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光伏玻璃行业分析

国际太阳能光伏网  来源:延安玻璃行业  日期:2017-09-29
  1. 光伏玻璃分类与技术
 
  光伏玻璃是指用于在太阳能光伏电池组件上的玻璃,是电池组件的正面,构成组件的最外层,所以光伏玻璃既要保证足够高的透光率,又要坚固且具有较长寿命,起到长期保护电池的作用。
 
  目前光伏电池主要有晶硅电池和薄膜电池两种,因它们对表面玻璃盖板的要求不同,所以光伏玻璃也主要分为两种,一种是用于晶硅电池的超白压延玻璃,主要起保护电池硅板的作用,另一种是用于薄膜电池的TCO玻璃,除了起保护作用外,玻璃表面的TCO导电膜还要作为电池前电极来收集电流。
 
  超白压延玻璃是一种超透明低铁玻璃,在光伏领域中主要用于晶硅电池的盖板,具有高太阳能透过比、低吸收比、低反射比和高强度等特点,可以保证光伏电池较高的光电转换效率,同时因其耐紫外辐射、耐碱、抗老化等性能优越,以及材料本身的高强度,可以对电池硅晶板进行长久的保护。在制作工艺过程中,为了保证玻璃的高太阳能透过率,玻璃含铁量一般要控制在0.015%-0.02%左右,同时要通过压花辊在玻璃表面压制特种花纹以减少光的反射损失,所以超白压延玻璃又叫做超白绒面玻璃。
 
 
  目前由于晶硅电池的平均光电转换效率为14.6%,较薄膜电池的平均转换效率5.6%高出不少,所以晶硅电池是市场的主流选择。根据Solarbuzz的2010年度光伏市场报告显示,2010年晶硅电池占全球太阳能电池总产量的86.5%。超白压延玻璃用作晶硅电池的盖板,占整个电池成本的10%左右。因此超白压延玻璃市场前景非常好。TCO玻璃是指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜(Transparent Conductive Oxide)而形成的组件。对于薄膜太阳能电池来说,由于中间半导体层几乎没有横向导电性能,因此必须使用TCO玻璃作为正极收集电池的电流,同时要求TCO薄膜具有高透和减反射的功能让大部分光进入吸收层。
 
  TCO玻璃一般以超白浮法玻璃作为基板,所以玻璃的生产工艺主要在超白浮法玻璃的生产、TCO镀膜这两个方面。超白浮法玻璃同超白压延玻璃一样,也是通过严格控制材料中铁离子的含量来实现其优秀的光学性能,区别在于成型方式采用浮法玻璃的制作方法,适合将来进行镀膜等一系列深加工操作。
 
  制作TCO玻璃另一个核心工艺在于镀膜,根据镀膜材料的不同主要有三种与光伏电池的性能要求相匹配的TCO玻璃。
 
 
  第一种是氧化铟锡镀膜玻璃(ITO),这种玻璃曾在初期用于光伏电池,但由于其光散射和激光刻蚀等性能较差,且材料本身非常稀有珍贵,目前已经逐渐退出光伏玻璃领域。
 
  第二种是目前应用较为广泛的氟氧化锡镀膜玻璃(FTO),这种玻璃初期主要用于节能建筑用Low-E玻璃,其导电性能略差,但相对于ITO成本较低,激光刻蚀容易,光学性能优异等优点,通过对普通Low-E玻璃进行技术升级改造,制造出了适合薄膜太阳能电池的TCO玻璃,目前已经成为薄膜光伏电池的应用主流。
 
  第三种是目前研究较为广泛的氧化锌基镀膜玻璃,目前主要分有铝掺杂(AZO)和硼掺杂(BZO)两种,后者因为专利保护原因无法得到普遍应用,前者则已经开始逐渐应用。这种TCO玻璃的突出优势是原料易得,制造成本低廉,无毒,易于实现掺杂,且在等离子体中稳定性好。但是由于工业化生产技术遇到问题较大,所以目前还不能大规模生产而取代FTO。
 
 
  对于后两种(FTO和AZO)TCO玻璃的镀膜工艺,非别采用了化学气相沉积法(CVD)和磁控溅射法(PVD)。CVD法制备FTO目前已经得到成功量产,主要代表厂商为日本旭硝子AGC。该方法可以生产大尺寸的玻璃,膜层稳定性最好,耐酸碱性能突出,易于存储运输,但透光性能和导电性能相对较差。PVD法制备AZO 玻璃的研究发展迅速,由于其原材料易得,制造成本较低,易于实现掺杂,稳定性好,目前有许多企业和研究部门正在这个方向上努力研究,预计未来将会成为TCO玻璃中重要的品种。然而,目前主要的问题是工业化大面积镀膜的技术问题,由于膜层厚度较大,边缘效应问题突出。
 
 
  从技术上看,目前世界上只有少数玻璃企业掌握薄膜电池用TCO玻璃的工业化量产技术。而TCO玻璃用作薄膜光伏电池的基板与前电极,占整个电池成本的20%左右,氧化物镀膜占整个TCO玻璃成本的70%以上,是TCO玻璃的关键技术,因此国内很多厂商和研究机构也在进行技术攻克,争取早日实现产业化。
 
  从行业风险角度来看,超白压延玻璃和TCO玻璃都存在材料替代的风险。对于前者,其应用在晶硅电池保护外壳上面,目前可用材料除了玻璃以外,一些厂商也采用透明Tedlar、PMMA(有机玻璃)、PC(聚碳酸酯)等材料,不过目前这些材料的某些性能较差,还无法替代玻璃材料,例如PMMA板和PC板透光性好、质轻,但是耐温性、耐磨性差,目前只能用于室内电池组件。但是不能排除将来技术的进步使这些材料能够完全替代玻璃。
 
  对于TCO玻璃,由于其涉及到的材料种类更多,材料替代风险会很大,尤其是在镀膜材料和工艺的选择上,目前就已经存在两大阵营,哪种方案能够胜出决定于将来技术的进步。
 
  2. 光伏产业市场分析
 
  作为光伏产业中重要的一环,光伏玻璃产业的发展离不开光伏电池产业的发展,所以先对整个光伏电池产业的市场进行分析。
 
  根据Solarbuzz的年度光伏市场报告,2010年全球太阳能光伏市场装机容量达到18.2GW,比2009年增长139%。市场规模排名前五位的国家是德国、意大利、捷克、日本和美国,占全球需求的80%。2010年欧洲市场占世界总需求的81%,达14.7GW。我国2010年全年光伏发电总装机量为500MW左右,比上一年增长250%,占全球市场总份额的3%,目前装机量所占全球份额还非常小。
 
 
  产量方面,根据Solarbuzz统计报告,2010年全球太阳能电池产量达20.5GW,比2009年增长108%,其中薄膜电池的产量占13.5%。中国大陆和台湾的生产商占全球电池产量的59%,在Solarbuzz评出的十大太阳能电池生产商中,其中有四家来自中国大陆,三家来自台湾,国内生产能力不容小窥。目前我国光伏电池90%以上是出口海外,市场主要为欧洲,因此我国光伏产业的发展在绝大程度上依赖于国外尤其是欧洲各国光伏产业的发展。
 
  政策的影响—短期内稳住欧洲市场
 
  光伏产业是一个高度政策敏感性产业,欧洲市场在全球独霸地位正是由于欧洲实施的上网电价补贴政策。近年来欧洲各国出台了一系列调整补贴政策,目的是为了规范光伏产业,使光伏发电向更合理的方向发展,然而这些调整政策让欧洲光伏市场的前途变得扑朔迷离。
 
  当上网电价补贴政策水平偏高的时候,丰厚的回报水平往往导致对光伏产业的过热投资。西班牙和捷克两个国家光伏产业的悲剧正是因此而起。2007及2008上半年,西班牙政府推出了与传统电价几乎等价的鼓励政策,在这样优厚的政策刺激下,2008年西班牙光伏电池的安装量达到2660MW,同比增长285%,占当年全球安装量的47%,全球第一,然而2009年初西班牙的政策发生了改变,国家补贴的上限为500MW,市场骤然缩小。同样的事情也发生在捷克,受国家上网电价补贴政策的影响,2010年全国光伏电池安装量达到1400MW,同比增长超过200%,然而2010年底捷克政府提出了对国内光伏电站投资的惩罚方案:免税政策全部终止,追溯性的征收免去的税务;所有光伏电站销账计划的改变(追溯性); 2011年1月份开始终止所有离网和并网电站(30Kw以上);对光伏用地征收原来500%的使用费用;对光伏电站销售电力的所得征收26%的“太阳能税”。这些政策可以说是宣布了捷克光伏市场的死刑。
 
  作为目前全球光伏市场的龙头—德国也在实行一系列的降低光伏补贴政策,但采取逐步降低补贴的策略,调整相对更加灵活和合理,不会出现像西班牙那样的市场瞬间萎缩情况。根据权威机构iSuppli预测,2011年德国仍将是全球最大的光伏市场,估计安装量达9.4GW。
 
  意大利的光伏市场是目前全球第二大市场,主要得益于丰厚的补贴政策,2010年全年装机量以超过300%的增速达到3800MW,EPIA等机构认为意大利市场存在严重过热现象,因而意大利国家电力局4月初起草了一系列政策法案,主要是针对国内光伏市场过热现象采取一系列减少上网电价补贴和限制市场总量的措施,法案将于6月起实施。对于该政策的出台,市场普遍表示好于预期,补贴下调幅度也在预期之下,预计2011年总安装量应该能实现之前iSuppli预测的4.2GW。
 
  总之,欧洲光伏市场在一段时间内仍将处于独霸地位,欧洲以外市场虽然增长速度好于预期,但是市场容量基数太小,短时间能难以有大的发展。因此目前维持光伏产业稳定发展的关键因素就是要保证欧洲市场的稳定需求。
 
  发展的机遇--美国和中国市场的崛起
 
  根据iSuppli最新报告显示2011年全球光伏市场安装量仍可实现39.3%增幅,达到22.2GW,主要受益欧洲以外市场的强劲需求。预计2011年美国市场总量将在全球排名第三,安装量预计为2.1GW。而中国得益于国内强大的产能和政府的大力支持,也将实现跨越式发展,预计2011年安装规模在1GW以上。
 
  作为GDP最高的两个国家,中美两国的光伏市场潜力一直受到全球光伏产业界得期待。目前两国光伏市场都比较小,与其“大国”地位不符,各国政府也都在制定相应的政策来促进光伏产业的发展。
 
  2010年11月份以来,美国政府制定的政策主要有:(1)联邦政府对包括太阳能、风电在内的30%投资补贴包含在减税法案里面延长一年;(2)加州地区决定对1.5-20MW 的中等规模光伏项目实施招标电价补贴,计划先做1GW 的试点,之后再考虑进行推广;(3)“太阳能发展区域”计划选择中西部多个区域来计划做大型电站项目;(4)奥巴马2012 年预算案对可再生能源的预算提高30%;(5)加州将2020 年可再生能源配额目标提高到33%。 中国在此期间提出的政策有:目前国内补贴方式包括建设部的光电建筑项目(每省 10MW);财政部的金太阳示范工程;光伏电站特许权招标。受日本核泄漏事件影响,普遍认为十二五光伏发展目标对上网电价补贴政策可能提前出台。
 
  中美两国不断出台利好产业发展政策,为这两个大国发展光伏产业提供了强劲的动力,我们有理由认为,在欧洲市场需求不稳定下滑的过程中,美国和中国市场的强劲增长会是全球光伏产业发展的后续动力。
 
  技术发展的必然—电池成本下降
 
  近年来,在生产规模化和技术进步的带动下,光伏发电成本已大幅下降,平均每年降幅在10%以上,一个重要原因是多晶硅的价格从200多美元/千克的天价降至50多美元/千克的水平。Solarbuzz认为未来五年光伏组件的出厂价格将会较2010年水平再下降37%-50%幅度,这样使用电成本达到0.1美元/千瓦时以内,也使得太阳能也具备一定的经济性,从而光伏产业可以早日脱离政府补贴的束缚。
 
  中投顾问认为,对于中国来说,光伏组件市场在国内启动不久,后续发展潜力很大,但随着产能释放和政策变动,未来5年光伏市场的多晶硅及其下游的光伏组件均会出现价格大幅下降。主要原因包括三方面:第一,欧洲光伏市场占据全球市场份额的81%,随着欧洲各国纷纷削减光伏发电补贴,预计未来一段时间欧洲的光伏市场需求会大幅下降,这将直接拖累全球光伏组件需求,导致光伏组件价格下跌。第二,去年受全球经济复苏,光伏发电需求大增以及欧洲削减光伏补贴前的冲刺效应等影响,全球光伏产业进入黄金发展的一年。大规模发展的同时潜伏着产能过剩的隐忧,随着今年产能的不断释放,预计光伏组件将会呈现供大于求的局面,价格也将随之下降。第三,光伏组件中最重要的原材料———多晶硅的价格预计将会不断下降,去年以来多晶硅价格的节节走高催生了大量企业扩大多晶硅生产规模,预计今年多晶硅的产能将会逐步释放,供给增加将会导致其价格下降,“疯狂的多晶硅”将会无法再现,其下游的光伏组件价格也将因多晶硅价格走低而不断下降。
 
  我们期待光伏产业实现无补贴那一天的早日到来,那时才是光伏产业真正成熟与繁荣的时代。
 
  3. 光伏玻璃行业分析
 
  我国是光伏电池组件生产大国,近几年产量大幅上升,占全球总产量份额一直保持增长,2010年年产量占全球总产量的50%以上,全年总产量达到8GW,预计2011年产能达到11GW,到2014年将可达到17GW。
 
  面对如此庞大的光伏市场,作为光伏电池的重要组件,光伏玻璃的国内市场需求巨大,这也为像玻璃这种对运输要求较高的原材料提供了得天独厚的市场地理优势。根据光伏电池的分类,将光伏电池市场组成按照80%的晶硅电池和20%的薄膜电池来分割(根据Solarbuzz公布的近两年产量比例数据及发展趋势估算),分别测算超白压延玻璃和TCO玻璃的市场供需情况。
 
  超白压延玻璃的市场与产能情况
 
  根据iSuppli的预测,2011年国内晶硅电池国内产量预计达到11GW,按照平均每100W电池组件使用1平米的超白压延玻璃计算,2011年国内的超白压延玻璃需求量为1.1亿平米,到2014年将超过1.4亿平米。
 
  在产能方面,近年来,我国进行超白压延玻璃生产企业日益增多,尤其是2010年国外光伏产业高速发展,使得国内超白压延玻璃价格上扬,国内企业在高利润的刺激下纷纷扩大产能,以满足国内外晶硅太阳能电池制造企业的需求。技术方面国内较成熟的厂家有十几家,主要的厂商包括信义、南玻、中航三鑫、浙江福莱特等。目前全国日熔量估计已经超过6000吨,并且扩张还在继续。从下表统计来看,2010年前几大玻璃企业新增产能日熔量就已达1500吨,2011年预计新增投产的产能日熔量将超过3000吨。
 
  不仅如此,国内其他相关行业企业也纷纷来加入进来,且其中不乏大手笔的投资。2010年11月,在湖南省衡阳市中建材总投资50亿元建设两个新能源产业基地项目落实,一是要在松木工业园区内建设新能源产业基地项目,包括日产250—300吨超白压延太阳能玻璃及深加工生产线,日产700吨超白压延太阳能玻璃及深加工生产线,日产700吨超白浮法太阳能玻璃及深加工生产线,100万平方米TCO导电膜玻璃生产线,二是分别在常宁市塔山乡、衡东县甘溪镇建设优质硅材料开采及加工基地,一期工程投资4—5亿,于2010年底前动工建设一条生产线,建设周期12个月。2010年12月,中俊新能源有限公司总投资52亿元的中俊超白光伏玻璃项目一期工程在安徽巢湖开工,一期工程建成后产能就已达日熔量1000吨,项目全部投产后预计日产光伏玻璃6000吨,年产值将达150亿元。
 
  以2010年底和2011年初新投入生产的几条大的超白压延玻璃生产线作为新增产能进行估算,2011年预计全年比2010年新增产能平均日容量为2350吨,转换成增加超白压延玻璃年产量为5800万平米,可满足5.8GW的装机量。而按照iSuppli的预测2011年全球光伏市场仍将保持39%的增长速度,那么新增市场装机量约为6GW左右,与我国新增超白压延玻璃产量满足的装机量接近,预计2011年我国超白压延玻璃供货压力不大。但从长远来看,我国2011年以及以后新增超白压延玻璃生产线呈爆发式增长,多家超白压延玻璃生产厂商产能增倍,而按照iSuppli预测2012年全球光伏市场会出现负增长,这势必导致2012年后我国超白压延玻璃产能过剩问题,随之而可能会导致一些中小企业倒闭。2012年后全球光伏市场如果出现好转,则可能缓解光伏产业过剩,且适度的产能过剩会压低光伏发电成本,对提前使光伏产业摆脱政府政策的束缚是有利的,因此国内光伏产业的相关企业对于暂时可能的产能过剩也不必太过悲观,要理智地看待和分析国内外市场的变化,审时度势,保持优势,谨慎投资,方能避免不必要的损失,保持企业健康的发展。
 
  TCO玻璃的市场与产能情况 按照iSuppli预测,2011年全球薄膜电池安装量预计为4.4GW以上,以每100W薄膜电池对应1.5平米的TCO玻璃计算,2011年全球薄膜电池需要TCO玻璃为6600万平米。
 
  在TCO玻璃技术领域,关键的工业化镀膜技术一直掌握在国外产家手中,比如日本旭硝子、板硝子、PPG等。虽然我国已有TCO镀膜技术的专利申请,但实现产业化的技术仍来源于国外。因而市场被国外产商垄断,买方议价空间小,导致TCO玻璃价格与利润高企。从生产设备上看,目前TCO镀膜设备的供应也掌握在美国欧瑞康、德国Leybold-Optics等外资企业中,且设备成本高昂。
 
  由于TCO玻璃在薄膜电池组件成本中占有很大比重(20%左右),国内部分厂商积极进入TCO玻璃生产领域,但由于技术难度较高,效果仍难令人满意。已有产家中,南玻46万平米的TCO生产线已实现量产,据该公司年报称公司最近将募集资金用于扩产400万平米TCO玻璃,预计将于2013年底投产。信义玻璃据称2009年底有68万平米的生产线投产,设备是从德国引进的两条生产线,但产品生产仍未成功,一是激光划线的问题,二是膜质不均匀,再就是电池工艺需要与之相匹配的问题;中航三鑫海南二号线TCO线2011年第一季度刚投产,效果有待跟踪;而秀强玻璃的AZO产品目前处于试生产阶段,产能设计为年产30万平米。国内还有不少厂家有意投资,北玻与新奥合作开发的此类PVD磁控溅射镀膜及稀盐酸腐蚀texture技术正在试应用中,另外国内很多公司及科研院所都在持续研发AZO技术。
 
  总之,在TCO玻璃市场领域里我国还没有大规模的TCO玻璃产品生产,但对于TCO玻璃使用的基底玻璃—超白浮法玻璃,我国各大厂商纷纷布局,通过与国外厂商合作解决技术问题,逐渐扩大产能以占领市场,虽然国内对光伏电池用超白浮法玻璃的需求很小,但是光伏电池产业的蓬勃发展带来的海外需求巨大。
 
  BIPV(光伏建筑一体化)是将传统建筑结构外表面与太阳能光伏电池相结合的一种新型应用,简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的维护结构外表面来提供电力。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间,是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式,因而倍受关注。
 
  光伏电池可与建筑外墙面、屋顶、遮阳、围栏等结合形成光伏发电系统,其中与外墙和屋顶结合是主要应用。在BIPV上应用的光伏电池由前后两片玻璃和中间的太阳能电池板组成,两片玻璃需要较高强度,所以需要进行钢化,对于向光的一面玻璃需要是超白玻璃。由于BIPV光伏电池的电池片可以是传统晶硅电池,也可以是薄膜电池,因此对超白玻璃种类的需求是根据电池片决定的。
 
  BIPV光伏电池的市场需求潜力可以从下面几个方面来体现:首先,我国具有规模庞大的使用BIPV光伏电池的建筑。我国现有大约400亿平米的建筑面积,屋顶面积40亿平米,加上南立面,可利用面积大约为50亿平米。如果20%用来安装光伏电池,可以装100GW,相应的对光伏玻璃的需求为10亿平米。其次,BIPV符合未来建筑理念。现代建筑的一个最大特点是楼宇的智能化,而未来实现智能化的建筑物必定要配装BIPV系统,同时这也是对智能楼宇内容的一个重要补充。产业政策方面,2010年9月份由全国建筑用玻璃标准化技术委员会太阳能光伏中空玻璃分技术委员会组织的建设部行业标准《太阳能光伏玻璃幕墙电气设计规范》标准编制启动会在深圳召开,旨在尽快出台相应的国家标准以规范BIPV市场及应用领域。
 
  目前BIPV在国内外都处于推广阶段,均没有实现规模化的应用,在国内的众多示范工程为BIPV的推广扫清了道路,全国各大城市火车站、世博会中国馆、首都博物馆等BIPV项目的成功应用,对今后建设BIPV项目提供了有益的参考。
 
  由此看来,BIPV是未来光伏应用中最重要的领域之一,市场潜力巨大,对光伏玻璃的需求也是非常巨大的。

  4.总结
 
  光伏玻璃是一个依赖于光伏发电产业的行业,从近期来看,光伏产业目前走势扑朔迷离,欧洲政策充满不确定性,美国、中国等市场没有发展起来,再加上对我国玻璃生产企业来说技术仍旧是个问题,所以这是一个充满了挑战和风险的行业,对企业来说,需要保持理智的思维,对国内外市场进行准确的判断,从而进行谨慎的投资,这才是如今在光伏玻璃行业生存的王道。从长远来看,大力发展光伏发电产业是人类历史进程的必然,在全球范围内必定会有更大的发展,对光伏玻璃也会有越来越多的需求,这无疑是一个充满机遇的行业。
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