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太阳能电池技术“最盘点”:光伏走得有多远? 2014-04-02
导读: 按照几年前光伏行业的共识,太阳电池转换效率每提高1%,太阳电池生产成本可下降10%,发电成本则将会降低10%-15。因此,如何优化工艺,提高产品性能,是光伏企业的竞争性生存和发展的重要关键。

        如果追溯到1839年法国科学家贝克雷尔第一次发现光伏效应,太阳能光伏技术如今已经有一百七十多年的历史了。即使以1954年美国贝尔实验室首次制成实用单晶硅电池时计算,太阳能电池今年将迎来60周岁生日。

   60年的时间,足以改变更多事情。特别是太阳能因为其独特优势而越来越受人们青睐的时候。热情与利益的驱动,太阳能电池如今已“面目全非”。

   比如说,太阳能电池技术发展的终极目标:效率与价格。得益于技术的进步,太阳能电池组件产品的价格短短六七年间就下降了70%以上。也正是由于价格,太阳能发电不再是有钱人的玩具,如今正在逐步走上民用舞台。2014年国家能源局8GW的分布式光伏目标就是一个佐证。

   当然,如果仅仅是价格下降,也只是让其门槛稍微变低一点儿而已。光电转换效率的提升更称得上是太阳能电池地灵魂。在2010年。晶体硅太阳能电池普遍效率在14-15%左右,实验室20%的高效率电池也只是在验证中。而如今仅仅三年多的时间,得益于企业与科学家门不断地合作努力,当年尚在实验室中的太阳能电池技术如今已经开始陆续走出,再一次引起世人瞩目。

   现在,就让我们盘点一下,太阳能电池技术有什么样的变化?效率到底有怎样的提升?把目光放到全球各大太阳能光伏企业,从他们产品最新产品历数各家新型电池亮点吧!

     异军突起的薄膜电池   

        自从2009年达到全球组件产量19%的最峰值以后,薄膜光伏市场已经大幅度衰退。理由相当简单,除了一些极为少数的个例之外,薄膜组件价格普遍相对昂贵、低效。根据GTM Research预测,2014年薄膜光伏组件的市场份额仍会徘徊在10%左右。

   然而,当薄膜光伏的行业领导者们纷纷在技术上获得突破后,薄膜光伏组件的命运,会不会被这些变数打破?

   Solar Frontier:CIS薄膜太阳能电池 效率18%

   现行CIS薄膜太阳能电池转换率为14%左右。2013年6月18日,Solar Frontier宣布,该公司在位于日本宫崎县的国富工厂生产的CIS类太阳能电池组件的转换效率达到了14.6%,最大输出功率达到179.8W,实现了“与多晶硅型太阳能电池模块的转换效率基本相同的水平”。Solar 在实验室中,Solar Frontier在30cm见方的CIS类太阳能电池子模块中实现了全球最高的17.8%的转换效率。

   结合实验成果,通过将生产工艺进行改良后,Solar Frontier在CIS薄膜太阳能电池实际生产中将该技术成功应用。2013年12月19日,Solar Frontier宣布斥资约130亿日圆于日本宫城县兴建一座CIS薄膜太阳能电池新工厂“东北工厂(暂定名)”,并预计在2015年3月量产,年产能达150MW。据日本产经新闻指出,新工厂所将生产的产品转换率最少将提高至18%的水准。

   First Solar:碲化镉(CdTe)太阳能电池 实验室效率20.4%,产线组件效率14.2
   2014年2月,经过Newport Corp旗下技术和应用中心(TAC)光伏实验室认证,及美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)证实,First Solar的碲化镉太阳能电池转换效率的破纪录地达到20.4%。刷新了2013年的19.6%的记录。该技术证明CdTe薄膜电池性能正在大幅赶追趋于峰值极限的晶体硅电池。

   通过商业化实验室技术和生产工艺,First Solar在其2013年第四季度业绩的公告会议上宣布,其最新的生产线实现了14.2%的组件转换效率。

   CIGS薄膜电池谁争雄:汉能与Manz公司CIGS薄膜电池的狭路相逢

   2013年10月28日外媒传来消息,与Manz公司携手合作的德国巴登-符腾堡邦太阳能暨氢能研究中心(ZSW)创造了一项CIGS新纪录,实验室最新CIGS薄膜太阳能电池新技术的转换效率达20.8%,并正式由德国Frauenhofer太阳能中心(ISE)认证。该项技术使用了共蒸发的工艺,将CIGS电池实验推上一个高峰。

  当然,以上只是技术验证产品。据可靠消息,Manz公司采用真空沉积技术制备的CIGS薄膜太阳能电池创下了转换效率20.4%的记录,而且已经成熟地大规模工业化了,产品已经具备成本竞争力。虽然尚未得到量产型产品实际效率,但是参考现有欧洲、美国和日本的主要铜铟镓硒薄膜太阳能电池企业普遍超过13%效率的产品和其实验成果,Manz公司的CIGS薄膜太阳能电池组件的量产效率肯定在14%以上。另外,Manz集团的CIGS薄膜组件生产线已经在云南石林启用。

   与之呼应的是汉能太阳能在CIGS薄膜领域的一系列动作。

   2013年12月,汉能太阳能公布,公司基于MiaSolé技术已成功开发新的操作系统,并取得突破性成就,包括使用MiaSolé技术的商业化生产GG-04玻璃太阳能组件已取得Intertek及UL之UL 1703认证,确认其转换效率高达15.5%,温度系数亦降低至-0.40%/C以下;以及使用MiaSole技术之Flex-01柔性太阳能组件已取得UL发出之IEC 61646及IEC 61730认证。此外,继Solibro的CIGS薄膜太阳能技术达至18.7%光伏组件效率后,其0.5平方厘米面积的CIGS薄膜太阳能实验室电池也已提升至19.6%转换效率。

  不得不说,汉能的MiaSolé收购案是一步好棋。通过技术的实用性改进,2014年,汉能在CIGS薄膜太阳能产品量产方面再次取得突破,并将其付诸实践。

   2014年2月20日,河北曹妃甸汉能光伏有限公司正式揭牌,铜铟镓硒(CIGS)新工艺技术也正式入园。这是汉能控股集团在国内开工建设的第一个CIGS即铜铟镓硒薄膜太阳能电池研发制造基地。项目规划总投资约350亿元,规划总产能3GW。通过技术并购和自主研发,汉能在共蒸法与溅射法这两种工艺上达到了全球领先水平。量产组件转化率15.5%,汉能的铜铟镓硒光伏组件技术即使在世界范围内的薄膜太阳能技术的也达到了最先进批次。而就在汉能曹妃甸动工不久,汉能在山东淄博再次设厂,计划350亿人民币开设第二个CIGS薄膜组件生产研发基地。

   汉能与Manz狭路相逢的碰撞,谁胜谁负,期待2015年产品正式投产后揭晓。

   不甘落后的中国晶体硅电池技术

   连续3年以来,中国的主流晶体硅电池产品在全球的太阳能市场份额都保持在82%左右。然而,随着各种技术的革新,P型晶体硅电池的地位终究会受到挑战。果真停滞不前的话,到时被抛弃的光伏企业下场很明显,破产倒闭别无他途。

   幸运的是,相当一部分企业已经看到了这一点。而且他们也并未停下研发的脚步。从最近我国光伏企业陆续推出的各种高效率晶体硅组件就可以看出,我国在太阳能电池技术上从不肯落后。
   晶澳Percium组件:单晶组件效率20.3% 多晶组件效率18.3%

   今年2月份,晶澳太阳能开始在全球发布其最新一代高效光伏组件——Percium。通过最先进的背钝化和局部铝背场技术(即PERT电池技术),以及率先使用的黑硅技术,Percium系列组件在效率上的突破让人咋舌。

   Percium组件包括60片电池的Percium 单晶组件、60片电池的 Riecium 多晶组件。因为新技术的应用,Percium组件比行业平均60片电池组件高出15-20瓦。60片电池的 Percium 单晶组件功率比行业平均60片电池单晶组件高出20瓦。技术核心为Percium 单晶电池使用的最先进的背钝化和局部铝背场技术(即PERT电池技术),电池平均转换效率超过20.3%,比行业平均单晶电池转换效率高出1.3%。该高功率单晶组件在同等单位面积下安装的功率高8%。

   60片电池的 Riecium 多晶组件功率比行业平均多晶组件高出15瓦,同时比行业平均单晶组件高出5瓦。技术核心为Riecium 多晶组件的核心 Riecium 多晶电池使用的黑硅技术,这一技术使电池颜色一致,产品外表更加美观。电池平均转换效率超过18.3%,比行业平均单晶电池转换效率高出0.8%。该高功率多晶组件在同等单位面积下安装的功率高6%。

   晶科能源发智能组件新品 效率提高20%

   2月26日,晶科发布能够对每块太阳能电池板进行设定的MPPT系统智能组件。此次发布的系统是在每块太阳能电池板上安装MPPT用终端而实现的。据介绍,在太阳能电池板内,由于能对串联太阳能电池单元的每个电路进行MPPT控制,因此即使对于电流和电压出现异常的电路,也能够实现最佳的MPPT控制、使输出功率最大化。

   即使是被阴影遮挡的太阳能电池板,也可以将输出功率的降低控制在最低水平,此外还有助于抑制会将面板部材烤焦的“热斑”(Hot Spot)现象。太阳能发电容易受天气、气温和日照的影响,运行不稳定,晶科的目标是通过MPPT的分散控制,提高太阳能发电系统整体的效率。

  英利:不断进化的Panda 效率19.6% 

  通过采用双面发电设计,使电池能够接受从正面和背面进入的光线,从而实现双面发电功能。英利的熊猫电池在N型太阳能电池上继续引领道路。英利集团首席技术馆宋登元博士在某个技术论坛会议上透露,英利N型硅太阳电池“熊猫”达到了20.7%的实验室转换效率,19.7%的平均效率。

   根据英利2013年3月份的一组对比数据,熊猫组件的双面发电特性使得其平均发电量输出高于常规组件6%以上,每瓦平均输出高于普通多晶组件4%以上。而且与市场上三洋、SunPower的类似N型晶体硅电池相比,英利的熊猫电池便宜40%左右。

   另外,除了以上已经可以实现量产的晶体硅电池以外,中国还有其他的光伏企业在谋划技术改进。

   天合光能:IBC电池技术 24.4%效率破世界纪录

   天合光能光伏科学与技术国家重点实验室已独立研制出面向产业化的面积为125mm×125mm光电转换效率大于22%的IBC电池。然而,天合光能的IBC电池技术如今再获突破。

   该公司与澳大利亚国立大学合作研发的新型高效晶体硅太阳电池经德国Fraunhofer CalLab实验室独立测试,光电转换效率高达24.4%,创造了世界IBC晶硅太阳电池的崭新纪录,是迄今为止由独立机构确认的效率最高的IBC太阳电池。目前,实验室正在积极筹备建立低成本全背电极太阳电池的中试验示范线。   
中电光伏:基于高效背场和背钝化技术的晶体硅电池 效率20.44%

   基于高效背场和背钝化技术,中电光伏在晶体硅电池获得突破,最新电池转换效率实验数据达到20.44%。

   据悉,该项目已经进入量产化准备阶段,预计在未来的三个月内,该电池的效率会进入一个快速增长期。中电光伏计划到2014年底将转换效率20%以上的电池量产化,以降低发电成本,提高光伏发电与常规火电的成本竞争力。

   待曝光的昱晶:18.4%的“秘密武器”

   2013年12月昱晶副总经理刘伟澍指出,太阳能经过产业整并、需求成长,明年的供需缺口将大幅缩小、2015年供需更可望完全趋于平衡;还透露,为了追求产品的差异化,昱晶2014年第一季度将推出高效新产品。在今年东京光伏博览会上,这一“秘密武器”正式曝光。

   在本次展会中,昱晶宣告采用18.4%多晶电池片的组件已经可以量产,目前60片的组件输出瓦数达到265-275W,单晶更以19.8%的高效产品做为展出重点,其瓦数从275-285W。高点晶向世人展示了在开发组件方面的雄心。

   追求高效极致的日本晶硅电池企业:京瓷VS松下

   京瓷:18.6%的多晶硅光伏组件

   通过提高结晶品质、改善电极工序、以及减少载流子复合,京瓷终于实现了量产水平下太阳能电池的更高转换效率——18.6%。这一转换效率较该公司史上最高值(17.8%)提高了0.8个百分点。预定从2014年夏季开始,在日本国内销售采用该高效单元的高输出功率太阳能电池板。

   松下:升级版HIT光伏组件 转换率19.4%3

   松下公司日前推出了HIT-N245和HIT-N240系列光伏组件。HIT-N245组件具有19.4%的转换率,并同时具有多种升级版功能。该产品旨在提高整体操作性能,特别是在住宅屋顶市场内的表现。

   后语:

   按照几年前光伏行业的共识,太阳电池转换效率每提高1%,太阳电池生产成本可下降10%,发电成本则将会降低10%-15。因此,如何优化工艺,提高产品性能,是光伏企业的竞争性生存和发展的重要关键。光伏企业发展之路漫漫其修,关注最新技术动态,才能看到,你到底走得有多远。
 
本文来源于OFweek太阳能光伏网
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