生产硅晶光伏发电系统的能耗演算:
1:硅砂——冶金硅的能耗:13kwh/kg
2:冶金硅——多晶硅的能耗 200kwh/kg,这是国内改良西门子法平均水平,欧美日7巨头先进水平为150-180 kwh/kg
3:多晶硅——多晶硅片的能耗9 kwh/kg,多晶硅铸锭重量270kg,国际目前主流应为450kg,LDK现在800kg量产技术已成熟,另单晶硅片的电耗比多晶硅略高,如考虑未来技术发展趋势,156×156mm硅片尺寸将成为主流,电耗还有降低的空间,使用多线切割机切片能耗水平。
4:硅片——多晶硅光伏电池的能耗 0.2kwh/Wp;
5:光伏电池——光伏组件的能耗 0.15kwh/Wp,含封装材料(钢化玻璃,EVA,TPT等)的生产能耗
6:光伏组件——光伏系统”的能耗 0.31kwh/Wp;含并网控制逆变器、电缆、开关、支架、仪表等的生产能耗。
另:
第一步:多晶硅生产消耗工业硅原料:1.5kg,即每生产1kg高纯多晶硅需要1.5kg冶金硅;
第二步:拉制硅棒或浇铸硅锭消耗高纯多晶硅:1.2kg,即1kg硅锭/硅棒需要1.2kg高纯多晶硅;
第三步:1kg硅棒或硅锭可以切60片125×125mm的硅片(薄片可切70~90片),每片平均制造2.4Wp太阳电池,合计为:144Wp/kg。
4:制造每瓦太阳电池需要的高纯多晶硅: 1200g/144Wp = 8.3g/Wp,国内先进水平:6g/Wp
5:制造每瓦太阳电池需要的工业硅:1.2×1.5×1000g/144Wp = 12.5g/Wp;
根据上述参数计算,得到各环节电力消耗情况如下:
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——多晶硅光伏电池的能耗 0.2kwh/Wp +光伏电池——光伏组件的能耗 0.15kwh/Wp +光伏组件——光伏系统”的能耗 0.31kwh/Wp =2.545kWh/W
太阳电池组件产率=98%(即封装成品率),制造安装好一个光伏系统每瓦全部能量消耗:2.545 /0.98 = 2.597kWh/Wp
也就是说安装好一W光伏发电系统需 2.597度电。
中国西部的太阳能资源丰富,光伏发电系统的年平均利用小时数为3000小时(已经考虑了系统效率),东部差一些,约为1000小时,平均1500小时,即每瓦太阳电池一年可以发出1.5kWh的电。由此,可以计算出光伏发电的能量回收期:2.597/1.5 = 1.73年
国内生产的太阳能组件的使用寿命25年,以此推算,生产出的太阳能组件在实现生产能耗回收后,几乎不用再消耗电量,即可发电约22年,并且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。2009年,中国一个代表团在访问德国康次坦茨国际太阳能研究中心时,看到该中心收集的一组1983年产的太阳能单晶硅电池,目前转化效率仍可稳定在17%,计算其寿命已达到27年。就是在国内,也有1977年生产的单晶硅太阳能电池组件,用于气象观测站,目前仍可发电,转化率仍有12%,计算寿命已达到33年。随着国内多晶硅质量提高、稳定,多晶硅供应逐步富裕,太阳能光伏发电高转化率、长寿命、低成本效益会更显著。而且就是二三十年产品到期后,多晶硅还是可以回收再利用的,再加工就不需要很多电力了。
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