上半年我国光伏发电成绩如何?
2018年上半年,我国光伏发电新增装机2430.6万千瓦,与去年同期增幅基本持平,其中,光伏电站1206.2万千瓦,同比减少30%;分布式光伏1224.4万千瓦,同比增长72%。
截至2018年6月底,全国光伏发电装机容量达到15451万千瓦,其中,光伏电站11260万千瓦,分布式光伏4190.3万千瓦。上半年光伏发电量823.9亿千瓦时,同比增长59%;弃光率3.6%,同比下降3.2个百分点。弃光主要集中在新疆和甘肃,其中,新疆(不含兵团)弃光电量13.5亿千瓦时,弃光率20%,同比下降6.1个百分点;甘肃弃光电量5.9亿千瓦时,弃光率11%,同比下降11个百分点。
从新增装机布局看,华北地区新增装机611.6万千瓦,同比增长47%,占全国的25.2%;东北地区新增装机206.4万千瓦,同比下降4%,占全国的8.5%;华东地区新增装机621.8万千瓦,同比下降25%,占全国的25.6%;华中地区新增装机387.8万千瓦,同比下降8%,占全国的15.9%;西北地区新增装机412万千瓦,同比下降1%,占全国的17.0%;华南地区新增装机191.8万千瓦,同比增长33%,占全国的7.9%。
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。
“平价上网”,是国内光伏行业发展方向。2017年12月22日,国家发改委正式发布了《关于2018年光伏发电项目价格政策的通知》,进一步下调了今年光伏项目上网电价以及补贴金额,中国光伏行业在“政策驱动”转向“成本驱动”的路上又迈出坚实一步。
光伏电价、补贴的下调倒逼企业不断降低光伏发电成本。近十年来,中国光伏发电成本已由2007年的2元/千瓦时降至2017年0.5元至0.6元/千瓦时。瑞银证券预计,到2020年,中国光伏发电成本有望进一步下降33%,从而步入“平价上网”时代。光伏产业链上游多晶硅、硅片以及中游电池、组件制造成本的下降是主要原因。
多晶硅的主要生产成本为电费和折旧,这两项分别约占生产成本的35%、20%。目前,中国多晶硅制造商正在通过两种方式来降低生产成本:降低每千克多晶硅产量平均用电以及通过扩大产能以摊薄每千克多晶硅的折旧成本。目前,中国一线多晶硅厂商多晶硅总成本为9美元/千克,未来两年,这一数据有望降至7美元/千克。
降低硅片生产成本的主要方式则为:加大铸锭尺寸提升每生产轮次产量以摊薄单位成本以及用金刚线切割取代传统砂浆线切割。未来两年内,中国一线硅片制造商目标将非硅制造成本进一步削减30%以上。
提升转换效率,是中游电池、组件端企业继续研发的思路。在PERC、HIT、IBC等新技术驱动下,中国制造商转换效率将继续引领全球。
对于光伏发电成本的下降趋势,业内基本保持积极态度。但由于2017年国内光伏行业超预期发展,在今年光伏需求能否再现去年高增长的质疑下,业内对于今年国内光伏新增装机量的预测出现分歧。持谨慎态度的人士预测认为,今年中国新增装机量或达到40GW,低于2017年。而有人则持乐观态度,预计2018年至2020年中国年新增光伏装机容量至少为50GW。
产能产量占全球九成以上
光伏玻璃是一种通过层压入太阳能电池,能够利用太阳辐射发电,并具有相关电流引出装置以及电缆的特种玻璃。它是由低铁玻璃、太阳能电池片、胶片、背面玻璃、特殊金属导线组成,将太阳能电池片通过胶片密封在一片低铁玻璃和一片背面玻璃的中间,是一种最新颖的建筑用高 科技 玻璃产品。
作为太阳能电池组件之一,根据SOLARZOOM数据,光伏玻璃在组件成本占比为6%-7%左右。其中,光伏玻璃在常规组件中成本占比7%,在单晶PERC组件中成本占比6%,是最占比最高的光伏辅材之一。
与其他玻璃相比,光伏玻璃产品性能要求更高。如普通玻璃的铁含量一般在0.2%以上,而光伏玻璃的含铁量根据国家标准必须低于0.015%;按照相关标准的规定,光伏玻璃的光伏透射比≥91.5%,而相同厚度的普通玻璃只有88-89%左右;为具备对风压、积雪、冰雹、投掷石子等外力和热应力的较高机械强度,光伏玻璃通常采用钢化玻璃;光伏玻璃对雨水和环境中的有害气体具有一定的耐腐蚀性能,耐高温,热膨胀系数必须与结构材料相匹配等。
正因此,2006年以前,由于进入门槛较高和市场需求量少,国内光伏玻璃产品尚未实现产业化,当时的光伏玻璃市场基本由法国圣戈班、英国皮尔金顿(后被板硝子收购)、日本旭硝子、日本板硝子四家外国公司垄断,国内光伏组件企业完全依赖进口的光伏玻璃进行生产,光伏玻璃的进口价格高达80元/平方米以上。
2006年之后,随着光伏行业的快速发展,在市场需求和利润进一步扩大的带动下,国内光伏玻璃行业开始发展,以福莱特(601865)玻璃为代表的玻璃企业进行技术研发和引进,投建光伏玻璃生产线,实现光伏玻璃国产化。
到2016年前后,国内光伏玻璃行业通过十年左右的时间,完成了从依赖进口到替代进口的转变。国内大型玻璃企业开始海外建厂,如信义光能建立马来西亚生产基地,福莱特玻璃也已开始在越南建设生产线;旭硝子等国外企业则纷纷退出光伏玻璃市场,圣戈班等公司只剩一些产能较小的窑炉仍在生产。
发展到目前,我国已成为全球最大的光伏玻璃生产国,截至2018年,中国光伏玻璃产能及产量均占到全球的90%以上。同时,中国也已成为全球最大的光伏玻璃出口国,主要出口地包括美国、日本、东南亚等国家和地区。
将受益于光伏装机量增长
受国内政策变动影响,2018年国内装机有所下滑,新增装机容量43GW,同比下降18%。虽然新增装机下滑,但我国仍是全球最大的新增光伏装机国家。2018年,中国新增光伏装机占全球比重达40%。
按照目前发展形势,乐观估计,2020年后新增光伏装机量将稳步回升,2025年有望达到70GW。保守情况下,2019-2025年期间,新增光伏装机量可能不会触及2017年的水平,但会保持小幅增长
受益于下游光伏装机量增长,光伏玻璃行业前景向好,市场空间广阔。同时,作为全球最大的光伏玻璃生产国,我国光伏玻璃产品除满足国内市场需求外,出口量也迅速增长,特别是欧洲市场。
2018年9月,欧盟对华光伏产品反倾销和反补贴措施已于到期后终止,中欧光伏贸易恢复到正常市场状态。此举有利增加国内组件对欧盟的出货量,进而带动光伏玻璃需求。此外,据欧委会资料显示,欧盟直接针对中国光伏玻璃进口的反倾销措施也将在2019年5月到期,届时将进一步刺激国产光伏玻璃对欧盟的直接出口。
以上数据及分析来源参考前瞻产业研究院发布的《中国光伏玻璃行业市场前瞻与投资规划分析报告》。
科技创新成为光伏企业发展新引擎
2018年11月20日,江西省新余市渝水区新兴工业产业园一家光伏企业厂房内,智能生产线正紧张作业。近年来,新余市出台措施助推企业进行技术改造和质量提升,让科技创新成为企业发展的新引擎。
三季度光伏行业装机量统计分析
据前瞻产业研究院发布的《光伏行业投融资前景与战略分析报告》统计数据显示,截至2018年9月底,全国光伏发电装机容量达到16474.3万千瓦,其中,光伏电站11794.1万千瓦,分布式光伏4680.2万千瓦。2018年年前三季度,我国光伏发电新增装机3454.4万千瓦,同比下降19.7%,其中,光伏电站1740.1万千瓦,同比减少37.2%。与此同时,前三季度光伏发电量1338.3亿千瓦时,同比增长56.2%弃光率2.9%,同比下降2.7个百分点。
我国光伏发电新增装机和发电量的“一减一增”说明,在新的光伏政策下,光伏发电结构变得更加合理,促进光伏消纳工作取得了显著成效,有利于光伏产业迈向高质量发展。
光伏新增装机下滑原因
光伏新增装机的下滑,与我国主动控制光伏发展规模直接相关。今年5月,国家发展改革委、财政部、国家能源局联合印发《关于2018年光伏发电有关事项的通知》,要求合理把握发展节奏,优化光伏发电新增建设规模,暂不安排2018年普通光伏电站建设规模,在国家未下发文件启动普通电站建设工作前,各地不得以任何形式安排需国家补贴的普通电站建设。而在分布式光伏方面,今年仅安排1000万千瓦左右建设规模。
光伏政策调整是一个信号,无论是否出台补贴政策,国家调控光伏规模发展的政策思路不会改变,补贴退坡也是必然。之前高歌猛进的发展模式难以为继,降本提质增效才是未来产业发展的关键。
光伏发电消纳情况好转 弃电量和弃电率保持下降趋势
光伏发电消纳情况正在持续好转,弃电量和弃电率保持下降趋势。前三季度,弃光率平均2.9%,同比降低了2.7个百分点,弃光率超过5%的只有甘肃、新疆、陕西3个省份。“一般认为,低于5%就是一个合理的范围,还有很多省根本没有任何弃光。
弃光率的下降与有关部门高度重视可再生能源消纳工作不无关系。近年来,有关部门制定了一系列政策措施,督促有关地区和电网企业采取各种方式促进可再生能源消纳,扩大开展可再生能源消纳相关交易,加强电力系统调峰能力建设,促进可再生能源跨省跨区消纳,加强可再生能源并网外送等配套电网工程建设。
布式光伏趋势明显 继续保持较快速增长
值得注意的是,在普通光伏电站装机下滑的同时,分布式光伏继续保持较快速增长。2018年前三季度,分布式光伏1714.3万千瓦,同比增长12%。其中,山东、浙江、河南、江苏4省新增装机均在200万千瓦上下,4省分布式光伏新增装机占全国的49.1%。
2018年前三季度全国光伏建设运行情况
数据来源:前瞻产业研究院整理
从今年前三季度光伏建设情况来看,在集中式和分布式的格局上来看,分布式光伏的增长还是比较快的,其中包括光伏扶贫这些项目的建设比较多。另外,国家支持分布式光伏的政策在各方面得到了响应,分布式光伏应用比较广泛,在光伏发电建设方面逐渐朝着分布式增多的方向转变。
经过一段时间的调整适应后,光伏行业的信心正在不断恢复。11月初召开的国家能源局太阳能发展“十三五”规划中期评估的成果座谈会透露,2022年前国家会持续提供光伏补贴,补贴退坡不会一刀切。
事实上,前三季度光伏新增装机中,有大量的项目是在无国家补贴的情况下安装的。这说明在无补贴的情况下,光伏还在继续发展。此次明确光伏会继续给予补贴,同时保证规模,这无疑给了光伏行业更多信心,未来地面和分布式光伏将会更加蓬勃发展。
国家支持新能源行业特别是光伏行业的大方向并没有改变,只是在过去几年国内市场高速增长之后,补贴和规模控制的政策有调整,光伏市场的未来仍然值得期待。
电力行业主要上市公司:目前国内电力行业的上市公司主要有华能国际(600011)、国电电力(600795)、大唐发电(601991)、华电国际(600027)、长江电力(600900)、川投能源(600674)、国投电力(600886)、浙能电力(600023)、中广核电力(01816)、华能水电(600025)等
本文核心数据:江苏省光伏发电装机容量数据、江苏省光伏发电量数据等
光伏发电装机规模持续增长
江苏省作为我国经济强省,也是能源发展大省,在可再生能源发展方面处于我国前列,光伏发电领域更是位居前三。
据国家能源局统计数据显示,2014年,江苏省累计装机容量仅257万千瓦,到2018年,全省光伏发电累计装机容量突破1000万千瓦,达到1332万千瓦,同比增长46.9%。受光伏补贴退坡等政策影响,从目前装机容量来看,2019年以来,江苏省光伏装机增速较前几年有所下降。
截至2021年第三季度,江苏省光伏累计装机容量为1812万千瓦,仅次于山东省和河北省,排名全国第三。
从光伏发电装机结构来看,目前,江苏省光伏发电装机结构较前几年以发生明显变化,随着分布式光伏发电的推广,分布式光伏装机容量已逐步追上光伏电站装机容量。截至2021年第三季度,全省光伏电站累计装机容量为909万千瓦,占光伏总装机容量的50.17%分布式光伏累计装机容量为903万千瓦,占光伏总装机容量的49.83%。
光伏新增装机逐渐向分布式倾斜
2014年以来,江苏省光伏新增装机容量均维持在100万千瓦以上水平,2017-2018年新增装机容量更是超过300万千瓦。受政策变化影响,2019年以来,江苏省新增光伏装机量有所下降,截至2021年第三季度,江苏省新增装机容量为128万千瓦。
从具体新增装机容量市场结构来看,2015年以来,江苏大力发展分布式光伏发电,2018年分布式发电新增装机容量首次超过光伏电站,占全部新增装机容量的51.1%。截至2019年第三季度,江苏省新增分布式装机容量为90万千瓦,占全部新增装机容量的79.6%。
2019年5月,江苏省发布《环境基础设施三年建设方案(2018-2020年)》,其中明确提出以分布式为重点,有序推进分散式风电、分布式光伏发展,加快推进分布式能源市场化交易以及多能互补等各类国家和省级试点,促进能源供需实时互动、就近平衡、梯级利用。预计未来,分布式光伏发电市场份额将进一步提升。
近三年新增光伏装机中,分布式装机占比均在60%,2021年前三季度,江苏新增分布式光伏装机115万千瓦时,占总新增量的89.8%。由此可见,江苏省光伏发展正逐步向分布式倾斜。
光伏发电量屡创新高
据江苏省电力行业协会统计数据显示,光伏发电方面,2016-2020年,江苏省光伏发电量高速增长,2016年全省光伏发电量仅47.1亿千瓦时,到2020年增长至166.83亿千瓦时,光伏发电在新能源发电中的占比由2016年的不足20%提升至30%以上。
2021年前三季度,太阳能发电量150.23亿千瓦时,同比增长16.49%,占全省新能源总发电的27.25%。
以上数据参考前瞻产业研究院《中国光伏发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
2020年上半年二次充电电池及光伏是47.91亿,占比7.92%,2019年是105.06,占比是8.22%,营业额和占比都略微有所下降。
再来看看光伏行业状态
国内装机量到了2017年装机量出现顶峰之后,每年都在下降。
国外的话,美国目前位居第二位
2019年,美国太阳能新增装机量占美国能源新增装机总量的近40%,是该行业历年以来最大份额。2019年,美国太阳能光伏发电新增装机容量达到13.3GW,比2018年增长了23%,其中户用光伏新增装机创纪录达到2.8GW。目前美国累计光伏装机已经达到77.7GW。
2019年全球光伏新增装机114.9GW,同比增长6.23%,预计2020年全球新增装机120-125GW。
所以这个增长主要来自国外。另外,我们国内继续补贴光伏行业。
2020年3月10日,国家能源局发布《关于2020年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》做出2020年的预算总额度、补贴竞价模式、申报截止日等事项的安排,提出要积极支持、优先推进无补贴平价上网光伏发电项目建设,2020年度新建光伏发电项目补贴预算总额度为15亿元。
如果有朋友想了解光伏行业有哪些龙头企业,下面留言,我再开一篇分析。
行业主要上市公司:隆基股份(601012)晶澳科技(002459)晶科能源(688223)通威股份(600438)天合光能(688599)等
本文核心数据:光伏发电板块上市公司研发费用光伏发电相关论文发表数量
全文统计口径说明:1)论文发表数量统计以“solar pv”、“solar
photovoltaic”为关键词,选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
光伏发电行业技术概况
1、技术原理及类型
(1)光伏发电行业技术原理
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,其发电原理如下。
(2)光伏发电种类
光伏发电一般分为两类:集中式发电和分布式发电,集中式发电主要为大型地面光伏系统分布式发电主要应用于商业/工业、建筑屋顶。
2、技术全景图:主要为光伏电池技术路线
光伏发电行业的产业链中游为电池片、电池组件和系统集成,其中各类光伏电池技术为重点技术路线。根据半导体材料的不同,光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池以及叠层和新结构电池(第三代电池)。
晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术,按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池,其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为P型电池和N型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池,而TOPCon、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。
薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池,以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等的化合物薄膜电池为代表。
叠层、新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。
光伏发电行业技术发展历程:电池技术路线演变拉动
光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的,从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池,如今光伏电池技术已发展至第三代,第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等,具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。
光伏发电行业技术政策背景:政策加持技术水平提升
近年来,我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策,通过政策指导,行业加快光伏发电技术的推广和革新,促进光伏发电产业的快速发展。
光伏发电行业技术发展现状
1、光伏发电行业技术科研投入现状
(1)国家重点研发计划项目
据已公开的国家重点研发计划项目,2018-2021年我国光伏发电技术相关国家重点研发计划项目共计15项。
注:2019年未公布光伏发电技术相关国家重点研发计划项目。
(2)A股上市企业研发费用
光伏发电行业经过多年发展,产品相对成熟,但行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看,2017-2021年,我国光伏板块上市公司研发总费用逐年增长,2022年第一季度,光伏板块上市公司研发总费用约281.13亿元。
2、光伏发电技术科研创新成果
(1)论文发表数量
从光伏发电相关论文发表数量来看,2010年至今我国光伏发电相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势,可见光伏发电科研热度持续走高。截至2022年8月,我国已有18289篇光伏发电相关论文发表。
注:统计时间截至2022年8月。
(2)技术创新热点
通过创新词云可以了解光伏发电行业内最热门的技术主题词,分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中近约5000条专利中最常见的关键词,其中,光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词涉及的专利数量较多,说明光伏发电行业研发和创新重点集中于光伏组件和光伏板等领域。
(3)专利聚焦领域
从光伏发电专利聚焦的领域看,目前光伏发电专利聚焦领域较明显,其主要聚焦于太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。
主要光伏电池技术对比分析
从技术水平来看,硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉和铜铟硒多元化合物(铜铟镓硒是其典型代表)是可选光伏材料中综合性能的最佳集合。而它们各方面性能的优劣,直接导致了目前光伏电池技术百花齐放的现状。
注:平均转换效率均只记正面效率。
光伏发电行业技术发展痛点及突破
1、光伏发电行业技术发展痛点
(1)硅基光伏电池:P型电池转换效率低
由于电池片的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益,因此光伏电池的光电转换效率十分重要,光电转换效率的提升主要依靠技术更新换代。现阶段,晶硅光伏电池面临着转换效率较低的问题,尤其是P型电池。
据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH),PERC电池的理论极限效率为24.5%,PERC产线的量产效率已经达到23%,逐步逼近理论极限效率。
(2)薄膜电池量产转换效率低
薄膜光伏电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点,但薄膜电池面临着量产转换效率低的问题,性价比较低。
2、光伏发电行业技术发展突破
(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率
相较于P型电池,N型电池技术少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好且温度系数小,转换效率更高。面临P型电池逐步逼近理论效率极限,N型电池技术能够突破P型电池的理论效率极限并达到更高转换效率。据中国光伏行业协会(CPIA),2022-2023年N型电池技术的平均转换效率就可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。
(2)钙钛矿电池可实现高转换效率
钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池,钙钛矿材料的吸光能力强于晶硅材料,因此钙钛矿电池能够实现高转换效率。除了拥有高转换效率,钙钛矿电池还具备价格低、投资小、制备简单等优势。
光伏发电行业技术发展方向及趋势:降本增效
2022年8月,工信部五部门联合印发的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》,提出通过5-8年时间,在太阳能装备方面重点发展高效低成本光伏电池技术,包括推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化,开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用等。
可见,未来光伏发电技术将向着降本增效方向发展,一方面由于现有光伏电池逐渐逼近最高理论转换效率,因此更高转换效率的电池将成为光伏电池技术发展方向另一方面,光伏组件转换效率的提升以及制造成本的降低,是降低光伏电站建设成本,并最终降低光伏发电成本的关键因素。
「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究,瞄准国际科技前沿,服务国家重大战略需求,围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关,促进碳中和技术成果转化和推广应用,为企业创新找到技术突破口,为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校,二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化,拥有55项专利、33篇论文,并已将30多种产品推向市场,创造商业价值50+亿元,专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。
行业主要上市公司:隆基股份(601012)晶澳科技(002459)晶科能源(688223)通威股份(600438)天合光能(688599)等
本文核心数据:光伏发电板块上市公司研发费用光伏发电相关论文发表数量
全文统计口径说明:1)论文发表数量统计以“solar pv”、“solar
photovoltaic”为关键词,选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
光伏发电行业技术概况
1、技术原理及类型
(1)光伏发电行业技术原理
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,其发电原理如下。
(2)光伏发电种类
光伏发电一般分为两类:集中式发电和分布式发电,集中式发电主要为大型地面光伏系统分布式发电主要应用于商业/工业、建筑屋顶。
2、技术全景图:主要为光伏电池技术路线
光伏发电行业的产业链中游为电池片、电池组件和系统集成,其中各类光伏电池技术为重点技术路线。根据半导体材料的不同,光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池以及叠层和新结构电池(第三代电池)。
晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术,按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池,其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为P型电池和N型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池,而TOPCon、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。
薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池,以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等的化合物薄膜电池为代表。
叠层、新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。
光伏发电行业技术发展历程:电池技术路线演变拉动
光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的,从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池,如今光伏电池技术已发展至第三代,第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等,具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。
光伏发电行业技术政策背景:政策加持技术水平提升
近年来,我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策,通过政策指导,行业加快光伏发电技术的推广和革新,促进光伏发电产业的快速发展。
光伏发电行业技术发展现状
1、光伏发电行业技术科研投入现状
(1)国家重点研发计划项目
据已公开的国家重点研发计划项目,2018-2021年我国光伏发电技术相关国家重点研发计划项目共计15项。
注:2019年未公布光伏发电技术相关国家重点研发计划项目。
(2)A股上市企业研发费用
光伏发电行业经过多年发展,产品相对成熟,但行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看,2017-2021年,我国光伏板块上市公司研发总费用逐年增长,2022年第一季度,光伏板块上市公司研发总费用约281.13亿元。
2、光伏发电技术科研创新成果
(1)论文发表数量
从光伏发电相关论文发表数量来看,2010年至今我国光伏发电相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势,可见光伏发电科研热度持续走高。截至2022年8月,我国已有18289篇光伏发电相关论文发表。
注:统计时间截至2022年8月。
(2)技术创新热点
通过创新词云可以了解光伏发电行业内最热门的技术主题词,分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中近约5000条专利中最常见的关键词,其中,光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词涉及的专利数量较多,说明光伏发电行业研发和创新重点集中于光伏组件和光伏板等领域。
(3)专利聚焦领域
从光伏发电专利聚焦的领域看,目前光伏发电专利聚焦领域较明显,其主要聚焦于太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。
主要光伏电池技术对比分析
从技术水平来看,硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉和铜铟硒多元化合物(铜铟镓硒是其典型代表)是可选光伏材料中综合性能的最佳集合。而它们各方面性能的优劣,直接导致了目前光伏电池技术百花齐放的现状。
注:平均转换效率均只记正面效率。
光伏发电行业技术发展痛点及突破
1、光伏发电行业技术发展痛点
(1)硅基光伏电池:P型电池转换效率低
由于电池片的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益,因此光伏电池的光电转换效率十分重要,光电转换效率的提升主要依靠技术更新换代。现阶段,晶硅光伏电池面临着转换效率较低的问题,尤其是P型电池。
据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH),PERC电池的理论极限效率为24.5%,PERC产线的量产效率已经达到23%,逐步逼近理论极限效率。
(2)薄膜电池量产转换效率低
薄膜光伏电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点,但薄膜电池面临着量产转换效率低的问题,性价比较低。
2、光伏发电行业技术发展突破
(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率
相较于P型电池,N型电池技术少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好且温度系数小,转换效率更高。面临P型电池逐步逼近理论效率极限,N型电池技术能够突破P型电池的理论效率极限并达到更高转换效率。据中国光伏行业协会(CPIA),2022-2023年N型电池技术的平均转换效率就可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。
(2)钙钛矿电池可实现高转换效率
钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池,钙钛矿材料的吸光能力强于晶硅材料,因此钙钛矿电池能够实现高转换效率。除了拥有高转换效率,钙钛矿电池还具备价格低、投资小、制备简单等优势。
光伏发电行业技术发展方向及趋势:降本增效
2022年8月,工信部五部门联合印发的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》,提出通过5-8年时间,在太阳能装备方面重点发展高效低成本光伏电池技术,包括推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化,开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用等。
可见,未来光伏发电技术将向着降本增效方向发展,一方面由于现有光伏电池逐渐逼近最高理论转换效率,因此更高转换效率的电池将成为光伏电池技术发展方向另一方面,光伏组件转换效率的提升以及制造成本的降低,是降低光伏电站建设成本,并最终降低光伏发电成本的关键因素。
「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究,瞄准国际科技前沿,服务国家重大战略需求,围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关,促进碳中和技术成果转化和推广应用,为企业创新找到技术突破口,为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校,二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化,拥有55项专利、33篇论文,并已将30多种产品推向市场,创造商业价值50+亿元,专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》