多晶硅能耗解析

光伏發(fā)電能量回收期

和火電廠用煤發(fā)電不同,光伏發(fā)電利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng),將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�。雖然多晶硅在生產(chǎn)過程中需要耗能,但作為太陽能光伏發(fā)電的核心材料,卻能產(chǎn)生更多能源,所以以能量回報(bào)率或能源再生比來看,多晶硅和一般工業(yè)品有很大差異。

光伏發(fā)電從硅石冶煉開始,經(jīng)過工業(yè)硅、多晶硅、鑄錠拉晶切片、電池片制造、光伏組件生產(chǎn)到光伏系統(tǒng)安裝完畢,全產(chǎn)業(yè)鏈的總能耗為1.60千瓦時(shí)/瓦。

各環(huán)節(jié)具體用電量為:1“硅砂——冶金硅”的能耗:13千瓦時(shí)/千克;2“冶金硅 ——多晶硅”的能耗:120千瓦時(shí)/千克,蒸汽消耗50千克/千克—硅;每生產(chǎn)1千克高純多晶硅消耗1.35千克冶金硅;3“多晶硅——多晶硅片”的能耗 30千瓦時(shí)/千克;1千克硅錠/硅棒需要1.1千克高純多晶硅,1千克硅棒或硅錠可以切46片156×156毫米硅片,每片平均制造4.2瓦太陽電池;4 “多晶硅片——多晶硅光伏電池”的能耗 0.2千瓦時(shí)/瓦,制造每瓦太陽電池需要的高純多晶硅5.7克/瓦;5“光伏電池——光伏組件”的能耗0.15千瓦時(shí)/瓦,6“光伏組件——光伏系統(tǒng)”的能耗 0.25千瓦時(shí)/瓦。

以上系數(shù)計(jì)算,全部能量消耗結(jié)果為:1.55千瓦時(shí)/瓦,太陽電池組件產(chǎn)率=97%即封裝成品率,全部能量消耗:1.55 /0.97 = 1.60千瓦時(shí)/瓦。

國家發(fā)改委2013年2月《關(guān)于完善光伏發(fā)電價(jià)格政策通知》征求意見稿的地區(qū)分類,計(jì)算有代表意義地區(qū)的發(fā)電量和能量回收期:

二類地區(qū):1瓦電池安裝在西北部地區(qū),年均有效發(fā)電小時(shí)數(shù)1400-2100小時(shí),按年當(dāng)量小時(shí)數(shù)1500小時(shí)計(jì)算,年均發(fā)電量1.5千瓦時(shí);按照壽命25年計(jì)算,總發(fā)電量37.5千瓦時(shí),能源再生比37.5/1.6=23.4,即耗1 度電可再生23.4度電;能量回收期為1.07年=耗電/年產(chǎn)電。

經(jīng)計(jì)算,各類不同地區(qū)光伏發(fā)電的能量回收期不同,晶硅太陽能電池的能量回收期介于1.07—1.6年之間,平均能量回收期為1.3年�？梢灶A(yù)見,隨行業(yè)技術(shù)進(jìn)步,各個(gè)環(huán)節(jié)能耗仍將下降,光伏發(fā)電能量回收期將縮短至1年以內(nèi)。

目前,國內(nèi)生產(chǎn)的晶硅太陽能組件的使用壽命為25年,在生產(chǎn)太陽能組件能耗回收后,幾乎不用再消耗能源即可發(fā)電,整個(gè)壽命期內(nèi)沒有任何污染物排放。事實(shí)上,即使25年之后,太陽能組件的發(fā)電效率大約相當(dāng)于25年之前的80%,仍可使用很長一段時(shí)間,已有晶硅太陽能使用超過30年的案例。

標(biāo)煤消耗比較

分析數(shù)據(jù)得知:2012年全國6000千萬以上火電機(jī)組平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗平均為324克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)。光伏發(fā)電從硅石到系統(tǒng)的總能耗為1.60千瓦時(shí)/瓦,全部能耗折標(biāo)煤為518.4克標(biāo)準(zhǔn)煤/Wp。晶硅太陽能電池壽命25年,基本免維護(hù),壽命期內(nèi)按年有效發(fā)電時(shí)間1500小時(shí)計(jì)算平均發(fā)電量=37.5千瓦時(shí),折標(biāo)煤為13.82克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí),僅為煤電消耗的4%,盡管發(fā)電密度低,但確屬優(yōu)質(zhì)能源。

全行業(yè)能量平衡分析 據(jù)統(tǒng)計(jì),按2012年國內(nèi)產(chǎn)多晶硅6.4萬噸、每千克多晶硅耗電120千瓦時(shí)計(jì)算,多晶硅生產(chǎn)總電耗為76.8億千瓦時(shí),僅占全國2012年總用電量49591億千瓦時(shí)的0.1548%,微不足道,“高能耗”名不副實(shí)。

6.4萬噸多晶硅可制造10.83吉瓦太陽能電池,二類地區(qū)每年發(fā)電量162.5億千瓦小時(shí),一年發(fā)電量的48%足以償還多晶硅電能消耗。隨著多晶硅技術(shù)提升導(dǎo)致能耗下降由120千瓦時(shí)/千克降低到100千瓦時(shí)/千克以下、光伏電池效率繼續(xù)提高17.5—22%、基片繼續(xù)減薄等技術(shù)發(fā)展,晶體硅光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量再生比有可能更高。按測(cè)算結(jié)果,完全可以利用光伏發(fā)電來生產(chǎn)多晶硅等光伏產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)良性的、可永續(xù)發(fā)展的太陽能產(chǎn)業(yè)。