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薄膜电池催熟太阳能电池市场

2007-10-09 10:03
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在政治力量的推动下,太阳能电池产业未来有望出现爆炸性增长。但这种用之不尽且没有污染的能源的支持者,仍需要取得一些技术突破,并需要得到进一步的政策支持。近期来看,预计2007年太阳能电池市场基本与2006年持平。全球太阳能产业的增长正在因多晶硅的持续短缺而受到抑制。多晶硅是生产太阳能电池的关键材料。


薄膜电池的吸引力在于它们很少使用或根本不使用多晶硅。
 
与之相关的一个重要变化是,薄膜太阳能电池已经面世,而且有望从传统太阳能电池产品手中夺取市场份额。初创公司First Solar正在以惊人的速度提升产量,并声称具有业内成本最低的面板,价格为2.40美元/瓦,最多比竞争对手便宜45%。在这个蓬勃发展的新兴清洁能源产业,据称至少有40家公司在竞相开发薄膜电池,甚至全球最大的太阳能电池生产商夏普,也加入了这个领域的竞争。风险资本家正在把数以百万美元计的投资砸向薄膜太阳能电池初创公司,向这个领域投资的企业从谷歌(Google)到本田汽车,多种多样。

薄膜电池的吸引力在于,它们使用很少的或者根本不使用多晶硅。传统的太阳能电池目前占总体出货量的90%,是利用多晶硅材料生产的,该材料占传统光伏电池成本的40~50%。相比之下,薄膜电池仅使用在基板上形成的一薄层材料。

有一段时间,多晶硅短缺曾严重到导致供应链中断,并限制了太阳能电池市场的总体增长率。据投资银行Piper Jaffray & Co.预测,2007年该市场的全球销售额将增长22%。Piper Jaffray & Co.的分析师Jesse Pichel表示,多晶硅短缺局面可能持续到2008年,甚至持续更长的时间。他说:“我们认为在预测期内不会出现多晶硅过剩的情形。但是,情况将好于过去几年,因为几家新建的多晶硅工厂正在投入生产。”

这意味着太阳能电池产业失去了平衡,而且面临压力。“太阳能的发展尚处于早期阶段。”Pichel表示,“多晶硅材料的价格在上涨,而模块的平均销售价格每年下降6%,这些现状挤压了厂商的利润率并限制了产能。”

事实上,整体太阳能产业面临多种挑战。首先,太阳能电池市场可能过热,预计会发生整合。该产业中的许多厂商是规模较小的私人初创公司,因此面临老牌的传统太阳能电池巨头的强大竞争,后者包括Evergreen、京瓷、三菱、三洋、夏普、壳牌、SunPower、Motech和Suntech等。

成本也是一个问题。据市场调研公司Solarbuzz LLC,尽管取得了技术突破,但住宅太阳能成本在阳光充足的天气仍为20~40美分/千瓦时,是目前电网电价的2~3倍。

太阳是免费的,但把它的能量转化成电能则需要花钱。它要求家庭及公用事业单位建立新的基础设施,而这些设施需要巨大的投资。

家庭必须在屋顶安装太阳能模块系统。来自该系统的能量流入一个逆变器,然后转化成可用的电压与交流电。有些家庭产生的太阳能可能满足其一切电力需求,但许多家庭仍需接入公共电网,因其不能从太阳能设施中获得足够的电能。

Piper Jaffray的Pichel表示,一般来说,如果没有补贴,预计2010年以前太阳能的成本无法与电网持平或者能与电网相竞争。

在许多国家,政府必须提供补贴,消费者和企业才可能使用太阳能。多年来,德国和日本政府一直在提供诱人的补贴;自然,它们也带动其它所有国家采用太阳能。西班牙和其它国家也制订了鼓励措施。

薄膜vs多晶硅

有些观察家认为,由于政府补贴和薄膜之类的技术突破,太阳能领域的趋势正在发生变化。但应用这些新材料仍然需要在成本与技术之间进行大量的权衡。传统太阳能电池中使用的多晶硅价格较贵,但传统的电池结构有量产价值(production-worthy),而且功率效率高于薄膜电池。薄膜电池的功率效率为8~14%,传统太阳能电池则为14~20%。

人们开发薄膜电池已经几十年了,但这类电池使用特殊材料,在制造过程中难以达到一定的批量成品率。最常见的薄膜材料是非晶硅或多晶硅,包括碲化镉和铜铟镓二硒等材料。只有少数几家公司实际购买了相关技术并投入大量生产,包括First Solar、三菱和United Solar Ovonic LLC。由谷歌在2006年6月创立的Nanosolar宣布了一项1亿美元的融资计划,准备在圣何塞兴建全球最大的太阳能电池生产设施。该公司目前在其加州Palo Alto工厂进行试生产,并在开发一种滚动条式(Roll-to-Roll)太阳能电池生产技术。

2006年12月,本田汽车公司成立子公司Honda Soltec,宣布将生产基于铜、铟、镓和硒组成的化合物的薄膜太阳能电池。SunPower的副总裁Julie Blunden表示,薄膜电池不会取代传统的太阳能电池,至少“在未来10年是这样,但我们预计这项技术将会不断发展并找到市场。

“2007和2008年总体太阳能电池市场将增长10~20%。”United Solar Ovonic的总裁兼首席运营官Subhendu Guha预测。“我们每年增长50~100%。”该公司是Energy Conversion Devices的子公司。

United Solar Ovonic号称是全球最大的三结非晶硅光伏太阳能电池板生产商。Guha表示:“以前,问题是‘我们能开发这种东西吗?’现在,我们不但开发出来了,而且已经投产。”United计划到2008年把产量提高两倍,并称其太阳能电池板具有成本竞争力。Guha表示,在其加州子公司的帮助下,United的太阳能电池模块的成本“正在接近每千瓦时20美分”,接近电网的最高价格。

另一家薄膜供应商First Solar也令人关注。“First Solar的模块成本在目前投入批量生产的同类产品中最低,生产成本约为1.50美分/瓦,比业内平均水平低45%左右。” 据Piper Jaffray最近发表的一份报告。“虽然实验室中可能有成本更低的新兴技术,但First Solar在成本与生产规模方面已领先两年。”该公司的模块基于碲化镉技术,不需要多晶硅。据报道,First Solar在德国签下了许多大型OEM合同,但预计该公司2008年以前不会实现盈利。

夏普在行动

不是所有令人激动的进展都发生在初创公司。实际上,后来者在密切关注老牌产业巨头,特别是关注夏普的一举一动。夏普一直在扩张其传统太阳能电池产能,但它也在积极打入薄膜领域。去年末,夏普推出了两款薄膜太阳能电池板,据说转换效率达8.5%,功率可达90W。

这些产品基于串连电池设计,把单独的非晶与单晶层结合在一起。它的一个关键特点是能够在玻璃基板上面形成厚度只有2微米左右的硅原材料层。夏普表示,这样的厚度大约是传统多晶硅太阳能电池的百分之一,降低了消费者的总体成本。

夏普声称,已开发出了一种堆叠式三结薄膜太阳能电池,可实现大量生产。这种三结结构把两个非晶硅层和一个微晶硅层结合在一起。新架构据称把电池转换效率从11%提高到了13%,模块转换效率从8.6%提高到了10%。虽然在从事薄膜技术的开发,但夏普并没有抛弃传统太阳能电池。去年,夏普把年产能提高了100MW,以满足日本和国外的需求。据夏普介绍,其奈良工厂的产能将达到每年600MW,将在全球名列第一。该公司表示,未来几年其太阳能模块产能将扩大一倍。年产能将从110MW提高到220MW,面向快速增长的欧洲市场。夏普旗下太阳能解决方案部的营销主管Marc Cortez表示,美国的家庭与企业市场也在强劲增长。“我们预计美国市场将会增长。”他说,“每年增长率将达20%。”

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