生產(chǎn)硅晶光伏發(fā)電系統(tǒng)的能耗演算:
1:硅砂——冶金硅的能耗:13kwh/kg
2:冶金硅——多晶硅的能耗 200kwh/kg,這是國(guó)內(nèi)改良西門子法平均水平,歐美日7巨頭先進(jìn)水平為150-180 kwh/kg
3:多晶硅——多晶硅片的能耗9 kwh/kg,多晶硅鑄錠重量270kg,國(guó)際目前主流應(yīng)為450kg,LDK現(xiàn)在800kg量產(chǎn)技術(shù)已成熟,另單晶硅片的電耗比多晶硅略高,如考慮未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),156×156mm硅片尺寸將成為主流,電耗還有降低的空間,使用多線切割機(jī)切片能耗水平。
4:硅片——多晶硅光伏電池的能耗 0.2kwh/Wp;
5:光伏電池——光伏組件的能耗 0.15kwh/Wp,含封裝材料(鋼化玻璃,EVA,TPT等)的生產(chǎn)能耗
6:光伏組件——光伏系統(tǒng)”的能耗 0.31kwh/Wp;含并網(wǎng)控制逆變器、電纜、開關(guān)、支架、儀表等的生產(chǎn)能耗。
另:
第一步:多晶硅生產(chǎn)消耗工業(yè)硅原料:1.5kg,即每生產(chǎn)1kg高純多晶硅需要1.5kg冶金硅;
第二步:拉制硅棒或澆鑄硅錠消耗高純多晶硅:1.2kg,即1kg硅錠/硅棒需要1.2kg高純多晶硅;
第三步:1kg硅棒或硅錠可以切60片125×125mm的硅片(薄片可切70~90片),每片平均制造2.4Wp太陽電池,合計(jì)為:144Wp/kg。
4:制造每瓦太陽電池需要的高純多晶硅: 1200g/144Wp = 8.3g/Wp,國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平:6g/Wp
5:制造每瓦太陽電池需要的工業(yè)硅:1.2×1.5×1000g/144Wp = 12.5g/Wp;
根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算,得到各環(huán)節(jié)電力消耗情況如下:
第一步每W耗能=13kWh/kg×12.5g/Wp/1000 = 0.1625 kWh/Wp;
第二步每W耗能= 200kWh/kg×8.3g/Wp/1000 = 1.66 kWh/Wp
第三步每W耗能=9kWh/kg÷144Wp/kg = 0.0625 kWh/Wp
全部能量消耗:第一步每W耗能+第二步每W耗能+第三步每W耗能+硅片——多晶硅光伏電池的能耗 0.2kwh/Wp +光伏電池——光伏組件的能耗 0.15kwh/Wp +光伏組件——光伏系統(tǒng)”的能耗 0.31kwh/Wp =2.545kWh/W
太陽電池組件產(chǎn)率=98%(即封裝成品率),制造安裝好一個(gè)光伏系統(tǒng)每瓦全部能量消耗:2.545 /0.98 = 2.597kWh/Wp
也就是說安裝好一W光伏發(fā)電系統(tǒng)需 2.597度電。
中國(guó)西部的太陽能資源豐富,光伏發(fā)電系統(tǒng)的年平均利用小時(shí)數(shù)為3000小時(shí)(已經(jīng)考慮了系統(tǒng)效率),東部差一些,約為1000小時(shí),平均1500小時(shí),即每瓦太陽電池一年可以發(fā)出1.5kWh的電。由此,可以計(jì)算出光伏發(fā)電的能量回收期:2.597/1.5 = 1.73年
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的太陽能組件的使用壽命25年,以此推算,生產(chǎn)出的太陽能組件在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能耗回收后,幾乎不用再消耗電量,即可發(fā)電約22年,并且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(zhǎng)一段時(shí)間。2009年,中國(guó)一個(gè)代表團(tuán)在訪問德國(guó)康次坦茨國(guó)際太陽能研究中心時(shí),看到該中心收集的一組1983年產(chǎn)的太陽能單晶硅電池,目前轉(zhuǎn)化效率仍可穩(wěn)定在17%,計(jì)算其壽命已達(dá)到27年。就是在國(guó)內(nèi),也有1977年生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池組件,用于氣象觀測(cè)站,目前仍可發(fā)電,轉(zhuǎn)化率仍有12%,計(jì)算壽命已達(dá)到33年。隨著國(guó)內(nèi)多晶硅質(zhì)量提高、穩(wěn)定,多晶硅供應(yīng)逐步富裕,太陽能光伏發(fā)電高轉(zhuǎn)化率、長(zhǎng)壽命、低成本效益會(huì)更顯著。而且就是二三十年產(chǎn)品到期后,多晶硅還是可以回收再利用的,再加工就不需要很多電力了。
1:硅砂——冶金硅的能耗:13kwh/kg
2:冶金硅——多晶硅的能耗 200kwh/kg,這是國(guó)內(nèi)改良西門子法平均水平,歐美日7巨頭先進(jìn)水平為150-180 kwh/kg
3:多晶硅——多晶硅片的能耗9 kwh/kg,多晶硅鑄錠重量270kg,國(guó)際目前主流應(yīng)為450kg,LDK現(xiàn)在800kg量產(chǎn)技術(shù)已成熟,另單晶硅片的電耗比多晶硅略高,如考慮未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),156×156mm硅片尺寸將成為主流,電耗還有降低的空間,使用多線切割機(jī)切片能耗水平。
4:硅片——多晶硅光伏電池的能耗 0.2kwh/Wp;
5:光伏電池——光伏組件的能耗 0.15kwh/Wp,含封裝材料(鋼化玻璃,EVA,TPT等)的生產(chǎn)能耗
6:光伏組件——光伏系統(tǒng)”的能耗 0.31kwh/Wp;含并網(wǎng)控制逆變器、電纜、開關(guān)、支架、儀表等的生產(chǎn)能耗。
另:
第一步:多晶硅生產(chǎn)消耗工業(yè)硅原料:1.5kg,即每生產(chǎn)1kg高純多晶硅需要1.5kg冶金硅;
第二步:拉制硅棒或澆鑄硅錠消耗高純多晶硅:1.2kg,即1kg硅錠/硅棒需要1.2kg高純多晶硅;
第三步:1kg硅棒或硅錠可以切60片125×125mm的硅片(薄片可切70~90片),每片平均制造2.4Wp太陽電池,合計(jì)為:144Wp/kg。
4:制造每瓦太陽電池需要的高純多晶硅: 1200g/144Wp = 8.3g/Wp,國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平:6g/Wp
5:制造每瓦太陽電池需要的工業(yè)硅:1.2×1.5×1000g/144Wp = 12.5g/Wp;
根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算,得到各環(huán)節(jié)電力消耗情況如下:
第一步每W耗能=13kWh/kg×12.5g/Wp/1000 = 0.1625 kWh/Wp;
第二步每W耗能= 200kWh/kg×8.3g/Wp/1000 = 1.66 kWh/Wp
第三步每W耗能=9kWh/kg÷144Wp/kg = 0.0625 kWh/Wp
全部能量消耗:第一步每W耗能+第二步每W耗能+第三步每W耗能+硅片——多晶硅光伏電池的能耗 0.2kwh/Wp +光伏電池——光伏組件的能耗 0.15kwh/Wp +光伏組件——光伏系統(tǒng)”的能耗 0.31kwh/Wp =2.545kWh/W
太陽電池組件產(chǎn)率=98%(即封裝成品率),制造安裝好一個(gè)光伏系統(tǒng)每瓦全部能量消耗:2.545 /0.98 = 2.597kWh/Wp
也就是說安裝好一W光伏發(fā)電系統(tǒng)需 2.597度電。
中國(guó)西部的太陽能資源豐富,光伏發(fā)電系統(tǒng)的年平均利用小時(shí)數(shù)為3000小時(shí)(已經(jīng)考慮了系統(tǒng)效率),東部差一些,約為1000小時(shí),平均1500小時(shí),即每瓦太陽電池一年可以發(fā)出1.5kWh的電。由此,可以計(jì)算出光伏發(fā)電的能量回收期:2.597/1.5 = 1.73年
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的太陽能組件的使用壽命25年,以此推算,生產(chǎn)出的太陽能組件在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能耗回收后,幾乎不用再消耗電量,即可發(fā)電約22年,并且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(zhǎng)一段時(shí)間。2009年,中國(guó)一個(gè)代表團(tuán)在訪問德國(guó)康次坦茨國(guó)際太陽能研究中心時(shí),看到該中心收集的一組1983年產(chǎn)的太陽能單晶硅電池,目前轉(zhuǎn)化效率仍可穩(wěn)定在17%,計(jì)算其壽命已達(dá)到27年。就是在國(guó)內(nèi),也有1977年生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池組件,用于氣象觀測(cè)站,目前仍可發(fā)電,轉(zhuǎn)化率仍有12%,計(jì)算壽命已達(dá)到33年。隨著國(guó)內(nèi)多晶硅質(zhì)量提高、穩(wěn)定,多晶硅供應(yīng)逐步富裕,太陽能光伏發(fā)電高轉(zhuǎn)化率、長(zhǎng)壽命、低成本效益會(huì)更顯著。而且就是二三十年產(chǎn)品到期后,多晶硅還是可以回收再利用的,再加工就不需要很多電力了。