6月27日上午，在第十九屆青洽會召開期間，舉行了“清潔能源發(fā)展——光伏產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新與政策研究”論壇，海內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)界的專家齊聚青海，分享前沿技術，共謀未來發(fā)展，這是青海經(jīng)濟發(fā)展的盛事，也是全國光伏行業(yè)界的盛事，通過此次論壇，借助國內(nèi)外專家學者的智慧和力量，必將推動青海擴大開放合作，加快清潔能源領域的科技創(chuàng)新。

 

硅晶體材料的技術創(chuàng)新和光伏應用

 

演講嘉賓：楊德仁

 

中國科學院院士

 

精彩內(nèi)容摘登：自從1954年由貝爾實驗室發(fā)明了太陽能電池，當時的效率是6%，華盛頓日報報道標題是這樣的：有一天這個發(fā)明將會改變世界。40年、50年過去以后，太陽能光伏發(fā)電的技術的確已經(jīng)改變了世界。在過去的10年當中，太陽能光伏得到快速發(fā)展：從2007年大概每年不到6GW，一直到2017年年安裝量達到了100GW，10年時間增長了數(shù)十倍，成為發(fā)展最快的高科技產(chǎn)業(yè)。在這個產(chǎn)業(yè)當中，有一系列的太陽能電池和材料，包括了硅晶體，也包括了非晶硅太陽能材料，化合物半導體的太陽能材料，以及我們正在研究的新概念太陽能材料，毫無疑問，硅晶體占了最主要的地位，擁有大概在90%以上的市場份額，成為太陽能光伏的主體。

 

黃河水電也是太陽能硅晶體電池和電站的主要建設者之一，為什么是硅材料？硅材料有它卓越的優(yōu)點。第一、它的原料是豐富的，它占了地殼含量的26%，處于第二位。同時，它的成本是低的，和同樣的半導體晶體相比，成本只有它的1/5，甚至到1/10。另外，它沒有毒，環(huán)保，它的工藝成熟，它能夠生長大直徑，而且少缺陷，太陽能電池單極可以達到25.6%以上，現(xiàn)在最新的報道是26.6%。最重要的是材料穩(wěn)定，它的太陽能電池的效率可以使用30年，而它的整體效率不超過20%。正是由于這樣的成本以及它的性能的優(yōu)越性，在可預見的未來，太陽能光伏的主體材料和產(chǎn)業(yè)依然是硅。

 

第二，現(xiàn)在正在發(fā)展的技術，稱為連續(xù)加料技術，在晶體生長的坩堝邊上，利用顆粒料加入在晶體當中，在不停止生長的情況下，使龍體始終保持生長的過程，這有望在今后的幾年當中走入產(chǎn)業(yè)鏈，除此之外，還有兩種液體的連續(xù)加料技術，通過另外一個噴槍加入，通過毛細血管的能力，使溶體轉入到左邊的坩堝里面來，使左邊坩堝的溶體的熔煉始終保持一定，這樣在長晶體的時候，可以不再停下來了。這是一種連續(xù)液態(tài)加料的方法。

 

另外，現(xiàn)在對直拉單晶硅正在應用的技術，也就是光遮掩技術，由于直拉單晶硅有比較高濃度的氧，導致了光衰減。而最新的一個技術報道，把通常的直拉硅晶體切成四方型，改成了六邊形，通過六邊形形狀的改變，提高了單晶硅材料的運用，據(jù)了解這樣可以使得單晶棒的應用率提高19%以上，充分的利用了相關的面積和材料，使得非晶硅的成本降低10%。

 

還有一種技術，主要是鑄造單晶技術，也稱為準單晶或者類單晶。它的方法是在晶體生長的時候，利用鑄造多晶硅的技術，在晶體的底部坩堝布一層直拉硅單晶，這種技術2012年在產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)得到了應用，一度達到了10%多的市場份額。

 

我們說，在可以預見的將來，硅還是光伏產(chǎn)業(yè)的主要基礎材料，而隨著硅晶體生長和加工新技術不斷的出現(xiàn)，也能促進成本的降低，為光伏的平價上網(wǎng)做出重要的貢獻。

 

半導體光伏器件研究進展與發(fā)展趨勢

 

演講嘉賓：郝躍

 

中國科學院院士

 

精彩內(nèi)容摘登：大家都知道，現(xiàn)在化石能源越來越多地受到限制，主要是污染，另外它的成本慢慢也在不斷攀升，所以，我們確確實實需要在清潔能源上尤其是光伏產(chǎn)業(yè)上做出很大的貢獻。我們知道，目前的光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)到了可以基本上應用的光電，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得益于光電轉換，光電轉換的核心是光電的器件，說到光電器件，主要是光的離子性，為今天的光電轉換，光伏產(chǎn)業(yè)奠定了重要的基礎，為此獲得了2018年諾貝爾獎。

 

講到光伏產(chǎn)業(yè)，就要說到太陽能電池，以砷化鎵為基礎的單節(jié)、雙節(jié)、四節(jié)四個片節(jié)合到一起的太陽能電池，大概都是在轉換效率的32%到34%之間。硅的太陽能電池，是現(xiàn)在用得最多的，還是現(xiàn)在的新興太陽能電池的很多材料，所以我們應該在關注傳統(tǒng)的砷化鎵為主的高效太陽能電池，以及產(chǎn)業(yè)化硅的太陽能基礎上，更多地可以關注一下新型的各種新材料太陽能電池。

 

在硅的太陽能電池方面，現(xiàn)在主要是兩種結構，第一種結構是背面金屬化，就是現(xiàn)在我們做的太陽能電池，除了片結，就是產(chǎn)生太陽能電池的區(qū)域以外，我們還有大量的金屬沿線，這些金屬的沿線占據(jù)了表面大量的面積，這樣就會給效率帶來一定影響，如果說把這些沿線都放到硅片的背后，在裝機的時候，背面可以直接貼到裝機的板子上，同時表面所有的面積都留出來，正面的面積全部留出來，作為太陽能的接受層，就提升了單位面積的效率。

 

第二是抑制結的技術，不斷提升太陽能電池的發(fā)光效率，目前的抑制結的技術，它的效率是23%到25%左右，從效率的角度講，抑制結的結構效率是高的，我們通過理論計算，實驗室這種結構如果做得好，它的效率可以達到27.5%，所以說，比現(xiàn)在的10%到20%還有相當?shù)脑鲩L點。

 

還有一個重要的發(fā)展，硅如果做好了，兩面都是可以做太陽能電池的。據(jù)估計，到2028年左右，我們雙面太陽能電池的比例可能會接近40%。另外一個是把硅的太陽能電池或者砷化鎵，幾個電池可以疊到一起的疊層太陽能電池，這是未來發(fā)展的重要方向，疊層會使整個太陽能電池的效率有一個大幅度的提升。

 

與太陽能電池新型材料有關的鈣鈦礦材料，是現(xiàn)在全世界研究的一個熱點，目前鈣鈦礦的效率已經(jīng)超過了22%，目前還在不斷提升。

 

另外一個非常重要的發(fā)展，就是利用硅，硅現(xiàn)有的太陽能電池和鈣鈦礦的疊層，這種疊有兩種辦法，一種是把薄膜跟它直接鍵合在一起，還有一種直接在硅的太陽能電池上生長鈣鈦礦的電池，兩種結構都可以，預計到2025年疊層的硅基的電池將不斷增加，從單節(jié)變成多節(jié)，不斷提升效率，同時降低成本。

 

6月25號，鈣鈦礦公司宣布消息，用疊層的最新結構，實現(xiàn)效率27.3%，這已經(jīng)超過了世界單節(jié)硅的太陽能電池26.7%的記錄。

 

總之，我們一方面要重視硅太陽能電池新結構、新材料的發(fā)展，同時，也要注意跟其他的太陽能電池的結合，在低成本，高光效的情況下，促進整個光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。

 

晶體硅光伏技術全球發(fā)展趨勢

 

演講嘉賓：阿美·阿貝勒

 

新加坡太陽能研究所首席執(zhí)行官

 

精彩內(nèi)容摘登：光伏在過往的幾年取得了巨大的發(fā)展，而且在未來十年必將有更大的發(fā)展，會有現(xiàn)在10倍的規(guī)?！，F(xiàn)在不同的技術，在市面上有不同的市場占有率。

 

光伏發(fā)電已經(jīng)達到了平價上網(wǎng)，包括中國、新加坡這樣的地方早就達到了平價上網(wǎng)，但是我們不應該停下來，應該繼續(xù)努力，未來的目標是光伏發(fā)電低于火電的成本。

 

除了傳統(tǒng)的繼續(xù)提高光伏電池盒組件的效率，降低成本之外，新的研究課題，包括如何更多地關注光伏的度電成本，更多地關注組件的可靠性和實際的發(fā)電量。到2020年，光伏的組件目標成本低于0.3美元每瓦，相比舊的時代，光伏電池的轉換效率是非常重要的，只有效率提升才能帶來整個光伏器件成本的下降和度電成本的下降。

 

我們知道，在多晶方面，高效多晶技術已經(jīng)取得了廣泛的應用，基于高效多晶技術結合PERC技術，效率在逐漸提升，從2014年的20.8%提高到了2017年的22%。

 

組件方面，另一個可行的創(chuàng)新是疊瓦組件技術，現(xiàn)在可以切出5個小細片，在一個組件里組裝更多的電池。出于可靠性的考慮，雙面電池的組合越來越多地應用，雙面雙波電池在背面的應用能夠帶來額外的增長。

 

2020年之后，在多晶電池之后，P型或者N型的單晶電池及現(xiàn)在更新技術的超過21%組件技術將會逐漸在市場上得到廣泛的應用。在接下來的幾年，SERIS技術將會取得突破，SERIS專利有非常好的選擇。

 

光伏市場將成為萬億美元級別的市場，在未來的20年里面，晶硅電池技術將在這個行業(yè)，通過技術創(chuàng)新電池的效率更高，組件將會更好，2025年組件的成本降到0.25元，P型單晶的效率超過21% ， N型將超過22% ，其中最好的N型電池法拉力電池，IBC電池將超過24%，組件的壽命超過35年。我們希望電池技術能有巨大的突破。

 

德國的能源轉型——模式、政策與現(xiàn)實

 

演講嘉賓：哈里·沃斯

 

德國弗勞恩霍夫研究所博士

 

精彩內(nèi)容摘登：德國弗勞恩霍夫研究所目前是全球最大的光伏能源研究所，研究的領域除了核心光伏以外，也研究光熱、建筑能源新技術以及能源系統(tǒng)等其他方面。

 

德國最大的一個目標就是在未來的數(shù)十年內(nèi)，能夠極大化降低二氧化碳的排放量。具體如何達成，在與政府之間進行項目和研究時，我們以一些可行的技術，包含了發(fā)電端，包含了燃料、儲能設備，以及整個的配套措施，以具體可行的技術角度出發(fā)，看看現(xiàn)有的光伏、風電等等的裝機容量至少需要擴大多少才能達到這樣的目標。光伏必須要4倍的裝機量，德國目前有40多GW的裝機量，如果按照這個，到2050年要完成166GW時，相當于4倍，其他還有海上風電、陸上風電，海上風電更高，陸上風電現(xiàn)在有4倍，甚至更高。

 

實際上政府做到現(xiàn)在為止狀況如何？德國的實際碳排放量以及減排目標，在2010年的時候減排目標達到20%，這個目標已經(jīng)達成，而截至2017年，我們只減排了27%，沒有辦法進一步再往下推動。問題在于德國政府設定的減排目標，在實際政策和措施方面并沒有達到理想中的效果。

 

光伏在德國已經(jīng)過多年的推動，目前德國有大概160萬組戶的光伏系統(tǒng)。在2010年到2012年之間是非常大力推廣光伏的，可是它的政策卻沒有達到相應的支持，造成后面這幾年的裝機容量每年基本都保持在相對的低點。不止是國家目標容量沒有達到，如果要實現(xiàn)上面所說的減排目標，實際需要的容量更大，這之間的差距還是相當距離。

 

大家可以看到，在2017年的時候，再生能源總的產(chǎn)電貢獻達到了39%，其中光伏達到7.2%，這對于電網(wǎng)，還有對于傳統(tǒng)的能源電站造成了相當大的壓力。隨著再生能源裝機容量的增加，補貼費用不斷增高，德國的補貼費用是轉嫁為電價，民生用電的費用從2000年開始到2017年不斷往上升，工業(yè)用電費用保持低點，現(xiàn)在降下來了，這是因為工業(yè)用電不參與分擔補貼。還有大家很關心的是限電問題，再生能源介入電網(wǎng)后的限電問題，德國也是因為隨著再生能源比例提高，碰到了相對應的狀況，光伏其實在德國的限電問題不是太嚴重。

 

規(guī)?；?光-風多能互補系統(tǒng)運行調(diào)控理論與工程實踐

 

演講嘉賓：練繼建

 

天津大學前沿技術研究院院長

 

精彩內(nèi)容摘登：十九大報告指出，要構建清潔低碳、高效安全的能源體系。在后水電的發(fā)展時代，風光為代表的清潔能源的開發(fā)，必將有跨越式的發(fā)展。從世界能源的發(fā)展趨勢來講，本世紀以來，以風光為代表的可再生能源在能源總供應量的占比逐漸提高，特別是最近十年來，以水電、光伏發(fā)電、風電這些可再生能源裝機的規(guī)模發(fā)展迅速。

 

根據(jù)我國特殊的能源結構，還有我們的開發(fā)程度，以及能源的消納結構和電網(wǎng)結構，我們國家風電、光伏發(fā)電的開發(fā)模式有兩種模式，一個是三北地區(qū)，就是離負荷中心比較遠，遠距離傳輸消納是必需的，所以規(guī)?；?光-風多能互補是一個模式。這種就地消納的能力比較強，而且沿海的風電資源，海上風電資源相對比較豐富，所以要高效、低成本、規(guī)?；_發(fā)海上風電，配比適當?shù)暮Ｉ系墓夥?，還有抽取數(shù)據(jù)也是一種主流的發(fā)展模式。

 

在黃河上游，規(guī)模最大的水-光-風多能互補工程就是龍羊峽水-光-風多能互補，龍羊峽的調(diào)峰調(diào)頻能力都在提高，經(jīng)濟社會生態(tài)效應非常顯著，為多能互補開發(fā)起到了良好的示范作用。

 

水-光-風多能互補平臺把2∶1用到水光互補以后，因為光伏風電介入以后，原來的互補保證率是60%，降到了40%。羊曲也是60%降到55%，這些研究的結論，都是針對電源側開展研究，沒有考慮電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化，輸出線路的調(diào)整跟優(yōu)化，還沒有把智能電網(wǎng)的一些技術納入進來，如果將這兩點相互結合起來做優(yōu)化，那我們將來會有更大的發(fā)展空間。

 

其他區(qū)域的水-光-風多能互補模式，我們也做過一些研究，跟黃河上游相比，雅礱江最大的優(yōu)勢是水電的互補能力特別強，雅礱江流域可以規(guī)劃22個電站，現(xiàn)在已經(jīng)建成了一半，理論上裝機的風電和光伏發(fā)電也達到3000萬，把水電翻了一倍，但是真正的問題是送出通道不足，他們的開發(fā)成本比較高，他們的互補性比較高，目前比較成熟的是他們有一個減頻道輸出的線路，容量還是有冗余，是可以把風光上網(wǎng)的。

 

水光風力俱相融，星象煙云喜共和。我把這個送給各位同仁，開創(chuàng)大規(guī)模的水-光-風多能互補技術和產(chǎn)業(yè)具有引領作用。

 

大型光伏電站建設的生態(tài)環(huán)境效應研究

 

演講嘉賓：周孝德

 

西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室學術委員會副主任

 

精彩內(nèi)容摘登：光伏產(chǎn)業(yè)過去的十年發(fā)展巨大，應該說是快速發(fā)展，特別是近五年，不管是全球還是全國，青海在光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展中令人矚目，世界光伏發(fā)展看中國，中國光伏發(fā)展看青海。當然對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，包括我們開展的光伏電站對生態(tài)環(huán)境的影響，是完全符合國家生態(tài)文明建設戰(zhàn)略需求，以及國家科技發(fā)展的需求。

 

更重要的要滿足青海發(fā)展的需求，青海地處青藏高原腹地，涉及兩群三帶的生態(tài)安全屏障建設的青藏高原的生態(tài)屏障，對我國生態(tài)安全屏障的構架發(fā)揮了極其重要的支撐作用，青海囊括了高寒草地退化區(qū)、三江河源區(qū)、荒漠及荒漠化地區(qū)，農(nóng)牧交錯帶，礦產(chǎn)開采區(qū)等等，與此同時，青海是太陽能資源的富集區(qū)，光伏等再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速，相繼建成了共和光伏發(fā)電和柴達木光伏發(fā)電基地。那么，如何評價協(xié)調(diào)光伏開發(fā)利用與生態(tài)保護環(huán)境之間的關系，是青海未來清潔能源開發(fā)發(fā)展中必須考慮的重大問題。

 

光伏電站的建設，規(guī)?；墓夥幇汛蟛糠痔柲苻D化為電能，改變了電場周圍的局地地表能力的分配，并且隨著規(guī)模不斷擴大，勢必會對局部地區(qū)以及周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境要素產(chǎn)生影響。這區(qū)域當中，光伏電站的建設對于小氣候的調(diào)節(jié)，水土功能的調(diào)控，以及植被的恢復重建等的影響程度如何，是我們所關心的關鍵的科學問題。這一問題從實際情況定性來判斷，光伏電場的建設對生態(tài)文明建設是起不到改善作用，但從定量的角度而言，其影響的機制是什么，我們不清楚，它的作用機制不明確，因此，在大型光伏電站建設新局面下，特別是大規(guī)模的建設，怎么樣定量地來研究光伏電站建設對生態(tài)環(huán)境的效益，探索和研究如何在保障生態(tài)環(huán)境安全，維護高原生態(tài)基本功能和健康開發(fā)利用的情況下，來實現(xiàn)雙贏，是光伏企業(yè)需要履行的社會責任和解決的關鍵問題。

 

基于上述的背景，我們重點實驗室就光伏電站在生態(tài)環(huán)境下開展了三項工作。

 

任務1：從宏觀的角度來探明大型光伏電站建設對區(qū)域氣候土壤、植被的影響機制。

 

任務2：從微觀層面上，揭示大型光伏電站建設生態(tài)恢復與土壤養(yǎng)分、微生物響應機理。

 

任務3：要構建光伏電站影響下區(qū)域生態(tài)環(huán)境效應評估體系。一定要給出定量的評價結論。

 

為完成這三個任務，我們從實施層面上設計中長期現(xiàn)場監(jiān)測，并分兩期執(zhí)行。這個項目必須基于長時間的現(xiàn)場觀測，分兩期實施，一期歷時3年，從今年開始到2020年，第二期從2021到2025年。在空間層面上，我們的研究范圍當然是地處柴達木盆地南面的共和縣顯著的高原大陸性氣候特征，地勢高，典型的溫度草原生態(tài)系統(tǒng)，周圍有少量沙丘分布，趨勢園區(qū)屬植被脆弱區(qū)，由于降水偏少和過度放牧等原因草場退化比較嚴重，沙漠化趨勢明顯。后期拓展到整個共和太陽發(fā)展園區(qū)的幾百平方公里范圍，來系統(tǒng)地、全面地、長期地觀察和判斷光伏電站大規(guī)模建設對生態(tài)環(huán)境的影響，定量地給出解決方案。

 

我們將完善地面定位監(jiān)測站點的建設，深入定量分析氣候、土壤、植被等要素，以及生態(tài)環(huán)境的因素，定量給出生態(tài)指標的變化量值及綜合的效應評估指數(shù)，為植被脆弱區(qū)大型光伏電場園區(qū)生態(tài)規(guī)模新模式的提出提供科學的理論依據(jù)，為大型光伏電站的連續(xù)生態(tài)環(huán)境的保護決策提供技術支撐，為健康開發(fā)利用豐富的光伏資源保障與維護高原的生態(tài)安全提供決策依據(jù)。