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2020 年多晶硅-光伏行业回顾:风云变幻,兴替得失间积蓄前行力量

更新时间:2024-06-22 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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太阳内部的热核反应SI9物理好资源网(原物理ok网)

套用行业年度回顾里的成语:2020年,是多晶硅光伏行业不平凡的一年。我无意间发现,自己写这个“不平凡”已经有10年了。“不平凡”不是简单的写作习惯或者抄袭,而是短短20年,中国多晶硅光伏行业的跌宕起伏。SI9物理好资源网(原物理ok网)

在这“十三五”收官、“十四五”开启的关键时刻,站在“两个一百年”奋斗目标的交汇点上,我们回顾行业的发展历程,希望在跌宕起伏中积蓄力量,在下一阶段的征程中稳步前行。SI9物理好资源网(原物理ok网)

江苏徐州博物馆内,有一幅距今2000多年的汉代石刻《伏羲捧日》,生动地展现了4000年前先民对太阳的崇敬。自古以来,人类就崇拜太阳,它给人类带来光明和温暖。太阳被赋予了丰富的想象力,成为神话故事的核心,如后羿射日、夸父追日、太阳神阿波罗等。SI9物理好资源网(原物理ok网)

太阳源源不断地给地球输送着丰富而洁净的能源,人类利用太阳能的历史非常悠久。早在周代,中国人就能够利用凹面镜的聚焦特性,从太阳中取火——这是我国乃至世界最早利用太阳能的先例。《周礼·秋官司寇》记载“司宣师主以燧石,从太阳中取火明”;《淮南子·天文训》记载“故阳燧石见日,则燃而为火”;《论衡》记载“阳燧石见日,则燃而为火”,《随》为“阳燧石”。《古今注》中提到“阳燧石,铜质,形如镜,照之则影倒,迎之则火生”。 阳燧石即古代的太阳灶。西晋时期,有人利用凸透镜的聚焦特性,将冰磨成凸透镜来取火。但由于古代科学技术发展水平很低,在人类历史的很长一段时间里,太阳能除了用于取火外,一直处于自然利用的初级阶段,主要用于烘干物品。《植树》一书中提到,小麦要在烈日下收割太阳内部的热核反应,并拌入苍耳或麻叶碎末,以防蛀虫。在医疗方面,《黄帝内经》和《本草纲目》记载了公元前3至5世纪就已掌握的阳光疗法。 《洗冤录》中记载:“察尸骨伤,将醋浇于尸身上,露天盖上新油伞,隔伞观望,向阳处,痕迹可见。”让光线透过油伞,充分集中了有利于观察的光线,与现代医学用紫外线检查伤疤的原理相同。在军事领域,公元前3世纪,希腊科学家阿基米德用许多磨光的金属盾牌聚集阳光,烧毁了进攻西西里岛东部西拉修斯港的罗马舰队,为保卫祖国立下大功。SI9物理好资源网(原物理ok网)

这是古代利用太阳能的概述,近代以来,人类开始探索利用太阳能作为能源和动力。SI9物理好资源网(原物理ok网)

太阳内部发生着剧烈的核反应,氢聚变成氦,并不断向太空辐射出巨大的能量。太阳内部的热核反应足以持续6×1010年,相对于人类历史的有限年限,这是一个取之不尽、用之不竭的宝贵能源。地面上的太阳辐射量随时间、地理纬度、气候等因素而变化,虽然实际可利用量较低,但可利用资源量仍远远大于满足目前人类全部能源消耗和2100年后规划的能源利用量所需的量。从全球来看,美国西南部、非洲、澳洲、西藏、中国、中东等地区年辐射总量或日照总时数最多,是全球太阳能资源最丰富的地区。SI9物理好资源网(原物理ok网)

将太阳光直接转化为电能,合理开发太阳能资源,对解决能源危机、减缓气候变化有着重要影响。上世纪末,有专家估计,21世纪将是可再生能源和太阳能的世纪。“如果实施加强可再生能源的发展战略,到21世纪中叶,可再生能源可占世界电力市场的3/5、燃料市场的2/5。在世界能源结构的转变中,太阳能占有突出的地位。”美国马蒂奇博士曾在能源替代趋势研究成果中表明,太阳能在21世纪将进入快速发展阶段,2050年将达到30%的比重,仅次于核能;到21世纪末,将取代核能成为第一能源。现在看到这个“预言”,感慨良多,感触颇多。SI9物理好资源网(原物理ok网)

我国是世界上太阳能资源丰富的国家之一,全国三分之二以上的面积年日照时数在2000小时以上,年辐射量在5000兆焦耳/平方米以上。北纬36°以北地区,除东北地区北部和东部外,年平均日照时数都在2600小时以上,而锡林浩特、呼和浩特、银川、西宁、拉萨等西北内陆地区,年平均日照时数都在3000小时以上,是我国日照最多的地区,发展光伏发电条件优越。SI9物理好资源网(原物理ok网)

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我国虽然是名副其实的太阳能资源大国,但是光伏发电产业起步很晚。SI9物理好资源网(原物理ok网)

光伏产业链包括上游硅材料及硅片、中游电池片及电池组件、下游应用系统等。从全球来看,产业链上、中、下游环节涉及企业数量大幅增加,光伏市场产业链呈现金字塔结构。其中,上游多晶硅材料是信息产业和太阳能电池产业的基础原料,由石英砂加工成冶金级硅提炼而成,用于制造晶体硅基电池组件。石英砂是自然界最常见、应用最广泛的非金属矿物原料。我国石英砂矿床种类多样、储量丰富,但由于高纯石英砂制备技术被发达国家垄断及出口限制,长期以来,我国石英砂提纯及规模化开采处于十分艰难的勘探阶段。与此相对应,硅材料生产也因产业起步端的制约而难以独立自主。 而且到本世纪初,多晶硅材料的制备还因为技术和市场的制约而被“挡在门外”。产业链中游是电池片和电池组件的制备,进入门槛相对较低,规模经济效应突出。我国虽然起步较晚,但在较短时间内已拥有了较大的国际影响力。与上游相对应的是国内光伏应用市场,这一市场难以维系。近年来,我国已成为全球装机容量最大的国家,但即便如此,与庞大的产能相比,应用环节的健康发展仍有很长的路要走。SI9物理好资源网(原物理ok网)

过去20年,与计划经济时期得到国家大力扶持,甚至有外国专家指导的其他产业不同,中国的多晶硅光伏产业在成长的道路上太阳内部的热核反应,缺少了学习和青春的温柔过渡,而是经历了人生的风风雨雨。SI9物理好资源网(原物理ok网)

从无人问津的冷门行业,到资本竞争的温床,从政策荒芜的偏僻角落,到“强力”扶持的朝阳产业,从不计后果的“疯狂试错”到苦苦挣扎求生,从被动无奈的对外依赖,到自主研发……20年“引人瞩目”的经历,中国多晶硅-光伏产业给人以“横空出世”之感,但从发展历程中不难发现,其在国防科技、资源能源工业发展的“潜台词”中始终具有重要影响力。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1.起源:光伏诞生(19世纪至1960年代)SI9物理好资源网(原物理ok网)

1839年,法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。1883年,利用镀在薄薄一层金上的硒,制成了发电装置——太阳能电池。这一研发耗时近半个世纪,但效率仅为1%,而这微不足道的1%却造就了今天光伏产业的发展。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1. 光伏简介SI9物理好资源网(原物理ok网)

现代人类利用太阳能的历史可以追溯到400年前,1615年和1878年,法国先后诞生了太阳能水泵和太阳能打印机。据了解,目前已知最早关于光伏现象的发现资料记载于1839年,当时的亚历山大·贝克勒尔将金属电极置于电解液中进行研究,发现当某种物质进入介质中,在光照下会产生微小电流,这就是所谓的光生伏特效应。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1873年,英国工程师史密斯在水中测试电报电缆材料时发现了硒的光电导性。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1877年,WG亚当斯和RE戴伊在固态硒上观察到了光电效应,发表了一篇有关硒电池的论文,题为《光对硒行为的影响》,该论文发表在《皇家学会学报》A25,113上。SI9物理好资源网(原物理ok网)

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1882年,托马斯·爱迪生的电力实验成功,建成了世界上第一座发电厂,拉开了电力工业发展的序幕。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1883年,查尔斯·弗里茨开发出太阳能电池,利用镀在薄薄一层金上的硒,制成发电装置,效率不足1%。后来人们把能产生光电效应的装置称为光伏装置。弗里茨虽然希望太阳能电池能与爱迪生的火力发电厂相抗衡,但转换效率太低,缺乏实用性。同年还制造了一辆太阳能摩托车,据说能带动1.6马力的往复式发动机,但这些发电装置都是集中收集阳光,发动机功率小,成本高,实用价值不大。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1887年,“电磁波之父”海因里希·赫兹研究紫外光的光电导性,发现了光电效应。次年,世界上第一个太阳能电池专利获得批准。这几年,世界上第一个基于外光电效应的太阳能电池问世,相关专利也接踵而至。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1904年,德国物理学家霍尔瓦克斯发现铜与氧化亚铜结合具有光敏特性,制成了半导体太阳能电池。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1905年,爱因斯坦将论文《关于光的产生和变换的推测》邮寄给了当时国际物理学界最负盛名的期刊德国的《物理学年鉴》。16年后,爱因斯坦凭借此获得了诺贝尔物理学奖。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1916年,一个偶然的机会,波兰科学家扬·柴可夫斯基不小心把本来应该插在墨水瓶里的钢笔放进了熔锡的坩埚里。当他意识到错误,赶紧把钢笔拔出来时,发现笔尖上挂着一根细锡丝。于是,他把笔尖换成毛细管,重新练习拉制法。经过研究,证实用这种方法拉出来的单晶金属,直径为1毫米,长度可达150厘米。1918年,他对这项发明进行了分析总结,并公开发表。这种生长单晶金属的方法日益普及,成为提纯锡、铅、锌等金属的重要方法。SI9物理好资源网(原物理ok网)

第一次世界大战的孕育和发动,给光伏产业带来了很大冲击,但也让人们看到了以石油为代表的能源作为现代军事、工业、经济和社会的血液的重要作用。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1932年,奥德博尔特和斯托勒发现了硒化镉的光电效应,硒化镉是至今仍在使用的光电材料。SI9物理好资源网(原物理ok网)

1935年和1946年,安东·H·拉姆(Anton H. Lamm)和拉塞尔·奥尔( Orr)先后获得“光电器件”和“光敏器件”的专利。SI9物理好资源网(原物理ok网)

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