solar power 作为一种清洁安全、取之不尽的可再生能源,其经济、社会、环境效益显著,充分开发利用solar power 已成为我国调整能源结构,降低常规能源消耗走可持续发展的必由之路。
当前国家已将可再生能源开发利用的科研和产业化发展列为科技发展与高技术产业发展的优先领域,纳入国家科技发展规划和高技术产业发展规划,并安排资金支持可再生能源开发利用的科研、应用示范和产业化发展。
全国政协委员、海南省海口市副市长王路对海南省的solar power 工程建设充满期望。他认为,将海南省作为“solar power 规模化利用示范省”试点,具有十分重要的现实意义。
我国海南省solar power 资源丰富,是名符其实的“solar power 岛”。 solar energy 在海南推广利用有很好的经济和生态效益,对保护海南生态环境十分重要。
以一家拥有200间客房的宾馆为例,使用solar water heater ,一年可少用12万度电,节约电费10万元,如果以海口市的200家酒店计算,一年可节约电费2000万元。来海南省的中外游客数量庞大,并呈稳步递增趋势,在该省进行solar energy 示范推广 ,辐射效应良好。
据王路介绍,海南省具备solar energy 规模化利用的“先天”条件。
一是省政府高度重视。海南省政府决定从2008年起开始加快推进海南省solar energy 能热水系统推广应用工作,确定海口、三亚、东方三市为海南省solar energy 热水系统规模化应用的试点城市。海南省提出要大力开发和使用新型能源,并制定solar energy 等清洁能源产业的优惠政策。
二是具有优良的区位优势。海南地处热带和亚热带,年均日照225天,年均日照时数在2400小时以上,光照长、强度高、阳光穿透性强、空气清洁度好,十分适宜集中开发与大规模利用solar energy 。
三是市场前景广阔。随着海南经济快速发展,大企业、大项目纷纷抢滩海南,海南电力资源频频告急,人们生活 工作对solar energy 的需求不断提高,城建、照明等对solar energy 的需求潜力巨大。建设时限短,建设35兆瓦发电站,solar energy 发电站仅用时半年,火电站需用3年时间,核电站则需用7至10年时间。
四是推广基础扎实。当前全省生产、组装solar water heater 的厂家有20多家,太solar water heater 在旅游接待酒店、宾馆、度假村的应用数量超过200家,在solar energy 建筑一体化系统、solar energy 公共路灯照明、solar energy 候车亭照明、屋顶solar energy 发电系统、LED 节能灯和风光互补路灯等方面得到初步应用。
王路委员建议将海南省作为“solar power 规模化利用示范省”试点。主要建设内容包括海口市和三亚市要作为solar power 光伏示范城市试点,环岛高速公路、居住小区、星级宾馆、旅游景点solar power 利用示范,边远山区和农场solar power 光伏发电照明示范等。
国家应扶持海南发展以石英砂矿为主要资源的加工业,带动solar power 电池片、电池组件以及应用领域的配套发展,形成从工业硅、solar power 级硅材料及设备、硅片、电池片及组件到solar power 灯具、并网发电系统等应用产品的完整产业链。他希望国家加大对海南省可再生能源利用的支持力度。制定优惠政策,以国家可再生能源利用专项资金 、国家节能减排专项资金,重点支持海南省的“solar power 规模化利用”。
目前,solar power 光伏产业正处于历史上最大的爆炸式成长期当中。SolFocus公司的产品市场和户外施工主管Bob MacDonald估计,目前每年对solar module 的需求增长已经超过70%。
制约solar module 发展的主要瓶颈之一就是全球的多晶硅供应量。超过90%的光伏市场使用硅晶圆作为启动材料。当光子入射到硅内的结处,就会激发产生自由载流子,从而产生电流。对这些solar power 级晶圆的规格要求比IC级晶圆低;solar power 级晶圆能够容忍较高程度的污染,而且可以是单晶或多晶硅。当然,IC级和solar power 级晶圆都依赖于同样的多晶硅原材料。
直到最近,多晶硅供应商都主要集中在规模更大的IC市场,IC市场一直稳定地推动硅材料的价格上扬。长期以来,solar battery 制造商都在购买IC制造商的“边角废料”,即利用硅锭的末端部分、有缺陷的硅锭以及其它的废料。
这种方式一直运作良好直到solar battery 产业开始以每年超过20%的速率增长。Solarbuzz公司的市场分析人员发现,2005年多晶硅的合同价上涨了25%,虽然与此同时多晶硅的产量也增加了12%。
目前,硅材料是传统solar module 的成本构成中最大的一块:2005年每千克硅体材料的价格约为40 美元,而每平方米的solar module 一般需要使用超过2.5千克的硅材料来产生约200W的电能。既然对solar battery 供应商和客户而言,最关键的参数是每瓦特电量的成本,那么提升价值的最佳途径之一就是从更少量的半导体中提取更多的电量。
与IC晶圆的制造一样,在solar battery 制造的晶圆切割和成形过程中也会损失大量的硅。只需要对电池设计做很小的改动,就能够降低这种由切割损耗带来的制造成本。这就是Evergreen Solar公司的“线带”技术的基本思想。用两根线从熔融硅材料中拉下一薄片硅。该硅薄片能够直接用于下一步的制造,而无需进行传统硅锭所要求的锯切和成形工艺。
其它的方法利用修改的solar battery 设计来减少所需的硅用量。如果只是简单地使用更薄的晶圆或在玻璃上淀积硅,就会造成成本和效率目标之间的冲突;然而,一个硅薄层允许更多的入射光简单地穿透它而不会被吸收和产生电流。所以,介于两者之间的一层多孔硅能够用作反射体,以俘获那些过去被白白浪费掉的光子。多孔硅层还可能有助于保护外延层,使其免受下方的冶金级晶圆的污染。但是IMEC的光伏项目主管Jef Poortmans认为,需要进行更深入的研究来了解外延层是否保持足够的清洁度。
一旦solar energy 电池设计放弃体硅而采用薄膜层,那么关于使用硅的各种争论就开始变得没有意义了。虽然目前还存在供应限制,但是体硅材料容易获得,与其它的半导体相比也不贵,即便它并非产生光电流的最佳材料。此外,硅只能吸收solar energy 光谱中较小区域内的光;它对红外光的吸收最弱,但红外光是solar energy 输出中最强的部分。
多结solar battery 通过采用吸收范围不同的材料来对更大范围内的solar energy 谱加以利用。例如,SolFocus采用锗衬底来吸收红外光,并添加GaAs和InP层来吸收蓝光和紫外光,以用于航空领域。
不幸的是,多结solar battery 的价格是硅电池的两倍。太空中是没有办法获得化石燃料来产生电能的,但是solar battery 在地面应用的成本要求就严格得多。要想缩小solar battery 板的尺寸很困难,但是通过使用透镜来聚焦solar energy ,集光器能够降低给定电池板所需的半导体材料用量。SolFocus公司的多结solar battery 能够吸收的太阳光谱范围是硅电池的两倍,而集光器能够聚焦太阳光使其强度增大约500倍。因此,只需solar battery 的半导体材料用量的1/1000就能够获得同样多的电能。