光伏太阳能的创新:晶体硅综述

日期:2020-02-12编辑作者:能源节能

太阳能电池创新企业与太阳能光伏组件制造商Silevo, Inc.今天宣布,该公司大批量制造厂生产的具有成本效益的高性能TriexTM太阳能产品已经实现了超过21%的转换效率。在批量生产领域,这样的转换效率是太阳能行业的最高水平之一,这表明该公司成功从试点生产过渡到大批量生产。

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Silevo专有的Triex技术是一种混合型太阳能组件,超越了传统的硅光伏组件,能够以之前无法实现的低成本实现高转换效率和低温协同。 Triex R系列和Triex U系列产品已经全面获得国际电工技术委员会(IEC)和美国保险商实验室(UL)的认证。凭借这些认证,Silevo目前正在向首批客户交付商用产品,在 欧洲、美国和中国市场的合同产品容量超过250兆瓦(MW)。客户对Silevo产品初期上市的积极反应进一步证明了Silevo组件在通过提高能量采集 来降低系统平衡(BOS)成本方面的领先地位,可实现行业最低的平准化电力成本(LCOE)。

大多数调查得出的结论是晶体硅光伏太阳能仍然占有太阳能发电设施安装市场的很大份额。但随着其他太阳能科技的迅速发展,生产晶体硅太阳能设备的公司如何才能保持领先优势,甚至继续扩大市场份额呢?Joyce Larid对一些从事晶体硅光伏太阳能行业的公司进行了访问。 从最初脱离Suntech公司,2007年Aide Solar公司成为了PANJIT 集团公司的一员。有了PANJIT集团作为其后盾,Aide Solar公司开始扩大并提高产能,更积极的在市场中以供应商的身份开展业务。 “对于整个市场而言,提高电池和模块部件的效能都是市场的主流趋势。有这样一个大的提高效能的趋势,这是因为这些措施都能在设备安装方面降低每瓦电能的系统成本,”Raumond Wiley先生,Aide Solar美国公司的主管说。 许多分析家也同意这种观点,这也是光伏技术创新的核心。多年来,薄膜技术一直在接近晶体硅技术,因为薄膜的制造成本比较便宜,他们也不限于使用硅的晶体形式,但薄膜材料的价格还是比使用非晶硅或其他半导体材料昂贵。近几年随着一些硅成本价格有所下降,晶体硅技术已经部分地收复了它的失地。为什么呢?因为晶体硅具有更好的效能,并且安装价格比较便宜。有人认为,如果使用晶体硅技术的设备价格下降了,薄膜设备的价格必定会下降至少12%。这是因为高效能技术的安装价格往往更加便宜。同样,低于10%转换效能的技术在电网互联的应用中也几乎没有任何竞争优势。所有的这些因素对于晶体硅的从业者来说都是好消息。 总部位于美国加利福尼亚州的BioSolar公司花费了过去4年的时间,对一项几乎能使所有太阳能光伏设备制造商都能从中获益的技术进行了完善。“今天,基于石油的塑料产品在几乎所有的太阳能电池板的生产中进行使用。但是随着原材料成本的上涨,且这些原材料其实也都不是天然环保的产品,我们开发了一种方案可以结束对石油类原料产品的依赖,”David Lee博士,BioSolar公司总裁兼首席执行官说。 Canadian Solar公司是一家领先的垂直整合光伏产品的供应商。“我们在全球有1GW的生产能力,使得我们成为业内领先的公司,”美国业务总经理Mike Miskovsky先生说。 总部位于美国马萨诸塞州的Evergreen Solar公司也是一家垂直整合晶硅体光伏制造商。“正是我们独特的从原材料到成品太阳能板的制造过程,使得我们与众不同,”市场总监Chris Lawson先生说。Sharp公司同时对晶体硅太阳能发电和TFPV光伏太阳能产业市场进行了产品开发方面的投资。位于Huntington Beach的Sharp太阳能集团的高级工程总监Paul Wormser先生说:“在Sharp公司,我们认为自己是一家光伏太阳能公司,而不仅是简单的晶体或薄膜太阳能产品公司。” 成立仅仅7年的美国Solaria公司在产品的开发上花了整整一年的时间,并使其技术在2009年开始商品化,在2010年投入到了大批量生产中。“我们的技术基本上是使用对低浓度的C-Si PV进行光学增强技术的部件,”公司CEO Daniel Shugar先生说。“所有晶体部件的共同点是无论制造商所制造的电池尺寸有多大,其成本都要占生产成本的75%。如果你能减少每块太阳能板上的太阳能电池数量,你就可以大大降低产品的成本。因此,我们开始着手研制可以实现这一目标的产品。” 德国SOLON公司在市场中以使用最好的配件生产太阳能电池板而著称。“我们与不同的供应商合作以获得最好的配件,以延长电池得寿命,并最大程度地提高电池在实际应用中的效能。”北美地区副总裁Daniel Alcombright先生说。“我们与高校、大学以及其他合作伙伴在一些创新的研究方面紧密合作。因为我们并不是电池制造商,我们可以将精力集中到整个系统以及我们能从系统中得到的千瓦时电能上面。” 部设在中国江苏省的Suntech Power公司已经从事太阳能行业达10年,可以说是世界上最大的晶硅体光伏太阳能产品制造商之一。 “Upsolar公司是一家中国的太阳能部件供应商,我们采用的半导体制造模式使我们能够在行业内独树一帜,”Upsolar美国公司北美地区销售经理Troy Dalbey先生说。“虽然我们将整个制造过程进行外包,但是我们亲自监督所有制造的部件和制造设施及流程。” 领先的技术优势 是什么让Aide Solar公司与其他的太阳能制造商不同?是它们在处理半导体方面拥有丰富的经验。“我们的优势是,当我们开始建设新工厂,我们可以利用PANJIT集团在半导体方面的知识来帮助我们组建光伏太阳能电池生产线。你可以称它为一种跨领域交叉技术,”Wiley先生说。 Wiley先生说在这之前他们一直在市场上购买高效能的单晶硅太阳能电池,但是他们能够找到并能购买到的最高效能的电池也只有约17%的效能。“经过了对我们自己的电池技术的探索,在短短两个月内,我们便提高了自己生产电池的总体百分比,因此我们自己的太阳能部件的性能由于我们在半导体方面的经验而得到了提高。” “我们使用的设备是少数拥有车间清洁系统的光伏产品制造设备之一。我们的工厂是一家拥有1000级洁净室标准的工厂,并且我们的设备一般都装有高效微粒空气过滤器,并配有清洁度达到100级的防护罩。我们还设有空气淋浴,工人都穿有防护服和手套。”他说。“我们在仅仅两个月后就达到了18%的效能,我们预计,在今年年底我们便可以很轻松的达到20%,甚至是24%的效能。” BioSolar公司的BioBacksheet产品是用来取代目前所普遍使用的底板/背板材料的一种新材料。当BioSolar公司开始为晶体硅太阳能市场设计和开发新的商用基础背板时,他们遵循了三个标准:首先它必须是绿色环保的,第二它的价格必须更加低廉,第三它必须比现有的产品更加耐用。目前晶体硅光伏制造商最常使用的背板配置是:聚氟乙烯复合膜TPTTM或TPE热塑性弹性体,它们都采用三层复合结构。“多层结构存在的问题是,每次当你将两种或三种不同的材料组合时,特别是将它们层压在一起时,粘合系数问题就会产生。因为当你采用两种不同的材料,在热膨胀或压力作用时,它们会产生分层现象。很久以来,这个问题一直困扰着太阳能电池部件生产领域。” “我们开发了一种单层、绿色环保的背板,只需简单地使用一个单层。没有什么可以使它分层,并且它在各方面的性能都可以与现在所使用的标准TPT或TPE相媲美,甚至比它们更好,且它是100%绿色环保的。BioBacksheet是使用获得专利的基于蓖麻子油的聚酰胺树脂配方制造而成的。”Lee先生说。 Canadian Solar公司一直运用他们的测试实验室致力于对产品进行多方面的改善,他们的一种独特的产品已经在市场上引起了极大的关注。它是一种用来制造标准及高效能太阳能晶体电池板和NewEdge太阳能电池板的无轨自动化制造系统。这种产品将有可能减少住宅安装太阳能设备所需费用的50%。 “我们所做的是帮助加利福尼亚州一家名为Zep Solar的公司改进他们的技术,使他们的技术获得许可证。他们设计出一种产品,基本上是一种凹槽结构,然后我们将他们的设计应用到了太阳能电池板的框架上。其他相关的部件都是完全相同的—相同的电能特性和相同的层压板。我们只是创造了这个完全不同的电池板形状,它能够将系统硬件安装在任何屋顶上,并可以通过一个十分简便的处理过程快速的将它们连接在一起。你只需要将这种专门设计的电池板的凹槽互相卡住,它们就能相互连接起来。将电池板扭转90°就能够使它们之间形成一个稳固的结构,”Miskovsky先生解释说。“只要这些部件相互连接起来,它们就可以形成一个单体结合接地装置,”他说。 Evergreen公司使用的可能是目前制造光伏晶硅体电池最独特的方法之一。String RibbonTM晶片组是Evergreen公司区别于其他制造技术的独特产品。与使用标准的切割硅锭成为硅片的方法完全不同,Evergreen生产的硅晶片使用了他们开发的‘线形’的技术。 Evergreen Solar公司在2010年6月的Intercooler上介绍了一系列新的太阳能电池板产品。跟据Lawson先生的介绍,这些新产品将提供更多的电能,提高效率,并成为太阳能电池板行业内最有吸引力的产品。“这些太阳能板的设计目的是为了提供更多的电能,并且在发电的同时尽量减少对环境的影响。使用我们的带型面板,这些新产品相对于现在市场中的其他任何一种以硅为基础的太阳能电池板产品将能持续获得最小的碳排放量和最快的能源投资回收期,”他说。 “我们的Commercial ES-E Performance系列太阳能电池板采用了使用最新、最先进的新一代Boost-cellTM技术生产的带型太阳能电池。它们将从 2010年底开始取代我们目前的ES-A系列太阳能电池板,”Lawson先生补充道。 Boost-cell电池技术的特点是太阳能电池的表面没有传统电池的“汇流条”。取而代之,他们在电池表面上使用了由具有导电性的微导线组成的一个网络系统。这种技术可以使电池的效能提高约6%。使用微导线取代传统的“汇流条”能够减少电池的底纹并且可以提高产品的性能。 Sharp为住宅光伏市场提供了他们的OnEnergy解决方案,这是一个完整的部件和装配系统。“去年我们推出了一个装有60个电池模块的住宅屋顶产品,它有一个漂亮的黑色框架,电池间的黑色装饰也使得它看起来非常好看。今年5月底,我们将该系统每个模块的发电量提高到了5瓦,使该系统的最大发电量达到240瓦。当我们最初推出这个装有60个电池模块的系统时,它只有大约200瓦的发电量,所以,每六个月它的发电量就能提高5瓦,”Wormser先生说。 Solaria公司有另一种独特的使用玻璃的产品。“Solaria的技术十分简单。它看起来就像其它标准太阳能电池板,但区别是我们利用了光学技术—一种用于面板玻璃的特殊透镜,它能够加强对光线的集中,”Shugar先生说。“这种方法是我们通过将标准的晶体太阳能电池切割成狭长的片状而取得的。我们通过这项技术能够得到超过99%的材料利用率。因此,我们不会丢失或浪费任何原材料。所有的太阳能电池板都在顶部装有一层钢化玻璃,以及一层标准的低铁玻璃,这样能够很好地传递光线,”Shugar先生说。“我们也使用低铁玻璃,区别是我们的玻璃上有棱纹,这是一种非常简单的光学装置。我们将太阳能板在这些装置下排列,在某种程度上创造出一种只使用三分之一的原材料却能制造出同其他太阳能电池板相同数量的电力的太阳能电池板,并且我们可以高度自动化地进行组装。” Solon公司的最新产品,包括他们的新的SOLON Black 280/12,这是第一种特别为能在轻型金属屋顶上安装所设计的可以使用粘合剂安装在金属屋顶上的晶体太阳能模块。在今年3月德国Staffelstein举办的25th届太阳能光伏产业研讨会上,SOLON Black 280/12的无框设计以及其直接使用粘合剂进行连接不需要穿透屋顶的特点受到了广泛的关注。“相比传统的晶体太阳能系统,它能够大大缩短安装时间,因为减少了不必要的部件,使得该系统的重量得到减轻,且使用胶粘剂安装,操作比较简便,”Alcombright先生说。 由于屋顶承重的限制,使得许多装有平面金属屋顶的建筑业主无法使用这些光伏系统。当系统安装好后业主往往还会担心屋顶出现裂缝。但SOLON Black 280/12系统采用的是72单晶硅电池并且重量只有8.5公斤/米,非常轻。这些模块采用粘合剂进行连接,能够得到很好的保护,以免被盗用。这也能够对屋顶材料进行防腐蚀方面的保护。 Suntech公司有几种新的很有趣的产品,其中最有趣的是他们制造的具有革命性的Pluto光伏电池。这些降低了反射率的电池,确保更多的太阳光能够被吸收,并使输出的电能达到了破纪录的水平。它们生产的太阳能光伏电池一般的转换效率能够达到19%,而行业的平均水平只有13%。Pluto技术是由世界纪录保持者PERL太阳能进行开发,并由新南威尔士大学进行设计的。Suntech成功地将其商业化并应用到他们的Pluto太阳能电池和HiPerforma太阳能电池组件中。Pluto太阳能电池具有独特的织构化过程,提高了在低光照或间接光照的条件下电池对阳光的吸收率。“我们创新的Pluto太阳能电池的设计与超精细接触网格电路相结合,能够提高电池的电能输出功率,得到高出使用相同的硅晶片材料和生产线制造的标准电池产品约10%~15%的性能优势。Pluto的超细电池触手,减少了表面阴影的产生,提高了电池对阳光的吸收,也让产品拥有了时尚的外观,” Beebe说。 Upsolar以半导体为基础的商业模式使得他们生产的广泛应用的标准部件可以适应所有类型产品的安装。他们制造的输出功率从160Wp到180Wp的单晶硅部件主要用于在屋顶的安装,而输出功率从200Wp到280 Wp的多晶部件,则主要用于大型的电力系统。 通过利用半导体业务模式,Upsolar能够使用非常低的资本开支制造出顶级的产品。它也使得Upsolar相比只做室内业务的竞争对手来说更加灵活。 2011年及未来 每个人都对晶体硅市场的未来发展表示乐观。Aide Solar的计划是继续把重点放在制造方面,并准备在明年将所制造设备的产量从250兆瓦提高到500兆瓦。在电池方面,准备在明年年底将产量从70兆瓦提高到420兆瓦。 BioSolar最近公布的BioBacksheet产品的商业化生产计划已经取得了很大的成功。新材料的优点再加上成本的降低,吸引了大量主要的c-Si光伏制造商来订样品,使得他们能够在实验室里测试他们的样品,以了解如何最好地将它们与现有的制造过程结合起来。 Miskovsky先生说,Canadian Solar正与荷兰能源研究中心(ECN)合作,将金属覆盖电池技术引入Canadian Solar的电池生产线中,这种技术也不需要前端的汇流条,因此能够利用更多的电池表面积,从而进一步提高转换效率。“这种技术有可能将太阳能电池效能提高到18.5%,可以转换大部分的阳光到电池的背面接触层。这种技术将很快地在我们的产品上应用。” Evergreen Solar公司为住宅及商用市场推出了三款新产品。“这三种产品都将保留我们业界领先的-0/+5 W功率标准差、绒面电池及防反射玻璃等技术,以便最大限度地生产电能,”Lawson先生说。 Sharp太阳能集团的高级工程总监Wormser先生说,尽管2008年太阳能行业遭受严重的打击,2009年也过得非常艰难,但是2010年太阳能行业却迎来了大幅的回升。“2011年将是2010年的延续。所有的发展条件都具备,我们很兴奋,”他说。 Solaria正计划开发一种装有3倍透镜的系统,它相比标准的光伏组件将能减少硅电池材料使用的67%并能够进一步完善客户价值。 SOLON公司对公用事业规模系统的开发进行了大量投资,并开发了一种新的产品—Velocity。“Velocity对我们来说,就是能够减少一个完整系统的运作时间和成本,”Alcombright先生说。“我们在开发Velocity时的创新,是基于标准的1兆瓦交流集群配置系统。这是一个预设置的可以使用单轴或固定机架的装置,就像一个太阳能发电场。” Suntech公司的目标是将产量翻一番,继续他们的历史性的经营模式。“上海的工厂是我们最新建设的工厂之一,我们计划该工厂的太阳能电池的生产将达到1GW。在大约10年前,整个行业的年产量还未达到1GW。现在我们有这样一家工厂每年的产量就能够达到1GW,” Beebe说。 Upsolar公司每年已经增加了约80%的产量,Dalbey先生说,并且他们已经获得了USL的认证,因此公司将继续巩固与制造业合作伙伴的关系,并准备在2012年进入500MW级别的制造领域。他们将继续追随着晶体技术的发展,发电装置能够持续运作25~30年,这就是很好的证明。对制造和处理方法的逐步改善,使得单晶和多晶光伏组件产品能够一直处在“食物链的顶端”。 大多数人会赞同在30年后仍然处在“食物链的顶端”,是一个相当不错的位置。(end)

Silevo创始人兼首席执行官Zheng Xu表示:我们很高兴开始商业化生产转换效率超过21%的Silevo组件。由于过去两年太阳能电池板价格出现大幅下降,现在专心研发可大幅降低系统平 衡成本并提高能量输出的技术正当其时。Silevo的Triex技术是第一款具有高转换效率、高能量输出且可扩展的低本高效产品,这将为光伏价值链中所有 参与者带来新一轮有利可图的成本削减。

Silevo专有的Triex技术使得硅光伏技术发展成为首个混合型太阳能解决方案,将高性能晶体硅N型基板、薄膜钝化层和独特的隧穿氧化层融合到 单一的太阳能组件之中。凭借突破性的隧穿连接结构支持,这三种材料的同时使用使得Triex组件能够提供高转换效率、具有竞争力的组件成本和最理想的 能源采集。Silevo生产两个系列的Triex组件:

Triex R系列组件产品是针对分布式电网应用量身定制的,在分布式电网应用中,高功率输出和小型设计对具有成本效益的安装和服务而言至关重要。组件大小仅为1.28平方米,每块电池板的功率输出为235峰瓦,这代表着18.4%的总面积组件效率。

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