光伏产业与环境治理（浅谈）

 

一、光伏产业

是指围绕太阳能光电效应，提供产业发展所需的原材料、电池、组建和系统以及附属产品的企业构成的总称。它包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产以及相关生产设备的制造等，此外还可以包括发电的后续部分，如电网等。光伏产业的核心是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流，直接发电。

二、光伏行业的产业链主要包括环节：

硅料环节：主要任务是将硅原料进行提纯和生产，提高硅材料的纯度和质量，为后续的生产环节提供优质的原材料。

铸锭（拉棒）环节：通过铸造和拉棒工艺，将硅原料加工成一定大小和形状的硅锭，为切片环节提供原料。
切片环节：将硅锭切割成一定厚度的硅片，是光伏电池制造的起始环节。

电池片环节：利用特定的工艺和材料，将硅片制成具有光电效应的太阳能电池片，是光伏产业的核心环节之一。
电池组件环节：将多个太阳能电池片组合在一起，形成具有一定功率和电压的电池组件，也是光伏产业的核心环节之一。

应用系统环节：主要包括光伏电站的建设和运营，以及各种领域的光伏应用等，是光伏产业的下游环节。
此外，光伏产业的产业链还包括辅助材料和设备的生产和研发、项目开发和建设、运维和回收等环节。其中，项目开发和建设需要考虑选址、资源评估、设计、施工、验收等方面；运维和回收则需要考虑设备维护、能源管理、废弃物处理等方面。
这些环节相互依存、相互影响，构成了光伏产业的完整产业链。每个环节都需要技术的支持和成本的管控，才能实现整个产业链的可持续发展。

三、硅料

1.化学成分

主要是SiO2或Si：其中，SiO2是硅酸盐或硅酸酯类化合物，Si是纯硅单质。另外，硅料中还含有一些微量元素，如Fe、Al、Ca、Mg等，这些元素对硅料的性质和用途产生一定影响。除此之外，硅料中还可能含有磷和硼等电活性杂质，但在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。

2.硅料产地：主要分布在全球各地，包括中国、俄罗斯、巴西、挪威、美国等国家。其中，中国的硅料产量占比最大，其次是俄罗斯和巴西。此外，加拿大、印度、澳大利亚、土耳其、缅甸等国家和地区也有少量的硅料资源。
在中国，四川是工业硅和多晶硅的重要产地，其产量占全国的14%。新疆、云南、四川三地的工业硅产量占全国的72%，多晶硅产量占全国的55%。此外，内蒙古也是多晶硅的重要产地之一。
而美国则是全球最大的多晶硅生产国之一，其产量占全球总产量的10%以上。此外，德国、法国、意大利等欧洲国家也是多晶硅的重要产地之一。
需要注意的是，由于硅料的生产需要大量的电力，因此硅料产业通常会向低电价区域集中。例如，新疆、云南等地的电力成本较低，因此这些地区的硅料产业得到了快速发展。

3.四川主要的硅料生产企业：

永祥乐山（通威股份）：四川最大的硅料生产企业之一，通威股份是其母公司之一。

协鑫乐山（协鑫科技）：四川另一家重要的硅料生产企业，主要生产颗粒硅。

晶科能源（688223.SH）：四川的光伏企业之一，拥有硅片产能。

京运通（601908.SH）：四川的光伏企业之一，拥有硅片产能。

双良节能（600481.SH）：四川的光伏企业之一，拥有硅片产能。

高测股份（688556.SH）：四川的光伏企业之一，拥有硅片产能。

通合新能源：四川的光伏企业之一，拥有硅片产能。

 

四、单晶硅和多晶硅：
1.生产过程：

多晶硅：石英砂加工的冶金级硅精炼而来，先被铸成硅锭，然后切割成片。

单晶硅：

拉晶，用单晶硅生长炉采用直拉法生产单晶棒。

滚磨，采用外圆磨床滚磨外径获得比较精确的硅片直径。

切片，使用切割机将晶棒切割成一定厚度的薄晶片。

倒角，采用倒角机增加硅片边缘机械强度，减少颗粒沾污。

研磨，使用双面研磨机，去除硅片表面损伤层并且达到微米级别的平整度

抛光，使用抛光机将硅片表面达到纳米级别的平整度。

最终检测，使用检测设备来检测成品的尺寸和电学性能等是否达到预期。

2.多晶硅和单晶硅的主要区别体现在以下几个方面：
结晶结构：单晶硅片是由单一晶体生长而成的硅片，具有完整的晶格结构和无缺陷的结晶性质。多晶硅片则是由许多晶粒组成的，晶粒之间存在晶界和缺陷。

成本：多晶硅片的制备成本相对较低，适合大规模生产，因为多晶硅的生长速度快。单晶硅片的制备成本较高，需要精确控制生长条件以获得单一晶体  。

电子性能：由于单晶硅片具有更高的结晶质量和无晶界缺陷，它在电子器件中的性能更优越。单晶硅片的载流子迁移率较高，电阻较低，适用于制造高性能的半导体器件。多晶硅虽然也可以作为拉制单晶硅的原料，但其电子性能不如单晶硅。

光学特性：由于单晶硅片的晶格结构完整，晶粒间没有晶界散射和缺陷散射，因此具有较高的光学透明性和较低的光学散射。在光学和光电子器件中，单晶硅片具有广泛应用。

应用领域：多晶硅片主要应用于太阳能电池、集成电路封装、光电子器件等领域，因为它制备成本低、生产过程无污染，更加经济。单晶硅片则广泛应用于集成电路、光伏电池、传感器、光学器件等高精度和高性能的应用领域，因为它的电子和光学性能更优越。
总的来说，多晶硅和单晶硅在结晶结构、成本、电子性能、光学特性和应用领域等方面存在明显的差异。

五、光伏产业的基础原料

1.光伏半导体材料
可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等，其中已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅等。这些光伏半导体材料通过光生伏特效应将光能转化为电能。具体来说，单晶硅太阳能电池具有高光电转换效率和长寿命等特点，但是制造成本较高；多晶硅太阳能电池则具有制造成本低、效率高等优点，但寿命稍短；而非晶硅太阳能电池具有弱光响应好、重量轻、生产效率高等优点，但光电转换效率和稳定性稍低。
2.背板材料

背板作为晶硅太阳能组件的关键部分，对组件的安全性、使用寿命和降低功率衰减起着至关重要的作用。常用的背板材料有TPT和TPE等，这些材料具有密封、绝缘、防水、耐老化等特性，可以保护太阳能电池片并提高组件的使用寿命。同时，为了满足不断提高的光伏系统性能需求，开发了多种新型背板材料，如涂覆型材料、纳米复合材料等。
总之，光伏产业的基础原料组成具有多样性，不同的材料和组合方式对光伏组件的性能和成本有着不同的影响。在实际生产中，需要根据具体需求进行选择和优化。

 

六、硅料和半导体材料存在的区别：
定义：硅料是指由单晶硅切割成的薄片，是生产集成电路的原料。半导体则是指导电能力介于导体与绝缘体之间的物质，目前的半导体材料主要是硅，还有锗、砷化镓等。

成分：硅料的主要成分是单晶硅，而半导体材料除了硅外，还有锗、砷化镓等。

用途：硅料主要用于生产集成电路，而半导体材料则用于制造半导体器件，例如二极管、晶体管等。

物理性质：硅料具有高纯度、低电阻率的特点，而半导体材料则具有光电效应、热电效应等特性。

制备方法：硅料的制备主要通过单晶硅的切割和抛光来完成，而半导体材料的制备则包括结晶、掺杂、薄膜沉积等多个步骤。

等级分类：硅料有电子级、太阳能级等不同等级分类，而半导体材料则根据不同的应用场景和性能要求进行分类，例如集成电路用半导体材料、光电半导体材料等。
综上所述，硅料和半导体材料虽然都是以硅为主要成分的材料，但在定义、成分、用途、物理性质、制备方法和等级分类等方面存在一定的区别。

 

七、光伏电池的结构

主要由多层材料组成，包括衬底、P型半导体、N型半导体和透明导电层。其中衬底通常采用硅材料，P型半导体和N型半导体之间形成了PN结，这是光伏电池实现光电转换的核心结构。当太阳光进入电池时，光子在PN结中与半导体原子发生作用，产生电子和空穴，这种现象称为光生载流子效应。
透明导电层是光伏电池的输出电极，当光生载流子到达导电层时，会被导电层引导形成输出电流。同时为了提高光伏电池的输出效率，在顶部加入了防反射膜，减少光的反射损失。
有时为了提高光伏电池的输出功率和稳定性，还会在PN结表面和透明导电层之间加入缓冲层和反向电场，以提高光生载流子的收集效率和降低内部电阻。
总的来说，光伏电池结构是一个复杂的多层结构，各层之间需要精细的设计和制备才能提高光伏电池的输出效率和稳定性。

光伏电池板（Solar Panel）主要由以下几个部分构成：
太阳能电池：这是光伏电池板的核心部分，主要用来将太阳光转化为电能。太阳能电池主要由半导体材料制成，如单晶硅、多晶硅、非晶硅等。

玻璃盖板：这是覆盖在太阳能电池上的一层玻璃，不仅能够保护太阳能电池，还可以让太阳光透过。

EVA胶：这是一种用于固定太阳能电池和玻璃盖板的封装材料。

后板：这是位于太阳能电池板背面的板，主要用来防止潮湿和物理损伤。

导电铝条：这是用于连接太阳能电池并导出电流的部件。
以上是光伏电池板的主要构成部分，除此之外，光伏电池板还具有其他一些细小的组成部分，例如接线盒、边框等。

八、光伏半导体

这个名称来源于其利用半导体材料将光能转化为电能的技术。半导体光伏技术已经广泛应用于太阳能电池板上，可以将太阳的能量转化为电能，从而为人们带来清洁、可再生的能源。在太阳能光伏领域，半导体材料主要应用在太阳能电池中，太阳能电池是将太阳能转化为电能的设备，其工作原理基于“光生伏打效应”，即半导体材料吸收光子并产生电子-空穴对，进而产生电流。目前，应用最广泛的半导体材料主要是硅基材料。
除了硅基材料，薄膜太阳能电池也是半导体材料的一个重要应用领域。薄膜太阳能电池的优点是轻便、灵活，可以应用于各种表面，而且对太阳光角度的依赖性较小，即使在光照条件不理想的情况下也能保持较高的效率。然而，其转换效率通常低于硅基电池，且稳定性较差。
此外，新型半导体材料如钙钛矿材料在太阳能光伏领域也显示出极大的潜力。钙钛矿太阳能电池的转换效率已经超过了20%，且成本较低，生产过程相对简单。此外，钙钛矿电池的光吸收性能强，能够利用更宽的光谱范围，使其在低光照条件下仍然能保持较高的转换效率。然而，钙钛矿电池的稳定性和环境安全性仍是其面临的主要挑战，这需要进一步的研究和优化。

随着纳米技术的发展，纳米半导体材料在太阳能光伏领域的应用也显示出巨大潜力。纳米半导体可以通过调整其尺寸、形状和组合，来优化其光学和电学性质，进一步提高太阳能电池的转换效率。

八、光伏产业制造过程中的污染物产生环节：

光伏产业制造过程中的污染物产生于多个环节。以下是一些主要环节的说明：

铸锭和切片环节：在铸锭和切片过程中，可能会产生废气和废水等污染物。铸锭需要使用大量的能源和原材料，同时会产生大量的废气和废水。切片过程中也会产生废气和废水。

多晶硅和单晶硅生产环节：多晶硅和单晶硅生产需要使用大量的能源和原材料，同时会产生大量的废气和废水。

电池片制造环节：电池片制造过程中需要使用大量的化学品，如硝酸、氢氟酸、盐酸、硫酸、三氯氧磷、氨气、硅烷等，这些化学品不仅对人体有害，而且会对环境造成污染。

此外，印刷浆料里的有机溶剂也会对环境造成污染。

组件封装环节：组件封装过程中会产生大量的废气和废水。

综上所述，光伏产业制造过程中的污染物产生于多个环节，包括铸锭和切片环节、多晶硅和单晶硅生产环节、电池片制造环节以及组件封装环节。为了减少污染物的产生，需要采取有效的措施，如提高生产工艺和设备自动化程度、采用环保材料和技术等。

 

九、光伏生产过程中的废水所含成份：

硫酸：这是光伏板制造过程中一种常见的污染物，通常来自清洗硅片和电池片的废液。

氯化物：氯化物在光伏板制造过程中常常被用作化学试剂，这些物质可能在使用后被排放到废水中。

氨基酸和有机物：这些污染物主要来自光伏板制造过程中

使用的化学物质和清洗剂。

氟离子：光伏板制造过程中可能会使用含氟材料，因此在生产过程中可能产生含氟废水。

氨氮和酸废水：这些污染物主要来自光伏板制造过程中清洗和去离子水的使用。

 

有机物：光伏废水中的有机物主要包括废旧的太阳能电池板、光伏组件等材料，这些材料中含有很多有机化学物质，例如多晶硅、单晶硅等。

无机物：光伏废水中的无机物主要包括硅酸盐、硝酸盐等化学物质，这些物质对环境和人体都有一定的危害。

重金属：光伏废水中的重金属主要包括铅、汞等，这些重金属对环境和人体都有较大的危害，需要进行处理。

此外，光伏废水中还可能含有一些悬浮物、氨氮、磷等其他物质。不同地区的光伏废水成分也可能存在差异，具体的处理方法和成分取决于光伏电站所处地区的环境和气候等因素。

 

 

2.光伏废水的处理工艺主要包括以下几种：
物理法：通过格栅拦截大颗粒物质，然后通过过滤、沉淀等方法去除废水中悬浮物和有机物等。

化学法：通过投加化学药剂，调节废水的PH值，去除悬浮物和有机物等有害物质。

生物法：通过添加微生物，利用微生物的分解作用，将废水中的有机物和污染物转化为无害物质。

蒸发脱盐法：MVR蒸发在光伏产业中其废水主要含有硅酸盐、硝酸盐等无机物，以及废旧的太阳能电池板、光伏组件等材料中的有机化学物质，如多晶硅、单晶硅等。这些废水如果未经处理就直接排放，会对环境和人体造成较大的危害。而MVR蒸发技术可以用于处理这些光伏废水。通过该技术，废水中的盐分可以被分离提纯回收再利用，同时废水中的有机物也可以得到有效的处理。此外，MVR蒸发技术还具有能源回收的优点，可以有效降低废水处理成本。

不同的处理工艺适用于不同的光伏废水类型和处理需求，需要根据具体情况选择合适的处理工艺。同时，处理工艺也需要考虑处理成本和环境影响等因素，选择经济可行的处理方案。

 

九、影响光伏组件价格的重要因素：
材料成本：光伏组件的材料主要是硅片、背板、玻璃、电池连接器、封装材料和银浆等，其中硅片的价格最为重要，因为其价格在光伏组件材料成本中占比最高，约为70%左右。

劳动力成本：光伏组件的制造过程中需要大量的人工劳动，虽然自动化程度越来越高，但仍然要考虑到劳动力成本对于光伏组件成本的影响。

制造成本：包括设备的购置成本、设备的维护及运行成本、工厂厂房的租金等费用，这些费用往往被摊到每个光伏组件的成本中去。

技术因素：光伏组件的技术水平对价格也有很大的影响，包括电池技术、组件封装技术等。技术进步可以降低光伏组件的价格，提高其效能和稳定性。

市场供需：光伏组件的市场供需关系也会影响其价格，如果市场需求大于供应，那么价格就会上升，反之则会下降。

政策因素：政府的政策对光伏组件价格也有一定的影响，比如政策补贴、税收优惠等。

这些因素共同决定了光伏组件的价格。

 

十、各国针对光伏发电产业的政策导向：
中国：近年来，中国政府出台了一系列政策来推动光伏发电的发展，包括“三北”地区光伏发电集中连片开发、光伏扶贫、光伏发电领跑者计划等。2022年，中国政府提出推进以沙漠、戈壁、荒滩为重点的大型风光基地建设，同时鼓励光伏发电项目全产业链集成，加强与“一带一路”沿线国家能源合作，促进清洁能源产业互补发展。

美国：美国政府出台了《太阳能法案》等政策来鼓励和支持光伏发电的发展。这些政策主要包括减税、贷款担保、土地租赁等方面的优惠。此外，美国政府还设立了可再生能源电力目标，即到2030年，可再生能源电力将占美国电力消费的30%，这也为光伏发电提供了广阔的市场和发展空间。

欧洲：欧盟将光伏发电作为减少对化石燃料依赖和减少温室气体排放的重要措施之一，给予了大力支持。欧盟成员国也出台了相应的政策和规划，如德国的“太阳能发电法案”、意大利的“太阳能发电计划”等。这些政策主要涉及市场机制、补贴、税收优惠等方面，同时也鼓励光伏发电项目与可再生能源融合发展。

日本：日本政府出台了《可再生能源法案》等政策来促进可再生能源的发展，包括光伏发电。该法案要求电力公司必须购买可再生能源电力，并给予可再生能源发电企业税收优惠等支持。此外，日本政府还制定了可再生能源目标，即到2030年，可再生能源发电量将占日本电力消费的22%-24%。

印度：印度政府出台了《太阳能法案》等政策来鼓励和支持光伏发电的发展。该法案要求政府机构必须购买一定比例的可再生能源电力，并给予可再生能源发电企业税收优惠等支持。此外，印度政府还制定了可再生能源目标，即到2030年，可再生能源电力将占印度电力消费的40%。