光伏行业及周期性问题分析:以下内容,参考了外部券商的部分数据
首先,光伏产品属于标准化工业产品,有大宗商品的属性,价格走势核心取决于供求关系,最好的指标就是EVA厂家的出货数据。
EVA是光伏组件必须用到的胶膜,和面积直接相关,一块组件1.63平米,EVA需要对电池片正反封装,且面积会比组件面积略小,所以一块组件所使用到的EVA面积为1.6 2=3.2平方米;
由于生产过程中会有一定面积的损耗,每块组件生产下来损耗的面积介于0.2~03平米之间,所以一片60型标准组件实际使用到的EVA的面积为3.2+0.2=3.4 。
EVA行业高度垄断集中,龙头公司福斯特一家占据全球48%的市场份额,去年出货量达到了5.77亿 ;
龙二为斯威克,去年产量1.56亿 ;第三是海优威,去年出货量约1.3亿 ,三家公司市场格局稳定,去年合计出货量8.63亿 ,如果折算成60型标准组件,对应8.63 3.4=2.538亿块;按照去年每块60型组件平均功率278W计算,对应总功率2.538 278=705亿瓦=70.5GW。
去年全球扣除薄膜组件后的总的组件出货量达到了101GW,上述三家公司的市场占有率恰好70%。
EVA和面积相关,所以电池技术进步带来的功率提升不会给EVA数据造成干扰。
EVA用量一定,产业内各家损耗差异很小,各家每片60型标准组件用量均为3.4平米左右,好记好算,容易寻找出确定性的衡量计算标准。EVA产线开停灵活,淡季来了不会为了囤积库存而盲目生产,库存因素扰动小;
EVA高度垄断集中,我们只需要追踪三家公司的产销数据便可覆盖全行业70%的出货情况,而且竞争格局稳定,我们只需要把三家数据除以0.7便可推算全行业的整体需求,简便快速地对行业冷暖有一个清晰认知。
其次,怎么去看光伏未来的投资机会?老规矩,要看未来,先回顾过去。
过去10年,光伏行业发生过三次大变革,第一次是尚德英利成立兆瓦级光伏组件生产线,第二次是保利协鑫突破冷氢化工艺占领硅料市场,第三次是隆基股份推动单晶硅片降本替代多晶硅片。
这三次分别对应光伏产业链三个环节组件、硅片和硅料的大幅度降本,实现大规模制造推动发电成本迈向平价。
而这背后,是光伏行业过去10年呈现明显的周期加成长的特征:行业总体在成长,但是周期波动剧烈,主流厂商经常被颠覆,曾经的领先者都是非主流的外来者,光伏行业不断重复穷鬼到首富再到破产的故事。
比如,在尚德英利突破组件工艺之前,是名不见经传的贸易商,保利协鑫突破硅料工艺之前,只是香港上市的二线热电厂,而现在的隆基在爆发之前,只是尚德三线供应商,火热的通威股份,还在生产饲料。
主流厂商不断被颠覆,因为上一波投资的巨量沉没成本捆住了他们难以动弹,拥抱新工艺左右为难,所以规模越大的死的越快。
具体来说。2008年金融危机之后,全球财政货币政策刺激,尤其德国西班牙等欧洲国家大力补贴光伏。
当时的产业链瓶颈在硅料供给,硅料价格暴涨到接近200美元,薄膜路线的性价比凸显,应用材料等半导体公司纷纷推出turnkey生产线,正泰光伏、新奥能源等企业大手笔买入,还有金属硅和废硅回收冶炼等非主流路线。
彼时,保利协鑫发现硅料的制备工艺其实是中等难度的化工流程,所以独辟蹊径招聘一批东北化工厂的工程师,自己设计还原炉和反应釜摸索工艺。2009年,保利协鑫的冷氢化工艺成功落地,震惊全球光伏届,股价也一飞冲天涨了10倍。
汹涌而来的资金推动保利协的产能从5000吨干到了6万吨,与此同时,硅料价格如坠机一样从200美元跌到20美元,从应用材料到正泰、新奥等薄膜企业黯然退场,汉能光伏却在高点接盘了薄膜的故事今天也没有结束,至于金属硅和废硅回收再无提及。
2010-2011年欧债危机消灭德国西班牙的补贴,疯狂扩产的多晶产业链遇到光伏 历史 上最惨烈的供需双杀,当时相对小众的单晶硅片企业降价反应迟钝,单价市占率被挤压至不到20%。
2011年上市的隆基股份手握10亿资金心有余悸,董秘感叹行业这么惨隆基应该能生存下去。
2012年底一个偶然机会,我们坐在钟总身边,在无聊的会议上钟总随手给我们划了一个2013-2017年的单晶降本路线图,并且拆分了新工艺的边际贡献,非常有说服力。
2013-2015年小小的隆基股份在强大的协鑫压力下埋头 探索 这些工艺,直到2015年第一次增发隆基股份成功获得20亿子弹启动单晶硅片第一次大规模扩产。
5GW、10GW、20GW直到65GW的过程像极保利协鑫,50倍的股价涨幅远远超越保利协鑫成为A股当之无愧的行业龙头。
硅料的技术迭代稳定硅料行业的竞争格局。今年以来海外硅料厂纷纷停产,通威、大全和协鑫等等厂商的市场集中度超过70%,硅料价格的波动率显著下降。硅片的技术迭代正在稳定硅片行业的竞争格局。
今年多晶硅片的市占率降到20%以下,随着隆基股份、中环股份和上机数控等厂商产能的大规模释放,前几位单晶硅片厂商的市占率接近70%。
4月以来单晶硅片价格暴跌,此次产能周期拐点引发暴跌的价格将在今年下半年接近硅片的长期价格中枢2.3RMB左右,以后随着波动率的收敛,硅片价格将缓慢下降
复盘来看,组件、硅料和硅片都发生了技术迭代,最后一个领域电池片依然悄然无息。正是这种悄然无息导致电池片的行业依然分散,面对硅片的产业链博弈始终没有话语权。
从货值计算,电池片的市场容量接近硅片两倍,单位利润率水平不及硅片的1/3,这是非常不正常的现象。
从十年前美国国家实验室的技术演进图来看,光伏的效率排序:异质结(multijunction)›单质结(single-junction)›多晶电池(crystalline si)›薄膜电池(thin-film)。产业层面的两次跳跃间断点完美体现这个效率路线。
市场认为光伏新技术层出不穷,难以辨识真伪。根据第一性原理,这个效率路线图是无可争辩的,背后是材料学的科学逻辑。
上帝早已安排光伏技术的未来,即异质结技术,独有的复合材料结构以及可观的效率潜力。
硅料替代薄膜和单晶硅片替代多晶硅片的过程为异质结替代单质结做好了产业铺垫,因为异质结电池的硅片基底是N型单晶硅片,P型单晶制备工艺可以转化为N型工艺(这并不是跳跃间断点),所以当P型单晶硅片全面替代P型多晶硅片的时候,宣告N型结构替代P型结构的开始。
光伏发电的最后目标是为了上网,但电网不是慈善机构,不会因为企业 社会 责任无限制地接纳光伏。
当光储系统达到发电侧平价,电网就有商业动机接纳光伏,火电被终结。
电网改革放开调频调峰等配售电领域辅助服务市场空间,储能运营商有了稳定收入来源。电网的并网压力倒逼储能需求的启动,电网的改革压力倒逼储能盈利模式的启动。
光伏是光储系统的一级火箭。
储能刺激锂电池下一个超级需求,储能需求和动力需求共同推动锂电池降本增效,反过来加速储能应用,这是光储系统的二级火箭,因此光储系统替代火电的时间或许比大家预期得更快,这个市场空间是两个千亿级市场的叠加,可能在万级别。
总结一下,异质结和储能将是未来光伏10倍股甚至百倍股的诞生之处。
最后的最后,讲一下对周期的理解。在讲周期的时候,从短及长,分为了库存周期、产能周期和经济周期。
库存周期引起利润表的变化,产能周期引起资产负债表变化,经济周期引起技术变化。
再进一步推演下去:
1)引起利润表变化的是营业收入。营业收入由价格和销量决定,价格受制于供需,销量来自于产销率和产能利用率,而产能是来自于资产负债表,所以利润表是资产负债表在当前时点的折现值;
2)当库存周期的价格波动引起利润表变化的时候,企业资产负债表尤其固定资产没有变化。当价格下跌的时候,落后企业的固定成本无法承受冲击,导致落后企业破产,全行业产能收缩,推动产能周期向上;
3)当技术淘汰来临,领先企业的固定成本无法承受冲击,全行业破产。企业固定资产(固定成本)能否承受冲击是区分三种周期级别的标准。
无论是落后还领先企业,本质都是通过折旧收回固定资产投资,所以再漂亮的利润表也无法掩饰虚弱的资产负债表和现金流。
在产能周期级别,落后企业被淘汰,领先企业集中度上升,行业越来越稳定,最后产生垄断。垄断是超额利润的来源,这一点对于任何行业都成立,问题在于行业稳定性的持续时间。
对于商业模式和技术进步层出不穷的行业,垄断是个伪命题,美国50年代军方需求孕育了半导体行业,过去50年以来半导体的数轮周期埋葬了无数的半导体领先公司。
当晶圆技术稳定之后才出现了上涨20年的台积电,身后的三星和英特尔进进出出依然动荡,摩尔定律在扩大台积电的护城河,即使在这个领域台积电赚钱依然幸苦。
称霸了CPU领域十几年的INTEL的市场份额被AMD在数年内赶上,新的构架依然在冲击领先者。
更进一步来说,在商业模式和技术进步层出不穷的行业里,企业阶段性的领先甚至会埋藏失败的起因,这就是著名的”创新者的窘境“。
领先者呕心沥血积累起来的庞大固定资产反而成为新一轮技术竞赛的包袱,地位越领先规模越庞大,被抛弃的可能性越大,因为提前计提资产减值就是主动破产,维持产能利用率又加速自我负循环,进退两难。
光伏行业从硅料技术变革到硅片变革再看未来的电池变革,从龙头到落后,从首富到破产,比比皆是。造成这样的局面,
1)技术变革太快所以固定资产淘汰太快;
2)效率溢价不足所以成本属性多于技术属性;
3)成本差异小所以重复性建设经常造成产能过剩。
不过,在经济周期级别,所有的库存周期和产能周期都是不值得一提的。
每一轮经济周期的尾声技术红利消失,增长乏力伴随着危机四起,比如战争、瘟疫或者金融危机,新兴产业完全替代落后产业,国家兴衰亦然,20年代美国超越英国靠的是第二次技术革命驱动的电力和 汽车 等行业,80年代美国超越日本靠的是第三次技术革命驱动的计算机互联网等行业,并不是新教伦理的白人文化也不是美联储滔滔不绝的流动性泡沫。
人、企业和国家一样,周期轮回都依赖于穿越牛熊的伟大产业,核心是基于固定资产的资产负债表。
太阳电池方阵(也叫光伏组件方阵)组成光伏组串,组串直接接入逆变器,逆变器将光伏组件发出的直流电逆变为交流电输出,接入国家电网。
另外一种是光伏组串接入直流汇流箱,直流汇流箱汇集直流电,接入逆变器,逆变器将光伏组件发出的直流电逆变为交流电,接入变压器升压至10KV及以上电压等级,接入国家电网。
原答案是刚读书时所答,不尽详实,现更正,以防误导各位。
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》
(1)由图中信息可以判断,光伏年装机容量总体上呈上升趋势,近年来发展加快.原因是太阳能是可再生、清洁能源,政府政策支持;近年来太阳能发电技术不断成熟,成本降低;太阳能发电地区适应性强,市场广阔.
(2)由图中经纬度可以判断,③为青藏高原,②地为四川盆地,①地位于青藏高原的边缘,③地海拔高,空气稀薄,大气对太阳辐射削弱作用弱,太阳年辐射总量大;②地阴、雨、雾天气多,日照时数少,太阳年辐射总量小;①地分旱雨两季,纬度较低,太阳辐射强,且日照时数多于②地,太阳年辐射总量居中.
故答案为:
(1)总体上呈上升趋势,近年来发展加快.太阳能是可再生、清洁能源,政府政策支持;近年来太阳能发电技术不断成熟,成本降低;太阳能发电地区适应性强,市场广阔.
(2)③地海拔高,空气稀薄,大气对太阳辐射削弱作用弱,太阳年辐射总量大;②地阴、雨、雾天气多,日照时数少,太阳年辐射总量小;①地分旱雨两季,纬度较低,太阳辐射强,且日照时数多于②地,太阳年辐射总量居中.
1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应(简称光伏现象)。
1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒(Se)的光伏效应,并制作第一片硒太阳能电池。
1883年美国发明家charlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。
1904年Hallwachs发现铜与氧化亚铜(Cu/Cu2O)结合在一起具有光敏特性德国物理学家爱因斯坦(AlbertEinstein)发表关于光电效应的论文。
1918年波兰科学家Czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺。
1921年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔(Nobel)物理奖。
1930年B.Lang研究氧化亚铜/铜太阳能电池,发表“新型光伏电池”论文W.Schottky发表“新型氧化亚铜光电池”论文。
1932年Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象。
1933年L.O.Grondahl发表“铜-氧化亚铜整流器和光电池”论文。
1941年奥尔在硅上发现光伏效应。
1951年生长p-n结,实现制备单晶锗电池。
1953年Wayne州立大学DanTrivich博士完成基于太阳光普的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。
1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象,(RCA:RadioCorporationofAmerica,美国无线电公司)。
贝尔(Bell)实验室研究人员D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson报道4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现,几个月后效率达到6%。(贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功)
1955年西部电工(WesternElectric)开始出售硅光伏技术商业专利,在亚利桑那大学召开国际太阳能会议,Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品,电池为14mW/片,25美元/片,相当于1785USD/W。
1956年P.Pappaport,J.J.Loferski和E.G.Linder发表“锗和硅p-n结电子电流效应”的文章。
1957年Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson获得“太阳能转换器件”专利权。
1958年美国信号部队的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池,这种电池抗辐射能力强,这对太空电池很重要Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射,光伏电池100c㎡,0.1W,为一备用的5mW话筒供电。
1959年Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%,并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻卫星探险家6号发射,共用9600片太阳能电池列阵,每片2c㎡,共20W。
1960年Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1963年Sharp公司成功生产光伏电池组件日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列,在当时是世界最大的光伏电池阵列。
1964年宇宙飞船“光轮发射”,安装470W的光伏阵列。
1965年PeterGlaser和A.D.Little提出卫星太阳能电站构思。
1966年带有1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。
1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统,用于教育电视供电。
1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。
1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带,25mm宽,457mm长(EFG:EdgedefinedFilmFed-Growth,定边喂膜生长)。
1977年世界光伏电池超过500KWD.E.Carlson和C.R.Wronski在W.E.Spear的1975年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a-Si)太阳能电池。
1979年世界太阳能电池安装总量达到1MW。
1980年ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器,接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试。
1981年名为SolarChallenger的光伏动力飞机飞行成功。
1982年世界太阳能电池年产量超过9.3MW。
1983年世界太阳能电池年产量超过21.3MW名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳大利亚,20天内行程达到4000Km.
1984年面积为929c㎡的商品化非晶硅太阳能电池组件问世。
1985年单晶硅太阳能电池售价10USD/W澳大利亚新南威尔土大学MartinGreen研制单晶硅的太阳能电池效率达到20%。
1986年6月,ARCOSolar发布G-4000———世界首例商用薄膜电池“动力组件”。
1987年11月,在3100Km穿越澳大利亚的PentaxWorldSolarChallengePV-动力汽车竞赛上,GMSunraycer获胜,平均时速约为71km/h。
1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW。
1991年世界太阳能电池年产量超过55.3MW瑞士Gratzel教授研制的纳米TiO2染料敏化太阳能电池效率达到7%。
1992年世界太阳能电池年产量超过57.9MW。
1993年世界太阳能电池年产量超过60.1MW。
1994年世界太阳能电池年产量超过69.4MW。
1995年世界太阳能电池年产量超过77.7MW光伏电池安装总量达到500MW。
1996年世界太阳能电池年产量超过88.6MW。
1997年世界太阳能电池年产量超过125.8MW。
1998年世界太阳能电池年产量超过151.7MW多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池。
1999年世界太阳能电池年产量超过201.3MW美国NREL的M.A.Contreras等报道铜铟锡(CIS)太阳能电池效率达到18.8%非晶硅太阳能电池占市场份额12.3%。
2000年世界太阳能电池年产量超过399MWWuX.,DhereR.G.,AibinD.S.等报道碲化镉(CdTe)太阳能电池效率达到16.4%单晶硅太阳能电池售价约为3USD/W。
2002年世界太阳能电池年产量超过540MW多晶硅太阳能电池售价约为2.2USD/W。
2003年世界太阳能电池年产量超过760MW德国FraunhoferISE的LFC(Laserfired-contact)晶体硅太阳能电池效率达到20%。
2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW德国FraunhoferISE多晶硅太阳能电池效率达到20.3%非晶硅太阳能电池占市场份额4.4%,降为1999年的1/3,CdTe占1.1%而CIS占0.4%。
2005年世界太阳能电池年产量1759MW。
中国太阳能发电发展历史
中国作为新的世界经济发动机,光伏业业呈现出前所未有的活力。大量光伏企业应运而生,现在光伏产量已经达到世界领先水平。现在OFweek太阳能光伏网带大家来回顾下中国太阳能发展历史:
1958,中国研制出了首块硅单晶
1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。
1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。
1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。
1998年,中国政府开始关注太阳能发电,拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目。
2001年,无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功,2002年9月,尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产,产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和,一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。
2003到2005年,在欧洲特别是德国市场拉动下,尚德和保定英利持续扩产,其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产迅速增长。
2004年,洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉,以此为基础,2005年,国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产,从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。
2007,中国成为生产太阳电池最多的国家,产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。
2008年,中国太阳电池产量达到2600MW。
2009年,中国太阳电池产量达到4000MW。
2006年世界太阳能电池年产量2500MW。
2007年世界太阳能电池年产量4450MW。
2008年世界太阳能电池年产量7900MW。
2009年世界太阳能电池年产量10700MW。
2010年世界太阳能电池年产量将达15200MW。