光伏逆变器行业深度报告:出海加速,全球崛起
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1.1. 逆变器简介
逆变器是光伏发电系统的大脑和心脏 。在太阳能光伏发电过程中,光伏阵列所发的电能为直 流电能,然而许多负载需要交流电能。直流供电系统存在很大的局限性,不便于变换电压, 负载应用范围也有限,除特殊用电负荷外,均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。光伏 逆变器是太阳能光伏发电系统的心脏,其将光伏组件产生的直流电转化为交流电,输送给本 地负载或电网,并具备相关保护功能的电力电子设备。光伏逆变器主要由功率模块、控制电 路板、断路器、滤波器、电抗器、变压器、接触器以及机柜等组成,生产过程包括电子件预 加工、整机装配、测试和整机包装等工艺环节,其发展依赖于电力电子技术、半导体器件技 术和现代控制技术的发展。
下游包括终端业主、EPC 承包商、系统集成商和安装商。 逆变器作为光伏系统的主要核心部 件之一,需要和其他部件集成后提供给最终电站投资业主使用。光伏系统在供给终端业主使 用之前,存在相应的系统设计、系统部件集成以及系统安装环节,虽然最终使用者一般均为 光伏地面电站投资业主、工商业投资业主或户用投资业主,但设备也可以由中间环节的某一 类客户采购,比如 EPC 承包商、光伏系统集成商或光伏系统安装商。
1.2. 逆变器分类
目前逆变器产品主要分为四类,即集中式逆变器(主要用于大型地面电站,功率范围在 250kW-10MW)、集散式逆变器(主要用于复杂的大型地面电站,功率范围 1MW-10MW)、 组串式逆变器(主要用于户用、小型工商业分布式和地面电站等,功率范围 1.5kW-250kW) 和微型逆变器(主要用于户用等小型电站,功率等级在 200W-1500W)。
其中,大型集中式光伏逆变器是将光伏组件产生的直流电汇总成较大直流功率后再转变为交 流电的一种电力电子装臵。因此,此类光伏逆变器的功率都相对较大,一般采用 500KW 以 上的集中式逆变器。特别是近年来随着电力电子技术的快速发展,大型集中式光伏逆变器的 功率越来越大,从最初的 500KW 逐步提升至 630KW、1.25MW、2.5MW、3.125MW 等, 同时电压等级也越来越高。大型集中式光伏逆变器具有输出功率大、运维简单、技术成熟以 及电能质量高、成本低等优点,通常适用于大型地面光伏电站、农光互补光伏电站、水面光 伏电站等。同时,由于其单体输出功率大、电压等级高,随着技术进步近年来开始与下游的 变压器集成,形成“逆变升压”一体化的解决方案,以及与储能结合的光储一体化解决方案。
组串式光伏逆变器是将较小单元光伏组件产生的直流电直接转变为交流电的一种电力电子 装臵。因此,组串式光伏逆变器的功率都相对较小,一般功率在 50kW 以下的光伏逆变器称 为组串式光伏逆变器。但是近年来,随着技术进步和降本增效的考虑,组串式光伏逆变器的 功率也开始逐步增加,出现了 60KW、70KW、100KW、136KW、175KW 以上等大功率的 组串式光伏逆变器。组串式光伏逆变器由于单台功率小,在同等发电规模情况下增加了逆变 器的数量,因此单台逆变器与光伏组件最佳工作点的匹配性较好,在特殊的环境下能够增加 发电量。组串式光伏逆变器主要运用于规模较小的电站,如户用分布式发电、中小型工商业 屋顶电站等,但是近年来也开始应用于一些大型地面电站。
1.3. 逆变器行业的核心竞争力
研发能力: 电力电子行业属于技术密集型产业,涉及电力、电子、控制理论等学科,研发人 才需具备电力系统设计、电力电子技术、机械结构设计、微电脑技术、通讯技术、控制技术、 软件编程等专业知识,以及产品应用场景知识。产品从设计、研制到持续创新性改进都需要 大量的研发人员共同努力才能完成。研发人员的技术水平和知识的深度和广度都会直接影响 到产品的质量和水平,长期技术积累才能有效提高产品的稳定性可靠性。对于新进入者,很 难在短期内积累相关技术和各种应用场景知识,从而形成一定的技术壁垒。可以看到,近年 来国内主流逆变器企业研发费用率呈现上升态势,2019 年上能电气、固德威研发费用率高 达 6.34%和 6.15%,阳光电源和锦浪 科技 的研发费用率也达到 4.89%和 3.71%
品牌力: 逆变器企业在为客户服务时不仅仅提供相关产品,还包括一套完整的解决方案,产 品设计的微小变化,对整个电站项目的可靠性、稳定性均产生一定的影响。品牌是多年产品 质量和售后服务凝聚的结果,因此客户在选择产品时,通常会选择品牌声誉好的供应方且一 旦采购便会与产品供应方形成较为稳定的合作关系。
渠道开发能力: 由于逆变器销售靠近终端,且目前国内逆变器企业加速出海,因此渠道的开 发,尤其是户用、工商业分布式以及海外渠道的开发至关重要。以固德威为例,目前固德威 的逆变器在全球 80 多个国家和地区销售,为了保证当地渠道开发的顺畅,需要招募当地专 业的销售团队,从而保证自身的竞争力,这对于企业的渠道开发能力提出了非常高的要求。
2.1. 趋势一:组串式逆变器市场份额占比不断提升
从产品需求上看,全球范围内依然遵循大型地面电站优选集中式逆变器、工商业和户用分布 式优选组串式逆变器的选型原则,但近年来行业的一大趋势是组串式逆变器市场份额持续增 长。根据 GTMResearch 的统计数据,2018 年组串式逆变器出货量首次超过集中式逆变器, 达到 52GW,市占率达到 58%(其中单相占比 9%、三相占比 47%)。组串式逆变器近年来 占比提升主要有两个原因:(1)工商业分布式和户用市场近年来发展较好,应用领域不断增 加,主要得益于中国、欧洲、北美和澳洲等国家和地区的大力扶持;(2)组串式逆变器本身 转换效率较高,近年来随着组串式逆变器技术不断发展,产品成本逐年下降,平均单瓦价格 逐渐接近集中式逆变器,在集中式电站中组串式逆变器越来越多的开始得到应用。根据 IHS Markit 的预测,未来组串式逆变器的销售占比有望进一步提升至超过 60%,组串式逆变器的 装机比例预计稳中有升。
2.2. 趋势二:逆变器存量替代需求有望步入高增时代
逆变器内部 IGBT 等电子元器件的使用寿命普遍在 10-15 年左右。2010 年全球光伏新增装机 达到 17.5GW,首次达到 10GW 以上规模,随着全球各地原有光伏发电设备的老化,整个光 伏市场对更换逆变器的需求正在持续增长。其中,光伏市场起步较早(2008 年)的欧洲近 年来逆变器更换需求已经呈现不断上升态势,2019 年存量光伏电站项目逆变器更换需求已 经达到 3.4GW。与此同时,亚洲地区方面,日本光伏市场起步较早,2009 年累计装机规模 已经达到 2.6GW,2019 年日本逆变器市场替代需求已经初具规模;国内光伏装机自 2011 年达到 GW 级别,2013 年新增装机超过 10GW(10.9GW),预计 2020 年开始逆变器替换 市场将迅速增加。此外,北美洲、尤其是美国光伏市场从 2011 年起新增装机达到 GW 级别, 也有望于近年启动逆变器存量替代。综上,逆变器存量替代自 2020 年起有望步入高增时代。
2.3. 全球逆变器需求及市场空间测算
1)由于组件在光伏发电系统投资成本中的占比较高,在合理范围内增大容配比对于提高光 伏电站发电量、大幅降低 LCOE 具有重要意义。因此,提高超配能力、增加单个组件方阵规 模以提高直流输入的思路,在逆变器产品设计和光伏电站系统设计中被逐渐采用。目前,国 外大型地面电站的容配比最高达到 2 倍,国内光伏电站也逐渐采用超配设计,很多电站项目 已经按照 1.3 倍以上的容配比设计,而部分项目在综合考虑光照、地形和支架、组件等设备 选型等因素后,为追求最优经济性而采用 1.7-1.8 的容配比设计。根据 2019 年组件产量和逆 变器产量推算出全球电站平均容配比为 1.15,假设未来电站容配比逐年小幅提升, 2020/2021/2022/2023 年全球电站平均容配比分别为 1.18/1.21/1.23/1.25。
2)根据 IHS Markit 预测,2020 年全球逆变器更换需求将达到 8.7GW,同比增长 40%;考 虑到 2010 年后全球光伏新增装机逐年增加,因此我们认为未来逆变器存量替代需求有望持 续高增,假 2021/2022/2023 年存量替代需求分别为 15/20/25GW。
3)由于地面电站越来越多采用组串式逆变器以及户用和工商业分布式市场快速发展,假设 未来组串式逆变器的装机比例稳中有升,至 2023 年市场占有率从目前的 59%左右逐步提升 60%左右,对应集中式逆变器市场占有率将从 41%下降至 40%。
4)考虑到当前集中式逆变器价格持续压缩空间不大,假设未来几年价格年降幅为 5%;组串 式逆变器由于竞争较为激烈,中短期价格仍存在一定向下空间,假设 2020、2021 年价格年 降幅为 7%,2022、2023 年价格年降幅为 5%。
5 ) 测 算 结 果 : 根据我们测算, 2020-2023 年全球逆变器总需求量分别为 125.6/167.1/197.6/227.4GW,市场空间分别为 210.7/262.6/295.4/326.6 亿元。其中, 2020-2023 年全球组串式逆变器总需求量分别为 74.5/99.6/118.2/136.4GW,市场空间分别 为 152.4/189.5/213.6/236.8 亿 元 ; 全 球 集 中 式 逆 变 器 总 需 求 量 分 别 为 51.1/67.5/79.5/91.0GW,市场空间分别为 58.3/73.1/81.7/89.8 亿元。
3.1. 趋势一:国内企业加速海外渗透抢占市场份额
近年来国内逆变器企业加速海外布局。 近年来受到中国市场政策波动影响,尤其是 2018 年 531 新政后,国内逆变器企业加快拓展海外渠道,加速海外布局。2019 年我国光伏逆变器出 口规模约为 52.3GW,同比增长 176.7%,总出口额达到 24.38 亿美元,出口市场主要集中 在印度、欧洲、美国、越南、巴西、日本、澳大利亚、墨西哥等国家。其中,亚太地区出口 占比为 37.9%、欧洲市场占比约为 34.1%,其次是北美洲和拉美,占比分别达到 13.4%和 10%。
国内逆变器企业竞争优势较为明显。 近年来随着国内逆变器企业快速发展,国产逆变器产品 的质量逐渐接近海外老牌逆变器企业,与此同时国内的人工、制造成本相比海外企业更低, 因此国内逆变器企业在海外的竞争优势较为明显。以国内逆变器龙头阳光电源和德国的 SMA 为例,两者分列 2019 年全球逆变器出货第 2 和第 3 位,可以看到近年来阳光电源逆变器毛 利率一直维持在 30%以上,而 SMA 则在 20%左右。发展到当前阶段,中国逆变器企业已经 从早期的单纯依赖价格优势参与竞争,逐步转向依赖提升技术水平、产品质量、售后服务等 综合品牌价值来获取市场。
东南亚、欧洲等地区渗透率较高,美国、日本仍有大幅提升空间。 分市场来看,2019 年全 球主要光伏市场国内逆变器出货占比均有显著提升。其中,欧洲作为传统的出口市场,国内 逆变器出货占比从 56%进一步大幅提升至 77%;印度、越南等国主要以地面电站为主,是 目前最火热的光伏市场之一,且本土缺乏有竞争力的光伏企业,因此近年来众多国内逆变器 企业大力开拓印度市场,2019 年国内逆变器出货占比从 2018 年的 34%大幅攀升至 61%;国内企业在拉美地区表现同样出色,2019 年出货占比提升至 58%。目前国内逆变器在美国 和日本渗透率尚低,一方面是由于两个国家市场进入门槛比较高且拥有竞争力较强的逆变器 企业(美国是 SolarEdge 和 Enphase、日本是 TEMIC、Omron 和 Panasonic),另一方面 是因为国内逆变器企业进入市场较晚,与国际品牌及当地的本土品牌在销售渠道竞争方面还 存在劣势。不过近年来国内逆变器企业仍然呈现出加速渗透的态势,2019 年美国和日本中 国逆变器出货占比分别从 19%和 9%提升至 34%和 23%。
3.2. 趋势二:中游企业加速崛起,落后企业陆续退出
行业内多数企业开始采取集中竞争战略。 面对越来越细分的光伏市场演变趋势,逆变器企业 在业务定位和技术路线选择上也越来越呈现差异化发展的趋势。其中,阳光电源、正泰、科 士达等少数企业覆盖除微型逆变器以外的全部类型逆变器,上能电气和特变电工聚焦于集中 式逆变器产品,组串式逆变器竞争相对较为激烈,华为、锦浪、古瑞瓦特、固德威等企业都 在努力深耕工商业和户用逆变器市场,小部分企业专注于集散式和微型逆变器。
受益于细分子领域的集中竞争战略,中游企业加速崛起 。根据 Wood Mackenzie 发布的《Global PV Inverter and module-level power electronics inverter market 2020》数据显示, 受益于组串式逆变器市占率提升以及锦浪、固德威等中游企业采取了集中竞争战略,深耕工 商业分布式和户用市场,可以看到 6-10 名的逆变器企业市场份额近年来有所提升,从 2017 年的 14%上升至 20%,相比之下前 5 名的市场份额则从 2017 年的 59%下滑至 2019 年的 56%,中游企业加速崛起。
行业持续整合,落后企业加速退出。 展望未来,自主研发能力弱、对市场变化敏感度不高和 新市场拓展能力差的企业,后续的生存空间将会愈发困难。2019 年 7 月 ABB 宣布将逆变器 业务出售给意大利 PIMER,此次收购已于 2020 年 3 月初正式完成;德国 SMA 集团下属的 SMA(中国)在中国境内的三家公司在 2019 年 2 月完成 MBO 后更名为爱士惟;施耐德退 出集中式光伏逆变器业务,只做分布式逆变器;因营收大幅下滑的上市公司茂硕电源,也已 经在谋求转型;前身是兆伏爱索的 ZeverSolarGMBH 已经宣布正式停止开展逆变器业务。
3.3. 降本路径:功率大型化、原材料国产化和技术优化
功率大型化: 近年来逆变器单机功率大型化趋势基本确立,目前集中式逆变器主流产品正在 从 500KW-630MW 过渡到 1.25-3.125MW、组串式逆变器正在从 50KW 以下过渡到 50-175KW。功率大型化摊薄了不变成本,为逆变器带来了单位功率成本的下降以及盈利能 力的提升。根据上能电气招股说明书的信息,3.125MW 集中逆变器单位成本基本与 630KW 持平,主要是因为 630KW 经历多年的发展成本已经大幅优化而 3.125MW 作为新产品未来 成本还有较大的优化空间,但毛利率相比 630KW 要高出 6pcts 以上;同样的 175KW 组串 式逆变器的单位功率成本相比 20KW 以下的产品要低 0.21 元/W,毛利率要高出 10pcts 以上。
原材料国产化 :光伏逆变器的原材料成本占产品成本的 80%以上,其中 MOSFET 和 IGBT等半导体为核心的电子器件,产品技术门槛较高,目前主要由德国英飞凌、日本三菱、富士 等国外企业供应。目前我国一线逆变器厂商主要功率期间大多选用进口产品。近两年收到国 际贸易因素的影响,国内逆变器企业对于供应链的安全愈发关注,国产替代加速成为国内 IGBT 供应商打开市场的突破口。当前国内 IGBT 行业已经能够具备一定的产业链协同能力, 部分逆变器企业也正在逐步接受国产 IGBT,国内 IGBT 的销量也在持续上涨。随着国内 8 英寸 Fab 厂产能大幅开出,国内 IGBT 在技术、成本等各个方面都将更加具备竞争优势,国 产替代的进程也必将加速从而降低国产逆变器原材料成本。
技术优化: 一方面,随着未来硅半导体功率器件技术指标的进一步提升、碳化硅等新型高效 半导体材料工艺的日益成熟、磁性材料单位损耗的逐步降低,并结合更加完善的电力电子变 换拓扑和控制技术,逆变器效率未来仍有进一步提升的空间;另一方面,未来逆变器电路、 体积等方面仍然存在进一步优化的空间,从而进一步节省半导体和箱体材料。
3.4. 盈利能力:中短期有望随海外渗透率提升和降本维持在较好水平
多重因素作用下逆变器价格逐年下跌。 从产品价格上来看,随着传统光伏市场趋于稳定,逆 变器企业在传统市场中的竞争加剧;与此同时,国内企业加快出海,越来越多具备成本优势 的中国企业参与到新兴市场的竞争中,光伏逆变器全球化竞争也愈发积累。此外,由于行业 降本增效的压力,逆变器成本优化带动售价逐年下降。在上述多重因素的作用下,集中式逆 变器价格从 2014 年的 0.28 元/W 降至 2019 年的 0.12 元/W 左右,组串式逆变器由于竞争更 为激烈,价格降幅较大,从 2014 年的 0.54 元/W 降至 0.22 元/W。
中短期盈利能力有望随海外渗透率提升和降本维持在较好水平。 虽然近年来逆变器价格下降 幅度较大,但是从国内企业的毛利率数据看,除个别企业受到 2018 年 531 新政影响当年盈利能力略有下滑外,近年来国内逆变器企业毛利率有持稳甚至上升态势,主因一是中国企业 加速向海外高毛利地区渗透,二是逆变器产品的降本幅度冲抵了价格下跌的不利因素。从当 前时点看,微观企业的盈利仍然在持续验证中观行业边际向好这一事实,中短期国内逆变器 厂商盈利能力有望继续随海外渗透率提升和降本维持在较好水平。
受益于全球光伏装机增长和逆变器存量替代需求释放,逆变器需求有望持续高增。 逆变器内 部 IGBT 等电子元器件的使用寿命普遍在 10-15 年左右。2010 年全球光伏新增装机达到 17.5GW,首次达到 10GW 以上规模,随着全球各地原有光伏发电设备的老化,整个光伏市 场对更换逆变器的需求正在持续增长。受益于全球光伏装机增长和逆变器存量替代需求释放, 逆变器需求未来有望持续高增, 2020-2023 年 全 球 逆 变 器 总 需 求 量 分 别 为 125.6/167.1/197.6/227.4GW,市场空间分别为 210.7/262.6/295.4/326.6 亿元。其中,由于 工商业和户用分布式市场发展迅速且越来越多的地面电站开始使用组串式逆变器,组串式逆 变器需求增速预计将快于行业整体增速,我们测算 2020-2023 年全球组串式逆变器总需求量 分别为 74.5/99.6/118.2/136.4GW,市场空间分别为 152.4/189.5/213.6/236.8 亿元。
国内逆变器企业竞争优势明显,海外渗透率持续提升。 受到中国市场政策波动影响,尤其是 2018 年 531 新政后,国内逆变器企业加快拓展海外渠道,加速海外布局。2019 年我国光伏 逆变器出口规模约为 52.3GW,同比增长 176.7%。近年来随着国内逆变器企业快速发展, 国产逆变器产品的质量逐渐接近海外老牌逆变器企业,与此同时国内的人工、制造成本相比 海外企业更低,因此国内逆变器企业在海外的竞争优势较为明显。目前国内企业在欧洲、印 度、拉美等主流市场的市占率分别为 77%、61%、58%,在美国、日本的市占率为 34%和 23%,后续凭借较大的竞争优势渗透率有望进一步提升。
海外出货占比增加&成本优化助力,逆变器企业盈利能力稳中向好。 虽然近年来逆变器价格 下降幅度较大,但是从国内企业的毛利率数据看,除个别企业受到 2018 年 531 新政影响当 年盈利能力略有下滑外,近年来国内逆变器企业毛利率有持稳甚至上升态势,主因一是中国 企业加速向海外高毛利地区渗透,二是逆变器产品的降本幅度冲抵了价格下跌的不利因素。 从当前时点看,微观企业的盈利仍然在持续验证中观行业边际向好这一事实,中短期国内逆 变器厂商盈利能力有望继续随海外渗透率提升和降本维持在较好水平。
投资策略: 受益于全球光伏装机增长和逆变器存量替代需求释放,逆变器需求有望持续高增。 与此同时,由于竞争优势显著,国内逆变器企业加速海外布局抢占市场份额,中短期国内逆 变器厂商盈利能力有望继续随海外渗透率提升和降本维持在较好水平,我们认为未来逆变器 企业业绩有望持续高增, 重点推荐全球逆变器龙头阳光电源、组串式逆变器优质企业锦浪科 技和固德威,建议关注上能电气。
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(报告观点属于原作者,仅供参考。作者:安信证券)
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光伏发电早已准入电网,而且还配套有补贴政策,如果有兴趣甚至可以个人投资在自家屋顶建一个小型光伏发电,电网免费协助接入。但是为什么仍然发展不起来呢?1、容量低,大型光伏发电站赶不上中型火力发电厂的一台发电机。2、可调性差,假设负荷100兆瓦,光伏发电50兆瓦,是不是火力发电只要50兆瓦就行呢?不行,因为电能无法大规模储存,比如,晚上光伏发电为零,那么全部负荷要靠火力发电顶,在考虑到负荷波动、发电机故障等备用,需要火力发电还要超过100兆瓦。这样一来,建光伏电站不能等比例替代火力发电。3、太阳能电池板的制造耗费大量电能,如果考虑到整个寿命周期内老化,以及光照、温度等条件不理想导致无法满功率发电,投入产出比较大。有人认为在一些情况下,甚至电池板出厂到报废发出的电能,补不上制造它消耗的电能(我自己没有试验过,仅作参考)。所以经济优势不明显。4、生产过程中,处理不当可能伴有环境污染。5、可能有人有疑问,既然这么多问题,为啥米国可以安装5~6GW呢(GW为十亿瓦)?给大家个2013年的数据吧:我国光伏发电装机已经累计19GW了,而全国各种类型发电装机总容量为1247GW,占1.5%。其实也不错了,核电才49GW。
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前几天,正当大盘指数加速杀跌之际,有一个板块在悄然崛起,逆市大涨5%,并彻底火了起来!
板块概念叫BIPV。
之所以会受到市场资金追捧,主要原因有两个:一是两会期间频繁提到的碳中和,BIPV刚好算得上碳中和的分支;二是来自于光伏龙头隆基股份的对建筑企业的一项收购。
BIPV究竟是什么呢?
BIPV是光伏领域的某一细分赛道,英文全称叫Building Attached Photovoltaic,是指光伏建筑一体化,即人们将光伏产品集成到建筑上的一种技术。
BIPV是相对于BAPV而言的,BAPV是建筑上安装的太阳能光伏发电系统,说白了就是在房屋表面外加安装的太阳能电池板。而BIPV比较特殊,既有建筑的功能,又能充当“发电站”。怎么理解?BIPV是直接将太阳能电池板变成建筑材料的一部分,比如制造成门窗、墙面、阳台、屋顶等。目前最广为人知的典型BIPV就是特斯拉屋顶。
说起来,BIPV与BAPV目标都是依靠建筑表面进行太阳能发电,而两者也是仅一字之差,但它们从设计到集成再到建筑物过程实质有很大不同。
BIPV产品竞争优势在哪?从目前来看,BIPV产品迭代已经经历了三个发展阶段:
第一代BIPV:光伏组件(硅基电池)通过简单支撑或直接贴合在建筑表面。
第二代BIPV:光伏组件(薄膜电池)具备建材属性,能够替代传统玻璃、屋顶瓦片和水泥墙。
第三代BIPV:对第二代进行优化,同时加入智能电网技术。
从各种技术的特点和BIPV的要求对比来看,第一代发电效果差,缺乏美感。第二代外观有所改善,但需要大量的电力变换装置和连线结构来满足供电要求,维护起来非常麻烦。第三代在第二代的基础上进行了改良,降低了维护成本,同时进一步追求美学设计及定制化需求,是当前发展主流。
从经济性方面考虑,BIPV还存在替代收益和发电效益优势。一是建筑建造时采用BIPV组件可以节省对应面积的建材成本;二是BIPV发电的自发自用节省了业主的电费。更重要的是,BIPV的产品价格和安装成本可以摊进被它取代的建筑材料和工程中,降低整体成本。这是过去采取BAPV这种方案所不具备的。
不过,BIPV仍有一些问题是目前需要面对的。例如,BIPV安装角度不尽相同的话,就会导致发电能力有所削弱。而且关于材料寿命方面,现在的光伏组件质保期在20-30年时间内,相比建筑材料仍然不够。
此外,设计还需要考虑建筑的艺术美学,当两个完全不同的领域知识揉在一起的时候,对设计师而言成了很大挑战。
虽然BIPV这段时间很火,但它并不是近两年才出现的。实际上,最早使用BIPV的领域可以追溯到上世纪军备竞赛的卫星和国际空间站。在当时,卫星上的电源供应系统便是BIPV最早的雏形。
1967年,日本MSK公司将透明前后板加工成半柔性和轻量化光伏组件粘贴在屋顶和墙面上,BIPV技术迎来了第一次商业应用。
但真正让BIPV进入全球视野的是1991年德国慕尼黑举行的一次建筑行业展会。在展会期间,旭格公司将光伏组件和艺术空间设计相结合首次推出了“光电幕墙”。
由于这种既环保又新奇的玩意勾起了大部分人的兴趣,之后德国、美国、西班牙、中国等部分国家纷纷建成了一批BIPV建筑。比如德国柏林中央车站、世博中国馆、日本京瓷总部、上海拉斐尔云廊以及嘉兴秀洲光伏 科技 馆......
从目前来看,BIPV的应用已经从早期单一的屋顶拓展到建筑的方方面面,如光伏常规屋顶或透明采光屋顶、幕墙、遮阳板、站台、电子树等场景。其中,光伏屋顶是市场份额最大的BIPV产品,占到BIPV总收入约60%。据统计,2020年全球六大主要企业在工商业屋顶应用的BIPV产量就高达709MW。此外,建筑玻璃幕墙是第二大的BIPV产品。
进入21世纪,减排成为全球共识,新能源有了更多用武之地。
光伏是全球第三大电力供给方式,随着度电成本不断降低,各类场景应用层出不穷。BIPV正好作为光伏细分赛道,得到全球主要国家重点关注。
自2000年以来,欧美和日本开始出台相关政策,将BIPV列入重点发展目标。
由于早期BIPV使用的是晶硅电池,而且产品安装方式是通过简单支撑或贴合在房屋表面的,太过缺乏美感,再加上光伏组件受技术成本导致价格相对昂贵,最终市场迟迟没有迎来爆发。
2010年之后,BIPV产品技术经过几轮迭代,无论经济性还是适用性有了很大改善,部分消费者逐步接受这种产品。与此同时零能耗建筑、低碳社区、智慧城市的发展,BIPV产业走向成熟。
2016年,受益加州政策,特斯拉通过收购SolarCity(美国户用太阳能系统安装商),从光伏屋顶切入了BIPV业务,期间面向欧美住宅陆续发布BIPV产品第一代和第二代Solar Roof。至此,BIPV开始真正受到欧美地区人们的欢迎。
不同于欧美这些国家,我国BIPV本世纪初期起步,在2004年深圳园博园和北京天普工业园首次引入BIPV理念。
尽管BIPV起步晚,但实际上BIPV产业在2010年的时候就有了蓄势待发的迹象。奈何当时欧美对中国光伏的阻击,以及国内光伏产业配套不够完善,导致BIPV面临制造成本高、技术积累不成熟、确实政策扶持等难题,最终很难发展起来。
直到最近两年,我国光伏产业站在世界前列,BIPV产业才开始具备了大规模产业化发展的良好基础。
根据IMSIA数据统计,2019年全球BIPV总装机量为1.15GW,渗透率仅有1%。
整体看来,全球BIPV市场处于起步时期,距离规模化发展尚远。
然而近年随着全球各国减排目标不断提升,建筑迈向近零能耗是未来发展趋势,BIPV产业发展在逐渐加快。此背景下,全球BIPV市场规模也随之“水涨船高”。
Grand View Research机构乐观估计,全球BIPV市场规模将在2025年达到367.4亿美元。
实际上,我国发展BIPV产业要取得的经济价值要远高于那些发达国家。
我国是世界上太阳能资源最为丰富的国家之一,除东北的少数地区外,其他地区年平均日照时数都在2600小时以上,充足的日照使得BIPV发电效益并不差。
早在2009年我国就启动了“太阳能屋顶计划”,并在当年开展了111个太阳能光电建筑应用示范项目,装机容量达到91MW。到了2011年,我国光电建筑装机容量已为535.6MW。
2019年“电改”加速后,BIPV有了更多参与竞争的机会。同期,中国成立首个BIPV联盟,通过政策引导+资本助力,攻克“卡脖子”技术,拉开了BIPV发展新时代序幕。
此外,“十四五”规划以及“碳中和”也在明确指出煤炭消费达峰甚至负增长的目标。这意味着光伏迎来重要发展时机,BIPV在迎来最强风口!
以2018年为例,我国BIPV的市场累计安装规模仅为1.1GW左右,市场规模预计不足50亿。根据国家统计局数据,我国每年的建筑竣工面积在40亿平方米左右,若按照2%的BIPV渗透率,仅新建建筑的年增量空间就在一千亿以上,远高于目前的市场容量。
BIPV的整个产业链共分为三部分:上游光伏电池生产企业、中游BIPV系统集成商、下游BIPV应用。从整个产业链分布的情况看,中游的BIPV系统集成服务有望成为利润最丰厚的环节。
隆基股份和特斯拉是当前布局BIPV的两大巨头。隆基股份面对的是ToB市场,特斯拉是ToC市场。
上面已经提到过,特斯拉是通过收购本土太阳能系统安装商进入BIPV赛道。2019年10月,特斯拉推出Solar Roof第三代。第三代Solar Roof使用黑色纹理玻璃制成新型瓷砖,将组件和屋顶一体化,面向欧美住宅和其它市场的高端住宅市场。
BIPV在未来达到万亿市场规模是必然发展趋势,马斯克曾多次公开表示,太阳能屋顶会成为特斯拉继电动车后的另一个核心业务。
除特斯拉以外,国内光伏组件巨头隆基股份依托在BAPV累积的经验,进军BIPV市场。2019年6月,隆基股份开始建设首座BIPV工厂,2020年8月发布首款BIPV产品“隆顶”。其他光伏企业,如晶科、汉能、中信博、英利能源等也在纷纷推出自己的BIPV产品。
不过随着光伏平价临近,“补贴驱动”向“需求驱动”转变,BIPV会重新迎来新发展契机。届时,具有品牌、渠道、集中度等优势的龙头企业机会明显。
下面是主要BIPV厂商梳理:
特斯拉(TSLA): 全球BIPV光伏龙头,主打太阳能发电屋顶BIPV产品Solar Roof,目前已经推出第三代。
隆基股份(601012): 国内BIPV光伏龙头,对标特斯拉。2019年才开拓BIPV市场,2020年就推出“隆顶“、”隆锦“等BIPV产品,面向工商业屋顶客户供货。公司规划未来5年BIPV收入要达百亿级别。
中信博(688408): BIPV业务尚处于起步阶段。2016年研发BIPV系统,作了充分的技术和市场积累。2017年推出第一款BIPV产品——智顶。2019年承接国内江西唯美陶瓷40.9MW、江苏东方日升3MWBIPV项目,当年贡献百万级别收入规模。2020年公司推出智顶迭代产品,BIPV业务进一步成熟。
(文章来源于:解析投资)
可再生能源包括风力发电,光伏发电,生物质能发电等。我国的风力发电和光伏发电的产量从2008年起就异军突起,坐上了世界第一的宝座。从2005年德国开始对光伏进行度电补贴以来,中国光伏产业的年产量几乎从零起步,到2014年,中国光伏产量已经达到30GW,保持着在全球遥遥领先的地位。在2005年到2012年间,美国和欧洲政府对于光伏发电的补贴,通过采购中国的光伏组件,至少有一半进入了中国光伏制造商的口袋。
在这段时间,美国和欧洲的光伏制造企业被中国的光伏企业挤压得毫无生存空间,数百家光伏企业接连倒闭。风电企业的情况也类似。
但是,这还不是美国和欧洲宣布对中国光伏企业和风电企业进行“双反”的真正理由。
光伏作为可再生能源的一种,除了清洁以外,还有一个很大的特征,就是随处可得。这种能源不像石油那样70%集中在中东,美国只要控制了中东就控制了世界。
而光伏和风力发电具有地域分布的平均性。虽然不同地方的风力大小有区别,日照强度有区别,但理论上,地球上任何地方都可以使用光伏作为能源。即便是在北极,只要是白天,光伏一样可以采用。这也就意味着,如果光伏的应用规模达到了一定的比例,比如占到了现有能源消耗量的20~30%之间,中国对于能源的进口依存度将大大下降。而如果可再生能源站到了能源总消耗量的50%的话,中国几乎可以完全摆脱石油进口的局面。那样,美国所谓的“亚太在平衡”战略,美国在中东的布局,对马六甲海峡、巴拿马运河、霍尔木兹海峡的控制,将完全彻底地失去意义。
虽然现在中国的风力、光伏和生物质能的装机容量才 100GW,也就是一亿千瓦,占中国能源总消费的8%左右,但是,中国新能源的发展速度却十分迅速。按照现在的发展速度,到2020年,中国新能源的总装机将超过250GW,即2.5亿千瓦,预计将超过届时中国总电力装机容量的20%。要知道,那仅仅是五年之后就将发生的。届时,中国的石油需求将比现在减少30%以上,也就意味着中国进口石油的需求将减少60%。这样的话,仅俄罗斯和里海的石油就可以完全满足中国的石油进口需求,届时,美国对于中国的能源控制,将彻底失去意义。这是美国绝对不愿意看到的。
二中国光伏产业的发展将影响美国自身的能源安全
让美国更为担心的是,中国的光伏企业在这不到十年的短短时间内,就已经体现出了强大的生命力。除了成本低廉外,中国光伏产品的技术、性能和质量并不逊色于美国本土的产品。而且,中国的大型光伏企业,在鼎盛时期,每年都投入了大量的资金用于技术研发。而不少企业虽然投入的研发资金比美国的同行少很多,但获得的成果却丝毫不逊色,不少技术都处于领先的势头。
这样的情形如果发展下去,不仅中国自己将实现能源自给,也就是所谓“能源独立”,而且,会倒过来造成美国的能源会对中国企业产生依赖效应。目前,美国对中国光伏的“双反”就遭到了美国包括众多太阳能用户的“低价太阳能联盟”的反对,这意味着,美国光伏用户对于中国光伏制造企业的依赖已经产生,如果美国政府不立刻断然采取措施阻止中国产品的进入的话,这种依赖将越来越严重。如果美国大部分的新能源都依赖中国的产品的话,那么,到时候才采取贸易禁运措施的话,伤害的就将不仅仅是美国的新能源用户,而是整个美国经济。
此外,目前世界上除了中东、非洲和俄罗斯外,其它地区基本都是能源净进口地区,例如欧洲、南美、东南亚、东北亚等。目前,中国的光伏企业对于这些地区的市场渗透也十分深入。而这些地区的能源,现在基本都在美国的控制之下,因此,中国的光伏企业如果这么长期发展下去,必将形成在这些地区从美国的“虎口”里夺食。虽然现在光伏等新能源的发电规模对美国还远远没有构成威胁,但随着新能源规模的扩大,这些非美国的国家一旦对中国的光伏产品产生了依赖,到那个时候,局面恐怕就完全不是美国所能够控制的了。
所以,无论是从美国自身的光伏制造业保护,从保持对中国的能源控制,从保持美国自己的能源独立,还是保持美国对世界的能源控制力,美国都必须在中国的光伏产业的发展之初,将中国光伏产业扼杀在摇篮里。这就是为什么美国政府对中国光伏产业一反再反,穷追猛打,必要置之死地而后快的原因。这不仅仅是为了保护美国的光伏制造企业,也不仅仅是为了保护美国自己光伏产业,而是为了通过遏制中国的光伏产业,确保中国对于进口石油的需求,确保世界上的能源消费国对于进口能源的需求,以确保美国用了半个多世纪建立起来的以石油控制世界的局面不被打破。
这就是美国对中国光伏产业双反的多层次原因。
三美国“双反”战略成效显著
应当说,美国的“双反”政策还是很奏效的,基本达到了他们的目的。现在,中国的光伏企业,不仅因产能过剩元气大伤,而那些还在苟延残喘的企业,也只能基本维持成本,谈不上任何发展。
虽然一年多以来,中国政府对于光伏发电的补贴政策起到了强心针的作用,但现在光伏行业里形成了“重发电轻制造”的明显倾向。“搞电站的牛逼,搞制造的傻逼”,成为了那些拿着资本找电站买路条的光伏投资大佬的口头禅。虽然发展光伏电站是从应用端拉动需求,也是必须的,但如果只重视发电,忽视制造,则恰恰中了美国人的圈套。这正是美国人对中国光伏进行“双反”想要达到的目的。
比行业不景气更为严重的后果是,目前中国的光伏企业已经几乎完全放弃了技术研发。在目前极度艰难的生存条件下,所有的大型光伏企业,都在勒紧裤腰带,设法生存。在工资都发不出的情况下,研发投入根本就不可能被列入预算。据调查,几乎所有的中国光伏企业,从2013年起,就停止了新项目的研发投入。原有的研发项目也大多数中断,只有少数企业还在延续已经立项的研发项目。
作为新兴行业的初期,光伏产业技术更新时间较短,新技术取代旧技术的时间很快。而本来中国光伏企业在制造方面已经形成了自己的优势,如果一直积淀下来,将不断加强这种优势,而一旦中断,则今后又要从头再来。中国企业放弃研发,将对中国光伏产业形成长期致命的伤害。因为,不景气时暂时的,度过以后很快能够恢复,但技术优势一旦失去,将丧失竞争力,造成长期落后。
在中国光伏企业停止研发的同时,美国的光伏企业却在不断加大投入,研发这新的技术。美国政府也从2012年开始,持续加大了对光伏产业的研究项目的资助。
如果美国政府对于中国光伏的这种彼消此长的遏制战略持续下去,中国光伏产业在过去近十年所形成的并不稳固的光伏制造优势,在几年内将荡然无存。那个时候,即便美国取消“双反”,中国的光伏企业也将没有任何竞争力。
在“双反”方面,美国在2012年打出第一招之后,现在已经祭出了第二招,可以肯定这决不是最后一招。甚至还会有“双反”之外的更狠的招数。到目前为止,美国的招数收到了效果,达到了他们希望看到的目的。
至于后面的事态如何发展,如果中国那些应对美国“双反”的专家、企业家和官员们,如果看不到美国“双反”的深层次原因,只是一味在成本、价格和补贴上和美国纠缠,就掉进了美国的陷阱,将注定白费力气。那样的话,很可能山姆大叔后面的招数都不用拿出来,就能够达到他们想要的目的了
但是,尽管美国想搞垮中国光伏产业的决心很大,投入也很大。但是,他们的目的是注定不能得逞的。中国光伏企业的生命力已经得到证明,行业里也不乏有识之士。只要中国的光伏企业能够认清美国“双反”的真实原因,有的放矢,采取正确的对策,就一定能够粉碎美国政府的阴谋,不论美国再用什么样的手段,都不能阻挡我国的新能源事业顺利发展。望采纳
太阳能产业协会和研究机构Wood McKenzi周二发表的一份报告显示,2020年美国太阳能新设装机容量猛增43%,创纪录的19.2GW (GW),由于有利的经济状况、下半年的支援政策和强劲的需求,抵消了美国大流行的影响。仅去年第四季度,美国太阳能新建安装容量就超过8瓦,超过2015年全年7.5瓦。
美国目前太阳能装机总量为97.2瓦,足以为1770万户家庭提供电力。加利福尼亚、德克萨斯和佛罗里达连续两年获得新太阳能装机第三名。弗吉尼亚和北卡罗来纳排名第四和第五。
中国光伏累计安装基础连续6年位居世界第一
我国光伏市场非常分散,前10大企业的比例为26%,前20大企业的比例仅为33%。前20大企业中,国企、民企各10家,民企比重不同的电力企业(火力、水电民国家能源集团19.6%华能集团9.5%国战斗者9.2%大党集团8.8%中,广核6.7%华电集团6.8%三峡集团3.2%)
2021全球太阳能装机容量记录
包括中国、欧洲和美国在内的主要市场正在加快太阳能的使用,以帮助实现气候目标,多晶硅生产商今年将面临巨大的生产能力需求考验。据彭博透露,到2025年,全球太阳能装机容量将增加80%以上,随着中国进一步摆脱对化石燃料的依赖,在此期间,中国的太阳能装机容量将翻一番。预计今年全球太阳能装机容量将达到创纪录的1.7亿千瓦,多晶硅制造商应尽最大努力生产与之匹配的55万吨原料。
根据中国研究普华出版的《2021-2026年中国太阳能光伏行业深度调研与发展趋势预测研究报告》:
2019年,政府层面不断出台关于光电发电行业的多项规范指导文件,其中许多内容发出“市场化取向更加明确,补贴退潮信号更加明确,补贴和电网限制更加明显,旁观服步伐更加坚定”的信号。显然,积极推进评价及网络项目建设,严格规范补贴项目竞争构成,将在今后一段时间内成为主流的政策导向。随着光伏发电技术的发展和产业规模的不断扩大,光伏建设成本和发展成本将持续下降,光伏评估网络将成为可能。
我国太阳能光伏行业虽然起步晚,但特别是2013年以后,根据国家及各地区的政策,太阳能光伏发电在我国呈现爆炸性增长。据国家能源局统计,2017年我国太阳能发电新建装机容量为44.26GW,创历史新高,2018年光复531。2019年,全国新建光电发电机30.11GW同比减少31.6%,其中集中光伏新建设备17.91GW,同比减少22.9%。分布式光伏新建机械12.20GW,同比减少41.8%。
图表:2016-2019年中国太阳能发电新装机容量
资料来源:中国研究普华产业研究所
图表:2016-2019年中国太阳能发电累计装机容量
据累计装机容量方面的统计,国家能源局统计,2013年以后,我国光电发电累计装机容量迅速增长。2013年全国光电发电累计装机容量仅为19.42GW,2019年增至204.3GW。2013-2019年全国光电发电累计装机容量增加10倍以上。
光伏市长/市场奇偶网络政策支持
《关于推进风电、光伏发电无补贴平价上网项目建设的工作方案(征求意见稿)》,《关于征求对2019年风电、光伏发电建设管理有关要求的通知(征求意见稿)意见的函》一至两个重磅政策完全激活国内市场,无补贴项目、投标项目和补贴项目的落地,今年市长/市场发展趋势备受关注。
预计2019年低价互联网项目将获得政策上最强的支持,为光伏市场带来新的机遇。从产业发展的角度来看,评价互联网时代即将到来,未来几年能得到补贴的项目将越来越少,评价互联网项目将成为主流,最终业界将完全告别补贴,进入无补贴时代。因此,从现在开始,鼓励优先建设低价互联网项目,对行业未来发展具有重要意义。
2019年光伏政策的总体目标是坚持稳定中的总趋势,充分发挥市长/市场机制的决定性作用,保持光伏产业合理发展规模和发展节奏,促进光伏产业高质量发展。2019年光电发电建设将采用“两进制出”的方式,辅助额定气量。财政部对补贴规模的初步意向30亿韩元和国家发展改革委2019年对光电电力政策的意见中,寻求最高的电价上限,补贴可以支持的建设规模约为2000-2300万千瓦,加上今年将并网的150万千瓦技术领先项目、150万千瓦的建设速度、对实施效果好的领先基地所在地的补偿规模、光伏扶贫、
日本、印度、美国等海外光伏市场仍呈稳定增长趋势,为国内企业全球布局创造了条件。同期,受531的影响,部分生产能力被清算,受到国内市长/市场需求暴跌的刺激,2019年以后光伏产业链价格上涨并保持强劲,光伏行业在第一季度出现淡季萧条的格局。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视),季节)随着政策的变化和需求,光伏行业的景气度将进一步提高。
回答比较笼统,希望对你有帮助。
发展 知识力量倍受重视,专利申请全面开花专家:自主知识产权为企业不断开拓市场保驾护航 “光伏产业巨大的发展前景吸引了我国众多企业的加入,但是随着市场的成熟、行业门槛标准的提高,如果企业缺乏自主知识产权、技术不过关,将难以在光伏领域长久发展。”赛维LDK技术研究院主任蒋荣华在接受中国知识产权报记者采访时如是说。事实上,我国很多光伏企业已经意识到了这一点,他们在发展壮大的同时,不断加强研发力度,提高自主创新能力,一些企业已成功积累了一批拥有自主知识产权的技术。尚德电力是我国较早进入光伏产业的企业之一,目前主要从事晶体硅太阳能电池、组件以及光伏发电系统等产品的研发、制造与销售。据尚德电力公关事务部张建敏介绍,尚德电力一直坚持崇尚科技、持续创新的理念,每年将销售收入的3%用于新技术、新材料、新装备的技术研发。截至2010年10月,尚德电力已在国内外申请专利240多件,其中多数为发明专利,涉及领域包括晶体硅太阳电池、太阳电池组件、光伏发电系统等多个核心技术领域。赛维LDK也是目前全世界规模最大的太阳能硅片生产企业,通过多年的自主研发,已在光伏产业多个技术领域填补了国内外技术空白。“截至2010年11月,赛维LDK已在中国申请专利62件,其中发明专利有43件;同时,在美国、欧洲、日本等国家和地区也通过《专利合作条约》递交了PCT专利申请。”蒋荣华告诉记者,专利不仅帮助企业更好地开拓了国内外市场,同时也加强了企业的核心竞争力。据北京知识立方科技有限公司专利分析服务中心(下称知立方专利中心)主任赵栋介绍,通过德温特世界专利索引数据库(DWPI)检索太阳能光伏领域相关专利后发现,1990年至2009年,我国光伏产业领域的企业共申请相关专利4400多件,仅次于日本,居全球第二位。比美国、德国分别高出了1%和5%。 问题 关键技术依赖进口,产品市场90%在国外专家:“两头在外”,中国仍处全球光伏产业价值链中端 近年来,虽然我国太阳能光伏技术和光伏产业发展迅猛,并积累了一定数量的专利,但核心技术专利较少。据了解,太阳能光伏核心技术领域涉及把辐射能转换为电能,通过辐射进行电能控制的半导体器件,专门用于制造、处理半导体器件的方法或设备等方面。记者从知立方专利中心提供的一份专利分析报告中了解到,截至2010年11月,在我国申请的H01L03专利权人排名中,佳能株式会社以141件专利申请遥遥领先,明显多于其他申请人;其次是夏普株式会社121件、三洋电机株式会社108件、半导体能源研究所株式会社89件、中国科学院上海技术物理研究所84件。在排名前10位的专利权人中,还有3位来自中国的专利权人:中国科学院半导体研究所、常州天合光能有限公司和南开大学,他们在该领域的专利申请量分别是75件、66件和60件。“国外企业在我国光伏技术核心专利领域具有明显的优势。”赵栋向记者坦言,虽然近年来我国科研院校和企业已加大在该领域的研发力度,但与国外企业仍存在一定差距;而且我国在该领域的专利大户多为科研院校,产业化水平相对较低。此外,国内企业还没有掌握太阳能电池所需要的多晶硅技术,尤其是多晶硅提纯技术方面,我国还存在一定差距。“多晶硅主流技术掌握在以德国瓦克公司为代表的国外企业手中,目前国内多数企业的多晶硅技术都是从俄罗斯引进的。”李雷告诉记者,目前美国、日本等国家垄断了全球多晶硅料的供应,中国企业从国外购买硅料后,在国内加工成硅片、太阳能电池,最后组件封装后再出口。“原料、核心技术依赖进口,产品市场销售90%又在国外,这种‘两头在外’的模式使国内一些光伏企业承担了多晶硅生产中高污染、高耗能的后端生产环节,导致企业抗风险能力较弱、生产太阳能光伏电池的成本很高,这都直接影响了我国光伏产业的生命力。”尚德电力董事长兼CEO施正荣博士在接受中国知识产权报记者采访时表示,中国企业尚处于全球光伏产业价值链的中端,离光伏产业强国还有一段路要走。 建议 做好产业发展规划,提升自主创新能力专家:联合攻关突破技术壁垒,提高专利申请的质量 核心专利的缺失在一定程度上制约了我国光伏产业的发展,因此突破技术瓶颈已成为各方共识。据了解,在我国即将出台的“十二五”规划中,太阳能发电被明确列为新兴产业中重点发展的新能源领域。而在我国的“973”、“863”科技支撑计划中也围绕光伏电池材料、光伏电池、并网光伏电站等关键领域部署了一系列重大项目,并进行重点支持。李雷认为,国家相关部门应整合力量,发挥科研院校和企业的优势,就多晶硅提纯、晶体太阳能电池、薄膜太阳能电池等重大关键技术进行联合攻关,逐步突破技术壁垒,形成产业竞争优势,从而确保整个产业健康发展。“企业应充分利用专利信息,通过专利申请趋势来分析太阳能光伏领域的技术发展方向。我国相关政府部门和企业也应积极采取措施,调整技术创新的重点和方向,从而加强相关领域技术研发力度,提高专利申请的质量。”赵栋告诉记者。同时,针对目前国内大多数多晶硅企业从国外引进技术的情况,李雷表示,一方面企业在引进技术的同时要做好消化、吸收和本土化再创新,以防企业发展命脉被别人所掌握。另一方面,国家相关部门也应就一些关键技术和产品参数出台相关标准,逐步加强我国标准体系建设。此外,针对我国光伏产业链发展不太平衡的状况,如多数企业集中在产业链中间环节,上游硅料生产缺乏核心技术,李雷认为,光伏产业需要一个科学的、符合产业发展现状和规律的规划。因此,国家相关部门应结合业内行业组织,开展较为全面的行业调查,并出台发展规划和激励政策,引导产业可持续发展。据了解,早在上世纪90年代,美国、日本、德国等国家就从政策、法律法规和战略方面对太阳能光伏产业给予扶持。其中,德国就通过立法规定了光伏发电上网电价,大大推动了光伏市场和产业发展。随后,西班牙、意大利等国家也纷纷制定了本国光伏产业发展计划,并出台相关政策对光伏电池进行补贴。对此,李雷建议,我国相关部门应联合推进光伏发电规模化应用,积极推进光伏发电示范工程的建设,加大示范工程的补贴力度,从而不断扩大我国光伏发电应用市场,并形成持续稳定的市场需求。
目前人类能源消费结构中,石油、煤炭、天然气、铀等矿物资源占到了人类能源供给量的80%以上。但常规矿物质能源储量有限,如果无节制的开采,全球将很快面临能源短缺危机。另外常规矿物质能源使用后排放大量的CO2、SO2、核废料等威胁着人类生存环境。近年来,全球性的气候变暖,两极冰川融化,海平面上升,自然灾害频繁发生,生物多样性消失,酸雨范围越来越广,高空臭氧层空洞扩大等现象,都是因为人类大量使用并依赖传统能源所造成。
资料来源:中国可再生能源发展战略研讨会论文集
图表1 世界及中国主要能源资源使用年限
发展环保可再生能源是解决上述问题的最有效途径,也是人类能否在地球上永续生存下去的关键要素。在诸多可再生能源中,太阳能是唯一可以大量替代传统能源的能源。而在太阳能产业中,光伏产业由于其具有的诸多优点,是可再生能源中发展最快的产业,无疑也是最具有发展前景的产业。
资料来源:IEA(国际能源署)报告《Renewable Information2010》
图表2 1990~2008年世界可再生能源供给的年增长率
一、光伏产业的特点
太阳能是唯一能够保证人类未来需求的能量来源。光伏发电是利用太阳能将光子转化为电子的一个纯物理过程,转化过程不排放任何有害物质,其特点如下:
充足性:据美国能源部报告(2005年4月)世界上潜在水能资源4.6TW(1TW=1012W),经济可开采资源只有0.9TW;风能实际可开发资源2~4TW;生物质能3TW;海洋能不到2TW;地热能大约12TW;太阳能潜在资源120000TW,实际可开采资源高达600TW。
安全性:运行可靠、使用安全;发电规律性强、可预测(调度比风力发电容易)。
广泛性:生产资料丰富(地壳中硅元素含量位列第二)、建设地域广(荒漠、建筑物等)、规模大小皆宜。
免维护:使用寿命长(20~50年、工作25年效率下降20%)、免维护、无人值守。
清洁性:无燃料消耗、零排放、无噪声、无污染、能量回收期短(0.8~3.0年)。
二、光伏产业发展历程
世界上最早开始研究太阳能要追溯于1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应,并由爱因斯坦在1904年对其做出了理论解释,且很快得到实验证实;1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅光伏电池;1959年第一个光电转换效率为5%的多晶硅光伏电池问世; 1960年,晶硅光伏电池发电首次并入常规电网;1969年世界上第一座光伏发电站在法国建成;1975年美国制作出非晶硅光伏电池;1980年代初,光伏电池开始规模化生产;1983年美国在加州建立了当时世界上最大的光伏电厂;1983年世界光伏组件产量达21.3MW(1MW=106W),光伏产业显露雏形。1990年以后,在能源危机和全球气候变暖的压力下,可再生能源越来越受到关注,德、美、日等国政府相继提出了光伏发电的“光伏屋顶计划”、“新阳光计划”等,在政府的政策法规和行动计划推动下,全球光伏产业以一个朝阳产业的面貌高速成长,同时太阳能光伏发电被誉为世界十种能源中发展最快的能源。
1990年以后全球光伏市场的发展和转移经过三个阶段。第一阶段,1996年之前,美国光伏市场占全球市场份额达32.1%,年复合增长率达25%,当之无愧地成为世界光伏市场中心。第二阶段,1996~2002年间,日本光伏市场保持了35%的年均增长,一跃成为光伏市场最大消费国,近年日本市场小幅回落,但销售的存量仍位居世界前列,2007年光伏电站存量达1GW(109W)左右。第三阶段,2003至今,欧盟成为绝对的市场主力,这得益于德国和西班牙等国的光伏补贴政策,快速刺激了欧盟市场中心的形成,目前我国有近80%的光伏产品出口至欧盟地区。
资料来源:EPIA(欧洲光伏产业协会,世界规模最大的太阳能光伏行业协会)
图表3 2009年光伏产品按地区安装比例
三、光伏发电技术发展趋势
目前已经进入商业化竞争的光伏发电产业按电池技术路线分类主要分为晶体硅光伏电池、薄膜光伏电池和聚光光伏电池。其中晶体硅光伏电池是目前发展最成熟的在应用中居主导地位。
太阳能电池根据所用材料的不同,还可分为:硅光伏电池、多元化合物薄膜光伏电池、聚合物多层修饰电极型光伏电池、纳米晶光伏电池、有机光伏电池等。
图表4 光伏电池分类及规模化生产转化效率
1.多元化合物薄膜光伏电池
多元化合物薄膜光伏电池材料为无机盐,其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜光伏电池等。
硫化镉、碲化镉薄膜光伏电池的效率较非晶硅薄膜光伏电池效率高,成本较晶体硅光伏电池低,并且也易于大规模生产,但镉有剧毒,会对环境造成严重污染,因此并不是最理想的光伏电池。
砷化镓(GaAs)III-V族化合物光伏电池的转换效率可达40%。GaAs 化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感,适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了GaAs电池的普及。
铜铟硒薄膜光伏电池(简称CIS)适合光电转换,不存在光致衰退问题,转换效率也较高。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点,将成为今后发展光伏电池的一个重要方向。唯一问题是材料来源,铟和硒都是稀有元素,因此这类电池的发展必然受到限制。
2.聚合物多层修饰电极型光伏电池
聚合物多层修饰电极型光伏电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个光伏电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好,制作容易,材料来源广泛,成本底等优势,对大规模利用太阳能,提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备光伏电池的研究仅仅刚开始,不论是使用寿命,还是电池效率都不能和无机材料特别是晶体硅光伏电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品,还有待于进一步研究探索。
3.纳米晶光伏电池和有机光伏电池
纳米晶光伏电池转化效率可达10%,有机光伏电池转化效率可达6%,转换效率还比较低,这两类电池还处于研究探索阶段,短时间内不可能大规模商业化应用。
4.聚光太阳电池
聚光光伏电池最大优点就是高转换效率(30%~40%),以及较小的占地面积。聚光光伏发电系统主要由高效聚光太阳电池、高性能的聚光跟踪系统、有效的电池散热系统组成。由于高效聚光光伏电池的技术路线尚未定型,聚光光伏发电规模化产业链也未形成,高性能的聚光跟踪系统和有效的电池散热系统的成本控制难度大,因而聚光光伏发电暂无优势可言。
5.晶体硅光伏电池和薄膜光伏电池
关于“晶硅”和“薄膜”孰优孰劣的讨论也很多。从市场表现来看,05年起“薄膜”市场份额开始不断增加,到09年达到了18%(数据来源:Solarbuzz),趋势相当可观。而且正是从09年开始,发展“薄膜”的呼声也越来越高:一方面硅晶电池刚刚经历了“硅”价巨幅波动的事件导致各大厂家受损;另一方面,美国的FirstSolar公司异军突起,把薄膜电池推上了新高度。2010年,国内很多地方都上了薄膜项目,而一旦开始生产薄膜电池,问题也就暴露出来。
首先是技术门槛问题。“晶硅”技术经历了多年发展,已经进入成熟期,国内几个大型企业已经熟练掌握了晶硅电池的技术,并且有了自己的技术创新和突破。而薄膜电池则不同,技术仍在不断发展变化,特别是非硅薄膜电池技术,材料和工艺上都有很多技术难关,国内的大多数企业并不具备足够的水平,还都只是探索阶段,却要面临在薄膜电池技术领先的FirstSolar公司和已经技术成熟的晶硅电池双重压力,发展困难可想而知。
其次是资金门槛问题。薄膜电池的设备投入比晶硅电池大,而且所有配套设备都依靠进口。随着薄膜电池技术不断发展,生产设备也随之更新换代,很容易造成设备投资上的浪费。
近年来晶硅组件价格一路走低,与薄膜组件的价格已经很接近,薄膜组件的价格优势已不再明显。但“晶硅”对比“薄膜”仍然存在高的转换效率和较长的使用寿命的优势。事实上,一些原打算开展薄膜电池项目的企业,现在也都把项目放缓(尚德、英利),所以薄膜电池想要真的发展,还是需要一定的时间。
单晶硅光伏电池与多晶硅光伏电池相比转化效率高(单晶18~20%、多晶16~18%)、成本高,由于其成本控制难度大,全面胜出的可能性不大。
6.太阳能光热发电
除光伏发电外达到工程应用水平的还有太阳能光热发电。太阳能光热发电的建设和运行门槛很高,我国在太阳能光热发电部件研发上还几乎是空白:曲面反光镜,高温真空管,有机朗肯循环发电机组,斯特林发电机组等。此外,与光伏发电不同,光热发电对于环境也有更高要求:必须直射光,而且需要水冷却,这样在荒漠地区,就无法满足。我国目前太阳能光热发电尚处于研究示范阶段,光热发电与常规电厂结合成互补电站,独立稳定工作的不多(示范项目:江苏江宁县70kW示范电站,863计划北京延庆1MW实验电站)。由于技术障碍,我国在5~10年内都会处于试验示范阶段,光热发电不会成为主导潮流。
结论
从技术成熟度、转化效率及材料来源几方面综合判断,未来5~10年太阳能发电技术占主流的仍为晶体硅(以多晶硅为主)和非晶硅薄膜光伏技术。目前市场占有率:多晶硅电池52%,单晶硅电池38%,非晶硅薄膜电池8%,其他化合物薄膜电池2%。发展非晶硅薄膜光伏技术,还不宜盲目扩大规模,还是应该重点放在研究上,深入掌握核心技术。
1、国外现状:由于前5年发达国家光伏补助相当多,国外光伏发电迅猛,为了调节(降低)光伏发电装机,德国、英国、美国等发达国家正在降低光伏发电的补助,因此这些国家的光伏装机明显下降。
国外趋势:光伏发电补助会继续下降,使市场自动调节,当光伏组件价格降低到一定阶段时,达到商业发电的经济指标,光伏发电规模会增加。
2、国内现状:国家光伏补助电价为1元/KWH,在少部分地区(西藏、川西、新疆等)能达到商业发电经济要求(年收益8%),在这些地区光伏发电发展比较迅猛。其他地区由于受资源影响(太阳能辐射值低)很难发展大型并网光伏电站。
国内趋势:在光伏组件价格逐渐降低的情况下,国家正在考虑降低光伏发电的补助,但是在未来5~10年国家仍将大力扶持光伏发电,光伏发电会在国内遍地开花。
应用领域
一、用户太阳能电源:
(1)小型电源10-100W不等,用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,如照明、电视、收录机等;
(2)3-5KW家庭屋顶并网发电系统;
(3)光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、灌溉。
二、交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。
三、通讯/通信领域:太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。