該版本的ITRPV由領先的歐洲和非歐洲晶體硅電池制造商、組件制造商、硅片供應商共同完成。同時也包括了不同機構、設備供應商和材料供應商的反饋意見。路線圖覆蓋了整個光伏產業鏈,包含了晶體硅、硅片、電池制造,以及下游的組件制造。與之前的版本相比,涉及的參數更加豐富,業界的最新趨勢也進行了討論。
從可預見的歷史學習曲線中可以看到,光伏組件的每瓦峰值的成本將繼續下降。這與組件的成本顯著下降相一致。為了實現這一目標,當前的主流光伏工藝需要進一步優化,新的制造技術將會出現,目前還未知的技術將在2015年得以在生產中應用。
c-Si產業鏈制造商的具體要求有更有效的使用材料、更高效的設備、更先進的工藝。這些領域的進步影響的不僅僅是單個制造步驟,也會影響整個產業鏈。晶體硅工藝就是一個很好的例子。硅鑄錠技術的進步使得多晶硅硅錠中包含了很大一部分的單晶硅,我們稱之為準單晶或類單晶。這就為制造更高轉換效率的光伏電池創造了條件。然而,除了硅片更薄的趨勢外,硅片的切片方法、傳輸處理手段、電池工藝以及互連技術等都需要進一步的發展。
該技術路線圖將繼續與SEMI PV小組合作,并在每年春天進行更新,以確保整個產業鏈的制造商和供應商之間保持良好的溝通。
方法
數據的收集對技術路線圖至關重要。參與該項目的公司覆蓋了產業鏈的晶體硅到組件等環節,對于參數的設置取得了一致的意見。數據的匯總采用了每家公司匿名輸入的方式。以圖表的方式展示了到2020年所預計的產業趨勢,并采用不同的顏色標注了當今技術的成熟度,見表1。所有的參數都是中位數,并基于最新的生產線數據給出了答案。具體的領域包括材料、工藝、產品三大部分。在每部分我們將會具體討論晶體硅、硅片、電池和組件。
材料
材料部分將重點討論產業鏈所涉及的原材料以及耗材的要求和發展趨勢。一些材料的替代產品必須保證供應,并且不會產生環境污染,能夠降低成本并提高轉換效率。發電價格是光伏能夠與傳統能源競爭的關鍵。
工藝
為了降低制造成本,需要引入新技術、新材料以及更先進的設備。本路線圖為業界提供了生產中關鍵參數的信息,提升轉換效率和增加組件功率產出所需要的工藝細節,希望為產業發展起到引導作用。在工藝章節,我們具體描述了產業鏈的每一個制造環節。技術發展必須確保更高的電池和組件轉換效率。
產品
產業鏈的每一部分都有代表性的最終產品。所以,產品章節將討論未來數年內硅錠、硅片、c-Si光伏電池以及組件關鍵性能的發展。
成本下降
制造工藝的成本下降必將導致光伏產品價格的下降。圖1是光伏組件的學習曲線,展示了組件的平均售價與時間的函數關系。該曲線說明,組件出貨量每翻一番,平均售價就將下降約20%。
該曲線中的某些日期被特別標注出來,更好的說明了價格和市場規模如何在一定時間段內發展和變化。同時,日期也與某些重要的市場和政策事件相吻合。到九十年代中期和晚期,美國一直是最大的光伏技術生產和消費國。1976、1981和1988這三個時間點與美國的可再生能源政策變化相吻合。從1996年開始,日本、德國以及其它一些國家的政策變化造成了今天的光伏繁榮局面,并同時削弱了美國市場。光伏市場的平均生產增長率從1982到1996年之間的11%增加到1996年以后的每年47%。從2004年開始,這樣強勁的增長勢頭導致了高純多晶硅的短缺,并使得數據在幾年的時間里偏離了學習曲線,2006年價格達到了頂峰。2010年到2011年,我們又回到了學習曲線所預測的價格,增長率約為20%。不斷改進的組件性能和顯著降低的制造成本相結合,光伏產業才能在未來較長時期內與其它能源競爭。
成本要素和擁有成本考量
為了降低成本,必須考慮主要的成本要素。參與該路線圖的公司采用的是基于SEMI E35(計算)、E10(利用率)、E79(效率)的標準擁有成本(CoO)計算模型。主要需要考慮的要素包括產出量、生產能力、折舊、空間、材料/耗材、水電、廢物處理、勞動力以及良率損失。假設先進設備的產出量和生產能力非常有競爭力,每一個生產步驟都可以用主要的成本要素深入分析。圖2是基于參與本路線圖的公司的生產線分析得到的晶體硅、硅片、電池和組件生產的現狀。
產業鏈要素的區別清晰可見。關鍵的成本驅動力為耗材和非硅相關的材料。昂貴的配件包括坩堝、切割液和切割線。關鍵的材料有電池中的金屬化漿料、玻璃和背板。折舊和空間成本是產業鏈每一個部分的成本驅動力。在我們的分析中,電池制造的折舊沒有考慮設備的頻繁升級和改進。水電部分的成本在晶體硅、電池和組件制造中占有很大的比例。良率的損失也會影響晶體硅、電池和組件制造的成本。勞動力的成本取決于生產線的自動化程度。
總體來說,除了材料、耗材、水電外,設備價格以及勞動力是未來光伏產業鏈成本進一步下降的重要因素。