绿色能源,未来可期,光伏十年精彩

  2013年5月的浙江嘉兴,春意正浓,但在此地召开的中国太阳能光伏产业年会现场,寒意十足。当时,与会代表达成了这样的共识:中国光伏产业已经进入艰难时刻。

  然而,十年过去,今天的中国光伏产业,组件产量连续15年位居全球首位,多晶硅产量连续11年位居全球首位,新增装机容量连续9年位居全球首位,累计装机容量连续7年位居全球首位。光伏产业十年蝶变,背后是说不尽的艰辛和道不完的精彩

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  颗粒硅量产 十年磨一剑2012年国庆节前夜,江苏中能硅业科技发展有限公司(下称“中能硅业”)颗粒硅技术攻关团队彻夜未眠。在协鑫科技旗下子公司中能硅业生产现场,团队成员们看着梦寐以求的硅烷气缓缓产出,心中感慨万千。中试装置调试成功,产出的硅烷气完全达标,标志着硅烷法制备多晶硅技术首战告捷。3个多月后,中能硅业中试分厂用硅烷流化床法(FBR)成功产出颗粒硅,中国光伏材料领域的颠覆性变革就此开启。

  开弓没有回头箭,实际上从这一刻到大规模量产还需要大量的时间,但中能硅业颗粒硅技术攻关团队没有想到的是,弓弦拉开后,竟需要紧绷十年。

  光伏产业链并不复杂,硅料、硅片、电池、组件、应用系统是产业链上的五大环节。其中,最上游的硅料环节研发和制造门槛高,需要投入的资金大,价格和质量决定着光伏发电的成本和效率,所以业界一度有“拥硅为王”的说法。

  改良西门子法工艺是当今硅料企业的主要制备工艺,我国光伏硅料企业经过多年努力,不断研发创新改良西门子法工艺,逐步摆脱了进口依赖。国内企业到底有多努力呢?工信部每年出台的《光伏制造行业规范条件》显示,仅从能耗看,2013年多晶硅项目的“门槛”是综合电耗不得高于140千瓦时/千克,2021年已经降至80千瓦时/千克。

  8年间耗电量几乎减少了一半,按说已经非常厉害了,但是产业界对自己还不够满意。为什么呢?用公认的能耗大户电解铝来对比就很好理解了。作为被国家明文限制的“两高”行业,电解铝的平均电耗也只是在13千瓦时/千克左右。尽管目前主流硅料企业实际电耗已低至50-60千瓦时/千克,但还是比电解铝高了好几倍。

  必须强调的是,从光伏产品全生命周期看,其发电量远远大于生产制造过程中的耗电量。但是高能耗问题却实实在在影响着光伏发电的价格和大规模应用,这也解释了为什么硅料龙头企业纷纷在西部地区布局生产基地:以追求更为低廉的电价。

  这时候就需要硅烷流化床法颗粒硅出场了。和改良西门子法相比,硅烷流化床法在电耗方面有较大优势,但一直未能在大规模生产上取得突破性进展。杜邦公司和德州仪器公司在多次尝试失败后选择了放弃,德国瓦克公司时任总裁兼CEO鲁道夫·施陶迪格曾于2014年在慕尼黑总部向《中国电子报》记者透露,该公司在多年研发后颗粒硅产量仍在500吨左右徘徊。而瓦克公司该年度改良西门子法硅料产量超过了5万吨。

  “太难了!”颗粒硅分厂调试期间,几乎所有技术人员都被一次次的失败“虐”得“外焦里嫩”。“再多的困难,只要我们敢去想,就一定能找到解决的办法,只是时间的长短而已。”中能硅业的技术人员就是这样顶着压力思索着,试验着:每一次欢欢喜喜地“开车”进料,却又因为新的问题不得不停下来;每天在10层楼高的镂空网架上爬上爬下,试验不同的方案;每晚难以入睡或早醒失眠,思索更加解决方案……这一切仿佛遭遇了一场劫难,不过,中国光伏人从未想过要放弃。

  2021年2月,协鑫科技颗粒硅有效产能终于达到1万吨。从0到1万吨,花了9年,而从1万吨到3万吨,只花了9个月。2021年11月10日,该公司硅烷流化床法颗粒硅2万吨产能正式投产,实测综合电耗可降至15千瓦时/千克。目前,颗粒硅在建及规划产能已经达到60万吨。

  协鑫集团董事长、全球太阳能理事会联席主席朱共山表示,光伏上游制造环节占据了光伏全生命周期“碳足迹”的80%到95%,仅颗粒硅一项,就可以带动光伏发电全生命周期再次实现至少80%的碳减排,并且带动光伏发电实现从源头开始,全过程、全周期的深度脱碳和清洁生产应用。

  金刚线切割硅片 每年再省300亿元

  市值超过4000亿元的隆基绿能是如今广为人知的国内光伏企业,在2013年全行业面临生死考验时,隆基坚持的单晶技术路线也曾面临被边缘化的危机。在订单有限的情况下,曾经的单晶硅片客户往往选择成本更低的多晶产品。如何降低成本,成为每月一次的隆基研发会议上,高管们讨论最多的话题。

  “我们把成本项目一一列出来,然后想办法去降最大头的。”相关负责人告诉《中国电子报》记者,大家反复琢磨列表上的300公斤钢线、300公斤碳化硅和300公斤聚乙二醇以及电费、人工等,最终认为现有的砂浆切割技术成本下降空间已经很小,必须对工艺进行彻底改造。

  不用砂浆用什么呢?硬度更高的金刚线看起来是个不错的选择。首先是快。以8英寸硅棒为例,传统砂浆切割一刀需要10小时左右,而金刚线切割只需4小时甚至3小时以内,生产效率大大提高,设备折旧和人工成本也随之大幅度下降。其次是省。传统砂浆钢线切割技术耗材价格已逼近成本线,而价格虚高的金刚线未来若能普及则有很大的降价空间,还存在进一步改良工艺的可能。最后是薄。金刚线可以把硅片切得更薄,不仅能大幅提高每公斤单晶出片率和切片产能,而且硅片越薄柔性越好,比方说可以加工成柔性组件安装在无人机翼等复杂物体表面,扩大单晶组件的应用场景。

  过去切割1吨硅棒,需要1吨以上的耗材。如果能实现金刚线切割,只需要40公斤金刚线,其他的就都可以不要了。为了实现这一目标,隆基“金刚线切割”专项课题组正式成立,开始技术攻关。

  “当时最深的感受就是举步维艰。” 相关负责人表示,“金刚线的售价高达每米0.4-0.5美元,但是,由于母线均匀性差和金刚石颗粒电镀不均匀导致的断线和线痕频发。

  ”当时能够批量供应金刚线的只有少数几家日本厂商,不仅销售价格高,而且供货周期长、售后响应慢,根本无法满足新工艺研发的反复试错。而且金刚线刚刚导入时,专用金刚线切片机还很少,主要切片机均需要从砂线切割改造为金刚线切割。从金刚线到切片机,再到检测设备,金刚线整个产业链条都缺乏供应企业。眼看技术攻关短期内难以实现突破,包括隆基在内的整个产业又都处于极为困难的阶段,如果决策失误,后果不堪设想。还要不要继续搞金刚线?管理层有些摇摆不定。

  “我允许你们一年亏损4000万!” 最终还是隆基董事长钟宝申给大家吃下了“定心丸”。要知道,2012年隆基股份亏损了5500万元,2013年净利润也只有7100万元,拿出4000万元搞研发,需要何等的勇气?既然国外产品的不好使,那就想办法自己造。为了在降低金刚线成本的同时确保供应安全,隆基开始培育国内金刚线供应商。通过紧密的上下游联合技术攻关,很快开发出高品质、低成本的金刚线。金刚线供应价格大幅下降近九成,每米仅需0.3元,同时品质也得到了极大程度的改善。如今,金刚线切割不仅为隆基所用,更逐步成为国内光伏企业的标配。经过多年来不断的研发创新,金刚线直径降低50%,方棒出片数提升40%,硅片切割速度提升65%,每年可为中国光伏产业节省约300亿元成本。

  高效电池组件“一带一路”的绿色使者

原标题:【绿色能源,未来可期,光伏十年精彩
内容摘要:2013年5月的浙江嘉兴,春意正浓,但在此地召开的中国太阳能光伏产业年会现场,寒意十足。当时,与会代表达成了这样的共识:中国光伏产业已经进入艰难时刻。 然而,十年过去,今天的中 ...
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