硅薄膜光伏发电新浪潮 -（1）正确认识硅薄膜太阳能电池
在人类探索新能源的过程中，太阳能是唯一可支持人类未来生存和发展的能源。由经济和技术发展的角度看，综合发电成本是决定技术和市场走向的重要因素。硅薄膜太阳能电池因可提供最低的每千瓦系统成本，将因其成本优势和技术特点成为未来世界光伏的主流。与此同时，硅薄膜太阳电池由于产业链短、制造成本低，制造能耗低、制造过程无污染，且效率进一步提升潜力巨大而被业界公认为是第二代光伏电池，市场预测增长空间巨大，在全球掀起一股投资热潮。然而，在硅薄膜光伏发电应用的过程中，市场上存在对硅薄膜太阳电池的四种误解，包括：1.衰减大不耐用，2.转换效率低占地大，3.转换效率低发电少，4.科技新不成熟。这些误解是因为对电池效率衰减问题认识不清、对转换效率与发电量的关系认识不清、对转换效率及电站安装量认识不清、对硅薄膜光伏发电长期可靠性认识不清造成的。这些误解以及人们对硅薄膜的优点认识不足，较大地影响着硅薄膜光伏发电的应用推广。本着一种尊重科学，实事求是的态度，我们有必要对这些问题进行阐述，并简析硅薄膜光伏发电的经济结构。 故此，转换效率在7.5％的电池在中高纬度的地区已可达到晶硅电池的安装量，转换效率在10％的电池则可超越晶硅电池的安装量. 再加上实践证明每瓦发电量在不同的地区可比晶硅多10－25％，故此，硅薄膜的转换效率虽然比晶硅低，但每公倾土地的发电量却是差不多的。故此，硅薄膜的转换效率虽然比晶硅低，但相同土地面积的电站发电量却不比晶硅低。 2）相同的光遮挡情况下，硅薄膜电池功率损失相对晶硅电池功率损失小； 因此，硅薄膜电池虽然标准测试状况下转换效率较晶硅电池低，但在使用过程中，在同样的安装情况下，单位装机容量的年发电量（千瓦时/千瓦）比晶硅电池高出10~15%,除了我们内部的实验外证明非晶硅比晶硅发电多10%之外, 国外案例也有高25%以上的。所以，转换效率≠发电量。 四、硅薄膜是成熟可靠的科技 安装案例 安装年份 安装量 1984 1MW PVUSA - 1992 290 KW Hedge PV2 (KaSip, APS) 1994 108 KW CADA (KaSip, APS) 1995 4 KW WAPA Folsom (KaSip, APS) 1995 2 KW 1998 7 KW 1998 6 KW 1998 3 KW 1999 10 KW Family Bargin Center (BP MST) 1999 12 KW Folsom 1999 6 KW IBEW (BP MST) 1999 4 KW 1999 10 KW Safetyville (KaSip) 1999 1 KW Save Max (BP MST) 1999 16 KW SPCA (BP MST) 1999 16 KW CalExpo Solarport (KaSip) 1999 250 KW Lamn Furniture Solarport (KaSip) 1999 30 KW 1999 21 KW Del Paso Church of God (BP MST) 2000 20 KW 2000 20 KW New 2000 20 KW 2000 8 KW CalSolar PV Wall (KaSip) 2000 8 KW Cal EPV Roof (KaSip) 2001 30 KW CalExpo Barns (KaSip) 2001 390 KW CSUS Parking Lot (KaSip) 2001 6 KW Rancho Seco PV5 (KaSip) 2002 700 KW 2002 41 KW 4 2002 110 KW Arden Fair Mall Solarport (KaSip) 2002 30 KW 52 Residential PVPII (KaSip) as of 6/02 104 KW 33 Residential PVPII (MST 43 Total) as of 6/02 66 KW 2003 968 KW Germany （EPV） 2004 112 KW Wiedersbach PV Power Plant - Wiedersbach ( 2005 1.5 MW Grobbardorf PV Power Plant - Grobbardorf ( 2005 & 2007 1.8 MW Funfstetten PV Power Plant – Funfstetten (Germany, Keneka) 2006 1.7 MW Valadas PV Power Plant – Arelas (Portugal, EPV) 2007 5.5 MW Germany （Kaneka） 2007 2.3 MW Germany （EPV） 2008 2.0 MW Germany （Kaneka） 2005~2008 1.8 MW Total > 15 MW 资料来源： --《Field Performance of Amorphous Silicon (a-Si) Laminate Photovoltaic Installations at SMUD and other Large Scale Deployments》，D.E. Osborn, Spectrum Energy Development Inc.，2008. --AMAT
一、电池衰减和耐用性无关,也不影响经济收益
市场上有些人认为硅薄膜的衰减会使电池不耐用, 同时使电站的实际收益和设计收益产生差距,这是错误的思想。 对于硅薄膜光伏而言，衰减分为两种，一种是产品使用初期的光致衰减，一种是和晶硅一样在25年使用寿命中的正常衰减。
光致衰减
光致衰减是因为非晶硅薄膜中存在不稳定的Si-H键，在光照情况下断裂形成Si-悬挂键，导致光生电子电洞对在此处复合，从而降低了输出功率。光致衰减只存在于硅薄膜产品使用的初期，在经历600-1000小时光照之后电池效率将趋于稳定。在硅薄膜光伏业界，光致衰减的程度大致在15~20%范围，主要取决于电池内部器件结构设计及工艺过程。比如，初始效率为9%的非晶硅薄膜电池，在经历600-1000小时光照之后，其效率经由光致衰减至9%×（1-15%）=7.65%，之后效率将趋于平稳。在产品市场，非晶硅是按照稳定后的功率去交易，所以对于终端用户而言，买得的产品在初期会得到额外的一些发电量，终端用户并不会为光致衰减导致的功率损失埋单，换句话说，在上例中，产品交易是按照7.65%来计算功率而并非9%。随着技术的进步及工艺改进，光致衰减的程度将会越来越小，这也是提升非晶硅转换效率的有效手段之一。由于电站收益的都是用衰减完的稳定效率来计算, 所以光致衰减并不影响电站的收益。 反过来说，在光致衰减过程中生产的额外电力反而为电站收益带来正面的影响。
正常衰减
在光伏产品25年使用寿命中，由于封装材料及封装工艺的局限性，光伏电池内部结构将受到外部环境的一定影响，导致其输出功率存在一定的衰减。这样的现象同时存在于市面上的所有光伏电池，单晶硅、多晶硅及其它薄膜电池都存在正常衰减。衰减的范围大致是：10年10%，25年20%。比如，初始效率为9%的非晶硅薄膜电池，10年之后的效率大致为：[9%×（1-15%）]×(1-10%)=6.885%, 25年之后的效率大致为：[9%×（1-15%）]×(1-20%)=6.12%, 不难看出，在其使用寿命之后，光伏电池并非不发电，而只是功率较之安装初期低，这个寿命只是光伏厂家对于其产品功率输出特性的一个保证，并非其“寿终正寝”。随着封装材料及封装工艺的不断改进，光伏产品的使用寿命将会进一步延长。
二、转换效率低不等于需要较大的电站面积
按照正常的逻辑，电池的转换效率越低，同等发电量所需的面积就越大。换句话说，百分之七点五转效的产品和百分之十五转效的产品相比面积要大一倍才可发等量的电力，故此，一般人认为较低转换效率的电池会需要较大的电站面积,令电站的土地成本上升,从而得出结论硅薄膜光伏电池不适合高土地成本的地区, 这个看上去十分合理的论点是不正确的。提出这种观点的人是建立在技术特点相同的同类电池这个逻辑上，对于技术特点不同的电池，这个逻辑便应用不上。我们都知道，晶硅电池对太阳的日照射角度和阴影较敏感。所以在电站设计上要把电池板一排一排的拉开成阵列去防止前一排电池的阴影投射到下一排电池上面，同时还要根据不同的纬度去设倾斜的角度，例如在内蒙古地区，电池板的水平角度便要达到39度。故此，纬度越高的地区，电池的阵列便要分得越开去防止前排电池的阴影投射到下一排电池上。因此，在中纬度地区, 一片土地上只有约一半的面积可用作安装晶硅电池板，另一半用作避阴影。在高纬度地区, 情况更差. 然而，硅薄膜电池因其技术的特点对阴影和日照角度不敏感，故此，安装的方法也不同，由实践和计算证明，硅薄膜电池的安装角度在2－10度己可满足要求，产生相当于最佳角度的发电量, 这就使土地可装电池的数量大增，几乎可将整片土地密密麻麻地铺上电池，只需留下维护走道即可。
三、转换效率低不等于发电量低
光伏电池转换效率是在标准测试状况下【特定温度（25℃）、特定光照强度（1000瓦/平方米）】光伏电池将光能转换为电能的物理表征量。然而在外界使用环境中，温度、光强等条件往往与标准测试状况不符，加之以下原因使得同等功率的硅薄膜太阳电池比晶硅电池具有更多的电力输出： 1）硅薄膜电池温度系数低，更适合在高温环境下工作；在温度较高的时候，硅薄膜能维持较高比例的功率输出，而晶硅输出功率则急剧下跌。然而，光伏组件工作的环境却往往温度较高；
3）硅薄膜电池对弱光、散射光吸收能力较晶硅电池强，因此在早晨、傍晚、阴天等阳光不充足时也能发电，而晶硅电池则不能。同样的原因也导致硅薄膜太阳电池安装使用的角度选择范围大，适合于非南立面屋顶及光伏建筑一体化BIPV使用；
资料来源：Kaneka
全球第一块硅薄膜太阳能电池于1975年面世。经过了35年的发展，单节电池的的稳定效率已达到7.5％以上，而叠层电池更可达到10％，三节电池更达到13-15%。而于1984年建成的位于美国Sacramento, California的硅薄膜太阳能电池发电站，也已有26年的历史，并仍运作正常。这充份说明硅薄膜电池技术是成熟可靠的科技。而且硅薄膜光伏组件与晶硅光伏组件一样，在进入市场前都必须达到IEC标准要求，该标准中有一测试项目就是对光伏组件进行加速老化实验，考验其长期稳定性。
然而，由于硅薄膜电池的生产依靠复杂和昴贵的装备，投资巨大。故此过去的发展一直受到制约。随着装备技术的突破和进步，设备产能不断提升，价格不断下降，终于于近年走到可产业化的交叉点，因此，跨国企业如三菱重工，夏普，杜邦，LG，Kaneka等都先后进入或计划进入硅薄膜光伏电池的行业。此外，产品的光致衰减也由过去的25－30％下降到现在的约15－20％。今天，我们已清楚地看到硅薄膜光伏电池是成熟的科技成果，制造成本不断下降，在突破了装备瓶颈后将成为未来世界新能源的重要生力军。
下表中列出了一些硅薄膜光伏电站的实际使用案例，其中1984年建成的位于美国Sacramento, California的硅薄膜太阳能电池发电站，也已有26年的历史；PVUSA及Hedge Facility电站也已经分别稳定运行了超过18年和15年时间。这些案例为硅薄膜光伏电站的长期可靠性提供了有力的历史证据。
总结：
硅薄膜光伏原料丰富，发展可持续；产业链短、制造能耗低、制造过程无污染、原料无毒害，环境很友好；效率进一步提升及成本进一步下降潜力巨大；是国外发展可再生能源，发展低碳经济的重要方向。我们应当抓住机遇，在对硅薄膜光伏发电深入、充分认识基础之上，迎头赶上全球硅薄膜光伏发电的新浪潮。
