《2007年中国太阳能电池产业深度研究报告》)3.4太阳能硅片的发展现状和前景3.4.1我国太阳能硅片的发展现状根据《2007年中国太阳能硅片硅锭产业链研究报告》的数据,2006年中国太阳能硅片的出货量为399.4兆瓦,比2005年的143.9兆瓦递增177.6%,预计2007年出货量将达到927.6兆瓦,比2006年强势递增132.2%。而且由于原材料的涨价和硅片缺货导致硅片的价格从2005年的2.15美元/瓦递增到2006年的2.25美元/瓦,2007年上半年价格已经涨到2.38美元/瓦。但由于太阳能电池或者组件的价格将持续下跌,导致硅片的价格也会有一定的下降。不过可以预见的供需缺口及需求的强势递增,使硅片的降幅不会很大,也不排除有上涨的空间。
国内不断有新的硅片企业产生,而且目前的硅片企业也在大势采购新设备扩充产能产量,尽管产能的递增容易,但由于硅料的瓶颈短时间内无法解决,因此产量的递增并没有产能递增迅速,2006年多晶硅太阳能硅片的出货量约110兆瓦,而太阳能单晶硅片的出货量280兆瓦多,明显多于多晶硅硅片的出货量。出现这种情况的原因主要是国内从事单晶硅硅片的企业远多于多晶硅硅片,而且单晶硅拉晶炉国产设备成熟,容易上线生产,而多晶硅铸锭炉必须进口,价格昂贵。
3.4.2我国太阳能硅片的发展前景尽管太阳能硅片的出货量递增迅速,但没有太阳能电池产量产能递增的速度快,因此硅片依然处于缺货状态。2005年的供需缺口约16兆瓦,而到2006年缺口扩大至140兆瓦,2007年缺口扩大至180兆瓦,根据《2007年中国太阳能硅片硅锭产业链研究报告》的预测,2008年及未来的时间内缺口依然存在。
根据《2007年中国太阳能硅片硅锭产业链研究报告》的预测,2012年多晶硅硅片的产量多于单晶硅硅片的量,一个重要方面是由于需求端的推动,多晶硅的价格便宜及性能满足要求。 3.5产品目标市场及竞争力分析3.5.1产品目标市场目前我国的光伏发电发展的主要方向是我国的农村、边远地区的生活工业用电、通讯、民用商品等,而光电幕墙在我国的应用还只是一个起步。本项目采用国际先进的设备和技术,项目投产后可形成年产16000万片多晶硅片的生产能力。主要为本公司配套用,公司目前硅片实际需求约1.56亿片/年,同时新的扩产计划正在酝酿中。3.5.2硅片生产竞争情况
1、国外硅片生产情况世界上目前有日本、挪威SCANWAFER、德国DEUTSCHE SOLAR、英国/德国PV Silicon、美国BP 等实力雄厚的硅片生产厂商,其生产量占据世界硅片生产90%以上的市场份额。
2、国内硅片生产情况近几年间我国太阳能发电相关产业发展迅猛,也涌现出一批优秀的公司。主要企业如LDK、扬州顺大和常州天合等。
◆江西赛维江西赛维LDK 太阳能高科技有限公司是目前亚洲规模较大的太阳能多晶硅片生产企业,位于江西省新余市经济开发区,专注于太阳能多晶硅铸锭及多晶硅片研发、生产、销售为一体的高新技术光伏企业,拥有先进的生产技术和设备。
2006年4月份投产,7月份产能达100兆瓦, 10月份产能达到200兆瓦。
◆常州天合常州天合位于江苏常州电子产业园,在美国纽约证券交易所上市。公司业务涉及单晶、硅片、组件和系统安装,实现了光伏产业链的垂直一体化整合。第四章 工艺技术与设备4.1硅片生产工艺技术方案4.1.1工艺技术的选择当前中国多晶硅太阳电池铸锭切片技术全都靠引进,要进一步降低成本、提高质量和产量,只有靠消化、吸收和再创新。本项目通过引进国外先进技术,在原有生产经验的基础上,组织科技团队确保项目全面达产和稳定生产,确保扩建项目生产效率。而特别强调在消化吸收的基础上进行再创新,而且要靠再创新来提高产品的质量和产量,以加速投资回收资产的增值和利税的上升。
引进国外先进技术本项目采用引进国外先进的关键技术及装备,引进国外先进技术:引进日本的线切割机;引进日本的砂浆回收系统,砂浆回收系统用于将多线切片机形成的切粉从砂浆中有效分离,然后增添少量的碳化硅、分散剂进行砂浆再生,有效的利用了生产中产生的废料,
并且减少了污水排放。以上装备和技术属于世界先进水平,使硅棒和硅片的利用率大大提高,而且可以降低硅片损伤层,并使产品技术达到国际先进水平,位于国内同行技术前列。
从国内获得的技术依托国内产学研联合平台,对国外先进技术进行消化、吸收、再创新。本项目引进的技术均与国外相关公司达成了技术引进意见,目前,国外公司已派工程师到现场作为技术顾问。公司已经与浙江大学硅科技国家重点实验室技术合作达成了协议,无知识产权纠纷。
4.1.2总体生产工艺流程多晶硅片是通过在铸锭炉中熔化多晶硅,经过定向凝固形成多晶硅铸锭,再用线切割机切割后,制成多晶硅片。多晶硅从硅料到硅片的生产工艺主要包括铸锭及切片二个主要工艺流程。厂内将配比较齐全的质量控制及检测分析手段,以确保产品质量和大规模生产的安全。 1、多晶硅铸锭生产工艺多晶硅锭生产以多晶硅为原料,经铸锭炉先熔化后定向固化,即为多晶硅锭。
①选料:多晶硅锭采用原料为外购多晶硅和多晶硅片生产中产生的废料(边角料和不合格品),硅含量≥99.9999%。选料作用根据电阻率对原料进行分类,便于控制熔铸多晶硅锭在适宜的电阻率范围内,为手工作业。
②化学腐蚀:作用去除多晶硅原料表面氧化层、损伤层及微量杂质,采用酸液腐蚀法。根据建设单位提供资料,约50%的多晶硅原料需化学腐蚀。
③三级逆流水洗:化学腐蚀后硅原料采用软水三级逆流清洗法,去除硅原料表面少量残留酸液。软水由本厂软水装置提供,软水用量为20t/h。该工序有酸性废水(W1)产生。
④烘干:作用去除水洗后洁净多晶硅原料表面残留水分。烘干在电加热烘箱中进行,加热温度为120℃左右,烘干时间为3小时,每次烘干量约500kg。 烘干过程中有水汽(G2)产生,直接通至车间外无组织排放。
⑤投料:将不同电阻率的洁净硅原料(包括外购硅原料和多晶硅片生产中产生的废料)按工艺要求投入长方体石英陶瓷坩埚中,每次投料重量约500kg。
本项目生产的多晶硅锭电阻率在1.5Ω 左右,因此不同电阻率硅原料投料重量需根据电阻率计算结果进行配比。为便于控制多晶硅锭电阻率,投料时需加入适量低电阻率的硼硅。
⑥熔铸:作用为获得正方形多晶硅锭。熔铸分装炉、熔化、结晶、退火、冷却等工艺环节,均在熔铸炉中进行。
按正常工艺,一炉熔铸时间约62个小时,在熔铸整个过程中部分阶段通入保护气体氩气,通入保护气作用为防止残留空气中少量氧气氧化原料硅,氩气通入量为35L/min。同时熔铸炉在熔化、结晶、退火工艺环节均需夹套冷却水,冷却熔铸炉炉壁,冷却水循环量为10t/h,时间为62h。
⑦破锭:将冷却后多晶硅锭和石英陶瓷坩埚一起通过行车从熔铸炉中吊出,然后手工敲碎石英陶瓷坩埚,获得长方体多晶硅锭。2、硅片切片生产工艺多晶硅硅片生产多晶硅锭为原料,经切方、平磨倒角、切片等加工后,即为成品硅片。硅片生产工艺流程及产污环节见下图。 硅片生产工艺流程※工艺流程叙述:
①切方:将多晶硅锭切割成规格为156mm×156mm×250mm 的长方体。切方在全自动电脑控制开方机上进行,切方过程中需用切削液冲洗刀口,起润滑和冷却作用。
②检验1:采用寿命仪、万用表、氧硅仪红外探伤仪等测试设备检测长方体硅锭是否合格,其中寿命仪、万用表、氧硅仪分别检测电频率、电阻率、氧硅含量和晶体缺陷。
③平磨倒角:通过精磨机对切方硅锭进行表面平磨和倒角,其中精磨作用增加柱面磊晶层和光阻度,达到光滑、平整目的;倒角使锐利直角磨成圆弧形,防止晶片边缘破裂及晶格缺陷产生。
④水洗:采用水喷淋方式对平磨倒角硅锭进行冲洗,去除表面残留精磨颗粒物。
⑤切片:将平磨倒角硅锭切割成规格为156mm×156mm×0.22mm 的硅片。 切片分黏结和切片两个环节。
黏结:在需切割硅锭表面涂一层粘结剂,作用防止在切片过程中损伤硅锭外表面。
切片:在全自动电脑控制线切割机(或称切片机)上进行,切片过程中需用切削液冲洗刀口,起润滑和冷却作用。
⑥超声波清洗:采用超声波清洗方式,去除粘附在硅片表面杂质和粘结剂。
超声波清洗原理是利用每秒钟上万次的机械振动,使超声波以正压和负压重复交替变化的方式传播,在清洗水中不断产生数以万计的微细气泡。由于正压和负压的作用,使气泡破裂时对空穴周围产生巨大的冲击,放出巨大的能量,从而去除粘附在表面的杂质,利用超声波清洗可达到比人工或机械清洗更好的效果。
⑦离心脱水:通过离心机离速旋转,去除硅片表面残留水份。 ⑧检验2:检验指标为硅片尺寸、厚度、表面质量等指标。 ⑨包装:将成品硅片用海绵一隔一叠放后,打包入库。
4.2主要设备选择项目设备购置采用的原则是“技术先进、先内后外”,即引进国内外当前最先进的生产设备,在技术相同的情况下,优先考虑国内的设备。经过市场调查,国内目前硅棒及切片的生产厂商的主要生产设备都是采用进口方式。由于本项目是采用引进国外先进的技术,目前国内的生产设备均达不到产品生产的要求,故本项目的主要生产设备大部分主要采用进口方式,部分配套设备国内采购。
项目引进日本PV800/1000线切割机100台,体少子寿命检测仪等生产和检测设备,共计108台套,用汇11128万美元。同时购置国产多晶炉、开方机、倒角机、截断机和在线回收系统,共计145台套,金额21990万元,并配套公用工程与部分检测设备。
由于项目符合的国家有关政策规定,进口设备可享受免征关税,主要进口设备、配套国产设备清单见下表。
进口生产及检测设备表序号 设备名称 设备型号 数量(台) 产地1平磨机 日进WSK011A 92开方机 连域QFB12505中国3线切割机 PV800/1000100日本4自动脱胶机 NXZ-06L 4中国5自动清洗机 NXZ-09L 8中国6自动插片机 8中国7自动检片机 4韩国8热缩包装机 3台湾9体少子寿命检测仪 semilab WT-2000D 2匈牙利10红外探伤仪SemilabIRB-501匈牙利11电阻率测试仪 semilab RT1001匈牙利合计 145国产生产及公用设备表序号 设备名称 设备型号 数量(台)
一、 生产设备1多晶炉 JJL500/JZ4601002多晶硅数倒角机 WSK-01323截断机 GK-5720144超声波清洗机 55其他专用设备 206在线回收系统 IHI 6小计 110二 公用工程1空压机 12m3122冷干机 30m3123储气罐 5m334冷水机组 250RT 125冷却塔 350t/h 46应急发电机 120KVA 47冷却水泵 扬程30m,200T/h 108工艺水泵 扬程45m,150T/h 109纯水系统 5T/h 纯水,10t/h ro 系统 310变压器 1011机电工程 电缆,管道等小计
二、 测试设备1万用表 - 30合计第五章 资源开发和综合利用5.1原辅材料利用年产3900吨多晶硅棒项目正常生产所需主要原辅材料见下表。
3900吨多晶硅棒原辅材料消耗表类别名称重要组分、规格、指标单耗(kg/t)年耗(t/a) 来源及运输硼硅 ≥99.9999% 0.80.448国内、汽运多晶硅料 ≥99.9999% 693194.04国内、汽运原料多晶硅回收料 ≥99.9999% 30886.24国内、汽运辅料混合酸(硝酸、氢氟酸)- 213.3119.448国内、汽运生产的硅锭进行的切片工艺需要的原辅材料及能源消耗情况见下表。
切片工艺项目主要原辅材料表类别名称重要组分、规格、指标单耗(kg/万片)年耗(t/a)来源及运输原料多晶硅锭 ≥99.9999% 238.13900国内、汽运氢氧化钾 ≥98% 0.10.19国内、汽运活性剂 ≥95% 0.10.19国内、汽运聚乙二醇 ≥98% 410779国内、汽运碳化硅微粉 ≥99% 410779国内、汽运辅料粘合剂 - 0.71.33进口、汽运5.2给排水5.2.1供水1、水源绍兴区域水厂几经
扩建,供水能力能满足绍兴市生产、生活的需要。柯北工业集中区已具备日供水10万吨的能力,采用DN800和DN300供水管网。能够满足本项目用水需求。
2、供水水质、水压水质:本项目生产、生活用水均无特殊要求,绍兴市自来水厂给水水质超过国家二级标准,符合国家饮用水标准,且比较稳定,能满足本项目用水要求。 水压:主干道埋设300mm 供水管,压力为4kg/m2。
3、用水水量估算厂区用水分生产、生活和消防用水和软水等几部分。项目用软水自制。项目生产用水包含熔铸炉、开方机、线切割机冷却用水外,还有部分零部件清洗以及工人洗手需用少量水,项目生活用水每人每天按60升计,车间清洗用水和绿化用水按每小时30T,用水量约为800吨/天。年用水量为28.8万吨9废水无回收)。
5.2.2雨水采用屋面排水系统,降雨历时5min,屋面排水及地面排水暴雨强度公式采用q=3512.34(1+0.593Lgp)/(t+11.814)0.827升/秒*公顷,重现期P=1年,厂区雨水采用分片式重力流方式,经雨水管收集后就近排入厂区外市政雨水管网雨水就近排入河道。 雨水设计流量为2000升/秒。
5.2.3排水本项目主要排水为生产废水和生活污水,厂区排水采用雨污分流制,在厂区主、次干道两侧设置相应雨水、生活污水及生产废水管网。污水经化粪池、隔油池处理后进入污水收集站统一外排。
5.2.4循环冷却水循环冷却水水质要求为:
压力 0.35~0.45Mpa温度(进口) 24±1℃水质 一级纯水5.2.5电子工业用超纯水制备项目采用反渗透水处理设备与电去离子(EDI)设备进行搭配的方式,这是一种制取超纯水的最新工艺,也是一种环保,经济,发展潜力巨大的超纯水制备工艺,其基本工艺流程为:原水→沙炭过滤器→精密过滤器→原水箱→反渗透设备→电去离子(EDI)→纯水箱→纯水泵→后置精密过滤器→用水点5.3电气5.3.1供电要求、负荷等级根据国家有关规定和标准,本工程供电负荷等级为三级负荷。
工艺要求供电电压为380/220伏,电压波动不超过额定电压的±5%,电源频率为50±0.5HZ。 5.3.2供电条件及电源情况本项目地处柯桥经济开发区内,区域内已有220kV 变电站一座供电设施完善,电源可靠,质量稳定,完全能满足供电要求。项目用电均由220kV 变电站通过35KV 专用线接入。
5.3.3负荷计算本项目中用电负荷分动力、照明二大类。
厂区新增各类生产设备用电均无特殊要求,设备电力安装容量约为35000kW,厂区各建筑物照明用电约600kW,合计厂区本次项目装机总容量35600kW。按需要系数0.7,功率因数0.95测算,新增负荷26232KVA。
需新增S115000KVA35KV/0.4KV 变压器6台和S111600KVA35KV/0.4KV 变压器4台,建成后负荷率为72.07%。
按年工作7200小时计算,年耗电量为18887万度。
5.3.4变配电站厂区新建一座35kV 变配电站,内设一整套高压降配电设施,本项目厂区供电电源直接引自柯北工业集中区,供电电压35kV,采用架空方式就近引入厂区变配电房,5000KVA 变压器6台和1600KVA35压器4台。
厂区变配电实行高供高计,站房内设置各种高低压控制柜、配电柜、计量柜、电容补偿柜,以满足各车间设备的用电需求。
变电站统一设置各高压配电柜、计量柜、电容补偿柜及高压开关等设施装置。具体规格、型号待初步设计时详细计算并选型。
5.3.5车间配电本工程车间低压供电电压为380/220V,采用三相四线供电系统,即“TN-S”系统。
本工程动力配电箱采用QGBD 型与QDB(R)型配电箱。部分需配置有插座的供电场所选用
QDB(R)型电源插座箱。
电动机单台容量在28KW 及以上者采用降压起动设备,28KW 以下者可采用磁力起动器或接触器直接起动。3KW 及以下者可采用断路器直接起动。 5.3.6照明
1、车间照明由变配电室直接供电。
2、照明电源和灯具:照明光源一般为日光灯或白炽灯。生产车间一般选用工厂灯、荧光灯及日光灯带。
3、照度标准按有关国家规定及工艺要求进行确定。 4、照明配电箱采用QDB(R)型配电箱。照明干线采用VV-1KV 电力电缆,照明支线采用BV-500型铜芯塑料绝缘导线,采用埋地、沿墙、楼板等方式暗敷或明敷设。
5.3.7防雷与接地防雷:本工程建筑属三类防雷建筑,凡建筑物或构筑物高度大于15米或年计算雷击次数大于0.06时,应做防雷保护装置系统,接地电阻小于30欧姆。
接地:本工程高压采用中性点不接地系统,低压采用三相四线+PE 线制系统,变配电所的变压器采用中性点接地,接地电阻小于4欧姆。
5.4氩气项目工艺用氩气由储罐经气压调配器调配后统一供给,供气压力为0.2±0.03Mpa,供气能力为2.7m3/min。
离本项目不远就是绍兴工业用气供应站,能够满足本项目的氩气用气需要。项目年消耗氩气1293600m3。
5.5资源节约措施项目使用的原材料主要为多晶硅料和废多晶硅料,可采用新技术、新工艺,利用废旧电器的半导体材料硅,加水和磨砂片清理硅片表面,然后放置在干净的环境中待用,这不仅可以处理掉一些废旧半导体材料,也能够节省成本,节约资源。同时根据工艺,上6套单价达千万元的回收系统,进行充分回收,循环利用。第六章 节能方案分析6.1用能标准及节能规范6.1.1法规政策及行业准入标准《中华人民共和国节约能源法》; 《中华人民共和国计量法》;
《中华人民共和国可再生能源法》;
《国务院关于加强节能工作的决定》(国发[2006]28号);
《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发[2007]15号); 《节能中长期专项规划》国家发改委; 《中国节能技术政策大纲》科技部;
《工程设计节能技术暂行规定》GBJ6-85;
《省政府关于加强节能工作的意见》(浙政发[2006]152号); 《浙江省节约能源条例》(第二次修订);
《省发展改革委关于加强工业类固定资产投资项目能源消耗准入管理工作的通知》浙发改工业发[2006]1197号;
《浙江省固定资产投资项目节能评估和审查管理暂行办法》。
6.1.2合理用能标准及节能设计规范《中国节能技术政策大纲》(计交能[1996]905号); 《综合能耗计算通则》GB/T2589-90;
《工业企业能源管理导则》GB/T15587-1995; 《企业能源审计技术通则》GB/T17166-1997;
《节电措施经济效益计算与评价》GB/T13471-1992; 《企业能源计量器具配备和管理导则》GB/T17167-1997; 《评价企业合理用电技术导则》GB/T3485-1993; 《评价企业合理用水技术导则》GB/T7119-1993;
《用能单位节能量计算方法》GB/T13234-1991;《建筑照明设计标准》GB50034-2004;