光伏發電能量回收期

和火電廠用煤發電不同,光伏發電利用半導體界面的光生伏特效應,將太陽能直接轉變為電能。雖然多晶硅在生產過程中需要耗能,但作為太陽能光伏發電的核心材料,卻能產生更多能源,所以以能量回報率或能源再生比來看,多晶硅和一般工業品有很大差異。

光伏發電從硅石冶煉開始,經過工業硅、多晶硅、鑄錠拉晶切片、電池片制造、光伏組件生產到光伏系統安裝完畢,全產業鏈的總能耗為1.60千瓦時/瓦。

各環節具體用電量為:1“硅砂——冶金硅”的能耗:13千瓦時/千克;2“冶金硅 ——多晶硅”的能耗:120千瓦時/千克,蒸汽消耗50千克/千克—硅;每生產1千克高純多晶硅消耗1.35千克冶金硅;3“多晶硅——多晶硅片”的能耗 30千瓦時/千克;1千克硅錠/硅棒需要1.1千克高純多晶硅,1千克硅棒或硅錠可以切46片156×156毫米硅片,每片平均制造4.2瓦太陽電池;4 “多晶硅片——多晶硅光伏電池”的能耗 0.2千瓦時/瓦,制造每瓦太陽電池需要的高純多晶硅5.7克/瓦;5“光伏電池——光伏組件”的能耗0.15千瓦時/瓦,6“光伏組件——光伏系統”的能耗 0.25千瓦時/瓦。

以上系數計算,全部能量消耗結果為:1.55千瓦時/瓦,太陽電池組件產率=97%即封裝成品率,全部能量消耗:1.55 /0.97 = 1.60千瓦時/瓦。

國家發改委2013年2月《關于完善光伏發電價格政策通知》征求意見稿的地區分類,計算有代表意義地區的發電量和能量回收期:

二類地區:1瓦電池安裝在西北部地區,年均有效發電小時數1400-2100小時,按年當量小時數1500小時計算,年均發電量1.5千瓦時;按照壽命25年計算,總發電量37.5千瓦時,能源再生比37.5/1.6=23.4,即耗1 度電可再生23.4度電;能量回收期為1.07年=耗電/年產電。

經計算,各類不同地區光伏發電的能量回收期不同,晶硅太陽能電池的能量回收期介于1.07—1.6年之間,平均能量回收期為1.3年。可以預見,隨行業技術進步,各個環節能耗仍將下降,光伏發電能量回收期將縮短至1年以內。

目前,國內生產的晶硅太陽能組件的使用壽命為25年,在生產太陽能組件能耗回收后,幾乎不用再消耗能源即可發電,整個壽命期內沒有任何污染物排放。事實上,即使25年之后,太陽能組件的發電效率大約相當于25年之前的80%,仍可使用很長一段時間,已有晶硅太陽能使用超過30年的案例。

標煤消耗比較

分析數據得知:2012年全國6000千萬以上火電機組平均供電標準煤耗平均為324克標準煤/千瓦時。光伏發電從硅石到系統的總能耗為1.60千瓦時/瓦,全部能耗折標煤為518.4克標準煤/Wp。晶硅太陽能電池壽命25年,基本免維護,壽命期內按年有效發電時間1500小時計算平均發電量=37.5千瓦時,折標煤為13.82克標準煤/千瓦時,僅為煤電消耗的4%,盡管發電密度低,但確屬優質能源。

全行業能量平衡分析 據統計,按2012年國內產多晶硅6.4萬噸、每千克多晶硅耗電120千瓦時計算,多晶硅生產總電耗為76.8億千瓦時,僅占全國2012年總用電量49591億千瓦時的0.1548%,微不足道,“高能耗”名不副實。

6.4萬噸多晶硅可制造10.83吉瓦太陽能電池,二類地區每年發電量162.5億千瓦小時,一年發電量的48%足以償還多晶硅電能消耗。隨著多晶硅技術提升導致能耗下降由120千瓦時/千克降低到100千瓦時/千克以下、光伏電池效率繼續提高17.5—22%、基片繼續減薄等技術發展,晶體硅光伏發電系統的能量再生比有可能更高。按測算結果,完全可以利用光伏發電來生產多晶硅等光伏產品,實現良性的、可永續發展的太陽能產業。