中国光伏20年:江湖风云录(十七)
2021年05月24日 8:46 8910次浏览 来源: 中国有色网 分类: 稀土 作者: 云翀
二、落地:探索应用
(20世纪70年代~80年代)
5.从世界到中国
在全球范围内出现的开发利用太阳能的热潮,对我国能源产业发展也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员,纷纷投身开发利用太阳能的事业,积极向政府有关部门提建议,出书办刊,介绍国际上太阳能利用动态;在农村推广应用太阳灶,在城市研制开发太阳能热水器,空间用的太阳电池开始在地面应用……
1973年,光伏作为天津港的航标灯电源,开始实现了国内的地面应用。1975年7月,国家计委和科学院在河南安阳召开全国太阳能利用经验交流会。这次会议之后,太阳能研究和推广工作被纳入计划,获得了专项经费和物资支持。也就是在这一年,宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间“降落”到地面。上世纪70年代末,我国开展了砷化镓太阳能电池的研究工作。
在这个时期,和发达国家的光伏行业发展水平相比,中国的光伏行业还非常不成熟。1983年,全国总产量只有5兆瓦。这一年,甘肃省自然能源研究所在距离兰州市40公里左右的榆中地区建设了10千瓦民用光伏电站。据了解,这座电站的太阳能单晶电池板由日本京瓷制造,由于基础设施不完善,电池板分布在各家各户,只能够满足所在乡村36户居民每家2个日光灯的用电需求。如今,这座保存在研究所基地的中国最老光伏电站,已经经历了30多年损毁和风吹雨打,功率仍能保持在7千瓦左右,而其样貌,也已经重建成了人们所熟知的小型屋顶光伏电站。
在“六五”期间,我国政府开始把研究太阳能和可再生能源列入国家科技攻关计划,先后从美国、加拿大等国引进了7条太阳能电池生产线,在宁波、开封、昆明、秦皇岛等地建设了单晶硅太阳电池的主要设备或者整条生产线,在哈尔滨、深圳建设了非晶硅太阳电池生产线,使我国太阳能电池的生产能力从以前的200千瓦跃升至1988年的4.5兆瓦,价格也从“七五”初期的80元/瓦减半。4.5兆瓦的总生产能力中,包括单晶硅电池2.5兆瓦,非晶硅电池2兆瓦,工业组件的转效率为单晶硅电池11%~13%,非晶硅电池5%~6%。但是由于财力所限,市场开拓十分艰难,几年来太阳电池生产开工率严重不足,大约只有生产能力的十分之一(我国太阳能产量见下表)。1986年,国家计委在农村能源“1986-1990第七个五年计划”中列出了《太阳电池》专题,全国有6所大学和6个研究所开始进行晶体硅电池的研究。1988年,中国第一台聚光光伏电站被成功研制。
在这一时期,从研究水平上看, 虽然我国高效电池、化合物电池,以及非晶硅电池的实验室水平与国外相差不大,但在向生产力转化方面却差得很多。在一些新型太阳电池,如球状电池、CIS电池、多晶薄膜电池等方面,国内几乎还是空白。应用方面,我国太阳电池主要用于通讯系统和边远地区,很多应用领域,如光伏水泵、民用电器等都有待开拓;而对于远期市场,如光伏发电并网系统、电瓶车充电系统以及海水淡化系统等的开发和示范,甚至还没有列入日程。总之,我国在光伏发电的研究、开发、生产、应用等方面都与发达国家有很大的差距,也存在不少问题。光伏发电属于系统工程,涉及到不同的工业领域,太阳电池的原材料硅属冶金行业;封装材料,如低铁钢化玻璃、EVA、银、铝浆等属化工行业;配套用蓄电池属蓄电池行业;光伏电站和光伏水泵用逆变器属电力电子行业;电站控制系统、专用仪器设备以及设计软件属于电子及计算机行业;高效节能负载如灯具、冰箱、电视等又属于民用电器——真正质优价廉的光伏产品取决于整个国家的工业基础和水平。
此外,光伏所需的多晶硅行业在国内的发展并不顺利。自上世纪60年代实现工业化生产,上世纪70年代一度盲目发展,厂家多达20余家。这些厂家采用的都是传统的西门子法,技术水平低、生产规模小、各种消耗指标高、产品质量不稳定、环境污染严重,加之生产成本逐年增加,多数到后期难以维持,到1996年仅剩4家,即峨嵋半导体材料厂(所)、洛阳单晶硅厂、天元化工厂和棱光实业厂。
1984年,云南半导体器件厂从美国、加拿大引进了一条具有当时先进水平的单晶硅太阳电池生产线,并于1990年实现批量生产,平均光电转换率达到12%。1986年,为摆脱多晶硅制约我国电子工业和信息产业发展的困境,也为从根本上解决多晶硅生产技术陈旧、规模小、能耗物耗高、质量低下、污染严重的问题,原中国有色金属工业总公司和有关部门决定实行“两条腿”走路的方法,在积极引进国外多晶硅生产技术的同时,自行研究开发多晶硅生产技术,组织原北京有色冶金设计研究院(现中国恩菲工程技术有限公司)和峨嵋半导体材料厂(所)共同开发多晶硅生产新技术。为了从根本上解决多晶硅生产中物耗、能耗、成本高,污染严重及难实现规模生产的问题,研究开发了导热油循环冷却技术、大型节能还原炉、四氯化硅氢化和还原干法回收等4项关键技术。1987年,突破了导热油循环冷却技术,为开发大型节能还原炉创造了条件。随后,直径100毫米的6对棒还原炉投产,并制造出多晶硅产品,使多晶硅产品的能耗大幅降低,多晶硅还原生产中80%~90%热能得到回收。同时,四氯化硅氢化工业性试验取得成功。1989年,峨嵋半导体材料厂(所)开展了导热油循环冷却技术与大型节能还原炉配套的试验,采用导热油循环冷却还原炉,多晶硅还原炉直接电耗由水冷却时的500千瓦时/千克硅降低到280千瓦时/千克~300千瓦时/千克硅,多晶硅还原生产中的80%~90%热能得到利用。
责任编辑:周大伟
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