多晶硅能耗解析

光伏发电能量回收期

和火电厂用煤发电不同,光伏发电利用半导体界面的光生伏特效应,将太阳能直接转变为电能。虽然多晶硅在生产过程中需要耗能,但作为太阳能光伏发电的核心材料,却能产生更多能源,所以以能量回报率或能源再生比来看,多晶硅和一般工业品有很大差异。

光伏发电从硅石冶炼开始,经过工业硅、多晶硅、铸锭拉晶切片、电池片制造、光伏组件生产到光伏系统安装完毕,全产业链的总能耗为1.60千瓦时/瓦。

各环节具体用电量为:1“硅砂——冶金硅”的能耗:13千瓦时/千克;2“冶金硅 ——多晶硅”的能耗:120千瓦时/千克,蒸汽消耗50千克/千克—硅;每生产1千克高纯多晶硅消耗1.35千克冶金硅;3“多晶硅——多晶硅片”的能耗 30千瓦时/千克;1千克硅锭/硅棒需要1.1千克高纯多晶硅,1千克硅棒或硅锭可以切46片156×156毫米硅片,每片平均制造4.2瓦太阳电池;4 “多晶硅片——多晶硅光伏电池”的能耗 0.2千瓦时/瓦,制造每瓦太阳电池需要的高纯多晶硅5.7克/瓦;5“光伏电池——光伏组件”的能耗0.15千瓦时/瓦,6“光伏组件——光伏系统”的能耗 0.25千瓦时/瓦。

以上系数计算,全部能量消耗结果为:1.55千瓦时/瓦,太阳电池组件产率=97%即封装成品率,全部能量消耗:1.55 /0.97 = 1.60千瓦时/瓦。

国家发改委2013年2月《关于完善光伏发电价格政策通知》征求意见稿的地区分类,计算有代表意义地区的发电量和能量回收期:

二类地区:1瓦电池安装在西北部地区,年均有效发电小时数1400-2100小时,按年当量小时数1500小时计算,年均发电量1.5千瓦时;按照寿命25年计算,总发电量37.5千瓦时,能源再生比37.5/1.6=23.4,即耗1 度电可再生23.4度电;能量回收期为1.07年=耗电/年产电。

经计算,各类不同地区光伏发电的能量回收期不同,晶硅太阳能电池的能量回收期介于1.07—1.6年之间,平均能量回收期为1.3年。可以预见,随行业技术进步,各个环节能耗仍将下降,光伏发电能量回收期将缩短至1年以内。

目前,国内生产的晶硅太阳能组件的使用寿命为25年,在生产太阳能组件能耗回收后,几乎不用再消耗能源即可发电,整个寿命期内没有任何污染物排放。事实上,即使25年之后,太阳能组件的发电效率大约相当于25年之前的80%,仍可使用很长一段时间,已有晶硅太阳能使用超过30年的案例。

标煤消耗比较

分析数据得知:2012年全国6000千万以上火电机组平均供电标准煤耗平均为324克标准煤/千瓦时。光伏发电从硅石到系统的总能耗为1.60千瓦时/瓦,全部能耗折标煤为518.4克标准煤/Wp。晶硅太阳能电池寿命25年,基本免维护,寿命期内按年有效发电时间1500小时计算平均发电量=37.5千瓦时,折标煤为13.82克标准煤/千瓦时,仅为煤电消耗的4%,尽管发电密度低,但确属优质能源。

全行业能量平衡分析 据统计,按2012年国内产多晶硅6.4万吨、每千克多晶硅耗电120千瓦时计算,多晶硅生产总电耗为76.8亿千瓦时,仅占全国2012年总用电量49591亿千瓦时的0.1548%,微不足道,“高能耗”名不副实。

6.4万吨多晶硅可制造10.83吉瓦太阳能电池,二类地区每年发电量162.5亿千瓦小时,一年发电量的48%足以偿还多晶硅电能消耗。随着多晶硅技术提升导致能耗下降由120千瓦时/千克降低到100千瓦时/千克以下、光伏电池效率继续提高17.5—22%、基片继续减薄等技术发展,晶体硅光伏发电系统的能量再生比有可能更高。按测算结果,完全可以利用光伏发电来生产多晶硅等光伏产品,实现良性的、可永续发展的太阳能产业。