[原创报告] 光伏太阳能

光伏太阳能行业研究历史回顾•1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。•1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。原理——光伏效应•P－N结的形成：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等，它们的发电原理基本相同。一般的硅太阳电池结构包括以掺杂少量硼原子的p型半导体作为基体材料，采用高温热扩散的方法，将浓度高于硼的磷掺入p型基体内得到N型硅，形成实现能量转换的P-N结。•P-N结光电效应：当太阳光照在半导体p-n结上，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区(电场方向)，电子由p区流向n区，因此，光生载流子被内建电场分离，在P区聚集非平衡的光生空穴，在N区聚集非平衡的光生电子，这使P区带正电，N区带负电，从而在P-N结的两端产生光生电动势，此过程被称为光生伏打效应或光电效应。•电流的产生：光生电压的方向和内建电场方向相反。用导线将此太阳电池与负载连接，形成回路，负载电阻中就会有电流流过，这个电流称工作电流，负载两端的电压称为工作电压，这样负载上便获得了电功率，实现了光能向电能的转换，这就是太阳电池的工作原理。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。全球光伏电池产量•从光伏电池的产量来看，2006、2007、2008年，全球电池的总产量分别为2562MW、4100MW，6850MW。光伏电池产品结构1999~2007各地区光伏电池产量及增长率对比全球太阳能发电装机量主要国家历年光伏装机比较德国和西班牙两国2008的新装机容量之和占世界新装机容量的70%以上，因此，中期光伏产品的主要市场仍然将以发达国家，尤其是欧美为主，澳大利亚也会成为重要市场之一。2008年光伏市场分布状况2008世界光伏产品需求和供应对比中国光伏电池产量•据中国太阳能协会提供的数据，2006年全国太阳能电池的产量为438MW，2007年全国太阳能电池产量为1,088MW，同比增长248%，同年全世界太阳能电池的产量为4,100MW，中国的太阳能电池产量占全世界的29%。中国已经成超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。2008年，由于受到经济危机的带来的市场萎缩和欧元汇率下降的严重影响，大多数电池芯片厂商在第四季度产量严重下降，即便如此，我国光伏电池的产量仍达到1,780MW，同比增长63.6%，占全球总产量的26％，略低于欧洲27％的比重。我国光伏累计装机容量、年装机容量与增速光伏太阳能产业链•晶体硅太阳能电池的产业链，主要包括工业硅制取、硅料提纯、硅锭加工、硅片切割、电池片加工、组件、应用系统集成等几个环节。•上游为硅料、硅片环节；中游为电池片、电池组件环节；下游为应用系统环节。•将纯度在95%左右的工业硅提纯成为99.9999%以上的高纯太阳能级多晶硅，是目前硅料生产的关键。大部分化学法都需利用冶金级硅(metallurgicalgradesilicon；MG)来当作硅化合物的原料，少数是直接利用二氧化硅来制备硅化合物。•多晶硅的生产占中上游利润的50%以上。•BIPV产业链上游是光伏电池生产企业，下游是光伏投资商，中游BIPV系统服务提供商利润最大。光伏发电产业链光伏产业链目前各环节技术分析硅材料是基础和关键•硅材料占整个晶硅太阳能电池成本的60%左右。•电池组件成本约占光伏发电系统总成本的50-60%，逆变器约占总成本的6-7%，人工成本约占9-10%，其它材料约占7-11%。注：上图是根据06年数据绘制而来，成本结构随着技术进步会逐渐发生变化。多晶硅的生产•世界多晶硅硅料的主要生产企业有日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美国的Hemlock、Asimi、REC（SGS、MEMC），德国的Wacker公司，这7家企业长期垄断多晶硅硅料的生产领域,占全球产量的70%。•晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的80％以上。但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在上述7家主要硅料厂商手中，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。俄罗斯的技术与美、德、日等相比有所差距。•供给增加主要分为三部分：以Hemlock为代表的传统厂商扩产、以Hoku为代表的国际新进入者、以江西赛维为代表的国内新进入者。•将多晶硅料加工成为硅片，目前主要方法有直拉单晶硅和多晶硅铸锭两种，分别加工成为单晶硅电池片和多晶硅电池片。单晶硅拉晶是传统的技术，主要广泛应用于电子工业方面，在光伏电池方面，虽然单晶硅电池片的转换效率较高，但是由于耗能较大，成本高，衰减性较强，另外，使用单晶拉晶炉，一台设备的年产量约在0.8MW左右，而一台JJL500型的多晶铸锭炉一年的产量在5MW以上，因此现在国际上以多晶硅电池片为主流，约占晶体硅电池总量的60%。截至2008年底传统7大厂多晶硅产能及产量情况名称简介多晶硅产能产量统计Hemlock全球最大高纯多晶硅生产商，由道康宁公司和两家日本企业——信越半导体(Shin-EtsuHandotai)和三井材料(MitsubishiMaterials)合资成立。Hemlock公司多晶硅的年产能在2008年底高达1.9万吨。并计划在2010年完成另一扩建项目。预计到2011年底，该厂总产能将增至3.6万吨。Wacker德国慕尼黑的瓦克集团（WACKERChemieAG），是全球性的化学企业，全球据点分布于欧美亚三大洲。2008年前9个月，Wacker高纯多晶硅销售额5.89亿欧元，同比增86%，ebit为2.59亿欧元，同比增200%，息税前利润率为44%。2008年底10000T产能。瓦克化学股份有限公司于08年10月宣布，将在德国萨克森州的农特里茨生产基地投资7.6亿欧元新建一套年产1万吨多晶硅生产装置，预计2011年1季度投产至年底达产。除此之外，该公司还将投资约1亿欧元，将其在博格豪森生产基地正在扩建的多晶硅装置年产能从7000吨提高到1万吨，至2010年底达产。这些扩建项目完成后，瓦克多晶硅年总产能将从目前的1万吨增加到3.55万吨。Tokuyama日本德山化工及材料领域的集团公司目前拥有5200吨产能，至2009年1季度将增至8200吨，目前的生产基地位于ShunanCity,Yamaguchi。2008年4月，公司启动计划开创新的生产基地，位于SamalajuIndustrialPark。REC包括SGS，Asimi2007年Q3至2008Q3，季度产量一直维持在1400-1600T，2007年产5780T，2008年预计产量6600T。2009年底产能将扩充至1.15万吨。公司2008年硅片产量约590MW，电池片产量约135MW，电池组件约85MW。公司2009年计划硅片产量增加至1100MW，电池片增加至225MW。公司远景规划至2011年的硅片产能将扩充至1875MW，电池片产能将扩充至1430MW。MEMC包括Italy和USA两个分部，目前生产和销售多晶硅、硅片(以硅片为主)2008年底达到8000T，2009年底达12000T，到2010年达到15000T。Mitsubishi包括USA和Japan两个分部截至2008年底为产能3750T，两个分部计划每年扩产共计450T，预计2009-2010年每年递增450T，至2010年达4650T。Sumitomo日本住友，旗下SumitomoTitanium1400T产能，目前没有扩产计划。多晶硅产能-国际七大厂截至2008年底国际上新进入的多晶硅产能名称简介多晶硅产能产量统计JFE日本于2006年7月宣布掌握了制作太阳能级硅的技术，并开始建造100T产能，采用等离子焰、电子束和定向凝固方法除杂生产太阳能电池用多晶硅。截至2008年JFE拥有400吨产能。NSC日本在八幡市设立新日铁太阳能材料公司，以冶金工艺为基础生产6N的太阳能用多晶硅厂，产能约500吨/年，于2007年下半年投产。JSSI（JointSolarSiliconGmbH&Co.KG）德国Rheinfelden地区，用硅烷生产多晶硅。截至08年底拥有产能为800吨/年。JSSI宣称此法所消耗的电量为传统西门子法的10分之1。如果改方法大规模化，则对西门子技术路线是一个挑战。ELKEM挪威公司在挪威Kristiansand建设了一家工厂，08年底投产，09年逐步达产，产能5000吨，其产品在2012年前全部销售给德国晶硅电池商Q-cells公司。SilicioEnergia西班牙位于安达卢西亚的一家公司其多晶硅生产设备由centrothermphotovoltaicsAG提供。产能为2500吨，2009年初投产。DCChemical韩国第一座工厂产能5000吨，建于06年6月，于2007年12月竣工，并于2008年3月开始商业化量产，预计09年底增加至6000吨。第二座工厂产能10000吨，生产9N级多晶硅，2009年初竣工。第三座工厂10000吨，计划于2009年底竣工。至2010年产能将扩充至2.6万吨。它是诸多台系硅晶圆、太阳能电池厂签约取料的对象。M.Setek日本截至2008年年底产能5000吨，2008年产量约3600吨；预计2009年底达产能1万吨。HokuMaterials美国截至2008年底拥有4000吨多晶硅年生产能力。NitolGroup俄罗斯NitolSolar正致力于在Irkutsk的新厂房建设，以实现其在2009年3700吨多晶硅产能的目标。Silfab意大利9N级产品，Silfab公司将在2009年3季度达到3000吨多晶硅产能，并将在2010年底增至5000吨。BIS（Timminco）加拿大冶金法，5N级产品，成本为高纯多晶硅的至少1/2，其规模化成本预计为10-15美元/公斤。加拿大多晶硅生产商（其全权母公司为Timminco,AdvancedMetallurgical集团控制其母公司50.5%的股份）2008年出售产品1044吨，4季度平均售价为65美元/公斤，08年平均售价为61美元/公斤。2009年中旬，其产能将扩充至1.44万吨。（BSI正在加拿大魁北克省建设拥有3条年产量为3600吨的生产线。）国际进入者产能产量截至2008年底大陆多晶硅项目状况公司名称多晶硅项目状况深圳南玻湖北宜昌，一期项目1500吨多晶硅于08年12月底顺利投产，预计该项目2009年产量1000吨，2010年1350吨。多晶硅项目总规划5000吨。产品为电子级。亚洲硅业青海,亚洲硅业（一期1000吨，总投资9980万美元）第一炉多晶硅于2008年12月31出炉，计划总规模6000吨，产品为太阳能级。江西赛维一期6000吨项目，自2008年2月开工，其中1000吨已投产，5000吨项目推迟至2009年6月投产。赛维LDK规划到2010年实现16000吨的多晶硅产能。美国德克萨斯州的Fluor公司负责设计、采购设备和安装建设。产品为太阳能级。宁夏阳光一期1500吨项目于07年4月底开工至2008年12月23日正式投产，规划年产多晶硅4000吨，产品为太阳能级（7N）。江苏顺大一期3000吨（总投资22亿元）多晶硅项目2008年11月9日正式投产。其采用改良西门子工艺，美国Hemlock技术。反应炉采取低温高压技术，生产周期约70个小时，低于国内多晶硅一个星期的生产周期。顺大公司的炉子最多可以产出3.5吨多晶硅，月产量在25吨以上。产品纯度已经达到“9-11”个9，属于电子级。江苏中能江苏中能光伏多晶硅项目由香港协鑫集团投资70多亿元人民币，2006年8月落户徐州经济开发区，2007年9月21日，一期1500吨生产线正式投产，第二条1500