多晶硅生产不存在“高能耗、高排放”

    多晶硅是信息产业和太阳能光伏发电产业的基础原材料，世界多个国家将其列为战略性材料，对我国实施技术封锁和市场垄断，国内需求长期依赖进口。多晶硅经过多年的努力，中硅高科依托中国恩菲2005年建成第一条产业化示范线，打破了多年的技术封锁和市场垄断，实现规模化供应，解决光伏产业“两头在外”的“一头”问题，初步形成一个具有战略意义的新型产业。但是，最近多晶硅行业一直受“高能耗、高排放”的困扰，各项优惠政策和科研受阻，对一个刚刚兴起的产业形成致命打击，本文分析了多晶硅乃至整个光伏行业生产过程中的能源消耗、能源贡献以及对降低GDP能耗的贡献，分析了多晶硅清洁生产过程，以利于行业的长久健康发展。

1 、多晶硅生产能耗情况

1.1 光伏发电的生产电耗与寿命周期发电量对比

2009年，全世界光伏发电组件产量：10.1GW，其中，晶体硅太阳电池产量为8.5GW，薄膜太阳电池1.6GW，晶体硅太阳电池占总产量的84.16%，是当今市场主流，因此重点分析晶体硅太阳电池的能耗。

1.1.1 晶体硅光伏发电产业链

图1  晶体硅太阳电池产业链

1.1.2  能耗计算边界条件

以原料硅砂为起点，到制成晶体硅光伏发电系统，全部能量消耗EP表达式：

    EP = EP1 + EP2 + EP3 + EP4 + EP5 + EP6
    其中：EP1为“硅砂――冶金硅”的能耗：13kwh/kg 
    EP2 为“冶金硅――多晶硅”的能耗 200kwh/kg，（改良西门子法国内平均水平，世界先进水平为150-180 kwh/kg）
    EP3为“多晶硅――多晶硅片”的能耗9 kwh/kg，（多晶硅铸锭重量270kg，[目前主流应为450kg，另单晶硅片的电耗比多晶硅略高，如考虑未来技术发展趋势，156×156mm硅片尺寸将成为主流，电耗还有降低的空间]，使用多线切割机切片能耗水平。单晶硅约为60kWh/kg）
    EP4为“多晶硅片――多晶硅光伏电池”的能耗 0.2kwh/Wp；
    EP5为“光伏电池――光伏组件”的能耗  0.15kwh/Wp，含封装材料（钢化玻璃，EVA，TPT等）的生产能耗；
    EP6为“光伏组件――光伏系统”的能耗 0.31kwh/Wp；含并网控制逆变器、电缆、开关、支架、仪表等的生产能耗。

1.1.3  计算结果

多晶硅生产消耗工业硅原料：1.5kg，即每生产1kg高纯多晶硅需要1.5kg冶金硅；

拉制硅棒或浇铸硅锭消耗高纯多晶硅：1.2kg，即1kg硅锭/硅棒需要1.2kg高纯多晶硅；

1kg硅棒或硅锭可以切60片125×125mm的硅片（薄片可切70~90片），每片平均制造2.4Wp太阳电池，合计为：144Wp/kg。
制造每瓦太阳电池需要的高纯多晶硅： 1200g/144Wp = 8.3g/Wp，（国内先进水平：6g/Wp）；
制造每瓦太阳电池需要的工业硅：1.2×1.5×1000g/144Wp = 12.5g/Wp;
根据上述参数计算，得到各环节电力消耗情况如下：
EP1 =13kWh/kg×12.5g/Wp/1000 = 0.1625 kWh/Wp
EP2 = 200kWh/kg×8.3g/Wp/1000 = 1.66 kWh/Wp
EP3 =9kWh/kg÷144Wp/kg = 0.0625 kWh/Wp
全部能量消耗：EP = EP1 + EP2 + EP3 + EP4 + EP5 + EP6
                 =2.545kWh/Wp
太阳电池组件产率＝98％(即封装成品率)，全部能量消耗：
2.545 /0.98 = 2.597kWh/Wp

1.1.4  能量回收期计算

光伏发电系统的能量回收期TP（年）＝制造光伏系统的全部能耗/光伏发电系统年发电量，即光伏发电的增值效应。
根据上面的测算，可以得到光伏发电从硅石到系统的总能耗为2.597kwh/Wp

中国西部的太阳能资源丰富，光伏发电系统的年平均利用小时数为3000小时（已经考虑了系统效率），东部差一些，约为1000小时，平均1500小时，即每峰瓦太阳电池一年可以发出1.5kWh的电。由此，可以计算出光伏发电的能量回收期：
TP = 2.597/1.5 = 1.73年

随着太阳级硅材料能耗下降（200kwh/kg―160kwh/kg），光伏电池效率继续提高（17%―22%），基片继续减薄，晶体硅光伏发电系统的能量回收期有可能降到1年。若按其工作寿命为30年计算，则光伏发电系统的能量增值效应可以达到20倍以上。薄膜太阳电池的能量回收期大约只有1年。按照测算结果，完全可以利用光伏发电来生产光伏电池，实现良性的，可永续的太阳能产业。

目前，国内生产的太阳能组件的使用寿命25年，以此推算，生产出的太阳能组件在实现生产能耗回收后，几乎不用再消耗电量，即可发电约22年，并且没有任何污染物排放。事实上，即使25年之后，太阳能组件的发电效率大约相当于25年之前的80%，仍可使用很长一段时间。

2009年，