The Distributed Renewable Energy and Smart Micro Grid System * 我 国 分 布 式 光 伏 发 电 的 现 状 与 展 望 1 王 文 静 2 王 斯 成 1 中 国 科 学 院 电 工 研 究 所 北 京 100190 2 国 家 发 展 和 改 革 委 员 会 能 源 研 究 所 北 京 100038 摘 要 文 章 论 述 了 分 布 式 光 伏 发 电 的 战 略 意 义 和 技 术 优 势, 以 及 中 国 分 布 式 光 伏 发 电 的 市 场 状 况 政 策 措 施 中 国 目 前 的 光 伏 市 场 仍 是 以 集 中 式 为 主, 到 2014 年 分 布 式 光 伏 电 站 仅 占 总 累 计 光 伏 电 站 的 17.62% 考 虑 到 中 国 适 合 于 集 中 发 电 的 土 地 资 源 区 域 与 用 电 地 区 的 分 布 十 分 不 均 匀, 因 此 分 布 式 发 电 更 适 合 于 所 发 电 力 的 消 纳 为 此 中 国 政 府 在 2014 年 后 出 台 了 一 系 列 鼓 励 分 布 式 发 电 的 法 规 政 策, 各 地 方 政 府 也 出 台 了 一 系 列 的 补 贴 配 套 政 策, 可 以 预 测 在 未 来 中 国 将 会 掀 起 一 个 分 布 式 光 伏 发 电 系 统 的 建 设 热 潮 文 章 还 对 光 伏 技 术 对 于 分 布 式 发 电 的 适 用 性 进 行 了 分 析 关 键 词 分 布 式, 光 伏 发 电 系 统, 太 阳 电 池 DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.02.002 1 发 展 分 布 式 光 伏 发 电 的 战 略 意 义 我 国 面 临 三 大 战 略 挑 战 :(1) 环 境 污 染 和 大 气 环 境 恶 化 ;(2) 一 次 能 源 面 临 枯 竭 的 远 景, 人 类 必 须 寻 求 替 代 能 源 ;(3) 从 能 源 供 给 安 全 的 角 度 看, 能 源 结 构 从 以 煤 炭 和 石 油 为 主 向 以 可 再 生 能 源 核 能 等 清 洁 能 源 转 移 的 需 求 在 这 三 大 战 略 需 求 的 促 进 下, 国 内 开 始 大 量 利 用 可 再 生 能 源 在 诸 可 再 生 能 源 中 光 伏 作 为 一 种 重 要 的 方 向, 近 年 来 在 国 内 得 到 了 大 力 的 发 展 * 资 助 项 目 : 中 科 院 学 部 咨 询 项 目 大 力 发 展 分 布 式 可 再 生 能 源 应 用 和 智 能 微 网 修 改 稿 收 到 日 期 :2016 年 1 月 15 日 光 伏 发 电 系 统 分 为 两 种 类 型, 一 是 集 中 式 光 伏 发 电 系 统, 主 要 是 在 广 阔 地 面 上 安 装 十 几 兆 瓦 以 上 的 大 型 地 面 电 站 ; 二 是 分 布 式 光 伏 发 电 系 统, 主 要 是 在 各 种 屋 顶 上 安 装 的 兆 瓦 级 以 下 的 光 伏 发 电 系 统 世 界 其 他 国 家, 主 要 以 分 布 式 发 电 为 主, 占 光 伏 发 电 系 统 总 量 的 80% 以 上, 我 国 到 目 前
为 止, 以 集 中 式 光 伏 发 电 系 统 为 主, 其 主 要 原 因 是 我 国 政 策 推 动 方 面 以 国 家 主 导 为 主, 这 种 自 上 而 下 的 政 策 和 运 行 方 式, 更 容 易 迅 速 推 动 集 中 式 光 伏 系 统 的 建 设 集 中 式 光 伏 发 电 系 统 也 存 在 一 些 问 题 我 国 的 荒 漠 地 区 主 要 在 西 部, 而 且 也 正 是 这 些 荒 漠 地 区 的 太 阳 能 资 源 很 好, 非 常 便 于 发 展 集 中 式 光 伏 电 站, 但 是 这 些 地 区 的 用 电 负 荷 低, 电 力 就 地 消 纳 能 力 差, 需 要 将 光 伏 系 统 发 出 的 电 力 经 长 距 离 输 送 出 去 而 我 国 的 电 力 输 送 能 力 有 限, 加 之 光 伏 发 电 具 有 波 动 性, 使 得 大 规 模 电 力 输 送 更 加 困 难 因 此, 在 西 部 出 现 了 弃 光 现 象 而 在 东 部 经 济 发 达 地 区, 电 力 负 荷 非 常 高, 但 是 没 有 大 面 积 无 用 的 土 地 供 给 安 装 集 中 式 光 伏 电 站 使 用 为 解 决 这 种 大 规 模 集 中 发 电 与 大 规 模 负 载 应 用 的 不 平 衡 现 象, 在 东 部 地 区 大 力 发 展 分 布 式 光 伏 系 统 具 有 非 常 大 的 意 义 2 光 伏 产 业 发 展 状 况 经 过 2012 年 光 伏 产 业 发 展 的 低 谷,2013 2014 年 全 球 光 伏 产 业 迎 来 了 新 一 轮 增 长, 中 国 光 伏 产 品 制 造 世 界 第 一 大 国 的 位 置 依 然 稳 固, 全 产 业 链 的 产 量 均 居 世 界 之 首 ( 表 1) 表 1 全 球 和 中 国 光 伏 组 件 2014 年 产 量 排 名 (MW) [1] 全 球 排 名 产 能 产 量 中 国 排 名 产 能 产 量 常 州 天 合 3 600 3 600 常 州 天 合 3 600 3 600 保 定 英 利 4 200 3 400 保 定 英 利 4 200 3 400 苏 州 阿 特 斯 3 000 3 000 苏 州 阿 特 斯 3 000 3 000 晶 澳 3 000 2 500 晶 澳 3 000 2 500 晶 科 3 200 2 300 晶 科 3 200 2 300 First Solar 2 300 1 846 韩 华 2 200 1 700 韩 华 2 200 1 700 海 润 光 伏 1 200 900 Sharp Solar 1 550 1 400 常 州 亿 晶 1 000 847 Sun Power 1 300 1 233 正 泰 900 830 Kyocera 1 400 1 200 昱 晖 1 200 820 REC 1 000 954 无 锡 尚 德 1 500 800 海 润 光 伏 1 200 900 中 节 能 650 610 Solarworld 1 230 900 比 亚 迪 1 000 600 Solar Frontier 980 900 东 方 日 升 850 590 昱 晖 1 200 820 神 州 新 能 源 600 570 常 州 亿 晶 1 000 847 金 坛 正 信 1 000 560 Others 54 640 24 500 Others 33 500 11 973 总 计 87 000 52 000 62 600 35 600 2014 年 全 球 多 晶 硅 产 量 32.0 万 吨, 中 国 为 13.6 万 吨, 占 43%; 全 球 晶 体 硅 片 产 量 50.0 吉 瓦, 中 国 为 38.0 吉 瓦, 占 76%; 全 球 光 伏 电 池 产 量 50.3 吉 瓦, 中 国 为 33.0 吉 瓦, 占 65.6%; 全 球 光 伏 组 件 产 量 52.0 吉 瓦, 中 国 为 35.6 吉 瓦, 占 71% 2014 年 我 国 前 16 家 光 伏 组 件 生 产 企 业 的 产 量 达 到 23.6 吉 瓦, 约 占 全 国 总 产 量 的 66.4%, 集 中 度 比 前 几 年 相 对 提 高, 但 仍 然 需 要 进 一 步 整 合, 消 除 产 能 过 剩 对 光 伏 制 造 业 的 损 害 3 全 球 光 伏 发 电 市 场 状 况 3.1 全 球 光 伏 市 场 发 展 状 况 根 据 22 个 国 际 能 源 署 光 伏 电 力 系 统 项 目 (IEA PVPS) 参 加 国 的 统 计 数 据,2014 年 新 增 光 伏 装 机 容 量 38.70 吉 瓦 ( 图 1), 累 计 装 机 容 量 177.0 吉 瓦 并 网 系 统 占 到 累 计 装 机 容 量 的 95% 以 上, 占 据 能 源 市 场 增 长 的 主 导 地 位 中 国 2014 年 装 机 10.64 吉 瓦, 位 居 世 界 第 一, 德 国 光 伏 市 场 大 幅 度 下 降,2014 年 仅 有 1.9 吉 瓦, 但 累 计 装 机 38.2 吉 瓦, 仍 居 世 界 第 一, 中 国 累 计 装 机 28.38 吉 瓦, 居 世 界 第 二 5.87% 国 家 中 国 日 本 美 国 英 国 德 国 法 国 2013 (GW) 2014 (GW) 2014 占 比 (%) 9.87% 1.59% 2.07% 2.35% 2.37% 2.40% 4.91% 16.02% 25.06% 澳 大 利 亚 27.49% [2] 图 1 2014 年 世 界 各 国 光 伏 年 装 机 占 比 中 国 日 本 美 国 英 国 德 国 法 国 澳 大 利 亚 韩 国 南 非 印 度 其 他 韩 国 南 非 印 度 其 他 合 计 9.50 6.90 4.50 1.70 3.30 0.60 1.20 0.44 0.30 0.44 9.47 38.35 10.64 9.70 6.20 2.27 1.90 0.93 0.92 0.91 0.80 0.62 3.82 38.70 27.49 25.06 16.02 5.87 4.91 2.40 2.37 2.35 2.07 1.59 9.87 100.00 166 2016 年. 第 31 卷. 第 2 期
我 国 分 布 式 光 伏 发 电 的 现 状 与 展 望 3.2 全 球 分 布 式 光 伏 发 电 的 应 用 状 况 由 于 分 布 式 光 伏 分 散 安 装 就 地 消 纳, 在 装 机 渗 透 率 低 于 30% 的 情 况 下 不 需 要 对 电 网 进 行 改 造, 因 此 各 国 都 优 先 发 展 分 布 式 光 伏 系 统, 如 德 国 和 日 本 的 10 万 屋 顶 计 划, 美 国 的 百 万 屋 顶 计 划 等, 分 布 式 光 伏 系 统 是 全 球 光 伏 市 场 的 主 流,2009 2013 年 分 布 式 光 伏 系 统 的 市 场 占 比 平 均 达 到 80% 以 上, 到 2013 年 底 全 球 分 布 式 光 伏 发 电 的 占 比 仍 然 达 到 60% 以 上 随 着 光 伏 发 电 在 电 力 市 场 比 例 的 增 高, 大 型 地 面 光 伏 电 站 的 比 例 也 逐 年 增 加, 预 计 到 2018 年, 分 布 式 光 伏 市 场 的 比 例 将 会 降 至 50% 左 右 4 我 国 分 布 式 光 伏 发 电 应 用 状 况 中 国 2008 年 底 开 始 实 行 大 型 光 伏 电 站 的 特 许 权 招 标, 2011 年 出 台 光 伏 电 站 上 网 优 惠 电 价 政 策, 中 国 西 部 阳 光 资 中 国 分 布 式 光 伏 发 电 系 统 ( 包 括 离 网 光 伏 ) 的 累 计 装 机 达 到 5.0 吉 瓦, 但 仅 占 光 伏 发 电 系 统 累 计 装 机 的 17.62%, 大 型 地 面 光 伏 电 站 的 占 比 高 达 82.38%( 图 2) 5 我 国 分 布 式 光 伏 发 电 发 展 前 景 与 路 线 图 2013 年 国 家 能 源 局 调 整 了 光 伏 发 展 战 略, 着 力 发 展 分 布 式 光 伏, 提 出 到 2015 年 底 累 计 光 伏 装 机 量 达 到 35 吉 瓦 而 根 据 2013 年 的 装 机 量 及 目 前 的 发 展 趋 势, 2015 年 累 计 装 机 量 至 少 可 以 达 到 40 吉 瓦,2020 年 的 目 标 是 100 吉 瓦 其 中, 分 布 式 光 伏 装 机 量 在 2015 年 预 计 占 比 将 达 48.75%, 到 2020 年 预 计 超 过 大 型 地 面 电 站, 占 比 达 到 56% 2015 2020 年 年 度 光 伏 装 机 量 目 标 如 表 2 所 示 表 2 2015 2020 年 年 度 光 伏 累 计 装 机 量 目 标 源 充 足, 又 有 大 面 积 的 荒 漠, 在 中 国 西 部 建 造 大 型 地 面 光 伏 电 站 效 益 明 显, 因 此 大 型 光 伏 电 站 的 市 场 份 额 迅 速 增 加, 分 类 2015 年 2020 年 累 计 装 机 量 (GW) 占 比 (%) 累 计 装 机 量 (GW) 占 比 (%) 占 据 了 目 前 光 伏 市 场 的 主 体 中 国 分 布 式 光 伏 发 电 系 统 的 规 模 化 应 用 起 于 2009 年 的 金 太 阳 示 范 工 程 和 光 电 建 筑 应 用, 这 两 个 项 目 连 续 实 施 了 5 年, 截 至 2014 年 底, 0.28% 累 计 装 机 分 市 场 比 例 0.28% 16.46% 0.60% 农 村 电 气 化 通 信 和 工 业 分 布 式 光 伏 大 型 地 面 电 站 与 其 他 农 村 电 气 化 1.00 2.50 10.00 10.00 通 信 & 工 业 0.50 1.25 4.00 4.00 光 伏 建 筑 并 网 大 型 地 面 电 站 光 伏 应 用 产 品 18.00 45.00 42.00 42.00 20.00 50.00 40.00 40.00 0.50 1.25 4.00 4.00 光 伏 产 品 分 布 式 建 筑 光 伏 大 型 地 面 电 站 合 计 40.00 100.00 100.00 100.00 分 布 式 光 伏 占 比 (%) 48.75 56.00 可 见 我 国 在 分 布 式 光 伏 发 电 方 面 具 有 非 常 广 阔 的 前 82.38% 景, 并 且 基 于 政 策 的 推 动, 将 会 出 现 一 轮 分 布 式 光 伏 发 2014 年 中 国 国 内 光 伏 市 场 安 装 量 市 场 分 类 年 装 机 (MWp) 累 计 装 机 (MWp) 市 场 占 比 (%) 农 村 电 气 化 20 170 0.60 通 信 和 工 业 10 80 0.28 光 伏 产 品 10 80 0.28 分 布 式 建 筑 光 伏 2 050 4 670 16.46 大 型 地 面 电 站 8 550 23 380 82.38 合 计 10 640 28 380 100.00 [1] 图 2 中 国 国 内 光 伏 市 场 累 计 装 机 量 电 的 安 装 热 潮 6 我 国 分 布 式 光 伏 发 电 政 策 保 障 和 制 度 创 新 2013 年 8 月 国 家 发 改 委 出 台 了 发 改 价 格 2013 1638 号 关 于 发 挥 价 格 杠 杆 作 用 促 进 光 伏 产 业 健 康 发 展 的 通 知, 完 善 了 光 伏 发 电 价 格 政 策 通 知 明 确, 对 光 伏 电 站 实 行 分 区 域 的 标 杆 上 网 电 价 政 策 根 据 各 地 太 院 刊 167
阳 能 资 源 条 件 和 建 设 成 本, 将 全 国 分 为 三 类 资 源 区, 分 别 执 行 每 千 瓦 时 0.9 元 0.95 元 1 元 的 电 价 标 准 对 分 布 式 光 伏 发 电 项 目, 实 行 按 照 发 电 量 进 行 电 价 补 贴 的 政 策, 电 价 补 贴 标 准 为 0.42 元 / 千 瓦 时 这 一 标 准 较 征 求 意 见 稿 中 的 0.35 元 / 千 瓦 时 的 补 贴 标 准 提 高 了 20% 同 时, 各 地 政 府 为 了 吸 引 更 多 企 业 到 本 地 投 资 建 电 站, 促 进 产 业 的 健 康 发 展, 也 加 快 脚 步 出 台 一 系 列 优 惠 政 策 在 国 家 给 予 的 固 定 补 贴 0.42 元 / 千 瓦 时 基 础 上, 多 份 相 应 匹 配 了 级 补 贴, 国 家 与 级 补 贴 之 和 即 为 该 的 补 贴 额 度 就 目 前 政 策 而 言, 江 西 和 河 北 的 补 贴 额 度 最 大, 为 0.62 元 / 千 瓦 时, 其 次 是 浙 江 和 山 东, 分 别 为 0.52 元 / 千 瓦 时 和 0.47 元 / 千 瓦 时, 其 余 份 还 发 布 明 确 的 级 补 贴 标 准, 典 型 份 的 补 贴 情 况, 如 图 3 所 示 补 贴 额 度 位 列 第 三, 为 0.82 元 / 千 瓦 时 目 前 苏 州 市 还 未 发 布 明 确 的 补 贴 政 策, 补 贴 总 额 为 0.42 元 / 千 瓦 时 典 型 地 区 的 补 贴 情 况 如 图 4 所 示 补 贴 ( 元 / 千 瓦 时 ) 1.2000 1.0000 0.8000 0.6000 0.4000 0.2000 0.1000 0.4200 1.0200 0.8200 0.8200 0.8200 0.8200 0.8200 0.6200 0.6200 0.6200 苏 州 市 温 州 市 - 工 商 业 电 站 温 州 市 - 居 民 电 站 温 州 市 永 嘉 县 - 工 商 业 电 站 1.1200 0.7200 0.6700 0.6700 0.6200 0.6200 图 4 我 国 典 型 地 区 的 光 伏 光 电 补 贴 情 况 0.6700 0.7700 0.4700 0.5700 温 州 市 永 嘉 县 - 居 民 电 站 杭 州 市 杭 州 市 萧 山 区 富 阳 市 嘉 兴 市 衢 州 市 江 山 市 绍 兴 市 宁 波 市 湖 州 市 安 吉 县 上 海 市 - 工 商 业 电 站 上 海 市 - 居 民 电 站 合 肥 市 南 昌 市 商 洛 市 佛 山 市 补 贴 ( 元 / 千 瓦 时 ) 0.7000 0.6200 0.6000 0.5200 0.5000 0.4200 0.4200 0.4200 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0.4200 0.6200 0.4700 0.4200 0.4200 0.4200 0.4200 分 布 式 光 伏 电 站 运 行 过 程 中, 分 布 式 光 伏 自 发 自 用 部 分 的 收 益 为 : 用 电 度 电 电 价 = 工 业 / 商 业 / 居 民 电 价 + 补 贴 而 发 电 富 余 部 分 可 售 予 电 网 公 司, 收 益 为 : 富 余 上 网 电 量 度 电 电 价 = 脱 硫 标 杆 上 网 电 价 + 补 贴 2014 年 8 月 国 家 发 改 委 印 发 的 发 改 价 格 [2014] 1908 号 关 于 进 一 步 疏 导 环 保 电 价 矛 盾 的 通 知, 公 布 了 各 0.0000 江 苏 浙 江 安 徽 江 西 陕 西 广 东 山 东 河 北 河 南 湖 北 山 西 黑 龙 江 地 区 的 脱 硫 标 杆 上 网 电 价 根 据 各 电 网 销 售 电 价 表, 以 工 商 业 用 电 电 价 为 1 10 千 伏 的 平 段 电 价 居 民 用 电 图 3 我 国 典 型 份 的 光 伏 光 电 补 贴 情 况 在 国 家 份 补 贴 的 基 础 上, 多 地 区 又 相 应 匹 配 了 市 级 县 区 级 的 补 贴, 而 国 家 级 市 级 县 区 级 4 级 补 贴 之 和 既 为 分 布 式 光 伏 发 电 的 当 地 总 补 贴 温 州 市 永 嘉 县 居 民 家 庭 屋 顶 分 布 式 光 伏 发 电 系 统 的 补 贴 力 度 最 大, 总 补 贴 达 到 了 1.12 元 / 千 瓦 时, 而 当 地 的 企 业 分 布 式 光 伏 发 电 系 统 的 总 补 贴 次 之, 为 1.02 元 / 千 瓦 时 杭 州 市 萧 山 区 富 阳 市 衢 州 市 等 地 区 的 分 布 式 光 伏 电 站 和 温 州 市 居 民 分 布 式 光 伏 电 站 与 上 海 市 居 民 分 布 式 光 伏 电 站 所 获 得 的 电 价 为 不 满 1 千 伏 的 平 段 电 价 举 例, 温 州 市 永 嘉 县 商 业 自 用 电 度 电 电 价 最 高, 达 到 2.128 元 / 千 瓦 时 温 州 市 永 嘉 县 工 业 自 用 电 度 电 电 价 次 之, 为 1.961 元 / 千 瓦 时 杭 州 市 萧 山 区 富 阳 市 衢 州 市 的 商 业 自 用 电 度 电 电 价 位 列 第 三, 为 1.928 元 / 千 瓦 时, 苏 州 市 工 业 / 商 业 / 居 民 自 用 电 度 电 电 价 分 别 为 1.087 元 / 千 瓦 时 1.287 元 / 千 瓦 时 0.9483 元 / 千 瓦 时, 典 型 地 区 的 工 业 / 商 业 / 居 民 的 自 用 电 度 电 电 价 情 况 如 图 5 所 示 而 在 余 电 上 网 方 面, 温 州 市 永 嘉 县 的 富 余 上 网 电 量 度 电 电 价 仍 为 最 高, 达 到 1.478 元 / 千 瓦 时, 杭 州 市 萧 山 区 富 阳 市 衢 州 市 的 168 2016 年. 第 31 卷. 第 2 期
我 国 分 布 式 光 伏 发 电 的 现 状 与 展 望 2.5000 2.0000 1.5000 1.0000 0.5000 0.0000 富 余 上 网 电 量 度 电 电 价 次 之, 为 1.278 元 / 千 瓦 时 南 昌 市 的 富 余 上 网 电 量 度 电 电 价 位 列 第 三, 为 1.2255 元 / 千 瓦 时 苏 州 市 的 富 余 上 网 电 量 度 电 电 价 为 0.851 元 / 千 瓦 时, 富 余 上 网 电 量 度 电 电 价 情 况 如 图 6 所 示 但 是 需 要 特 别 注 意 的 是, 各 地 的 附 加 补 贴 往 往 只 执 行 一 段 时 间, 并 不 像 国 家 光 伏 补 贴 政 策 那 样 执 行 20 年 因 此 在 对 电 站 收 益 率 进 行 测 算 时 需 要 具 体 分 析 当 地 的 政 策 细 节 自 用 电 度 电 电 价 ( 元 / 千 瓦 时 ) 苏 州 市 温 州 市 温 州 市 永 嘉 县 杭 州 市 杭 州 市 萧 山 区 富 阳 市 嘉 兴 市 衢 州 市 江 山 市 绍 兴 市 宁 波 市 湖 州 市 安 吉 县 上 海 市 合 肥 市 南 昌 市 商 洛 市 佛 山 市 工 业 自 发 自 用 商 业 自 发 自 用 居 民 自 发 自 用 图 5 典 型 地 区 的 工 业 / 商 业 / 居 民 每 千 瓦 时 的 自 发 自 用 价 格 情 况 富 余 上 网 电 量 度 电 电 价 ( 元 / 千 瓦 时 ) 1.6000 1.4780 1.4000 1.2780 1.2780 1.2780 1.1780 1.2255 1.2000 1.1293 1.1280 1.0780 1.0780 1.0780 1.0780 1.0780 1.0984 1.0720 1.0000 0.8510 0.8594 0.8000 0.6000 0.4000 0.2000 在 特 殊 的 环 境 中, 比 如 鱼 塘 沿 海 滩 涂 农 业 大 棚 顶 部 等, 因 此 需 要 电 池 组 件 具 备 更 好 的 耐 候 性, 这 也 促 进 了 太 阳 电 池 技 术 的 创 新 和 改 进 (1) 在 晶 硅 电 池 方 面, 提 高 组 件 转 换 效 率 降 低 制 造 成 本 仍 是 业 界 当 前 的 共 识 中 国 单 晶 硅 和 多 晶 硅 电 池 产 业 化 生 产 的 平 均 转 化 效 率 已 分 别 达 到 19.0% 和 18.0% 国 内 企 业 在 背 钝 化 电 池 技 术 双 面 发 电 电 池 技 术 组 件 前 板 玻 璃 减 反 射 技 术 无 边 框 组 件 技 术 等 方 面 不 断 探 索, 技 术 不 断 进 步 中 国 多 家 晶 硅 电 池 企 业 均 在 大 幅 扩 建 高 效 晶 硅 电 池 生 产 线, 部 分 企 业 的 高 效 光 伏 电 池 和 组 件 技 术 已 经 达 到 国 际 先 进 水 平, 如 尚 德 所 研 制 的 Pluto 单 晶 硅 电 池 使 用 激 光 掺 杂 技 术 制 备 选 择 性 发 射 区 电 池 ; 英 利 公 司 的 熊 猫 电 池 使 用 前 后 表 面 钝 化 技 术 制 备 n 型 太 阳 电 池 ; 常 州 天 合 的 Honey 电 池 技 术 结 合 前 表 面 新 型 植 绒 技 术 和 背 表 面 钝 化 技 术 多 次 打 破 多 晶 硅 电 池 的 世 界 纪 录 ; 晶 澳 的 博 秀 电 池 使 用 背 钝 化 技 术 制 备 出 超 过 20% 的 单 晶 硅 电 池 (PERC); 南 京 中 电 的 PERC 电 池 ; 阿 特 斯 的 ELPS 电 池 等 效 率 均 已 达 到 20% 以 上, 形 成 的 高 效 电 池 生 产 能 力 均 已 达 到 30 兆 瓦 以 上 晶 澳 昱 辉 赛 维 LDK 等 企 业 采 用 高 效 多 晶 技 术 生 产 多 晶 硅 电 池 效 率 已 达 到 19% 以 上, 量 产 效 率 超 过 18.0% 目 前, 中 国 高 效 晶 硅 电 池 产 量 已 占 据 全 部 电 池 产 量 的 15% 左 右, 预 计 到 2015 年, 高 效 晶 硅 电 池 产 量 占 比 将 达 到 30% 甚 至 更 高 根 据 一 些 国 内 外 设 备 商 的 统 计,2016 年 中 国 太 阳 电 池 厂 已 经 订 购 了 大 约 6 吉 瓦 左 右 的 背 钝 化 晶 体 硅 电 池 (PERC) 的 产 业 化 设 备, 因 此 0.0000 苏 州 市 温 州 市 温 州 市 永 嘉 县 杭 州 市 杭 州 市 萧 山 区 富 阳 市 嘉 兴 市 衢 州 市 江 山 市 绍 兴 市 宁 波 市 湖 州 市 安 吉 县 上 海 市 合 肥 市 南 昌 市 商 洛 市 佛 山 市 未 来 2 3 年 中 国 传 统 的 晶 体 硅 电 池 将 出 现 一 轮 技 术 升 级 改 造 的 大 潮, 将 全 面 提 升 单 晶 硅 太 阳 电 池 的 产 业 化 效 图 6 典 型 地 区 的 每 千 瓦 时 的 余 电 上 网 价 格 情 况 7 分 布 式 光 伏 发 电 技 术 发 展 现 状 分 布 式 发 电 系 统 对 于 光 伏 发 电 设 备 提 出 了 不 同 的 要 求 东 部 地 区 建 筑 屋 顶 面 积 有 限, 这 就 要 求 光 伏 组 件 的 效 率 高 此 外, 在 东 部 地 区 的 分 布 式 光 伏 系 统 往 往 建 率,PERC 电 池 的 产 业 化 效 率 将 达 到 20% 20.5% 多 晶 硅 电 池 在 导 入 背 钝 化 技 术 时 还 遇 到 了 一 些 障 碍, 全 球 的 技 术 研 发 单 位 与 产 业 公 司 也 正 在 着 手 解 决 这 些 问 题 除 了 PERC 电 池 外, 未 来 更 高 效 的 单 晶 硅 太 阳 电 池 的 技 术 主 要 是 两 种 技 术 路 线 :(1) 非 晶 硅 / 晶 体 硅 异 质 结 太 阳 电 池 (HJT), 日 本 的 松 下 公 司 已 经 具 备 了 1 吉 瓦 的 院 刊 169
该 种 太 阳 电 池 生 产 线, 产 业 化 平 均 效 率 在 22%, 日 本 欧 洲 和 美 国 也 有 多 家 晶 体 硅 太 阳 电 池 公 司 开 展 了 产 业 化 研 究, 日 本 长 洲 产 业 公 司 具 有 40 兆 瓦 的 HJT 电 池 生 产 线 中 国 的 杭 州 赛 昂 公 司 嘉 兴 尚 彭 公 司 也 都 进 行 了 产 业 化 技 术 开 发, 电 池 效 率 在 21% 22% 之 间 中 科 院 电 工 所 和 上 海 微 系 统 所 分 别 对 这 种 电 池 进 行 了 中 试 研 究 ; (2) 插 指 状 背 接 触 电 池 (IBC), 该 种 电 池 主 要 是 美 国 的 Sunpower 公 司 实 现 了 产 业 化, 产 能 达 到 1 吉 瓦, 但 是 该 种 电 池 的 工 艺 复 杂, 成 本 较 高, 一 般 以 聚 光 跟 踪 系 统 为 主, 国 内 常 州 天 合 开 展 了 该 种 电 池 的 研 究, 并 且 也 达 到 了 24% 以 上 的 效 率, 但 是 离 产 业 化 开 发 的 距 离 还 较 远 神 州 太 阳 能 公 司 开 发 的 n 型 硅 双 面 太 阳 电 池 采 用 了 离 子 注 入 技 术 与 硼 扩 散 技 术 的 结 合, 制 备 出 了 产 线 平 均 效 率 在 20.5% 的 n 型 单 晶 硅 双 面 电 池, 实 际 使 用 中 可 以 增 加 最 多 30% 的 发 电 量 (2) 在 硅 片 切 割 技 术 方 面, 已 经 使 用 金 刚 线 切 割 单 晶 硅 片, 以 取 代 传 统 的 砂 浆 切 割 技 术, 降 低 了 切 割 损 耗, 从 而 降 低 了 硅 片 成 本 由 于 金 刚 线 切 割 的 硅 片 表 面 缺 陷 少, 使 用 常 规 的 腐 蚀 液 很 难 对 其 进 行 织 构 化 处 理, 业 界 已 经 开 发 出 针 对 金 刚 线 切 割 的 单 晶 硅 片 进 行 织 构 化 腐 蚀 的 特 种 添 加 剂, 解 决 了 这 一 难 题 ; 但 是 对 于 金 刚 线 切 割 的 多 晶 硅 片, 目 前 还 没 有 开 发 出 相 应 的 表 面 织 构 化 腐 蚀 的 添 加 剂, 还 不 能 有 效 地 进 行 化 学 处 理, 因 此 对 于 多 晶 硅 电 池 还 没 有 导 入 金 刚 线 切 割 技 术 但 是 近 来 国 内 多 家 太 阳 电 池 公 司 已 经 开 始 使 用 等 离 子 刻 蚀 干 法 制 绒 对 金 刚 线 切 割 的 多 晶 硅 片 表 面 进 行 植 绒, 得 到 很 好 的 效 果 因 此, 在 未 来 1 2 年 内, 多 晶 硅 电 池 也 可 使 用 金 刚 线 切 割 的 硅 片, 从 而 进 一 步 提 高 其 效 率, 降 低 其 成 本 (3) 晶 体 硅 电 池 组 件 封 装 方 面 也 进 行 了 大 量 的 技 术 创 新 和 开 发 工 作 其 最 主 要 方 面 是 提 高 组 件 的 可 靠 性, 其 次 是 减 小 电 池 组 件 的 封 装 损 失 在 提 高 组 件 可 靠 性 方 面, 主 要 是 消 除 电 压 导 致 的 衰 退 现 象 (PID), 消 除 电 池 组 件 出 现 所 谓 蜗 牛 纹, 提 高 电 池 的 耐 候 性 等 方 面 的 改 进 使 用 高 阻 水 高 电 阻 的 EVA 材 料 背 板 材 料, 以 及 使 用 双 玻 组 件 提 高 上 述 性 能 在 减 小 封 装 损 失 方 面, 采 用 了 高 透 光 EVA 和 高 反 射 EVA 的 组 合 进 行 封 装 另 外, 对 于 前 玻 璃 进 行 镀 膜 改 性, 包 括 增 加 玻 璃 透 光 性 减 少 玻 璃 外 表 面 沾 污 ( 自 清 洁 玻 璃 : 亲 水 涂 层 或 疏 水 涂 层 ) 光 子 能 量 ( 上 下 ) 转 换 等 技 术, 都 有 助 于 减 小 前 玻 璃 板 的 封 装 损 失 (4) 多 晶 硅 材 料 提 纯 方 面, 目 前 国 内 的 平 均 还 原 电 耗 已 由 2011 年 的 70 千 瓦 时 / 公 斤 下 降 到 2012 年 的 60 千 瓦 时 / 公 斤 以 下, 部 分 先 进 企 业 已 低 于 50 千 瓦 时 / 公 斤 生 产 能 耗 和 物 耗 不 断 下 降, 全 国 平 均 综 合 能 耗 下 降 到 120 千 瓦 时 / 公 斤, 部 分 先 进 企 业 降 低 到 80 千 瓦 时 / 公 斤 以 下 生 产 成 本 持 续 降 低, 部 分 先 进 企 业 成 本 达 到 20 美 元 / 公 斤 的 国 际 先 进 水 平, 但 大 多 数 企 业 成 本 超 过 30 美 元 / 公 斤 (5) 太 阳 电 池 制 造 业 生 产 装 备 方 面, 在 硅 材 料 加 工 环 节, 主 要 设 备 有 长 晶 设 备 和 硅 片 ( 锭 棒 ) 切 割 设 备 两 种 用 于 单 晶 生 长 的 国 产 单 晶 炉 的 性 价 比 要 优 于 进 口 设 备, 占 据 了 国 内 绝 大 部 分 市 场 并 且 开 始 批 量 出 口 周 边 亚 洲 国 家 ; 多 晶 硅 铸 锭 炉 多 线 切 割 机 等 设 备 制 造 技 术 取 得 重 大 进 步 在 电 池 制 造 环 节, 我 国 已 基 本 具 备 晶 体 硅 太 阳 电 池 制 造 设 备 的 整 线 装 备 制 造 能 力 在 晶 体 硅 太 阳 电 池 生 产 线 的 十 几 种 主 要 设 备 中, 6 种 以 上 国 产 设 备 已 在 国 内 生 产 线 中 占 据 主 导 地 位, 其 中 单 晶 炉 多 晶 铸 锭 炉 扩 散 炉 PECVD 镀 膜 机 等 离 子 刻 蚀 机 清 洗 制 绒 设 备 等 接 近 国 际 先 进 水 平 在 组 件 生 产 环 节, 主 要 设 备 层 压 机 基 本 以 国 产 为 主, 近 两 年 已 少 量 出 口 欧 美 日 等 国 多 数 厂 家 采 用 的 自 动 激 光 串 焊 设 备 须 从 国 外 进 口, 但 是 近 年 来 已 有 国 内 厂 商 制 造 出 自 动 硅 片 串 焊 机 国 内 已 经 可 以 配 备 完 整 的 全 自 动 晶 体 硅 太 阳 电 池 封 装 线 (6) 平 衡 部 件 方 面, 中 国 已 经 初 步 掌 握 了 数 十 兆 瓦 集 中 式 并 网 光 伏 电 站 和 数 兆 瓦 分 布 式 并 网 光 伏 系 统 的 设 计 集 成 技 术,1 兆 瓦 级 光 伏 并 网 逆 变 器 等 关 键 设 备 170 2016 年. 第 31 卷. 第 2 期
我 国 分 布 式 光 伏 发 电 的 现 状 与 展 望 实 现 国 产 化, 并 网 光 伏 系 统 开 始 商 业 化 推 广, 微 电 网 技 术 开 发 与 国 际 基 本 同 步 大 型 光 伏 电 站 与 分 布 式 光 伏 系 统 效 率 均 达 到 80% 左 右, 集 中 型 并 网 逆 变 器 效 率 为 98.4%, 组 串 型 并 网 逆 变 器 效 率 含 变 压 器 和 无 变 压 器 型 效 率 分 别 达 到 95% 和 97% 然 而, 中 国 在 大 型 并 网 光 伏 电 站 高 穿 透 率 分 布 式 光 伏 系 统 及 微 电 网 等 光 伏 大 规 模 利 用 的 设 计 集 成 智 能 化 能 源 管 理 系 统 关 键 专 用 设 备 功 率 预 测 和 并 网 技 术 方 面 与 国 外 先 进 技 术 水 平 有 一 定 差 距 中 国 光 伏 制 造 规 模 世 界 第 一, 技 术 和 装 备 也 已 经 有 了 很 大 进 步, 制 造 装 备 和 原 材 料 的 国 产 化 率 已 达 85% 左 右, 但 在 高 端 制 造 设 备 和 基 础 材 料 方 面 仍 需 要 部 分 进 口, 如 氢 化 炉 多 线 切 割 机 镀 膜 设 备 自 动 焊 接 机 硅 烷 高 分 子 树 脂 部 分 组 件 背 膜 高 质 量 电 池 前 银 浆 料 等 中 国 仍 需 提 高 创 新 能 力, 在 高 端 设 备 和 基 础 材 料 方 面 进 一 步 提 高 国 产 化 率, 成 为 名 副 其 实 的 世 界 光 伏 强 国 8 分 布 式 光 伏 发 电 的 模 式 创 新 与 应 用 潜 力 由 于 我 国 的 产 业 化 基 础 和 人 口 高 密 度 区 域 都 在 东 部 地 区, 但 是 东 部 地 区 的 土 地 资 源 非 常 紧 张, 因 此 采 用 就 地 消 纳 的 分 布 式 光 伏 发 电 具 有 巨 大 的 潜 力 在 解 决 了 政 策 层 面 的 障 碍 之 后, 将 会 极 大 地 激 发 分 布 式 光 伏 电 站 的 热 潮 在 东 部 地 区 已 经 出 现 了 多 种 分 布 式 光 伏 发 电 运 维 模 式, 例 如 秀 洲 模 式 林 洋 模 式 爱 康 模 式 等 在 分 布 式 电 站 的 交 易 方 面 也 出 现 了 多 种 模 式, 包 括 : 自 发 自 用 余 电 上 网 合 同 能 源 管 理 全 额 上 网 等 等 在 应 用 领 域 方 面, 创 新 性 地 出 现 了 各 种 新 型 的 应 用 方 式, 包 括 : 屋 顶 电 站 农 光 互 补 渔 光 互 补 工 业 厂 房 电 站 商 业 楼 宇 电 站 户 用 发 电 系 统 移 动 光 伏 电 源 等 等 分 布 式 光 伏 发 电 的 融 资 非 常 重 要, 因 为 西 部 集 中 式 的 大 型 电 站 通 常 是 一 些 大 型 国 企 利 用 雄 厚 的 资 金 和 优 质 的 资 产 信 用 作 担 保, 很 容 易 得 到 低 息 贷 款 但 是 分 布 式 光 伏 发 电 的 规 模 小, 承 建 企 业 和 用 户 的 融 资 能 力 都 有 很 大 的 难 度 因 此, 如 何 得 到 有 利 的 低 息 贷 款, 成 为 非 常 重 要 的 环 节 已 经 出 现 了 多 种 融 资 模 式, 包 括 : 银 行 贷 款 股 权 融 资 资 产 证 券 化 众 酬 模 式 在 资 产 证 券 化 方 面 又 出 现 了 众 多 的 子 模 式, 包 括 : 电 价 收 益 权 转 让 模 式 融 资 平 台 公 司 增 信 模 式 BOT 模 式 融 资 租 赁 模 式 等 特 别 是 近 年 来 出 现 的 如 SPI 公 司 的 网 上 众 酬 模 式, 启 迪 了 分 布 式 光 伏 电 站 融 资 模 式 的 新 思 维 随 着 应 用 领 域 的 增 多, 政 策 措 施 的 落 实 到 位, 融 资 方 式 的 便 利 化, 分 布 式 发 电 系 统 必 将 具 有 非 常 巨 大 的 发 展 潜 力 9 结 论 太 阳 能 资 源 具 有 分 散 能 量 密 度 低 的 特 点, 因 此 光 伏 发 电 本 身 就 具 有 分 布 式 发 电 的 天 然 优 势 由 于 我 国 荒 地 资 源 和 用 电 负 荷 的 分 布 极 度 不 平 衡, 分 布 式 光 伏 发 电 不 仅 是 大 规 模 光 伏 应 用 的 最 好 形 式, 也 是 解 决 我 国 电 力 产 销 不 平 衡 的 抓 手 在 光 伏 技 术 方 面, 正 在 不 断 地 探 索 适 用 于 分 布 式 光 伏 发 电 的 新 型 电 池 结 构 和 特 种 材 料 在 鼓 励 政 策 不 断 出 台 和 融 资 建 设 运 维 经 营 模 式 不 断 创 新 的 基 础 上, 相 信 中 国 的 分 布 式 光 伏 发 电 一 定 能 出 现 巨 大 的 发 展 参 考 文 献 1. lv F,Xu H H,Wang S CH.National Survey Report of PV Power Applications in China-2014. [2015-12-25].http://www.iea-pvps. org/. 2. IEA. Trends in PV Applications-2015. [2015-12-25]. http:// www.iea-pvps.org/. 院 刊 171
Status and Prospect of Chinese Distributed Photovoltaic Power Generation System Wang Wenjing 1 Wang Sicheng 2 (1 Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 2 Energy Research Institute, National Development and Reform Commission, Beijing 100038, China) Abstract In this paper, we describe the strategy meaning, technology advantage, market status, and subsidy policy of distributed photovoltaic (PV) power generation. We also discuss the status and trend of PV technology and its adaptability for distributed PV system. In China, only less than 20% PV systems are distributed systems up to 2014, compared to more than 60% of distributed PV systems in the world. The scenario is resulted mainly by the policy and electrical network problems in China. From 2014 on, Chinese central and local government releases a series of subsidy policy to promote the distribute PV system installation. From the perspective of PV technology, the distributed PV system requires higher efficiency. Some other special requirements are also focused on such as higher resistivity for PID, etc. Keywords distributed, PV power generation system, solar cell 王 文 静 中 科 院 电 工 所 研 究 员, 中 国 可 再 生 能 源 学 会 理 事 长 期 从 事 太 阳 能 光 伏 发 电 研 究 研 究 领 域 覆 盖 晶 体 硅 太 阳 电 池 技 术 硅 薄 膜 太 阳 电 池 技 术, 产 业 状 况 政 策 分 析, 光 伏 发 电 系 统 研 究 编 著 和 翻 译 了 太 阳 能 电 池 领 域 专 业 技 术 著 作 5 部, 发 表 论 文 180 余 篇 E-mail: wangwj@mail.iee.ac.cn Wang Wenjing Senior researcher and group leader of PV research, Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences. Member of SEMI international member and standing committee of China Renewable Energy Society. The member of standing committee of Photovoltaic Commission of China Solar PV Society. His research covers the mono-, poly-, and amorphous-crystalline Si solar cell, PV industry status, policy analysis. He has edited or translated 5 books and published 180 research papers.e-mail:wangwj@mail.iee.ac.cn 172 2016 年. 第 31 卷. 第 2 期