太阳能光伏发电成本计算模型与UMG硅料应用效益分析

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能源研究与管理 2 1( ) 0 13

开发与应用

太阳能光伏发电成本计算模型与 U MG硅料应用效益分析汪已琳，王发万，李高鹏，周浪，(.昌大学太阳能光伏学院，南昌 3 0 3;2晶科能源有限公司，江西上饶 34 0 ) 1南 301 . 3 10摘要：建立了太阳能光伏发电成本计算模型，并编制了相应计算软件；利用该软件分析讨论了电池效率等因素与

发电成本的关系；并对近年来光伏产业界高度关注的精炼冶金级 ( M G硅料的应用效益进行了定量分析。 U )

关键词：光伏；成本：UMG硅料中图分类号：T 5 9 K 1支献标志码：A 文章编号：10 -7 7 (0 3 06 4 0 5 6 6 2 1)0一o 3一O 1

A o e fPV we ssa a y i n M d l Po rCo t nd An l sso PV pl a i n o o Ap i to fUM G - i c SW ANG—i W A G a wa 2LIGa— n 2 ZHOU n Yil, N n F - n, o pe g, La g

(. c o l f h tv l i E gn eig N n hn ies y N nh n 3 0 C ia 1 S h o P oo ot c n ier, a c a g vri, a c a g3 0 3, hn; o a n Un t 12 J k oa o,t.S aga 3 10 Jag iC ia .i oS l C . d, h n ro 4 0, i x, hn) n r L 3 nAb t a t sr c:A d l o h t v l i o r c ss i e tb i e,a d t e r lv n ac lt n s f r s p o i e;t e mo e f p oo o t c p we o t s sa l h d n h ee a t c l u ai o t e i r v d d h a s o wa r lt n h p b t e e e c e c f h e l n t e co s t o rc s r n lz d a dd s u s db i s f r e ea i s i ewe n t f i n y o t ec l a d oh r a t r h p we o t a ea ay e n ic s e y t s o wa . o h i f wi s h t An ep o o ot i p l ai n f h dt h t v l ca p i t s t eUM G— i r u n i t

ea ay e . h a c o o S eq a t i n l z d we a t v

Ke r s p oo oti; o tu ga e tl r ia a esl o ( ywo d: h tv l c c s; p rd dme l gc l d i c nUMG— i a a u r g i S)

随着对能源需求的增长，以及对全球变暖的担忧，再生能源如风能、太阳能等清洁能源的地位也越来越重要。在太阳能发电的应用中，最大的挑战就是降低成本。本研究建立了基本参数输入及中问

1光伏发电成本模型太阳能光伏发电成本组成见图 1。其中对于与光伏产业直接相关的组件部分给予了细分，而对系统及运行维护部分则暂未进一步细分。

计算结果输出的成本计算模型，编制了相应计算软件 p cs1。使用该软件可以快捷地计算不同规模 vot. 0光伏发电成本及各种中间环节成本，分析各种因素对太阳能光伏发电成本的影响。该软件可在南昌大学太阳能光伏学院网站免费获取。本文介绍了相关计算模型，以及运用该软件对近年来国内外高度关 注的精炼冶金级硅料 (p rd dmea ugcl rd u ga e tl r a ae li g sio,写为 U ic n缩 l MG S)的应用效益进行的系统分 .i析。

图 1太阳能光伏发电成本组成图 投稿时间：2 1-7O 0 0一1 1作者简介：汪已琳 (9 7) 1 8一，男，湖南株洲人，在读硕士研究生，主要研究方向为太阳能光伏材料。

万方数据

开发与应用综合图 1可列出：

能源研究与管理 2 1( 0 1 3)

7 3

C为电池工艺成本，元/Wp 为组件封装成铷 k;c

太阳能光伏发电成本 c=

() 1

本，元/Wp k。

其中：C C×脚 式中：C为太阳能光伏发电成本，元/W ; k h C为电站建设成本，元/Wp k;为电站在标准峰

() 4

G r k口×ml ’ y c C IⅣ () 5式中：C为每千克硅料成本，元/g k k;

值辐照下的发电功率，k;C为每年运行维护 Wp m费，元/;/为电站运行时间，a a 1;h为以当地全年

为每千克晶体生长成本，元/g 为每千峰

瓦硅 k;n料用量，k/Wp g k。

太阳辐照量折算出的标准峰值辐照时间，ha/;世界不同地区的标准峰值辐照时间一般都可查到[J 1,标 - 3

其中每千峰瓦硅料用量 nl可表示为： 1 ( wm

准峰值辐照强度为 1 0 m为系统输出功率 0 0 W/;f系数，%; W为电站运行一定时间考虑系统衰减后的平均发电功率，k;该值可通过发电功率衰减 Wp系数 ( a%/)求得。 其中电站建设成本包括组件成本和系统配套与安装成本即 C ( 1 k + C () 2

。 A px p咖=lx pq x p一 T x哪} l x尝一 l

( 6 )

式中：t为硅片厚度， m;k为锯缝损失厚度，

m;A为硅片面积，电池光电转换效率，%。

为晶体生长收得率，%;

m为电池收得率，%;为硅片比重，gc;为/m3 上述计算模型中所涉参数均为行业内户用，其斤数值已有较多积累，并在各种资料中有分析报道问。为系

式中：~为组件成本，元/Wp k;统配套与安装成本，元/Wp k。而组件成本又可表示为：Cl+蒯+叫 C

2计算软件依照上述计算模型，利用 V程序编制了太阳 B

() 3

能光伏发电成本计算分析软件 p cs1,其主要工 vot. 0作界面见图 2。

式中：

为硅料成本，元/Wp一为晶 k;

体生长成本，元/Wp k;

为切片成本，元/; k Wp

图 2太阳能光伏发电成本计算分析软件 p c sl0主要工作界面的电池与组件参数输入页 v o t。

该软件可以用来估算太阳能光伏电站建设成本和发电成本，更便于分析不同参数如电池片厚度、

dt a文件中最后一次所保留的数据。

切割锯缝厚度、光电转换效率、原料成本等的变化对光伏电站建设成本和发电成本的影响。使用该软件时每次数据输入并核算后都保存在软件自带的 rc r.a文件中，且每次软件启动时都调用 rc r . eodd t eod

3太阳能光伏发电成本及其影响因素分析例运用上述模型和软件工具可以对光伏电站建设及光伏发电成本进行分析计算，特别是可以对

不同因素如电池转换效率、原料成本、硅片厚度、辐照

万方数据

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开发与应用

强度水平等对它们的影响趋势进行分析，以下为 2个例子。 31电池光电转换效率与光伏发电成本关系 .

发电成本之间相互关系趋势，必须给所有其它相关参数设置一个较为合理的值。根据当前光伏硅片产业技术水平与有关成本的资料报道，在该分析中

为进行该分析，得出电池光电转换效率与光伏

采用表 1和表 2所示数据。

表 1硅材料与电池参数

组 k成装 ( Wp元 )-

成本/ Wp ) ( k 元

竺与年( 安运 系输…率数值 发衰数本……出‘…。统功系 峰 )间电( a系照 %总成本) ( h % - )15o 0

32 00

输人一系列光电转换效率，得出相应一系列光伏发电成本，见图 3。

提高 1光伏发电成本下降约 5。%,% 3 U . 2 MG硅料的应用效益分析UMG为 U gae t l gcl rd prddMeau ia Gae的缩写， lr 可译为精炼冶金级。U MG硅料近年来受到光伏产业

≥●

界的高度关注。它在设备投入、环保控制、能耗指标等方面均低于现行主流的西门子法化工流程所得硅

1

将

料，具备明显成本优势。但用它制备太阳电池，所涉及所有其它工艺成本，如长晶、切片、电池制造、组

件封装等，都是相同甚至还会略高一些，而所得电池的光电转换性能则难免要低一些，因此采用 UMG硅

料最终到底能否降低光伏电站建设成本以及发电成本并不是那么显而易见的。针对这一问题，我们用太阳电池光电转换效率/%图 3光伏发电成本与光电转换效率的关系 ( 1 Wp规以 0 M

p cs1 vot. 0进行了系统的分析。不同光电转换效率下电站建设成本与原料成本的关系见图 4。l 0 8O

模计。其它参数见表 1和表 2 )

从图 3中可以看出，随着太阳能光电转换效率的提高，光伏发电成本基本呈线性下降趋势，太阳电池光电转换效率在 1%~ 1%时，随着电站运行 4 8时间的不同，光伏发电成本不同。图中分别显示了

≥1

l 7 0O1 O 6O

1 0 53 l 0 50

电站运行 1 2 的光伏发电成本。1一般 0a和 5 a时 0a

博l 0 36

l 疆 4 00

被认为是合理的投资回收期；而 2则一般被认为 5 a是光伏电站寿命 (际指光伏电站发电功率衰减至实 8%的时间) 0。按运行 1 0a计，光伏发电成本约为 1~ 1元/(w .) . . 2 5 k h,而按运行 2 计，光伏发电 5 a成本就下降到了 05 . .~0 6元/(w -) k h;图 3显示，

削橱 2 0O 1 1 O 1O 0 l 0 0 20 0 3 0 0 4 0 0

1 3 00

原料成本/ g ) (元 k。图 4不同光电转换效率下电站建设成本与原料成本的关系

在 1%￣ 1%范围，当电池光电转换效率绝对值每 4 8

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从图 4中可以看出，电站建设成本随着原料成本的增加基本呈线性增长趋势；而在原料成本一定的情况下，电站建设成本随着光电转换效率的提高而降低，但在原料成本不同时下降的程度不同。根据当前光伏行业技术水平及相关资料显示，现今西门子法所制得的硅料成本大概为 3 0元/g 5 k,多晶硅

此类生产和产品并未能在市场站住脚。另一种极端观点认为，如果低廉硅料使得转换效率绝对值下跌 2%~

3%,那么这种硅料即使免费也不值得用！从图 4

可以看到，至少单从成本角度来看，这种说法未免过于偏颇——如果以零成本的硅料能做出 1%效率的 4电池 (时电站建设成本约为 1 0此 36 0元/Wp,那 k )

电池片光电转换效率平均水平为 1. 65%左右，从图中可以读出对应的电站建设成本为 1 0 53 0元/Wp k,我们以此作为当前西门子法硅料的光伏电站建设成本的基准。过此点作平行于横坐标轴的平行线，由 其与各线交点可得出保持这一成本水平所需要的电

么光伏电站建设的成本还是可以大幅降低的。目前基于 U G硅料的太阳电池技术研究取得 M

了一定进展，保守的信息也认为可以达到 1%的转 5

换效率。根据图

5,我们可以推断，在这种水平下， 所采用的硅料价格只要低于 2 6元/g就能真正具 4 k有成本优势。

池效率一硅料成本对应关系，见图 5。

4结语较1

本文推出了一种太阳能光伏电站建设成本与发

电成本计算方法与相应计算软件工具，需要的读者可在 ht:svn ue uc/费下载使用。该工具目 t/p . . .免 p/ c d n

1j

前版本偏重涉及光伏产业的成本分析。运用它对 U MG硅料的应用效益分析得了有指导意义的结论，显示出全面定量分析的必要性。

1

1l】 5【 2【【】】 250 3【【 J】 350 400

原料成本/ ) (元 k图 5电站建设成本为 1 0元/Wp时电池效率与硅料成 53 0 k本对应关系

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这一关系曲线决定了 U MG硅料或任何一种低成

本的硅料要真正具有成本优势所必须具备的电池效率水平。例如过去某企业曾以价格低于西门子法硅料一半的 U MG硅料长晶、切片、生产太阳电池，其转换效率达到 1. 35%~ 1 .,一时成为业界重要新闻， 40% 但从图 5可以看到，这样的水平很可能仍处于临界线以下。事实上这一“利好”消息半年后即销声匿迹，

(2:- . 1 )13

[】 4赵玉文，吴达成，王斯成， .等中国光伏产业发展研究报告(0 6 0 7 20 . 0 ) 2[太阳能，0 80 ) - 2 0 (7: 1 . 6 5

[ 5]钱伯章 .阳能光伏发电成本及展望【】太 J.中国环保产业，0 90) 2 0 (4:2 2 4。 8.

[ 6]马胜红，李

斌，陈东兵，中国光伏发电成本，等.价格及技术进步作

用的分析[ . J太阳能， 1 ( ) -3] 2 0 4: 1. 0 0 6

(接第 2上 6页) 的协同效应值；2在含 F的 MX.溶液超声波一光催化的 ) e

R[ 3]Mat o t, a l Pr l, ln elDe r d t no og ncw t r Mr we C r i a e aS l . ga a i f ra i ae a z o o E i o r

p l tnsho g o o h tctls e rsn eo TO2J.1 ol at ru hsn p ooaayii t eec f i[ U - u t snh p]ta o c o o h m ity 2 0,: 7 2 4. r s ni sS n c e sr . 0 3 1 4— 5 0

脱色和降解 C 0过程中，超声波可以提高溶液中 ODF俘获光催化剂 T O表面光生电子的能力，以增 e i加溶液中 自由基的浓度，从而加速溶液中 MX. H R的脱色和降解 C D。 O 0参考文献[】江立文， 1兰[ 2]王

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研究[江西科学，0 02 ()1-3 2 1,81: 2 . 9 颖，军峰超声一光催化降解水中有机污染物[l学进展 .牛 Jl化

2 0,o1)1 2 - 2 . 0 82 (0: 6 116 7

万方数据

太阳能光伏发电成本计算模型与UMG硅料应用效益分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

汪已琳， 王发万， 李高鹏， 周浪

汪已琳,周浪(南昌大学太阳能光伏学院,南昌,330031)， 王发万,李高鹏(晶科能源有限公司,江西上饶,334100)能源研究与管理Jiangxi Energy2011(3)

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