太阳能玻璃研究论文

太阳能作为一种可再生的新能源，越来越引起人们的关注。光伏发电是太阳能利用的一种方式，因其节能和环保的效果，受到广泛的重视。最近几年光伏发电发展迅速，光伏技术不断进步，光伏发电的成本不断的降低，各国纷纷出台各种政策支持，使得光伏发电成为最近几年发展最迅速的产业。各国纷纷出台相关的政策和规划，积极发展光伏产业。在国际大环境下，立足国内的能源现实，中国政府也出台相关政策支持可再生能源的发展。 长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致"温室效应"和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。 1974年至1997年，美日等发达国家硅半导体光电池发电成本降低了一个数量级：从每瓦50美元降到了5美元。此后世界各国专家大都认为，要使太阳能电站与传统电站（主要是火电站）相比具有经济竞争力，还有一段同样长的路要走——其成本再降低一个数量级才行。目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。在死海之畔有一个1979年建的7000平方米的实验太阳池，为一台150千瓦发电机供热。美国计划将其盐湖的8．3％面积（约8000平方千米）建成太阳池，为600兆瓦的发电机组供热。今年6月，亚美尼亚无线电物理所的专家宣布，已在该国山地开始建造其“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站。该电站使用的涡轮机不是新的，而是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机，装机容量仅100千瓦，但发电成本仅0．5美分／千瓦小时，效率高达 40％—50％。 俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令人瞩目的进展。一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合，给太阳池附设冰槽等设施，设计出了适用于农家的新式太阳池。按这种设计，一个6到8口人的农户建一个70平方米的太阳池，便可满足其100平方米住房全年的用电需要。另一家研究机构提出了组合式太阳池电站的设计思想，即利用热泵、热管等技术将太阳能和地热、居室废热等综合利用起来，使太阳池发电的成本大大下降，在北高加索地区能与火电站竞争，并且一年四季都可用，夏天可用于空调，冬天可用于采暖。 对于淡水资源缺乏的国家来说，太阳池还有另一项不可多得的好处：据专家测算，在近海浅水区建一个面积2163平方千米、深米的太阳池，可为10吉瓦的发电机组供热，并可每年产淡水2立方千米。 在欧美一些先进国家，目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”，这是一种将太阳能转换硅片密封在（尤如夹层玻璃）双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”以及我国已开展的“光明工程”将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮，极大的促进了太阳能在新型建材产品中的应用。 在发展中国家，各国也在积极发展利用太阳能。如菲律宾早在九九年，政府已批出了首个太阳能计划，在澳洲政府“海外援助计划”的协助下，在全国 263个社区安装1000个太阳能系统。目前菲政府正在推行全球最大太阳能应用计划，整个计划耗资4800万美元，是目前为止世界上最庞大的太阳能计划。太阳能发电计划共分两期，受惠的除了民居外，还包括25个灌溉系统、97个净水及分配系统、68间学校和社区中心，及35间诊所。 由此看来，全人类梦寐以求的太阳能时代实际上已近在眼前，包括到太空去收集太阳能，把它传输到地球，使之变为电力，以解决人类面临的能源危机。随着科学技术的进步，这已不是一个梦想。由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，最近将在太空组装，不久将开始向地面供电。 在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅）太阳能电池生产厂，年产量约有 兆瓦（注：1兆瓦（MW）为1000千瓦），工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达％，比目前平均转换效率提高了3个百分点。据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高，其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃就完全依赖进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。 目前国家计委和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的支持，国内已有多家企业涉足。北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏发电产业进行调查的单位之一。于1998年在国内首家引进了76千瓦国际上先进的屋面太阳能发电系统，至今一直运行稳定、效果良好。这套系统日均发电量为 12千瓦时以上，可满足1个小康之家用电要求。该集团还与瑞士的ATLANTIS公司合资组建了北京-阿脱兰太阳能科技有限公司，合资生产太阳能光伏发电组件和屋面发电组件两大系列、多个品种的光伏发电产品，并将这一世界领先的太阳能利用新技术引入了中国。 河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿（Piikington）太阳能国际有限公司在中国独家总代理，现已投入生产世界先进的太阳能电池玻璃封装设备和配套材料，如德国凯米特化学制品有限公司的优质湿法玻璃层压设备、湿法灌浆液（封装介质）等。振海集团的基地于1999年11月已在我国率先安装了 100多平方米的光电玻璃幕墙示范建筑物，现已竣工投入应用，其运行使用效果良好，已成国内一大景观及太阳能光伏发电工程的典范。 太阳能集热管是清华大学的一项专利技术，经清华阳光公司的产业化生产，目前其年产量为世界第一，其产品性能为世界领先，清华阳光公司的晒乐牌太阳能集热管及集热装置，用六七年时间完成了小试、中试到大规模生产，目前已经建成世界上生产规模最大的集热管生产厂，每年可生产500万支全世界集热效率最高的全玻璃真空集热管，预计这个项目的经营额再过3年将达到10亿元。 2008年的奥运会，北京将成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新奥运”将充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念，计划奥运会场馆周围80％至 90％的路灯将利用太阳能光伏发电技术；采用全玻璃真空太阳能集热技术，供应奥运会90％的洗浴热水。届时在整个奥运会期间，我们将看到太阳能路灯、太阳能电话，太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等等以一系列太阳能技术的应用。我们的生活将充满阳光！

目前，太阳能光伏发电市场，主流发电方式多以晶体硅为基础原料。2006年—2008年，全球多晶硅市场的疯狂行情导致光伏发电成本大幅上涨。当时，薄膜电池发电方式以其成本低备受青睐，许多电池生产商也纷纷转投薄膜电池生产，薄膜电池发展将替代晶体硅发展的“替代论”充斥行业内部。随着多晶硅价格回归理性，传统光伏电池价格趋于稳定。未来，多晶硅价格仍将处于下降通道，让已引进薄膜电池生产线的企业有些始料不及。随着多晶硅价格失守，薄膜电池成本低的优势正在消失。据记者了解，计划上薄膜电池的企业其薄膜扩张计划均处于停滞状态，如今仅有部分企业在继续薄膜电池的研发与生产。一时间，薄膜是外资设备商“陷阱”的说法在行业内盛行。到底应该如何看待薄膜电池发展？本报专访多位太阳能专家分析评说薄膜电池的发展。“薄膜电池是做为一种新技术引进的”——访北京交通大学理学院太阳能研究所所长徐征教授“薄膜‘替代论’是不客观的”近日，北京交通大学理学院太阳能研究所所长徐征教授接受了记者的专访，他认为，薄膜电池将替代晶体硅电池之说是不客观的。他表示：“市场上认为薄膜电池将凭借其生产成本低、材料易得等优势，替代传统多晶硅、单晶硅电池这种说法是不客观。”徐征说：“持此种观点的人，大多以其材料易得性来说明薄膜电池的成本优势，但从整体成本考虑，仅产品成本低还不足以说明这个行业的生产成本低。比如同样做一个大型电站，除了考虑生产设备、生产技术，还要把更大的土地成本算进去。目前，晶体硅电池的转换率是薄膜电池的两倍，建一个同规模电站的话，仅土地成本薄膜电池将是晶体硅的两倍。一个行业的成本是多种因素构成的，而非一、两个技术特点决定。同一个电站项目，特别是大型电站项目，多晶硅、单晶硅电池的高转换率决定了其比薄膜电池更具优势。”薄膜电池弱光性优势显现徐征教授介绍说，目前，薄膜电池分很多种类。其中有非晶硅与微晶叠层的薄膜电池，转化率可以达到9%；砷化镓，转化率一般在25%左右；碲化镉是市场比较活跃的投资项目，美国第一太阳能去年在世界的碲化镉产量和装机都是最高的。徐征说，不同薄膜电池各有优势，比如砷化镓，其主要应用在太空，转换率非常高，最高可以到达35%以上，并且具有抗辐射的特性。一般来说，热能对砷化镓的影响不大，而晶硅电池遇极热将大幅降低发电效率。徐征教授表示，薄膜电池的弱光性特性将使其适合做幕墙工程。所谓弱光性指的是电池设备对光子的吸收。对光子的吸收越多，转换率就越大。晶体硅转换率高低由太阳光强度以及其对太阳的角度决定，换言之，阳光强度越强；角度越准确，转换率越高。薄膜就像其他技术一样，也有自身的优势。比如其特有的弱光性就是其它电池材料不具备的。光线强与光线弱的时候，晶体硅转换率差别很大。但薄膜却在光线较暗的情况下，依然能够产生电流。玻璃幕墙一般是垂直的，这样的光照角度必然影响其对光子的吸收，从而影响晶体硅的转换率。而薄膜的弱光性，即有光就可以发电的优势，确定其作为建筑幕墙的最好选择。“薄膜设备本来就是非常贵的”据记者了解，以25兆瓦的非晶硅薄膜电池生产线为例，公开资料显示，其价格在3亿元—4亿元人民币之间，而25兆瓦晶体硅太阳能电池生产线的设备成本则仅有4000万元—5000万元。目前，国内引进一台薄膜电池生产机器花费超过1亿元。由此，国外设备投资商对中国实施的“陷阱论”成为热议。对此，徐征所长表示：“不能这么简单地、主观认为这是美国对中国太阳能企业的一个‘陷阱’。”徐征强调：“薄膜电池的引进首先是一种先进技术的引进。而生产薄膜的设备历来都是非常贵的，并不是单纯生产薄膜电池生产设备贵。”徐征解释，现在常生产的平板显示就可以得以说明。目前，在平板显示生产线上，平板显示也需要用到薄膜产品，其薄膜设备可以达到几十个亿。“生产一台薄膜设备造价本身就很高。如果说用在生产薄膜电池非常贵是不客观的。”徐教授说，“不是美国人卖给我们就贵，而是薄膜设备自身制造成本就比较高。 ”“薄膜电池价格优势渐失”“目前，薄膜电池成本低廉的优势渐失。”徐征分析，这主要缘于晶体硅原材料稳步进入价格下降通道，专家预测，未来多晶硅价格还将继续下跌，薄膜成本优势也随着多晶硅价格下降而减弱。这对部分薄膜电池生产商产生了极大的市场压力，从部分薄膜生产商集体选择缄默也表示其对薄膜电池发展充满忧虑。尽管薄膜电池发展受到冲击和考验，但薄膜电池的确也有其发展的空间。比如薄膜电池在幕墙及屋顶项目应用空间还是很大。徐征说：“政府目前允许薄膜电池与晶体硅电池参与太阳能电站的招标，也表明了政府的态度。意味着政府默认薄膜电池与晶体硅并存发展。未来，薄膜电池仍将得到较大的发展。”尚德电力新闻负责人张建敏在接受采访时也基本同意徐征的观点。“薄膜、晶体硅各有市场。” 张建敏说，“从市场分析，薄膜电池还是有其发展空间的。一些薄膜电池公司技术数据能够提高很快，成本优势尚存。从其用途上来看，薄膜更适用于玻璃幕墙的项目，在光伏建筑一体化项目上更具优势。”薄膜电池至少是一种新选择——访中投顾问能源行业首席研究员姜谦近几年来，随着各国的重视程度愈来愈高，全球太阳能光伏产业的发展可谓日新月异。但即便是这样，太阳能光伏发电5倍于传统火力发电的成本仍然让很多企业望而生畏，这也是到目前为止，太阳能光伏发电不仅难与火力发电，甚至难与同为可再生能源的风力发电相抗衡的主要原因。以目前市场上占主流的硅基太阳能电池为例，2006年电池占太阳能光伏系统总成本的比例超过65%，目前也在50-60%，这也就是说电池占了整个光伏系统成本的一半以上。而要降低整个光伏系统的成本，关键点也就在核心部件光伏电池上。中投顾问能源行业首席研究员姜谦在接受采访时表示，虽然随着全球主流厂家技术突破的进程不断加快，硅基太阳能电池成本下降的趋势很明显，但这显然跟不上整个产业的发展步伐。而薄膜电池这时候作为一种新的选择出现，短期内替代硅基电池的主流地位并不现实，但从长远来看，它对于全球光伏产业的巨大推动作用却毋庸置疑。姜谦说：“成本低是薄膜电池相比于硅基电池的最大优势所在。”以目前市场上最成熟的碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池为例，截至2009年，龙头企业First Solar生产成本已经从2008的93美分/瓦降至84美分/瓦，另外，该公司计划到2014年要将成本进一步降至美元，与此同时要将转换效率拉升至。目前在该领域，First Solar还处于独家垄断阶段，随着越来越多竞争者的加入，碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池的发展潜力会更加凸显。通用电气近期与PrimeStar太阳能公司的合作，就是致力于碲化镉薄膜太阳能光伏产品的开发。而除了碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池之外，近期硒化铜铟镓电池（CIGS）也成为市场关注的焦点。CIGS电池具有性能稳定、抗辐射能力强，光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅太阳电池转换效率，成本却是其1/3。2006年、2007年全球CIGS太阳能电池组件的产能分别仅为17MW、60MW左右，产量更是微乎其微。而2008年全球CIGS电池的产量在40MW左右，2009年则是更进一步，产能超过660MW，实际产量也达到180MW左右，增幅超过300%，显示了良好的发展势头。在政策层面，以我国为例，虽然目前国内市场并未真正开启，但在国家能源局主导的第二轮光伏并网电站招标工作中，招标方案将不再限定技术种类，薄膜电池技术也可以参与竞标，这也从一个侧面反映出国家对薄膜电池的支持。综上所述，目前所存在的种种质疑，不应该是对薄膜发展可行性的质疑，但发展时机、发展速度、发展方向等等应该是整个产业需要谨慎对待的。姜谦说：“从产业的长远布局来看，发展薄膜技术不仅是毋庸置疑的，甚至应该是非常紧迫的。”薄膜电池生产企业：薄膜电池发展应有其必要性在采访中，部分薄膜产品生产商表示，与晶体硅电池相比，薄膜电池的成本下降潜力要大得多，主要得益于薄膜太阳能电池的技术进步日新月异。薄膜太阳能电池预计未来的产能可能会达到整个太阳能行业的20%，发展空间较大。薄膜太阳能电池现在发展面临技术突破，有很多物理方法，比如说离子束方法沉积纳米晶硅薄膜工艺。从成本角度分析，未来的薄膜太阳能电池比晶体硅电池有明显优势，较之火电等常规能源具有明显的替代优势。某薄膜电池生产商表示，随着光伏产业在全球能源中占比例逐步提高，薄膜太阳能电池在大型光伏电站、BIPV等应用需求推动下将迅猛发展。但不同的薄膜太阳能电池还有各自的缺点，或转换效率偏低，或存在环境安全问题，有的存在原材料资源稀缺问题，这些问题也需要产业形成规模后逐步解决。“有理由相信，薄膜太阳能电池即将迎来高速成长。”上述企业人士解释，以硅基薄膜太阳能电池为例，其电池技术发展成熟度高，使用叠层工艺将使转换效率及衰减问题不再突出。其次，研发实力雄厚的半导体设备供应商纷纷切入硅基薄膜太阳能电池设备供应领域，薄膜太阳能电池设备供应商快速崛起，对行业迅猛发展起到了重要的推动作用。从技术路线发展看，目前，硅基薄膜太阳能电池已经发展到第四代——非晶硅/微晶硅双结叠层电池。这种非晶硅与微晶硅叠层的基本结构将成为未来硅薄膜太阳能电池的主流发展趋势。“薄膜电池发展有其必要性。”