏系统需要经历如下的产业链环节：硅砂→冶金硅→多晶硅料→铸锭、切片→电池制造→组件制造→光伏系统。其中每个环节的电耗大致如下：
表1

环节	能耗
硅砂→冶金硅	13 KWH/Kg  ~0.104 KWH/Wp
冶金硅→多晶硅料	200KWH/KG  ~1.6 KWH/Wp
多晶硅料→铸锭、切片	18 KWH/KG  ~0.144 KWH/Wp
铸锭、切片→电池制造	0.2 KWH/Wp
电池制造→组件制造	0.15 KWH/Wp
组件制造→光伏系统	0.15 KWH/Wp
合计	2.348 KWH/Wp

因此晶体硅光伏系统的制造能耗大致为：2.348 KWH/Wp; 此计算过程中还没有考虑由于各产业链环节分散导致的物流能耗以及加工制造过程中的原材料损耗。
相比之下，硅薄膜光伏产业链环节较短，具体为：原材料（玻璃、气体等）→组件制造→光伏系统。其中每个环节的电耗大致如下：
表2

环节	能耗
	单结非晶硅	双结硅薄膜
原材料（玻璃、气体等）	0.5 KWH/Wp	0.4 KWH/Wp()
原材料 →组件制造	0.3 KWH/Wp	0.5 KWH/Wp
组件制造→光伏系统	0.2 KWH/Wp	0.2 KWH/Wp
合计	1.0 KWH/Wp	1.1 KWH/Wp

对比表1与表2即可以看出，硅薄膜光伏系统的单瓦制造能耗大约是晶硅光伏系统能耗的40~50%。在此基础之上，考虑在1700KWH/平米/年的光照条件（二类地区）以及光伏系统性能指数为0.8的条件下各自的能源回收周期及25年寿命周期中的总发电量，则可以得出如下的数据：
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电池种类	制造能耗 KWH/Wp	年发电量 KWH/Wp	能源回收周期 年	25年总计发电量 KWH/Wp **
晶体硅	2.348	1.18	1.99	26.28
单结非晶硅	1.0	1.36	0.74	30.22
双结硅薄膜	1.1	1.36	0.81	30.22

**10年后效率保证为初始的90%以上，20年后效率保证为初始的80%以上。
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5 ]$ e2 r( X8 F& E6 S2 k2 }
1、节能减排指标如下：
+ i- g! ?$ Z5 B: P9 y: S: j' T8 `: ~

电池种类	制造能耗 KWH/Wp	制造过程中CO2排放量 g/Wp  **	每发度电 CO2排放量 g/KWH	25年总计节约 减排CO2发电量 g/Wp
晶体硅	2.348	1761	67.0	17949
单结非晶硅	1.0	750	24.8	21916
双结硅薄膜	1.1	825	27.3	21840

    **按照现有火力发电站标准，CO2排放量为：750g/KWH。

! B7 q3 ~5 {9 L2、单位GDP电耗如下：
4 ^7 s% y4 x0 j8 b/ c* k" E

电池种类	制造能耗 KWH/Wp	系统销售均价 US$/Wp  **	万元GDP所需瓦数	单位GDP电耗 KWH/万元
晶体硅	2.348	3.4	431.3	1012.59
单结非晶硅	1.0	2.6	564.0	563.95
双结硅薄膜	1.1	2.7	543.1	597.37
2008年全国平均单位GDP电耗 ***				1375.29
2008年广东省单位GDP电耗 ***				1085.49

**1美元=6.82人民币元
0 q+ _" ~$ }' Z4 m( W*** 09年6月30日，国家统计局、国家发展和改革委员会、国家能源局公布数据。
在此计算过程中将整个产业链按一次GDP贡献计算，如果按各环节GDP贡献计算，则相应单位GDP电耗还要低得多。
4 A( K8 m! C( M0 g& A" P

云汉

就爱抬杠 发表于 2012-3-18 10:44
能否介绍一下目前国内薄膜太阳能的发展情况？我只知道安泰科技和德国某公司合作过这个项目。 ...

( D3 A" f. n0 U+ n7 |2 V, h9 I我本身不是从事这方面的研发技术工作，加上现在不是从事光伏行业，所以，了解的情况不算全面。
, q9 I  ?2 C! \9 P+ U( ?9 H& a
2 L1 j$ ^, m5 m  }我知道目前在研的五代硅基薄膜太阳能电池工艺技术：
第一代非晶硅单结薄膜太阳能电池，
第二代非晶硅/非晶硅双结薄膜太阳能电池，
第三代非晶硅/微晶硅双结薄膜太阳能电池，
第四代非晶硅/非晶硅锗双结或三结薄膜太阳能电池，
- P: `5 I. i9 R% C( X1 F第五代非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结薄膜太阳能电池，
; w: b' d- U5 Q% M. b7 Y目前在产业化领域中的主要技术仍旧是前两者。
5 b1 G: u1 L/ k* V2 E3 r% d) `5 C# Q
在生产线技术方面依关键的PECVD沉积系统分类，可以划分出以下5种设备模式：
$ m  z  n+ J" P单室多片PECVD沉积系统(EPV、BudaSolar)，
; Z; l( g7 Q' i* s8 o; y, X串联线列式多室单片PECVD沉积系统(日本真空)，
$ o) }( }% T0 j/ b' R  p4 f并联线列式多室单片PECVD沉积系统(莱宝真空)，
  ^. S# b* x+ Q5 M' e' ]团簇式多室单片PECVD沉积系统(应用材料公司)，
单多片混合型PECVD沉积系统(Oerlikon公司)。

云汉

虎痴 发表于 2012-3-18 13:32
不错不错！
不过薄膜电池用硅烷做原料，该部分原料是否计算能耗值得商榷！ ...

6 i0 s4 j8 L9 I1 K2 p$ n! Q4 C9 n您的意思是，不须计入硅烷生产能耗？

云汉

大地窝铺 发表于 2012-3-18 14:48
和逍遥探花是一个头像啊？

恩，“渝王千秋万代，一统江湖！”

云汉

5 o$ Q% @4 l% J3 g; X

nj_power 发表于 2012-3-18 17:17
% o; q  w+ p( r! s* ~KWH/Wp中的Wp是什么意思？
! X' F" q! U' A8 q! G这是算得太阳能发电的碳足迹吗？

1 |# p: i1 `. a0 `
Wp 是太阳能电池峰值功率的缩写，即Wp=Wpeak。 　
0 L' n# a! Z/ u$ N$ n( Q标准阳光下的太阳能电池输出功率单位。欧洲委员会定义的101标准，辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度 25℃条件下，太阳能电池的输出功率。
/ h- C* Q* G. E1 K: V  t
) l  d7 E! A) S9 d3 p因为，在太阳能电池销售中，是以"元/Wp"来计价的。
7 Y5 P4 I* q9 ~; B' P% ~' w
1 `  n3 z  J& J% j6 ?* j. O# n上面那个计算，可以用来比较生产不同种类的太阳能电池，需要消耗的电能。目前中国每发一度电的煤耗约为370克标准煤(每燃烧1吨标准煤大约排放2.6吨二氧化碳)。你可以根据这个进一步计算碳消耗。

云汉

虎痴 发表于 2012-3-19 11:12
4 p7 V5 F- V7 `; h& S1 y! Z8 p硅烷应该计入，但是看原料的数值感觉好像没有考虑或者考虑的不全。

我搜索得到的数据是：生产1MWp非晶硅薄膜光伏电池大约消耗167公斤硅烷。所以，原材料中这些工业气体的消耗，平均到每Wp电池上，已经非常少了。
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1 l4 w4 N8 ], ~: y真正要算耗能大的，也就是TCO玻璃了。那方面的数据我掌握不多。

不过总体比较起来，非晶硅还是比晶硅节省制造耗能。

云汉

机器猫 发表于 2012-3-22 04:16
这些数据太枯燥了。这么问个问题吧：如果现在我在房顶上铺满光电池，大概多少年能靠省电把成本省回来啊？ ...

这个要根据你所在地区的太阳辐射水平+上网电价共同决定。
  @: Y. D/ F8 b. O8 i; J
- a' }7 n6 G$ F0 `( B7 |3 P, [以目前民用电价格算，在国内一类地区，国家不补贴，你发电就亏本。

云汉

机器猫 发表于 2012-3-23 02:11
嗯，我也只是想知道个大概数量级。看来就算是能不亏的地方，估计要靠省电钱回本也得挺长时间的哈。 ...

看了你的资料，如果目前是在美国的话，我所知道的是，家庭屋顶光伏系统周期（理论20年），通过节约电费回收成本（购买电池+安装+日常维护）的话，在阳光充足地区，大概4-6年吧。不知道你所在的州是否还有税务上的优惠，那样成本回收周期会更短一些。
6 x3 b" o, v, |6 O给个链接，那里解释的更详细：http://www.solarbuzz.com/cn/node/2066

云汉

seanz3 发表于 2012-3-31 08:01
8 T2 a3 K7 t! ~, B0 V3 t, z5年左右能收回成本也是蛮不错的。
, X% X5 B- d7 z5 F0 M但不知道这个成本里面有没考虑生产时对环境的污染成本？记得生产这玩意 ...

: B2 \) H& O7 s; {" H这个成本是针对家庭购买、安装使用屋顶光伏系统的总费用。
0 s5 E& ?2 V! N4 o+ T污染成本这个无法衡量。拿大家平时使用的干电池打比方，生产和最终处理都会造成不小的污染，但是家庭消费者购买起来还是很便宜，最终是由整个社会支付干电池污染的处理费用。
0 A+ O' a9 p- f5 Z9 ]  q0 e( I目前，晶硅电池原料生产的污染的确比较大。