然而，十年過去，今天的中國光伏產(chǎn)業(yè)，組件產(chǎn)量連續(xù)15年位居全球首位，多晶硅產(chǎn)量連續(xù)11年位居全球首位，新增裝機容量連續(xù)9年位居全球首位，累計裝機容量連續(xù)7年位居全球首位。光伏產(chǎn)業(yè)十年蝶變，背后是說不盡的艱辛和道不完的精彩。
顆粒硅量產(chǎn) 十年磨一劍2012年國慶節(jié)前夜，江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司(下稱“中能硅業(yè)”)顆粒硅技術(shù)攻關(guān)團隊徹夜未眠。在協(xié)鑫科技旗下子公司中能硅業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，團隊成員們看著夢寐以求的硅烷氣緩緩產(chǎn)出，心中感慨萬千。中試裝置調(diào)試成功，產(chǎn)出的硅烷氣完全達(dá)標(biāo)，標(biāo)志著硅烷法制備多晶硅技術(shù)首戰(zhàn)告捷。3個多月后，中能硅業(yè)中試分廠用硅烷流化床法(FBR)成功產(chǎn)出顆粒硅，中國光伏材料領(lǐng)域的顛覆性變革就此開啟。
開弓沒有回頭箭，實際上從這一刻到大規(guī)模量產(chǎn)還需要大量的時間，但中能硅業(yè)顆粒硅技術(shù)攻關(guān)團隊沒有想到的是，弓弦拉開后，竟需要緊繃十年。
光伏產(chǎn)業(yè)鏈并不復(fù)雜，硅料、硅片、電池、組件、應(yīng)用系統(tǒng)是產(chǎn)業(yè)鏈上的五大環(huán)節(jié)。其中，最上游的硅料環(huán)節(jié)研發(fā)和制造門檻高，需要投入的資金大，價格和質(zhì)量決定著光伏發(fā)電的成本和效率，所以業(yè)界一度有“擁硅為王”的說法。
改良西門子法工藝是當(dāng)今硅料企業(yè)的主要制備工藝，我國光伏硅料企業(yè)經(jīng)過多年努力，不斷研發(fā)創(chuàng)新改良西門子法工藝，逐步擺脫了進口依賴。國內(nèi)企業(yè)到底有多努力呢?工信部每年出臺的《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》顯示，僅從能耗看，2013年多晶硅項目的“門檻”是綜合電耗不得高于140千瓦時/千克，2021年已經(jīng)降至80千瓦時/千克。
8年間耗電量幾乎減少了一半，按說已經(jīng)非常厲害了，但是產(chǎn)業(yè)界對自己還不夠滿意。為什么呢?用公認(rèn)的能耗大戶電解鋁來對比就很好理解了。作為被國家明文限制的“兩高”行業(yè)，電解鋁的平均電耗也只是在13千瓦時/千克左右。盡管目前主流硅料企業(yè)實際電耗已低至50-60千瓦時/千克，但還是比電解鋁高了好幾倍。
必須強調(diào)的是，從光伏產(chǎn)品全生命周期看，其發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)制造過程中的耗電量。但是高能耗問題卻實實在在影響著光伏發(fā)電的價格和大規(guī)模應(yīng)用，這也解釋了為什么硅料龍頭企業(yè)紛紛在西部地區(qū)布局生產(chǎn)基地：以追求更為低廉的電價。
這時候就需要硅烷流化床法顆粒硅出場了。和改良西門子法相比，硅烷流化床法在電耗方面有較大優(yōu)勢，但一直未能在大規(guī)模生產(chǎn)上取得突破性進展。杜邦公司和德州儀器公司在多次嘗試失敗后選擇了放棄，德國瓦克公司時任總裁兼CEO魯?shù)婪?middot;施陶迪格曾于2014年在慕尼黑總部向《中國電子報》記者透露，該公司在多年研發(fā)后顆粒硅產(chǎn)量仍在500噸左右徘徊。而瓦克公司該年度改良西門子法硅料產(chǎn)量超過了5萬噸。
“太難了!”顆粒硅分廠調(diào)試期間，幾乎所有技術(shù)人員都被一次次的失敗“虐”得“外焦里嫩”。“再多的困難，只要我們敢去想，就一定能找到解決的辦法，只是時間的長短而已。”中能硅業(yè)的技術(shù)人員就是這樣頂著壓力思索著，試驗著：每一次歡歡喜喜地“開車”進料，卻又因為新的問題不得不停下來;每天在10層樓高的鏤空網(wǎng)架上爬上爬下，試驗不同的方案;每晚難以入睡或早醒失眠，思索更加解決方案……這一切仿佛遭遇了一場劫難，不過，中國光伏人從未想過要放棄。
2021年2月，協(xié)鑫科技顆粒硅有效產(chǎn)能終于達(dá)到1萬噸。從0到1萬噸，花了9年，而從1萬噸到3萬噸，只花了9個月。2021年11月10日，該公司硅烷流化床法顆粒硅2萬噸產(chǎn)能正式投產(chǎn)，實測綜合電耗可降至15千瓦時/千克。目前，顆粒硅在建及規(guī)劃產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到60萬噸。
協(xié)鑫集團董事長、全球太陽能理事會聯(lián)席主席朱共山表示，光伏上游制造環(huán)節(jié)占據(jù)了光伏全生命周期“碳足跡”的80%到95%，僅顆粒硅一項，就可以帶動光伏發(fā)電全生命周期再次實現(xiàn)至少80%的碳減排，并且?guī)庸夥l(fā)電實現(xiàn)從源頭開始，全過程、全周期的深度脫碳和清潔生產(chǎn)應(yīng)用。
金剛線切割硅片 每年再省300億元
市值超過4000億元的隆基綠能是如今廣為人知的國內(nèi)光伏企業(yè)，在2013年全行業(yè)面臨生死考驗時，隆基堅持的單晶技術(shù)路線也曾面臨被邊緣化的危機。在訂單有限的情況下，曾經(jīng)的單晶硅片客戶往往選擇成本更低的多晶產(chǎn)品。如何降低成本，成為每月一次的隆基研發(fā)會議上，高管們討論最多的話題。
“我們把成本項目一一列出來，然后想辦法去降最大頭的。”相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴《中國電子報》記者，大家反復(fù)琢磨列表上的300公斤鋼線、300公斤碳化硅和300公斤聚乙二醇以及電費、人工等，最終認(rèn)為現(xiàn)有的砂漿切割技術(shù)成本下降空間已經(jīng)很小，必須對工藝進行徹底改造。
不用砂漿用什么呢?硬度更高的金剛線看起來是個不錯的選擇。首先是快。以8英寸硅棒為例，傳統(tǒng)砂漿切割一刀需要10小時左右，而金剛線切割只需4小時甚至3小時以內(nèi)，生產(chǎn)效率大大提高，設(shè)備折舊和人工成本也隨之大幅度下降。其次是省。傳統(tǒng)砂漿鋼線切割技術(shù)耗材價格已逼近成本線，而價格虛高的金剛線未來若能普及則有很大的降價空間，還存在進一步改良工藝的可能。最后是薄。金剛線可以把硅片切得更薄，不僅能大幅提高每公斤單晶出片率和切片產(chǎn)能，而且硅片越薄柔性越好，比方說可以加工成柔性組件安裝在無人機翼等復(fù)雜物體表面，擴大單晶組件的應(yīng)用場景。
過去切割1噸硅棒，需要1噸以上的耗材。如果能實現(xiàn)金剛線切割，只需要40公斤金剛線，其他的就都可以不要了。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，隆基“金剛線切割”專項課題組正式成立，開始技術(shù)攻關(guān)。
“當(dāng)時最深的感受就是舉步維艱。” 相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，“金剛線的售價高達(dá)每米0.4-0.5美元，但是，由于母線均勻性差和金剛石顆粒電鍍不均勻?qū)е碌臄嗑€和線痕頻發(fā)。
”當(dāng)時能夠批量供應(yīng)金剛線的只有少數(shù)幾家日本廠商，不僅銷售價格高，而且供貨周期長、售后響應(yīng)慢，根本無法滿足新工藝研發(fā)的反復(fù)試錯。而且金剛線剛剛導(dǎo)入時，專用金剛線切片機還很少，主要切片機均需要從砂線切割改造為金剛線切割。從金剛線到切片機，再到檢測設(shè)備，金剛線整個產(chǎn)業(yè)鏈條都缺乏供應(yīng)企業(yè)。眼看技術(shù)攻關(guān)短期內(nèi)難以實現(xiàn)突破，包括隆基在內(nèi)的整個產(chǎn)業(yè)又都處于極為困難的階段，如果決策失誤，后果不堪設(shè)想。還要不要繼續(xù)搞金剛線?管理層有些搖擺不定。
“我允許你們一年虧損4000萬!” 最終還是隆基董事長鐘寶申給大家吃下了“定心丸”。要知道，2012年隆基股份虧損了5500萬元，2013年凈利潤也只有7100萬元，拿出4000萬元搞研發(fā)，需要何等的勇氣?既然國外產(chǎn)品的不好使，那就想辦法自己造。為了在降低金剛線成本的同時確保供應(yīng)安全，隆基開始培育國內(nèi)金剛線供應(yīng)商。通過緊密的上下游聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，很快開發(fā)出高品質(zhì)、低成本的金剛線。金剛線供應(yīng)價格大幅下降近九成，每米僅需0.3元，同時品質(zhì)也得到了極大程度的改善。如今，金剛線切割不僅為隆基所用，更逐步成為國內(nèi)光伏企業(yè)的標(biāo)配。經(jīng)過多年來不斷的研發(fā)創(chuàng)新，金剛線直徑降低50%，方棒出片數(shù)提升40%，硅片切割速度提升65%，每年可為中國光伏產(chǎn)業(yè)節(jié)省約300億元成本。
高效電池組件“一帶一路”的綠色使者
今年3月10日，天合光能研發(fā)團隊集體慶賀的“大日子”，這一天，團隊自主研發(fā)的210mm×210mm高效i-TOPCon電池，經(jīng)中國計量科學(xué)院第三方測試認(rèn)證，最高電池效率達(dá)25.5%，創(chuàng)造了大面積產(chǎn)業(yè)化Nn型單晶硅i-TOPCon電池效率新的世界紀(jì)錄。事實上，天合光能“光伏科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室”在光伏電池轉(zhuǎn)換效率和組件輸出功率方面已經(jīng)先后23次創(chuàng)造和刷新世界紀(jì)錄。
正是多年來堅定不移地重視技術(shù)、崇尚創(chuàng)新，天合光能不僅幾十次創(chuàng)造和刷新世界紀(jì)錄，更是在2021年11月，憑借“高效低成本晶硅太陽能電池表界面制造關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目榮獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎，實現(xiàn)了中國光伏行業(yè)在國家科學(xué)技術(shù)大獎上零的突破。以該項目成果和技術(shù)為依托，天合光能創(chuàng)建了全球首條高效低成本電池規(guī)模制造生產(chǎn)線，被載入世界電池效率路線圖，引領(lǐng)著全球光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展。
在產(chǎn)業(yè)鏈上下游的共同努力下，天合光能的電池組件價格下降了90%以上，光伏度電成本隨之下降了90%以上。低價高效的“中國制造”光伏產(chǎn)品，不僅在國內(nèi)鋪遍大江南北，更化身綠色使者走遍“一帶一路”沿線國家和地區(qū)。
作為光伏行業(yè)主管部門，工信部電子信息司提出，進一步貫徹落實“一帶一路”倡議，利用光伏產(chǎn)業(yè)外向型發(fā)展優(yōu)勢和全球能源革命機遇，推動光伏產(chǎn)業(yè)國際產(chǎn)能和應(yīng)用合作進程。
如今，天合光能的業(yè)務(wù)遍布全球100多個國家和地區(qū)，一大批清潔能源合作新樣本隨之誕生。2018年，天合光能為馬爾代夫27個島嶼提供光儲微電網(wǎng)解決方案，有效解決當(dāng)?shù)鼐用裼秒姺€(wěn)定難題。2020年，天合光能越南大型地面光伏電站項目僅用4個月就成功建設(shè)并網(wǎng)。2021年，天合光能參與建設(shè)的烏茲別克斯坦100MW光伏電站成功并網(wǎng)。不久前，天合光能又成功中標(biāo)柬埔寨40MW光伏項目。
不僅是天合光能，國內(nèi)光伏企業(yè)推動一個個不同應(yīng)用場景的海外光伏項目順利落地。越南500MW光伏項目有效緩解當(dāng)?shù)啬茉炊倘鼻闆r;亞馬遜河上的移動光伏工廠在保護生態(tài)的同時，顯著改善沿岸居民的生活質(zhì)量和水平;泰國58.5MW綜合浮體光伏項目將光伏發(fā)電和水力發(fā)電相結(jié)合，可根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)發(fā)電模式，保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
“經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，光伏已成為成本最低的能源之一，將成為全球綠色轉(zhuǎn)型的生力軍。”天合光能董事長高紀(jì)凡在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“一帶一路沿線國家太陽能資源豐富，對發(fā)展綠色電力、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展需求強烈，中國光伏產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良、性價比高，與一帶一路沿線國家的合作是真正的互利共贏。”
評 論
全民光伏的時代終于來了!
2021年，我國光伏新增裝機量達(dá)54.88GW，其中分布式新增29.28GW，占比53.4%，歷史上首次突破50%。更為可貴的是，戶用光伏新增裝機量21.6GW，創(chuàng)歷史新高，占我國新增裝機量的39.4%，同比增長高達(dá)113.3%。
換句話說，全民光伏的時代終于到來了!
老百姓為什么愿意在自家屋頂裝上光伏發(fā)電系統(tǒng)?因為用光伏發(fā)電的成本已經(jīng)低于火電(脫硫煤標(biāo)桿電價)。從少數(shù)環(huán)保主義者的“貴族”用電，到進入尋常百姓家，光伏度電成本的大幅下降是最重要的原因。去年6月，轟動業(yè)內(nèi)的四川甘孜州南部光伏基地正斗一期200MW項目競爭性配置定標(biāo)，國家電投集團四川電力有限公司以0.1476元/千瓦時拿下開發(fā)權(quán)，這一電價也創(chuàng)下了國內(nèi)光伏項目的最低電價。很難想象，10年前的光伏度電成本還在1元/千瓦時左右，超過80%的成本降幅，需要產(chǎn)業(yè)界付出多少努力。
2012年，我國多晶硅產(chǎn)量7萬噸，太陽能電池產(chǎn)量23GW，新增裝機量4.5GW，累計裝機量8GW。2021年，我國多晶硅產(chǎn)量50.5萬噸，太陽能電池產(chǎn)量198GW，新增裝機量54.88GW，累計裝機量300GW，分別是10年前的7.2、8.6、12.2、37.5倍。
從“三頭在外”到“全球第一”，我國光伏產(chǎn)業(yè)的歷史性成就，不僅有“量”的提升，更有“質(zhì)”的飛躍。從關(guān)鍵材料來看，多晶硅產(chǎn)量不僅提升了6倍多，市場占有率也從30%提升到78.4%。基于多年來在冷氫化、還原爐、精餾等核心環(huán)節(jié)技術(shù)上的不斷優(yōu)化，我國多晶硅企業(yè)不僅實現(xiàn)了設(shè)備100%國產(chǎn)化，同時將生產(chǎn)能耗逐年降低。改良西門子法多晶硅綜合能耗從十年前的每公斤200千瓦時/千克降至63千瓦時/千克，降幅近七成。硅烷流化床法顆粒硅綜合能耗更是進一步降低到15千瓦時/千克以下。
從光電轉(zhuǎn)換效率來看，2012年的電池量產(chǎn)效率只有18%左右，到2021年，PERC單晶電池量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)提升到23.1%，最高達(dá)到23.56%。自2014年起，我國企業(yè)/研究機構(gòu)晶硅電池實驗室效率累計打破世界記錄42次，僅2021年就刷新記錄11次。
從智能化水平來看，在人工智能、先進計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新等的加持下，智能光伏工廠建設(shè)、智能制造技術(shù)裝備突破、智能光伏產(chǎn)品供給、智能光伏系統(tǒng)建設(shè)運維、智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境等產(chǎn)業(yè)智能升級方面也是收獲頗豐。
從應(yīng)用市場來看，國內(nèi)光伏累計裝機量不僅提升了幾十倍，更是為決戰(zhàn)決勝脫貧攻堅做出了積極貢獻(xiàn)。全國累計建成2636萬千瓦光伏扶貧電站，惠及近6萬個貧困村、415萬貧困戶，每年可產(chǎn)生發(fā)電收益約180億元，成為農(nóng)村地區(qū)搬不走的“綠色銀行”“陽光銀行”。與此同時，我國光伏行業(yè)國際貿(mào)易抗沖擊能力大大增強。歐洲、日本、澳大利亞等傳統(tǒng)光伏市場保持旺盛需求，巴基斯坦、希臘等新興市場不斷涌現(xiàn)，GW級光伏市場已經(jīng)發(fā)展到20個，從以歐洲為主變成全球遍地開花。
上述成績遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是中國光伏產(chǎn)業(yè)的天花板。作為半導(dǎo)體技術(shù)和新能源需求融合發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)，也是全球主要國家高度重視和競相發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，我國光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十余年快速發(fā)展，特別是黨的十八大以來，在相關(guān)部門部署下，在業(yè)界共同努力下，已經(jīng)成為少有的打通端到端產(chǎn)業(yè)鏈、取得國際競爭優(yōu)勢、并有望率先實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。放眼未來，光伏是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型變革的中堅力量，也是助力各行業(yè)各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的主力軍。
5月14日，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《關(guān)于促進新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》，提出到2025年公共機構(gòu)新建建筑屋頂光伏覆蓋率力爭達(dá)到50%，鼓勵公共機構(gòu)既有建筑等安裝光伏或太陽能熱利用設(shè)施。到2030年，我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量達(dá)到12億千瓦以上。
6月1日，九部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，提出到2025年可再生能源消費總量占一次能源消費的18%左右，可再生能源年發(fā)電量達(dá)到3.3萬億千瓦時左右;“十四五”期間，可再生能源發(fā)電量增量在全社會用電量增量中的占比超過50%，風(fēng)電和太陽能發(fā)電量實現(xiàn)翻倍。
綠色能源，未來可期。正如協(xié)鑫集團董事長、全球太陽能理事會聯(lián)席主席朱共山所說：“在產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的共同努力下，光伏已經(jīng)實現(xiàn)了平價上網(wǎng)甚至低價上網(wǎng)，我們有信心在‘十四五’末期將光伏度電成本降至0.1元至0.15元，最終推動太陽能替代煤炭。”
