光伏新能源到底是什么概念
光伏产业概述
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。
日本福岛核灾难之后,日本政府加大了对光伏发电的研发和推广利用的支持力度,大力发展可再生能源,减少国家对核能发电的依赖,对能源结构进行了进一步的调整。随着全球太阳能电池和光伏组件价格的不断下降,大量来自新兴国家的海外光伏制造商利用其低价产品进入日本市场,再加上日元的持续升值,日本的一些制造厂商被迫退出光伏行业,部分日本公司也被迫重组业务或重新审视自己的发展战略。日本政府推出并实施相关优惠政策来促进光伏产业的快速发展,这也为日本光伏产业带来了巨大的机遇,并彰显出值得重视的市场潜力。
一、日本光伏政策概况
日本政府历来重视光伏发电技术的推广利用,推出了一系列政策来促进光伏领域的发展。自2011年3月11日以来日本大地震造成核电厂故障后,日本政府更加重视光伏产业的发展,以减少国家对核能的依赖。日本国家经济贸易和工业部等主要部委都推出并实施相关优惠政策来促进光伏产业的快速发展。
1.日本经济贸易和工业部(METI)
2012财年,日本经济贸易和工业部主要是通过"支持引进住宅光伏系统的补贴措施"、"可再生能源上网电价补贴政策(FIT)"以及"引进可再生能源发电系统作为部分恢复措施的补贴计划"等支撑项目或措施来推动住宅和工业光伏系统的应用与普及。
1.1支持引进住宅光伏系统的补贴措施
日本经济贸易和工业部对安装住宅光伏系统的个人和公司实施补贴措施。2012财年的补贴金额为35000日元/千瓦或30000日元/千瓦。售价在35000日元/千瓦和475000日元/千瓦的光伏发电系统可以获得35000日元/千瓦的补贴。售价在475000日元/千瓦和550000日元/千瓦的光伏发电系统则获得30000日元/千瓦的补贴。然而,要获得该项补贴的光伏系统必须符合一定的条件,例如,最大输出容量必须小于10千瓦。
2018年,中国光伏行业基本面将再获改善:
1、光伏发电成本进一步下降,到2020年,发电成本将下降33%至0.35元/千瓦时,“平价上网”时代已不遥远2018年至2020年,全球光伏年需求将达112GW至136GW,其中,中国年新增光伏装机容量至少为50GW
中国一线光伏制造商仍被低估,这些光伏制造龙头凭借在技术方面不断创新,将新增产能转化为新的市场份额,巩固行业地位。
2、“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。
3、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。
4、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。
5、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。
扩展资料:
光伏产业的发展前景:
1、首先,政府对光伏产业大力支持,接连出台相关政策。
日本从20世纪70年代便把太阳能发展作为未来能源战略的一部分,从那时起便不断出台支持政策。
纵观日本政府政策出台的思路:实行高额补贴,推动光伏企业研发和投产的积极性,表明了国家对新能源的鼓励态度。
同时解决并网发电系统的运用问题,免除企业的后顾之忧。之后向民用系统倾斜,扩大装机量。
根据中国目前的情况,一开始就高额补贴可能会起到相反的效果,但日本政府光伏政策的思路还是值得借鉴的。
2、其次,企业坚持不懈,把光伏发电的经济效益和社会效益相结合。
在日本刚发展光伏产业时,很多企业的光伏业务收入占总收入的比例不到10%,但由于企业都认识到了光伏产业的前景,依旧高投入进行光伏研发。
如今,日本的光伏企业成就斐然。根据中投顾问发布的《2010-2015年中国太阳能光伏发电产业投资分析及前景预测报告》显示,日本夏普公司2000-2006年连续七年占据全球太阳能电池产量榜首位置,此外,夏普、京都陶瓷等日本企业的科技研发水平也处于世界前列。
最后,日本民众节约环保意识强。日本国民从小就接受了节能环保的教育,对国家的环保政策强烈支持,积极响应国家号召,在很大程度上促进了太阳能光伏系统普及率的提升。
3、另外,中投顾问研究总监张砚霖也指出,日本发展光伏产业的经验,还有一点值得借鉴,那就是注重人才的培养。
一个产业的发展,离不开高素质的人才队伍,日本政府对太阳能专业人才培养的高投入取得了良好的效果,不仅促进了光伏产业的发展,更减轻了就业压力。
尽管这些政策是否符合中国光伏产业发展的“胃口”还有待进一步讨论,但中国不妨从日本光伏产业发展经验中汲取一些养分,让国内的光伏产业少走一些弯路。
参考资料:百度百科-光伏产业
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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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1839年,法国物理学家A.E.贝克勒尔意外地发现,用两片金属浸入溶液构成的伏打电池,受到阳光照射时会产生额外的伏打电势,他把这种现象称为光生伏打效应。1883年,有人在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应。后来就把能够产生光生伏打效应的器件称为光伏器件。由于半导体PN结器件在阳光下的光电转换效率最高,所以通常把这类光伏器件称为太阳能电池,也称光电池或太阳电池。
定义
是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象,是当物体受光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。
当两种不同材料所形成的结受到光辐照时,结上产生电动势。它的过程先是材料吸收光子的能量,产生数量相等的正﹑负电荷,随后这些电荷分别迁移到结的两侧,形成偶电层。光生伏打效应虽然不是瞬时产生的,但其响应时间是相当短的。
发现者
1839年,法国物理学家A. E. 贝克勒尔意外地发现,用两片金属浸入溶液构成的伏打电池,受到阳光照射时会产生额外的伏打电势,他把这种现象称为光生伏打效应。1883年,有人在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应。后来就把能够产生光生伏打效应的器件称为光伏器件。
当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会产生光生伏打效应。光生伏打效应使得PN结两边出现电压,叫做光生电压。使PN结短路,就会产生电流。
①客户身份证明资料;
②光伏发电项目建设地点用电地址权属证明资料;
③对于占用公共场地的项目,还需提供业主委员会出具的项目同意书或所有相关居民家庭签字的项目同意书。
④银行卡开户人与光伏户主一致的银行账户资料。(存折或银行借记卡;银行卡开户人身份证。)
⑤如他人代办的,需提供经办人身份证明资料及授权委托书。
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1988年,日本太阳能专家茂利设计建成了一座奇特的六层楼房,整栋大楼从上至下没有一个窗户。但楼房中的每个房间,却阳光明媚,连各个房间的鱼类和植物都在阳光普照之中。
茂利认为以往的太阳房阳光利用率低,与许多楼顶上的太阳热水器一样,“死板”得很。为了解决太阳能利用率的问题,茂利从向日葵受到启发。向日葵从早到晚总是面对太阳,吸收光和热。茂利在这座六层楼的房顶上安了一个用计算机控制的向日葵式的向日镜,早晨太阳一升起,19个向日镜就面向太阳,追着太阳转,日落后,电脑又将向日镜转向东方,等待第二天黎明时迎接太阳升起。
楼房不装玻璃窗户,是因为密封式的房间最易保持温度。为了解决房间里的采光照明,茂利在大楼的每个房间安了一条由37根光导纤维组成的光缆,光缆的一端开口和楼顶上的向日镜焦点重合在一起,另外,在每个房间的天花板上都各有一个开口。这样,光纤就把楼顶上向日镜收集的阳光像电流一样通到每个房间,亮度相当一盏100瓦的电灯。
不过一般为了节省时间、提高认证效率,基本上以中介为主,毕竟这是他们的专业强项,对每个细节都已经了解清楚,而且做过一些案例,积累了一些经验,知道在什么环节容易出错,什么是关键,什么是重点。。
什么是光伏:
太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电,简称“光电”。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。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源。太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电,简称“光电”。光伏发电系统由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,因而发电设备极为精炼,可靠、稳定、寿命长,安装维护简便。与常用的火力发电系统相比,太阳能发电系统除了无污染排放外,还具有建设周期短和可利用建筑屋面的优势。
太阳能作为世界上最清洁的能源,目前有着广泛的用途。但由于质量、价格的限制,太阳能发电在国内的利用还处在低水平上,与中国的经济发展形成很大的反差。
8月1日,国家发改委公布了全国统一的太阳能光伏发电标杆上网电价,即2011年7月1日及以后核准的太阳能光伏发电项目(除西藏外),均按每千瓦时1元执行。不少业内人士认为,这是我国光伏发电产业发展的重要里程碑,光伏发电也将开始走上商业化的道路。
随着中国光伏发电产业的规模化发展,光伏发电在成本上一定会有所降低,预计在2014年左右会与传统电价持平并在此后低于传统电价。专家预测,随着我国对于光伏发电产业的扶持,在3到5年内,光伏发电有望进入到每家每户。
用途如下:
光热利用
它的基本原理是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置,主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器(槽式、碟式和塔式)等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同,而把太阳能光热利用分为低温利用(<200℃)、中温利用(200~800℃)和高温利用(>800℃)。目 前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能采暖(太阳房)、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等,中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等,高温利用主要有高温太阳炉等。
发电利用
清立新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有以下两种。
1、光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽,然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换,后一过程为热—电转换。
2、光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能,它的基本装置是太阳能电池。
太阳能电池
【材料要求】耐紫外光线的辐射,透光率不下降。钢化玻璃作成的组件可以承受直径25毫米的冰球以23米/秒的速度撞击。
【装用的EVA胶膜固化后的性能要求】透光率大于90%;交联度大于65-85%;剥离强度(N/cm),玻璃/胶膜大于30;TPT/胶膜大于15;耐温性:高温85℃、低温-40℃;太阳电池的背面,耐老化、耐腐蚀、耐紫外线辐射、不透气等。
【用途】太阳能发电广泛用于太阳能路灯、太阳能杀虫灯、太阳能便携式系统,太阳能移动电源,太阳能应用产品,通讯电源,太阳能灯具,太阳能建筑等领域。
太阳能在2050年前可能将成为电力的主要来源,受助于发电设备成本大跌。IEA报告表示,2050年前太阳能光伏(PV)系统将最多为全球贡献16%的电力,来自太阳能发电厂的太阳能热力发电(STE)将提供11%的电力。
光化利用
这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。
光化转换就是因吸收光辐射导致化学反应而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和利用物质化学变化贮存太阳能的光化反应。
植物靠叶绿素把光能转化成化学能,实现自身的生长与繁衍,若能揭示光化转换的奥秘,便可实现人造叶绿素发电。太阳能光化转换正在积极探索、研究中。
通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。巨型海藻。
燃油利用
欧盟从2011年6月开始,利用太阳光线提供的高温能量,以水和二氧化碳作为原材料,致力于“太阳能”燃油的研制生产。截止目前,研发团队已在世界上首次成功实现实验室规模的可再生燃油全过程生产,其产品完全符合欧盟的飞机和汽车燃油标准,无需对飞机和汽车发动机进行任何调整改动。
研制设计的“太阳能”燃油原型机,主要由两大技术部分组成:第一部分利用集中式太阳光线聚集产生的高温能量,辅之ETH Zürich 自主知识产权的金属氧化物材料添加剂,在自行设计开发的太阳能高温反应器内将水和二氧化碳转化成合成气(Syngas),合成气的主要成分为氢气和一氧化碳;第二部分根据费-托原理(Fischer-Tropsch Principe),将余热的高温合成气转化成可商业化应用于市场的“太阳能”燃油成品。
太阳能的利用目前还不是很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。
人类依赖这些能量维持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地热能资源除外),虽然太阳能资源总量相当于人类所利用的能源的一万多倍,但太阳能的能量密度低,而且它因地而异,因时而变,这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态,使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
建设太空太阳能发电站的设想早在1968年就有人提出,但直到最近人类才开始真正将之付诸行动。日本可谓此项目的先驱者之一,该项目预计耗资210亿美金,发电量能达到十亿瓦特,能供29.4万个家庭使用。在太空建太阳能发电站,无论气候如何,均可利用太阳能发电,这与在地球上建立太阳能发电站的情况不同。