光伏薄膜制造成本降低

背景

薄膜光伏技术面临很多障碍,因为他们对推进低成本竞争的目标与传统的电力来源。美国能源部薄膜的目标成本约0.33美元/ Wp基于模块的效率目标和模块制造成本约15%约50美元/ m2。探讨相关的问题达到50美元/ m2目的基于制造业降低成本的机会。等关键领域的资本成本,沉积率、层厚度、材料成本、收益、基质和前后端成本将被检查。亚博网站下载之前的一些研究支持薄膜的潜力达到50美元/ m2。本文将研究必要的改进需要过程的研究在非晶硅、铜铟联硒化物,碲化镉,和实验薄膜硅光伏技术来达到这一目标。一个主要的结论是,材料成本必须降低因为他们在成熟的技术将主亚博网站下载宰。另一个原因是,组件效率可以覆盖参数不同的薄膜每个优化制造类似的水平。

介绍

光伏模块销售一直以每年平均20%的速度增长的年。1998年全球销售模块估计约为150兆瓦p600美元,约为光伏系统模块和超过十亿美元。然而,这些销售高价值的应用程序不直接与商品竞争电力可以从公用事业。光伏成为竞争energy-significant用途,模块/ W美元的成本p必须大幅下降。今天,光伏模块售价是$ 3 - $ 5 / Wp。光伏系统的价格都是这个数字的两倍。各种研究表明,系统价格3美元/ W附近p需要打开屋顶和其他分布式市场在美国。事实上,系统价格的范围大约$ 1 - $ 3 / Wp为光伏系统将是一个巨大的利益在争夺energy-significant多数市场。国际市场价格可能不太敏感。PV高价值市场的销售将继续增长,同时将打开新市场光伏模块和系统价格下跌。这连续的光伏市场增长一直是一个优势,因为它允许大量业务的现金流在能源的重要性。

提高模块的价格,进步是需要在三个方面:模块的性能(效率、或W / m2),他们的直接生产成本(美元/ m2),并增加了批量生产。它是直接生产成本(美元/ m2)和一些批量生产的影响,是本文的重点。

的简单组合每平方米成本除以产量每平方米收益率的关键参数,美元/ Wp作为光伏成本效益的措施。表1显示了薄膜一些未来可能的组合的直接生产成本和效率,以指示的多条路径在美元/ W模块成本低p可以靠近。最高的成本($ 3.3 / Wp)代表对我们今天在商业上的薄膜。最低的成本,这是一个组合组件效率15%的50美元/ m2直接生产成本,代表美国能源部为薄膜模块的长期目标。它是关于减少10倍,这将需要实质性的进展。实际上,任何组合的成本和性能低于0.5美元/ Wp将是一个很好的近似低成本的目标。尽管它的重要性,本文的主要重点将不会在光伏组件效率。本文将直接模块制造成本和效率才会关注的,它必须保持或增强尽管策略,降低制造成本。

表1。直接生产成本(美元/ m2)和效率确定模块成本在美元/ Wp

200美元/米2

150美元/米2

100美元/米2

50美元/米2

3.3美元

2.5美元

1.7美元

0.8美元

2.5美元

1.9美元

1.35美元

0.63美元

2美元

1.5美元

1美元

0.5美元

1.7美元

1.25美元

0.83美元

0.42美元

1.3美元

1美元

0.67美元

0.33美元

低成本与进展,新的光伏energy-significant市场开放。这些市场的例子有:住宅和商业屋顶、建筑立面、停车场结构、分布式公用电网的支持,集中式光伏在白天负荷,混合动力系统为分散的农村电气化,混合动力系统(例如,与汽油车燃料电池或微型涡轮)对于分布式电网,PV和存储(压缩空气)或光伏制氢。通过贡献如此规模的能源,光伏可以履行承诺,有助于改善全球环境(例如,更好的空气质量和减少二氧化碳),同时减少高风险与国际能源供应紧张造成更传统的来源。

今天的薄膜光伏模块

几乎没有固体薄膜生产成本信息。三个薄膜是商用,但只有少量(少于10兆瓦p150 MW /年p/年市场)。因此,成本状况和降低成本的细节都是基于估计和模型。的确,没有薄膜技术几乎是低成本的优化。因此,预测也是必要的。尽管如此,不少可以理解从先前的研究和一些详细的信息可以从某些制造商。表2总结了三种薄膜技术涉及的商业地位。薄膜硅也覆盖,但在早期发育阶段在几家公司,包括AstroPower。

表2。商业地位的薄膜(1998)

技术

主要的公司

状态

非晶硅

Solarex,曼联太阳能、佳能、他人

商业生产10 MW以下几家工厂

碲化镉

第一太阳能公司,BP太阳能、松下

第一太阳能公司生产1兆瓦的情况下,其他人更低

铜铟联硒化物

西门子太阳能产业(SSI),全球太阳能

最初的少量生产在SSI 100千瓦

除了先前的研究,作者使用一个详细的成本模型特别为NREL创建第一太阳能(太阳能电池公司的托莱多,哦),使制造成本的更好的预测。与NREL合作,第一太阳能公司提供了具体的生产信息。第一太阳能公司目前生产小卷(1兆瓦p)的CdTe模块。然而,他们发表了计划增加产量超过20 MWp在未来数年。制造模式的细节他们设计的制造成本为薄膜生产设备基于现有CdTe升华的过程。第一太阳能公司的数据是一个基线的基础薄膜生产过程中使用。其他技术都将使用这个基准进行比较和数据从公共领域,除了Si电影™。AstroPower提供实验数据,高速、高温过程在陶瓷基板上,目前正在合作开发在薄膜分包与能源部/ NREL(几乎所有的其他技术检查摘要)。

当然,第一太阳能模型更能代表自己的方法比其他任何。此外,该第一太阳能工厂尚未推广水平隐式模型中,这意味着数字可能低估了真实的成本。事实上,由于之前的预测一些薄膜光伏企业严重低估了成本,这个问题是有效的,即使是在这项研究中。最后,只有每个公司扩大自己的技术可以确定薄膜模块生产的实际成本。

预测有关其他太阳能技术(其中一些已经商业)是由只是指南和为了建立潜在的薄膜。这是一个有效的活动的唯一原因是,这一次,今天,没有详细的成本数字有关的基本可用薄膜的制造方法。模型研究了这是一个替代此类信息。目的是为了指出显而易见,一阶的结论。

薄膜之间的相似之处

大量,cross-technology薄膜之间存在着相似之处。这些相似之处允许简化分析薄膜模块制造成本。所有薄膜有相似之处:

一个透明层,前面也保护环境;

透明和导电层或网格会带走体内的电流;

薄(1 - 4微米),中央三明治半导体形成一个或多个连接分离电荷;

回来联系,通常是一个金属薄膜;

的后板,保护环境,可以支持(刚性或弹性);

各种中间处理步骤:文士和口供互连条细胞,退火步骤来激活或完成某些组件;纹理将封装;巴斯酒吧附件携带停电;在边界隔离文士;玻璃或其他基质处理、清洗和供暖。

即使在上述每个类别中,有相似之处。例如,几乎所有的薄膜需要透明,导电氧化物高层接触。这些可以或玻璃上的自动售货机购买pre-deposited superstrates(基质最终的模块,因此必须是透明的阳光)。此外,还有几乎总是一个金属沉积一步接触,这是经常直流磁控溅射金属如铝。最后,的核心模块,交替的形成n型和p型层形成一个结,也最重要的相似之处,如类似的厚度,材料成本较低时做得好,和可接受的能源生产的要求。亚博网站下载结构的相似性和处理各种薄膜之间让我们获得大量的洞察他们的潜在成本和障碍,他们必须克服这些成本。

鉴于这些相似之处,薄膜之间的成本差异从何而来?首先,薄膜模块性能不同。虽然这是很重要的,有时至关重要,这不是本文的主题。的生产成本(每单位面积成本),最重要的因素是:

比其他的一些细胞结构更复杂(多结非晶硅与单结独联体和CdTe);

一些关键半导体更困难,同时保持性能(分级层如铜(Ga),(年代,Se)2);

有些过程是比其他人更资本密集型;

一些过程浪费昂贵的物质原料;

一些过程需要更多的环境控制;

有些流程在适当的模块性能较低收益率;

一些过程需要更多的反馈控制和更清洁和维护或导致停机时间;

有些技术需要添加退火或化学处理来完成处理步骤;

一些模块设计可以用更便宜的封装步骤/材料。亚博网站下载

鉴于薄膜之间的相似之处,这本质上决定他们将有数量级相似之处直接生产成本,这些差异提供了最重要的原因成本不同于一些典型值在不同的材料,设备,和处理选项。亚博网站下载例如,基线第一太阳能薄膜技术使用只有几美元的半导体材料,需要很少的资本成本,低成本的玻璃衬底,维持一些添加封装成本。在他们的模型中,这些成本和成本每平方米不到100美元的20 MW /年生产水平,和他们将趋势对一些低成本(也许约50美元)的技术优化大卷(见下文)。其他技术变化从这个基线,因为上述的差异。表3给出了一个概要的第一太阳能公司集团的成本制造过程作为基线。成本被从第一Solar-supplied模型。数据可以提供粗略的比较与其他技术。

表3。第一太阳能公司CdTe制造模式的总结20 MW /年

组件

直接生产成本(美元/ m2)

评论

亚博网站下载材料(所有)

48美元

半导体只有5美元;主要是封装、基质和模块化

资本(全部)

10美元

半导体只有5美元

热、电、水

3美元

能源回报能源生产中加入的< 3个月

劳动力

12美元

工厂劳动力和运营管理

维护设备app亚博体育

3美元

初始资本成本的4%

研发

4美元

必须保持技术领先

保修

5美元

销售额的3%(早期的高价格非常高)

租金和制造费用

5美元

制造费用在1.5%销售

直接生产

90美元/米2

预计从现有技术,没有优化

资本成本

虽然初始资本成本光伏制造业可以大(0.5美元- 5美元每兆瓦的年度模块生产能力,基于当前成本和模块效率),这些成本模块成本的影响大大减少设备折旧期间的长度。app亚博体育例如,如果选择一个典型的七年折旧期间,设备的年度成本大约是初始成本的七分之一。app亚博体育找到每平方米的成本,然后蔓延超过总年产量的植物。例如,如果10兆瓦工厂成本的资本设备28美元,折合成年率app亚博体育成本是4美元(七分之一),这是分布在生产(即10 MW。,售价为0.4美元/ Wp)。假设组件效率为8%,资本成本每平方米是32美元/ m2。今天的这个成本可能适合某些技术;例如,容量在线非晶硅的植物。基线第一太阳能模型是完全不同的。在他们的模型中,他们只需要15美元20 MW植物,或0.11美元/ Wp(9美元/米2在8%)。这个数量,大约有一半是沉积半导体(cd / CdTe)的关键。高利率的沉积是第一太阳能的关键力量的方法。未来资本成本薄膜薄膜应降至这一水平竞争成功地对传统的商品的电力来源。

最简单的比较不同的光伏技术的资本成本比较美元/兆瓦的年度装机容量。然而,这可能会误导人,因为两个参数是不同的:成本每平方米和模块功率每平方米(效率)。制造成本的真实情况,分析必须基于成本每平方米。性能可以折叠后得到美元/ Wp比较。有可能来更好的理解不同的直接生产成本每平方米薄膜方法如果一个休息过程成本为组件。然而,这种观点取决于简化的假设,有大量的不确定性。记住这一点,下面估计必须被视为仅仅是启发式的援助比较不同薄膜的方法。

两个主要类别的资本成本是:(1)设备用于制造活跃的半导体层;app亚博体育(2)设备用于制造其他模app亚博体育块(如金属接触,纹理、划线、退火)。资本成本的最重要的方面是第一个:使半导体设备。app亚博体育其余的资金成本将是非常相似的薄膜和分别可以最小化(例如,通过废除第二片玻璃封装)。本研究的目的,我将假设这non-semiconductor资本成本是相同的所有方法和= 5美元/ m2。这是在第一个太阳能基线。这种假设可以帮助检查制造的半导体方面的差异。

基于基线用例和7年折旧,总资本成本(C)可以通过三个属性的比率parameterised基线。这三个属性是:半导体沉积率(R),半导体厚度(T)和某种程度的相对复杂性设备(E)。后者是必要的,因为设备成本每沉积区面积不同。app亚博体育真空设备更昂贵app亚博体育的比一个简单的退火炉。对于一个在线的过程,这个参数可以计算设备成本除以沉积区域的面积。app亚博体育对于一个批处理,设备成本除以沉积区面积,然后除以的板块同时处理app亚博体育。指出这批处理有一个固有的优势在线处理,如果这是可以做到的,同时保持模块生产性能和吞吐量。

基于这些假设,使用基线数据从第一太阳能、半导体的公式沉积资本成本(美元/米2)是:

C = 80 Wm2x ($ 8 m + (E x T / R) x 7美元)/ (7 x 18千瓦)= 0.63 x(8美元+ (E x T / R) x 7美元)/美元2

图80 Wm2来自认为基线效率;7个来自折旧期,18千瓦来自工厂的设计吞吐量。对于半导体仅沉积,这降低了半导体设备(SE)的成本:app亚博体育

SE = (E x T / R) x 4.4美元。

回想一下,这些参数(E,T,R基线)的比率。如果所有的比例是1(即。,we are using the baseline), C reduces to about $9.4/m2。SE降低到4.4美元/米2。这些是资本设备总成本的第一太阳能公司价值和半导体资本设备成本;app亚博体育和不同的是结束前后的资本设备成本。app亚博体育一个有趣的比较数字是资本成本的比例仅为半导体层(与第一太阳能基线相比),它可以被定义为SR = E x T / R。此图显示了设备相比的相对贡献的基线值1。app亚博体育大多数比率都高于1,除了少数例外。

表4给出了一系列假设用于比较各种方法为非晶硅薄膜制造,碲化镉,铜铟联硒化物,Si-Film™。我选择这些因为我能够做出合理的估计参数。一个进程不检查香烟制造使用两步溅射和selenization过程。虽然这是一个主流的过程在香烟,批处理没有公司输入工艺参数难以估计。同时,我已经认为半导体层包括二次,非常薄层如缓冲区,窗户,异质结的合作伙伴;这些都是由选择的过程,包括在其厚度。这种假设显然是一个简化,但可能是没有误差的主要来源。

表4。假设用于半导体资本成本估算

过程(状态)

沉积速率(微米/分钟)

app亚博体育设备成本每沉积区面积($ M / M2)

半导体厚度(微米)

公司

评论

升华集团(商业)

6

8

4

第一太阳能公司

快速在线

电沉积CdTe(试点线)

0.006

0.005

2

BP太阳能

缓慢的批处理

内嵌晶硅辉光放电(商业)

0.02

0.7

1

Solarex, USSC

缓慢的内联

盒子载体(批)晶硅(商业)

0.02

0.1

1

EPV

缓慢的批处理

高效晶硅(实验)

0.1

1.8

1

温和的内联

高利率的香烟蒸发(实验)

0.3

5

2

全球太阳能

温和的内联

硅薄膜™(实验)

500年

30.

50

AstroPower

快速在线

表5是一个编译各种SE和SR值不同的半导体选项。不过回忆,这些都是非常敏感的假设。特别是未知设备的价值比率(E),这可能会在大范围内变化。app亚博体育率和厚度不同,E只能估计。例如,粗略估计基线值是:7米/ 0.9美元2= $ 8 m / m2。直列式辉光放电,粗略估计是:7米/ 10美元2= $ 0.7 m / m2。比,E,内联辉光放电是0.09(如表5)。因为这些只是粗略估计,表5中的不确定性非常大。表5只应该用于半导体级的差异沉积过程。

最后一列在表5给出了一个粗略的近似100 mw电厂的资本成本为每个半导体相沉积(不包括后端费用)。注意,这个数字非常大的不确定性和只能用于指示趋势。这是由于设备比(E)很不确定(如前所述)app亚博体育。半导体资本设备的价值100 mw电厂成本计算表5所示的其他假设的基线成本乘以第app亚博体育一太阳能比老方法(3100万美元),如上定义。因此这些推导值,而不是独立消息来源的证实。再次,他们估计是有用的对于理解趋势。

除了前面提到的不确定性,其他警告是必要的。例如,上述假设相同模块效率不能做比较。事实上,这是因为效率也大幅变化(从5%左右在低端,高端几乎12%),企业可能做出决定基于这个因素而不是生产成本,特别是对最初的制造工厂。在1美元的成本/ Wp,约1%的改变模块效率价值约9美元/ m2成本(尽管这个因素的变化在不同的成本/性能水平),和系统级别的两倍。

类似地,可制造性,正常运行时间,为不同的过程和产量不同,它们可以以压倒性的竞争技术之间做出选择的关键。

在未来,大多数过程将优化更高的利率比如表4所示。另外,大多数吸收层厚度是1微米或更小,因为这是需要吸收入射光的90%以上。今天的大厚度反映技术妥协需要在早期的生产实现高收益。显然,有选择改善大多数表5中给出的方法,甚至内联GD(通过更高的利率)和香烟蒸发(通过更高的利率,薄层)。

表5所示。估计资本成本对各种半导体薄膜沉积过程

过程(状态)

率比(R)

app亚博体育设备比(E)

厚度比(T)

SE(美元/米2)

公司

初始成本($ M)为100 MW @ Eff的10%。

升华集团(商业)

1

1

1

4.4美元

1

第一太阳能公司

31美元

电沉积CdTe(试点线)

0.001

0.006

0.5

1.8美元

0.3

BP太阳能

10美元*

内嵌晶硅GD(商业)

0.0033

0.09

0.25

30美元

6.8

Solarex, USSC

210美元

盒子载体(批)晶硅(商业)

0.0033

0.012

0.25

4美元

0.9

EPV

28美元

高效晶硅(实验)

0.017

0.22

0.25

14美元

3.2

99美元

高利率的香烟蒸发(实验)

0.05

0.625

0.5

26美元

6

全球太阳能

186美元

Silicon-FilmTM(实验)

83年

3.63

12.5

2.4美元

0.55

AstroPower

16美元

*在这种情况下,可能造成二次加工步骤一样批电镀过程(非常小),提高半导体沉积的总资本成本50%以上。

资本成本的一个重要方面是,它可以是一个非常高的初始为新制造障碍。不仅是前期成本高的融资新工厂,他们已经严重影响生产的最初几年。像任何形式的容量成本,如果工厂不能满负荷运转,资本成本增加。换句话说,如果模块生产产量低于预期和停机时间延伸出产量,资本成本可以气球。较低的初始资本成本具有实质性的价值。

维护成本

许多行业估计维修费用使用固定比例(约4%)的初始资本成本的预期年度设备维护成本。app亚博体育这可能看起来小,但因为它不是减少除以一个折旧期间,它实际上是非常类似于资本成本摊销。使用4%的因素流程表5中收益表6。这增加高资本成本的影响,强调困难的方法。

表6所示。维护成本根据表5初始资本的4%
投资半导体沉积
(28%的年度资本成本/ m2假设7年折旧)

过程(状态)

资本成本(美元/米2)

维护/美元2(28%的资本成本)

(总资本+维护)/美元2

公司

升华集团(商业)

4.4美元

1.2美元

5.6美元

第一太阳能公司

电沉积CdTe(试点线)

2美元

0.6美元

2.5美元

BP太阳能

内嵌晶硅GD(商业)

30美元

8美元

38美元

Solarex, USSC

盒子载体(批)晶硅(商业)

4美元

1.1美元

5.1美元

EPV

高效晶硅(实验)

14美元

3.9美元

18美元

高利率的香烟蒸发(实验)

26美元

7美元

33美元

全球太阳能

硅薄膜™(实验)

2.4美元

0.67美元

3.1美元

AstroPower

因为表5和6中给出的估计有很大的不确定性,特别是在E值,我们必须采取这些估计和实质性的谨慎。然而,根据可观察到的差异很大,一些假设:

几个进程似乎足够便宜的考虑大规模生产。直到PV模块成本低于1美元/ W,这些低成本的过程之间的差异不会司机。然而,低于这个水平,即使是小资本成本差异会被放大,并将在最终决定。

只有香烟蒸发和在线仪的非晶硅似乎太贵了用于大规模生产。这些应该大大提高或取而代之的是更便宜的过程之前,到下一个水平的制造业。在这两种情况下,其他进程(高硅或批处理;溅射和香烟selenization)存在或正在研制。

因为太多的依赖E,换句话说,因为设备的复杂性(因此,它的成本)可以改变显著,简单或更快的过程,或批处app亚博体育理过程中可以处理大量的基质,应该认真考虑如果模块性能可以保持。

注意,上述估计没有non-semiconductor证词的贡献。然而,这些不同的选项非常相似,通常由划线,层压和接触溅射。他们贡献了约5美元/ m2在资本和维护成本(这些是已经包含在表3的第一太阳能公司)。

材料成本

第一个太阳能材料成本基线约48美元/ m2,这是一个相当大的成本,尤其是在比较表3中列出的其他组件的成本。关于这些成本很重要的一点是,只有5美元/ m2是活跃的材料(半导体和联系人亚博网站下载)。其余大部分都是封装、基质和模块化(例如,坐骑和j框)。因此对43美元/ m2薄膜模块的成本将在技术几乎相同。只剩下可能不同,这取决于材料利用率不同的流程,具体材料的成本,和厚度不同的设备。亚博网站下载表7显示了活跃的材料成本的摘要第一太阳能基线。亚博网站下载

表7所示。第一太阳能公司的活跃的材料成本亚博网站下载基线

材料

数量(g) @ 75%的利用率和4微米厚

成本每公斤

成本/米2

Cd

13克

90美元

1.2美元

Te

13克

270美元

3.5美元

年代,铝等。

2 g

100美元

0.2美元

活性物质成本是由一个组件,碲,这是最昂贵的原料。还应注意的是,这些成本4微米CdTe电影。在未来,这些数字将减少CdTe厚度趋于1微米。

其他技术的数量是相当类似。表8给出了一些估计其他技术,基于合理的假设。只有最昂贵的元素,这通常是一个主导这样的成本。如果技术已经超过一个昂贵的元素使用的差,它会有问题。的检查都没有这个问题。

表8所示。估计半导体材料成本最昂贵的材料亚博网站下载

过程(状态)

材料

利用率

成本(美元/公斤)

厚度(微米)

数量每micron-m (g)2

近似成本(美元/ m2)

升华集团(商业)

Te

75%

275年

4

3.2

3.5美元

电沉积CdTe(试点线)

Te

95%

275年

1.5

3.2

1.3美元

内嵌晶硅GD(商业)

通用电气

10%

3000年

1

0.4

12美元

盒子载体(批)晶硅(商业)

通用电气

25%

3000年

1

0.4

5美元

高效晶硅(实验)

通用电气

10%

3000年

1

0.4

12美元

高利率的香烟蒸发(实验)

50%

400年

2

2

3美元

硅薄膜™(实验)

如果

75%

20.

50

2.3

3美元

注意,这些成本都相当合理的方法可能除外的恰当的非晶硅多接点串联系统。正做了大量的研发提高有密切关系的利用率以降低这些成本在线系统;他们为批处理已经很低。

non-semiconductor成本(约43美元/ m2在基线),基质是最重要和最好的理解。表9给出了常见基质及其近似成本列表。一个关键问题是生产或购买锡敷氧化物玻璃的技术(CdTe和硅)这个选项。很可能锡敷氧化物玻璃的价格会大幅下跌随着交易量的增加,自成本大块的玻璃制造商只有4美元/ m2(交通)。粗略估计未来的成本表中给出。

表9所示。基质成本(美元/ m2)

材料

现在

基于大量的投影

评论

浮法玻璃

4美元

3美元

需要让自己的TCO或金属接触

浮法玻璃/二氧化锡

10美元

4美元

第一太阳能公司& Solarex的底线

不锈钢箔

4美元

3美元

USSC

聚酰亚胺卷

10美元

5美元

全球太阳能和其他(温度有限)

陶瓷

9美元

5美元

设备设计驱动,AstroPower

这些都是类似于陶瓷和聚酰亚胺的可能的例外。然而,选择所需的热稳定性也基于高温过程,或对产品设计,如需要灵活性和重量轻。一些基质需要额外的处理(如导电不锈钢有额外的处理/处理步骤与非导体的玻璃)和其他一些小的差异(破损,卷与栈等)。这些可以改变成本。在未来,新玻璃superstrates可能选择如果他们最大化传输,同时保持低成本(例如,硼硅玻璃在浮线);和新陶瓷或高温塑料基板可能已经变得可用。

Warran泰成本

3%的保修成本代表首次制造一个合理的会计实务。人会期望它降至更低水平的技术的成熟(和有更少的回报)。实际上,销售价格下跌,这落在每平方米基础成本。在销售价格3.5美元/ W,为3%,成本约0.1美元/ W,或10美元/米2。在未来,以销售价格1美元/ W, 3%将是0.03美元/ W(或更少),或3美元/米2。它将或多或少相同的所有成功的技术和应该为成熟的光伏下降至1%。

研发成本

像其他半导体技术,光伏科学驱动的。为公司维持其盈利能力,它必须是一个技术的领导者。保持领先的光伏设备设计和模块生产需要这个技术领导。基线的估计第一太阳能研发成本是4美元/ m2。这是关于20兆瓦核电站的1美元。它实际上是类似的劳动力成本制造工厂。然而,在未来,随着量的增加,研发成本不会上升以同样的速度,应该成为一个可管理的总成本的一部分。例如,如果研发成本保持相同百分比模块的价格以美元/瓦,价格1美元/ W研发成本将是一个负担得起的$ 1 - $ 2 / m2。显然,随着量的增加,研发成本不会上升速度相同。

更小的成本组件

其他成本,发挥规模小得多的作用包括:公用事业、劳动、租金,和工厂的开销。然而,这些成本不不同的技术。他们不同的工厂生产能力。他们有第一太阳能基线在表3中。他们可以想象一个不同因素的50%。这将使一系列的成本从7美元到20美元/米2。随着技术的成熟,自动化是提高,卷上,他们很可能会大幅下降。

未来的进展,减少制造成本

三个主要途径会导致最大的节约成本:持续的过程和设备优化、材料成本最小化封装/模块化,购买和体积和制造业。亚博网站下载这两个,研发对前两个成本的影响就越大。然而,大量生产至关重要模块利用最后几美元的成本,并将产生更大影响的销售价格模块。这是因为销售价格很大程度上取决于营销和分销成本等间接成本,这是高度依赖于卷。研发和批量生产共同降低成本/价格,但他们的特定的效果有很大的不同。

研发的价值包括:

改进的性能(向15%模块生产150 W / m2);

更高的沉积率;

薄层;

更好的材料使用亚博网站下载;

较低的温度(更少的能量输入,简单的流程);

最初成本低和维护,简单的流程,减少停机时间;

更高的收益;

改进的划线、纹理、封装和模块化的选项;

新的透明导电氧化物选项;

创新的基板。

体积增加生产的价值包括:

便宜的体积购买材料(除非可用性收缩);亚博网站下载

低比例的贡献从管理费用在生产、管理和销售;

一些单位资金成本下降较大的设备(和更大的底物);app亚博体育

更少的成本更大尺寸的模块(j盒子,或struts框架边缘);

更好的优化制造业产品的流动;

更好的做出/购买的选择(例如,TCO /玻璃);

保证低成本价格下降;

增加自动化。

表10给出了总结合理降低成本目标的类别基础上研发和批量生产的改进。

这些不同的成本降低,或许最困难的将材料降低成本。亚博网站下载然而,今天的光伏模块研发集中在效率和半导体工艺的发展。在未来,增加资源将致力于改善封装方法和其他类似的过程和他们的成本。简单的设计(例如,消除前或玻璃;用其他材料代替当前的伊娃pottant亚博网站下载s;和避免纹理)的成本应该提供改进的途径。

表10。合理,长期目标薄膜制造

组件

直接生产成本(美元/ m2)

评论

亚博网站下载材料(所有)

28美元

体积购买降低所有成本,尤其是基质;低成本封装

资本(全部)

5美元

所有的过程都可以优化,利率增加,层薄

热、电、水

2美元

大卷,薄层

劳动力

6美元

完全自动化

维护设备app亚博体育

2美元

较低的资本成本的4%

研发

1美元

销售上升,更低的价格

保修

1美元

更低的价格,提高产品的可靠性

租金和制造费用

5美元

大卷

直接生产

50美元

优化、研发、和更高的卷

其他薄膜

还有其他薄膜开发除了这些检查。未来更将被添加。其他人(特别是染料敏化太阳能电池)不包括因为扩大数据相对比较难找。但广义上,本文的结论也适用于这些系统和任何新未来的薄膜。他们的成本将是类似于这里讨论的成本,和变化将取决于过程和设计细节。

摘要和Conclu锡安

详细的第一太阳能公司的可用性模型提供了一个基础薄膜光伏制造成本大幅提高的理解。先前的研究不得不完全依赖于预测。尽管有这样的限制,那些之前的研究取得了非常相似的结果:50美元/米2薄膜光伏的直接生产成本的目标是合理的和可以实现的。

除了这个基本的观察,可以进行其他一些重要发现:

现有资本和维护成本为半导体的过程相当高(超过50美元/ m2本身),导致大量的初始投资的障碍,早期成功的制造业,由于运行在高启动成本低于产能的第一和第二卷,和可怜的产品成本竞争力。

合理的成本半导体制造工艺的发展是至关重要的实现低成本技术。

甚至最高的成本方法使薄膜技术途径大幅降低成本,也对这个研究也受到不确定性消除任何考虑。

一旦一个可行的半导体加工方法是实现,材料成本控制总成本。亚博网站下载

半导体成本原材料成本的一小部分,如果流程是合理的(超过50%)优化原料利用率和/或薄层。亚博网站下载

如果半导体成本优化,其他材料的成本(基质,密封剂,pottants坐骑,电气连接)控制材料成本。亚博网站下载这些费用是巨大的,但可以减少重新设计模块以减少他们(如用便宜一点的取代昂贵的材料),使更大的模块(这样独一无二的物品,如j-boxes是单位面积上的最小化),按体积和购买更好的/购买决策。亚博网站下载

特殊项目,如保修和研发成本每平方米下降量会增加,价格下降。

其他小成本存在,可以单独优化。

过程改进必须加以权衡任何潜在的效率或收益损失,因为这些将是特别重要的在低模块成本,在光伏系统的层面上。

虽然没有介绍,很明显,组件效率可能是最关键的区别参数之间的各种薄膜模块成本变得更加相似。

有趣的是猜测薄膜的最终成本。它可能是低于50美元/ m2目标,因为可以利用现有的知识可视化实现这一目标。由于薄膜光伏是基于科学的技术,最终将在超大型生产卷,它应该最终成本的总和的材料成本与最伟大的元素成分加工和运输效率。亚博网站下载这个成本可以低于50美元/ m2。以外的效率也将提高15%的性能目标(但这不是本文的主题)。因此,模块成本每瓦0.33美元/ W的目标p也可以超越的刺激正现金流允许薄膜光伏技术成熟和花在21世纪。

资料来源:美国能源部的光伏发电项目。

有关这个的更多信息请访问来源国家可再生能源实验室

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