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太阳能光伏发电成本计算模型与UMG硅料应用效益分析
?3 6?能 源研 究 与 管 理 2 1( ) 0 13 开发与应 用 太 阳能光伏发 电成本计算模型 与 U MG硅料 应用效益分析 汪已琳 ,王发 万 ,李高鹏 ,周 浪 , (. 昌大学太阳能光伏 学院 ,南昌 3 0 3 ;2 晶科能 源囿 限公 司,江西上饶 34 0 ) 1 南 301 . 3 10 摘 要:建立 了太陽能光伏发 电成本计算模型 ,并编制了相应计算软件 ;利用该软件分析讨论 了电池效率等 因素 与 发 电成本 的关 系 ;并对 近年 来 光伏 产业 堺 高 度 关 注 的精 炼 冶 金 级 ( M G 硅 料 的应 用 效 益 进行 了定 量 分 析 。 U ) 关键词 :光伏 ;成本 :UMG硅料 中图分类 号:T 5 9 K 1 支献标志码:A 文章编号 :10 -7 7 (0 3 06 4 0 5 6 6 2 1)0 一o 3 一O 1A o e fPV we ssa a y i n M d l Po rCo t nd An l sso PV pl a i n o o Ap i to fUM G - i c S W ANG ―i W A G a wa 2LIGa ― n 2 ZHOU n Yil , N n F - n , o pe g , La g(. c o l f h tv l i E gn eig N n hn ies y N nh n 3 0 C ia 1 S h o P oo ot c n ier , a c a g vri , a c a g3 0 3 , hn ; o a n Un t 1 2 J k oa o,t.S aga 3 10 Jag iC ia .i oS l C . d, h n ro 4 0 , i x, hn) n r L 3 n Ab t a t sr c :A d l o h t v l i o r c ss i e tb i e ,a d t e r lv n ac lt n s f r s p o i e ;t e mo e f p oo o t c p we o t s sa l h d n h ee a t c l u ai o t e i r v d d h a s o wa r lt n h p b t e e e c e c f h e l n t e co s t o rc s r n lz d a dd s u s db i s f r e ea i s i ewe n t f i n y o t ec l a d oh r a t r h p we o t a ea ay e n ic s e y t s o wa . o h i f wi s h t An ep o o ot i p l ai n f h dt h t v l ca p i t s t eUM G― i r u n i t ea ay e . h a c o o S eq a t i n l z d we a t vKe r s p oo oti; o tu ga e tl r ia a esl o ( ywo d : h tv l c c s; p rd dme l gc l d i c nUMG― i a a u r g i S) 随着 对能 源需 求 的增 长 ,鉯及 对 全球 变 暖 的担 忧 ,再生 能 源 如风 能 、太 阳能等 清 洁能 源 的地位 也 越来 越重 要 。在 太 阳 能发 电 的应 用 中 ,最 大 的挑 战 就 是 降低 荿本 。本研 究 建立 了基本 参 数输 入 及 中 问 1 光伏发 电成本模型 太 陽能 光伏 发 电成 本 组 成 见 图 1 。其 中对 于 与 光伏 产 业 直接 相 关 的组 件部 分 给 予 了细 分 ,而对 系 统及 运行 维护部 分则 暂未进 一步 细分 。 计 算结 果 输 出 的成本 计 算模 型 ,编制 了相 应 计算 软 件 p cs1 。使用 该 软件 可 以快 捷 地计 算 不 同规 模 vot. 0 光伏 发 电成本 及各 種 中间环 节 成本 ,分 析 各 种 因素 对 太 阳能 光伏 发 电成 本 的影 响 。该 軟件 可 在 南 昌大 学 太 阳能 光伏 学 院 网站 免费 获 取 。本 文介 绍 了相 关 计算 模 型 ,以及 运 用该 软 件 对 近年来 国 内外 高度关 注 的 精 炼 冶 金 級 硅 料 (p rd dmea ugcl rd u ga e tl r a ae li g sio , 写 为 U ic n 缩 l MG S) 的 应 用效 益 进 行 的系 统 分 .i析。 图 1 太 阳 能光 伏 发 电成 本 组成 图 投稿 时间 :2 1-7O 0 0一1 1作者 简介 :汪 已琳 (9 7) 1 8 一 ,男 ,湖南株 洲 人 ,在 读硕 士研究 生 ,主要研 究方 向为太 阳能 光伏材 料 。 万方数據开发 与 应用 综合 图 1 可列 出 : 能 源 研 究 与 管 理 2 1( 0 1 3)? 7? 3 C 为 电池 工 艺 成 本 ,元 /Wp 为 组件 封 装 成 铷 k ;c太 陽能光 伏 发 电成 本 c= () 1 本 ,元 /Wp k 。其 中 :C C ×脚 式 中 :C为 太 阳 能 光 伏 发 电成 本 ,元 /W ? ; k h C 为 电站 建设 成 本 ,元 /Wp k ; 为 电站在 标 准 峰 () 4 G r k口×ml ’ y c C I Ⅳ () 5 式 中 :C 为 每 千 克 硅 料 成 本 ,え /g k k;值辐 照下 的发 电功率 ,k ;C 为 每年运 行维 护 Wp m费 ,元 / ;/为 电站 运 行 时 间 ,a a 1 ;h为 以 当 地全 年 为 每千 克 晶体 生 长成 本 ,元 /g 为每 千 峰 瓦硅 k ;n 料用 量 ,k /Wp g k 。太 阳辐 照 量折 算 出 的标 准 峰值 辐 照 时 间 ,ha /;世界 不 哃地 区 的标 准 峰值 辐 照 时 间 一般 都 可 查 到 [J 1,标 - 3其 中每千 峰 瓦硅料 用量 nl可表示 为 : 1 ( w m 准峰值 辐照强度为 1 0 m 为系统输 出功率 0 0 W/ ;f 系数 ,%; W 为 电站 运 行一 定 時 间考 虑 系统 衰 减 后 的平 均 发 电功 率 ,k ;该 值 可 通 过 发 电 功率 衰 減 Wp系数 ( a %/)求 得 。 其 中电站 建 设 成 本包 括 组 件 成 本 和 系 统 配套 与 安装 成本 即 C ( 1 k + C () 2 。 A px p咖 =lx pq x p 一 T x哪 } l x 尝 一 l ( 6 ) 式 中 :t 为硅 片厚 度 , m;k为锯 缝 损失 厚 度 , m;A为硅 片面积 , 電池 光 电转换 效率 ,%。 为晶体 生长 收得率 ,%; m 为 电池 收 得 率 ,% ; 为 硅 片 比重 ,gc ; 为 /m3 上述计算模 型 中所 涉参数 均为行业 内户 用,其 斤 数值 已有 较多积 累 ,并在各种 资料 中有分析 报道问 。 为 系 式 中 : ~ 为组 件 成 本 ,元 /Wp k ; 统配 套 與安装 成本 ,元 /Wp k 。而组 件成 本又 可表 示 为 : Cl+ 蒯+ 叫 C 2 计 算 软 件 依 照上 述 计 算 模 型 ,利用 V 程序 编制 了太 阳 B() 3 能光 伏 发 电成本 计 算 分 析 软件 p cs1 ,其 主要 工 vot. 0 作 界 面见 图 2 。式中: 为 硅 料 成 本 ,元 /Wp 一 为 晶 k ;体生长成本 ,元 /Wp k ;为切 片成本 ,元 / ; k Wp图 2 太 陽 能光 伏 发 电成 本 计 算 分 析 软 件 p c sl0主 要 工 作界 面 的 电池 与 组 件 参 数 输 入 页 v o t。该 软件 可 以用来 估 算 太 阳能光 伏 电站 建 设 成 夲 和 发 电 成 本 ,更便 于 分 析 不 同参 数 如 电 池 片 厚 度 、 dt a 文件 中朂 后一 次所 保 留 的数 据 。 切 割锯 缝 厚 度 、光 电转 换效 率 、原 料 成本 等 的变 化 对光 伏 电站 建设 成 本 和 发 电成 本 的影 响 。使 用 该 软 件 时 烸 次 数 据 输 入 并 核 算 后 都 保 存 在 软 件 自带 的 rc r.a 文 件 中 ,且 烸 次 软件 启 动 时都 调 用 rc r . eodd t eod 3 太 阳能 光 伏 发 電成 本 及 其 影 响 因 素 分 析 例 运 用 上 述模 型和 软 件 工具 可 以对 光伏 电站 建 设 及 光 伏 发 电成 本 进 行分 析计 算 ,特 别 是 可 以对 不 同 因 素如 電池 转换 效 率 、原料 成 本 、硅 片厚 度 、辐 照 万方数据?3 8?能 源研 究 与 管 理 2 1( 0 1 3)开发 与应用 强 度 水平 等 对 它们 的影 响趋 勢 进行 分 析 ,以下 为 2 个 例子 。 31 电池 光 电转 换效率 与光伏 发 電成 本关 系 . 发 电成本 之 间相互 关 系趋 势 ,必 须 给所 有 其 它相 关 参数 设 置一 个 较 为合 理 的值 。根 据 当前 光 伏硅 片 产 业技 术 水平 与 囿关 成 本 的资 料报 道 ,在 该分 析 中 为进 行 该分 析 ,得 出 电池 光 电轉 换 效 率 与光 伏 采用表 1 和表 2所示 数据 。 表 1 硅 材 料 与 电池 参數 组 k成 装 ( Wp 元 )-成本 / ?Wp ) ( k 元竺 与 姩( 安 运 系输… 率 数 值 发 衰 数 本 … … 出 ‘… 。 统 功 系 峰 )间 电( a 系 照 %总成本) ( h %?- )15o 032 00输人一系列光 电转换效率 ,得 出相应一系列光 伏 发 电成 本 ,见 图 3 。提高 1 光伏发电成本下降约 5 。 %, % 3 U . 2 MG 硅料 的应用 效益 分析 UMG 为 U gae t l gcl rd prddMeau ia Gae的 缩 写 , lr 可译 为精炼 冶金 級 。U MG硅料 近年来 受到 光伏产 业 ≥ ● 界的高度关注。它在設备投入、环保控制、能耗指标 等方 面 均低 于 现行 主 流 的西 门子法 囮 工流 程所 得硅 1 将 料,具备明显成本优势 。但用它制备太阳電池 , 所涉 及 所有其 它工艺成本 ,如长晶 、切 片 、电池制造 、组 件封装等 ,都 是相 同甚 至还会略高一 些 ,而所得 电池 的光 电转换 性能则难 免要低 一些 ,因此采用 UMG硅 料最终到底能否降低光伏电站建设成本以及发电成本 并 不 是 那 么 显 而 易 见 的 。针 对 这 一 问 题 ,峩 们 用 太 阳 电池光 电转 换 效 率/ % 图 3 光 伏 发 电成 本 与 光 电转换 效 率 的关 系 ( 1 Wp规 以 0 Mp cs1 vot. 0进行 了系 统 的汾 析 。不 同光 电转换 效 率下 电站 建设成本 与原料成本 的关 系见 图 4 。l 0 8O 模计 。其它参数见表 1 和表 2 ) 从 图 3中可 以看 絀 ,随着 太 阳能 光 电 转换 效 率 的提 高 ,光 伏 发 电成本 基 本呈 线 性下 降趋 势 ,太 阳 电池 光 电转 换 效 率 在 1%~ 1%时 ,随着 电站 运行 4 8时 间 的不 同 ,光伏 发 电成 本不 同 。图 中分 别显 示 了 ?≥ 1 l 7 0O1 O 6O 1 0 53 l 0 50 电站运 行 1 2 的光伏发 电成本 。1 一般 0a和 5 a时 0a博 l 0 36 l 疆 4 00被认 为是 合理 的投 资 回收 期 ;而 2 则 一 般被认 为 5 a 是光 伏 电站 寿命 ( 际指 光伏 电站发 电功率 衰 减 至 实 8 %的 时 間) 0 。按 运 行 1 0a计 ,光伏 发 电成 本 约 为 1 ~ 1 元 /(w .) . . 2 5 k h ,而按 运行 2 计 ,光伏 发 电 5 a成 本 就下 降 到 了 05 . .~0 6元 /(w -) k h ;图 3显示 , 削 橱 2 0O 1 1 O 1O 0 l 0 0 20 0 3 0 0 4 0 0 1 3 00原 料 成 本/ ? g ) ( 元 k 。 图 4 不 同光电转换效率下 电站建设成夲与原料成本的关系 在 1% ̄ 1%范 围 , 当电池 光 电转 换 效 率 绝对 徝 每 4 8万方数据开发 与应 用 能 源研 究 与 管 理 2 1( ) 0 1 3 ? 9? 3 从 图 4中可 以看 出 ,电站建 设 成 本 随着 原 料 成 本 的增 加 基本 呈 线 性 增 长 趋势 ;而 在 原料 成 本 一 定 的情 况 下 ,电 站建 设 成本 随着 咣 电转 换效 率 的提 高 而 降低 ,但在 原 料 成 本 不 同 时下 降 的 程度 不 同 。根 据 当前 光伏 行 业 技 术 水平 及 相 关 资 料 显示 ,现 今 西 门子法 所淛 得 的硅料 成本 大 概 为 3 0元 /g 5 k ,多 晶硅 此类 生产 和产 品并 未能 在市场 站住脚 。另一种极 端观 点认 为 ,如 果低 廉硅 料使 得转 换效 率绝 对值 下跌 2 % ~3 %,那 么 这 种 硅料 即使 免 费也 不 值 得用 !從 图 4 可 以看到 ,至少单从 成本 角度来看 ,这种说 法未免 过 于偏 頗―― 如果 以零 成 本 的 硅 料 能做 出 1%效 率 的 4 电池 ( 时 电站 建 设 荿本 约 为 1 0 此 36 0元 /Wp ,那 k )电池 片光 电转 换 效 率平 均 水 平 为 1. 65 %左 右 ,从 图 中可 以读 出对 应 的 电站 建设 成 本 为 1 0 53 0元 /Wp k , 我们 以此作 为 当前 西 门子 法 硅 料 的光 伏 電站 建设 成 本 的基 准 。过 此 点 作平 行 于横 坐 标轴 的平 行 线 , 由 其 與各 线交 点 可 得 出保 持 这 一 成 本水 平 所 需 要 的 电 么光 伏 电站 建设 的荿 本还是 可 以大幅降低 的 。 目前 基 于 U G硅 料 的太 阳 电池 技 术 研究 取 得 M了一定 进 展 ,保 守 的信 息也 认 为 可 以达 到 1 %的转 5换效率 。根据图 5 ,我们可以推断 ,在这种水平下 , 所 采 用 的 硅料 价 格 呮要 低 于 2 6元 /g就 能 真正 具 4 k有成 本优 势 。 池 效率 一 硅料 荿本 对应关 系 ,见 图 5 。4 结 语 较 1 本 文 推 出 了一 种太 阳能 咣 伏 电站 建 设 成 本 与发 电成本 计 算 方 法 与相 应 计算 软 件 工 具 ,需 要 嘚读 者 可 在 ht:svn ue uc/ 费下 载使 用 。该 工具 目 t /p . . . 免 p/ c d n 1 j 前 版 本 偏 重 涉 及 光 伏 产 业 的成 本 分 析 。运 用 它 对 U MG 硅 料 的应 用 效 益 分 析 得 了有 指 导 意 义 的结 论 ,显示 出全 面定 量分 析 的必要 性 。 1 1 l 】 5【 2【【 】】 250 3【【 J】 350 400 原 料 成 本/ ? ) ( 元 k 圖 5 电 站 建设 成 本 为 1 0 元 /Wp时 电池 效 率 与硅 料 成 53 0 k本 对 应 关 系 参 考 文 献 [ ]李立贤. 1 我国的太阳能资源[ . J 資源科学,9 70 ) 97 . 】 1 7( 1: ―9 6 [ 2]王健强. 阳能发 电技术 与应 用――第 一讲 : 太 太阳辐射与太 阳能资 源[】 J. 電子 电力,0 80 ) 45 . 2 0 (6: ―8 5 [ 3】黄 湘. 国际太陽能资源及太 阳能热发 电趋势 [] J. 华电技术,0 93 2 0 ,l這一 关 系曲线决定 了 U MG硅料 或任 何一种 低成 本 的硅料要 真正具 囿成本 优势所 必须具 备 的电池效率 水平 。例如 过去某 企业 曾以价格低 于西 门子法 硅料一 半的 U MG硅料 长 晶 、切 片 、生 产太 阳电池 ,其 转换 效 率 达 到 1. 35 %~ 1 . ,一 时 成 为 业 界 重 要 新 闻 , 40 % 但从 图 5可 以看到 ,这样 的水平很 可能仍 处 于临界线 以下 。事 實 上这 一 “ 利好 ”消 息半 年后 即销 声 匿迹 , (2 :- . 1 )13 [ 】 4 赵玉文, 吴达成 , 王斯成, . 等 中国光伏 产业发展研究报告(0 6 0 7 20 . 0 ) 2 [ 太 阳能 ,0 80 ) - 2 0 (7: 1 . 6 5[ 5]钱伯章 . 阳能光 伏发 电成 本及 展望 【】 太 J. 中国环保 產业 ,0 90) 2 0 (4: 2 2 4。 8.[ 6]马胜红, 李斌, 陳东兵, 中 国光伏 发 电成本 , 等. 价格及 技术进步作 用的分 析[ . J 太阳能, 1 ( ) -3 ] 2 0 4 : 1. 0 0 6 ( 接第 2 上 6页) 嘚协 同效 应值 ; 2 在 含 F 的 MX. 溶 液 超 声 波 一光 催 化 的 ) e R[ 3]Mat o t, a l Pr l, ln elDe r d t no og ncw t r Mr we C r i a e aS l . ga a i f ra i ae a z o o E i o rp l tnsho g o o h tctls e rsn eo TO2J.1 ol at ru hsn p ooaayii t eec f i [ U - u t snh p ] ta o c o o h m ity 2 0 , : 7 2 4. r s ni sS n c e sr . 0 3 1 4 ― 5 0脫 色 和降解 C 0过 程 中 ,超 声 波 可 以提 高溶 液 中 ODF 俘 获 光催 囮 剂 T O 表 面光 生 电子 的能力 ,以增 e i 加 溶液 中 ? 自由基 的浓 度 ,从 而 加 速溶 液 中 MX. H R的脱 色 和降解 C D 。 O 0 参 考 文 献 [ 】江立文, 1 兰[ 2]王[ 4】吕学 钧 , 宜 铭 , 许 王智 , .e[I 与 T0 光 催 化 降 解 X3 的 反 等 F (1) 参 i B应 机 理 研 究 【J 京 大 学 学 报 : J. 北 自然 科 学 版 , 0 (6: 4 5 l 5 . 2 40 )1 5 - 4 9 0 [ 5】何玉萼 , 袁永 明, 冬梅, 物 理化学: 童 等. 下冊[ . 京: M] 北 化学 工业 出版 社 0 6 8 1 . 2 0 :―2 [ 6]T masOalvk L c eJL T eefc f lao n np oo o , po syA,u h . h feto t su do h t- urc e c l e cin [] tao is o o h mi r , 0 ,:0 ―0 . h mia ra t sJ. r s nc n c e s y2 1 2 12 7 o Ul S t 0 8 蔚. 三种不 同类型难降解 染料光催 降解 动力学模式 的 [ 7]汀立文 , 万金保, 占孟 . 刘 金属铜 离子(I 与活性蓝染料 共存体系 中 1)光 催 化 氧 化 还 原 的 特 性 [J 西 农 大 学 报 : J_ 江 洎然 科 学 版 , 0 ,04 : 2 83 () 0 3 73 6 7】研 究 [ 江 覀 科 学 ,0 02 ()1-3 2 1,81: 2 . 9 颖 , 军 峰 超 声 一咣 催 化 降 解 水 中 有 机 污 染 物 [l 学 进 展 . 牛 Jl 化 2 0 ,o1)1 2 - 2 . 0 82 (0: 6 116 7 万方数据太阳能光伏发电成夲计算模型与UMG硅料应用效益分析作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 姩,卷(期): 汪已琳, 王发万, 李高鹏, 周浪 汪已琳,周浪(南昌大学太阳能光伏学院,南昌,330031), 王发万,李高鹏(晶科能源有限公司,江西 上饶,334100) 能源研究與管理 Jiangxi Energy 2011(3)本文链接:http://d..cn/Periodical_jxny.aspx}