- 太陽能光伏發電系統及其應用(第二版)
- 楊貴恒 張海呈 張穎超 強生澤
- 14898字
- 2019-01-04 06:14:34
1.2 太陽能光伏發電現狀與發展前景
太陽能光伏發電最早可追溯自1954年由貝爾實驗室所發明出來的太陽能電池,當時研發的動機只是希望能為偏遠地區提供電能供給,那時太陽能電池的效率只有6%。從1957年蘇聯發射第一顆人造衛星開始,一直到1969年美國宇航員登陸月球,太陽能光伏發電技術在空間領域得到了充分發揮,在其他領域也得到了越來越廣泛的應用。
1.2.1 世界光伏發電的發展現狀
1.2.1.1 發展綜述
受歐債危機等影響,傳統光伏裝機大國如德國、意大利等普遍下調補貼費率,但在2012 年全球仍新增光伏裝機容量29.7GW,同比增長3.6%。從裝機分布看,歐洲新增光伏裝機量約為18.2GW,其中德國以7.6GW 的裝機容量重回全球首位,同比增長2%;意大利則由2011的全球第一下滑至2012年的全球第四,裝機量3.0GW。與此同時,全球光伏裝機市場發展重心逐漸向新興光伏國家傾斜,中、美、日光伏市場正在加快崛起。中國在2012 年的新增光伏裝機容量達到4.5GW,同比增長66.7%,成為僅次于德國的全球第二大光伏市場;美國以3.3GW 的裝機容量位居全球第三,同比增長78.6%;日本光伏應用市場延續了2011 年的上升勢頭,光伏新增裝機容量近2.0GW,約占全球新增光伏裝機市場的6%,同比增長53.8%。截止到2012 年底,全球光伏累計裝機容量突破100GW。
1.2.1.2 全球光伏制造業發展現狀
(1)多晶硅行業
從產量看,多晶硅產量保持平穩發展。2012 年全球產能達40 萬噸,同比增長20%,產量約23.4 萬噸。其中,電子級多晶硅產量約2.5萬噸,其余為太陽能級多晶硅。受供需關系所影響,多晶硅價格下降較快,全球多晶硅價格降幅達30% 以上,至2012 年底,多晶硅現貨價格僅約為16 美元/千克。從區域發展角度看,全球多晶硅進入四國爭霸階段。2012 年,我國以7.1 萬噸的產量位居全球首位,美國以5.9 萬噸位居第二,韓國、德國和日本產量分別為4.1萬噸、4萬噸和1.3萬噸。其中,我國和韓國主要生產太陽能級多晶硅,日本主要供應電子級多晶硅,美國和德國則兼而有之。而在產能方面,我國以19萬噸的產能穩居全球第一,美國以8.6 萬噸的產能位居第二,韓國以5.7 萬噸的產能位居第三,德國和日本約為5.5 萬噸和1.9 萬噸。從發展勢頭看,逐漸形成中、美、韓、德四國拉鋸,日本則盯緊電子級多晶硅這一細分市場。
從企業發展角度看,全球多晶硅產業集中度趨高。全球前十家多晶硅產量排名如表1-3所示,德國Wacker公司以3.8 萬噸的產量位居全球首位,我國江蘇中能公司以3.7萬噸的產量位居次席,韓國OCI、美國Hemlock 和美國REC 公司分別以3.3萬噸、3.1萬噸和2.1萬噸位居三到五位。前十家多晶硅產量已占據全球多晶硅總產量的79%。號稱“四大金剛”的前四家多晶硅企業產能占全球的45%,產量則占據全球的59.4%。
表1-3 2012 年全球十大多晶硅企業產量情況

(2)硅片行業
產業規模保持平穩發展,產業集中度不斷提高。2012年,全球硅片產能超過60GW,同比增長7.1%,每瓦耗硅量已下降至6g/W以下,部分企業的耗硅量已下降至5.2g/W。2012 年硅片產量保持平穩,達36GW,與2011年基本持平。圖1-14所示為2007~2012 年全球硅片產能/產量情況,從圖中可以看出,近年來硅片產量的增長由前幾年的快速增長轉至平穩發展。從發展區域看,全球硅片產量逐漸集中在亞太地區,尤其是我國,我國硅片產能已超過40GW,占據全球總產能的67% 以上,2012 年全球硅片產量主要分布在:中國大陸、中國臺灣地區、日本、韓國和歐洲等國家和地區。表1-4所示為2012 年生產規模最大的前十家硅片企業的產能情況,從表中可以看出,這十家硅片產能達26GW,產量達16.6GW,約占全球總產量的46%。其中中國大陸占據7 家,這7 家硅片企業的產能也占據了前十大硅片產能的75%,最大的保利協鑫硅片產能已達8GW,產量達5.6GW。

圖1-14 2007~2012 年全球硅片產能/產量情況
表1-4 2012年全球主要硅片企業產能/產量情況 單位:MW

(3)電池片行業
全球電池片生產規模保持增長勢頭。2012年,全球太陽能電池片產能超過70GW(含薄膜電池),產量達37.4GW,與2011 年的35GW 相比,同比增長6.9%。2005~2012 年全球電池片產量情況如表1-5所示。在電池種類上,晶體硅電池產量約為33GW,薄膜電池約為4GW,聚光電池約為100MW。在區域分布上,中國大陸以21GW產量位居全球首位,接下來分別為中國臺灣、日本、歐洲、美國等國家或地區。值得關注的是,由于2012年美國對中國大陸生產的晶硅電池片征收23%~249%不等的關稅,部分中國大陸企業紛紛通過使用中國臺灣等第三方電池片,以規避美國“雙反”征稅,促使中國臺灣等地區的晶硅電池片快速發展。尤其是中國臺灣地區,依托于自身強勁的半導體產業基礎,再加上美國“雙反”的有利因素,使其產量同比增長達22%,遠高于全球增幅。
表1-5 2005~2012 年全球太陽能電池片產量 單位:MW

產業集中度略有提高。從生產企業看,全球前十家企業電池片產量達到14.6GW,約占全球總產量的39%,同比增長2 個百分點。在電池類型上,九家為晶硅電池生產企業,只有美國First Solar 一家薄膜電池企業(CdTe 薄膜電池)。在區域布局上,中國大陸和中國臺灣地區共占據8 席,另外兩家分別為美國First Solar 和韓國韓華集團(韓華集團2012 年收購德國最大電池片生產企業Q-Cells 的晶硅電池業務,其總產能達到2250MW),其中中國英利以2GW 的產量位居全球首位,其晶硅電池片產能也已達到2450MW,美國First Solar 公司則以1.9GW 的產量位居第二(主要是CdTe 薄膜電池),而中國晶澳則以1.8GW的產量位居全球第三,其產能也已達到2.8GW。具體詳見表1-6。
表1-6 2012 年全球主要電池片企業產能/產量情況 單位:MW

(4)電池組件行業
組件產量依然保持平穩增長勢頭。2012 年產能達70GW,同比增長11.1%,產量達37.2GW,同比增長6.3%。從區域看,中國依然是太陽能電池組件的最大生產國,產量達23GW,主要是晶體硅電池(占比達到98%),歐洲則以近4GW 的產量位居第二(其中薄膜電池占比約為20%),日本以約2.4GW 產量位居第三(其中薄膜電池約600MW,占比達25%)。而韓國、馬來西亞、新加坡等亞洲國家產量也達到GW 量級。
從產業集中度看,全球出貨量最大的前十家組件企業產量達13.9GW,占世界總產量的38%,同比增長2個百分點。在這十家光伏企業中,中國占據六席,美國占據兩席,日本和韓國各占一席。其中英利以近2.3GW 的產量位居第一,First Solar(美國)以1.9GW 位居第二,尚德、天合、阿特斯、晶澳、Sharp(日本)、Sunpower(美國)、韓華(韓國)和晶科分別以1.7GW、1.7 GW、1.6GW、1.1 GW、1.06 GW、0.925 GW、0.85 GW和0.84 GW分列第三到第十位。
(5)薄膜電池行業
由于晶硅電池生產成本與售價大幅下降,造成薄膜電池因為光電轉換的效率不及晶硅電池、成本優勢不明顯等原因喪失了對晶硅電池的競爭優勢。因此,近年來薄膜電池產量出現下滑態勢。2012 年,全球薄膜電池產量約3530MW,同比下降13.9%。其中硅基薄膜電池950MW,CIGS約680MW,CdTe約1900MW,中國大陸薄膜電池產量約400MW,幾乎均為硅基薄膜電池。雖然薄膜電池產量出現下滑,但有分析機構統計,薄膜電池市場規模在2012 年近30 億美元。如果First Solar 等CIGS 主要薄膜廠商在效率、成本、產量和市場路線方面取得突破的話,薄膜市場在2016年有望回暖至76億美元的規模。
在薄膜電池產量下降的同時,其占全球光伏市場的市場份額也在逐步下滑。在2010 年前,由于多晶硅價格較高,晶硅電池生產成本一直居高不下,薄膜電池相較于晶硅電池成本優勢明顯,因此雖然薄膜電池的光電轉換效率較低,但其市場份額依然不斷上升,并在2009年達到最高16.5% 的市場份額。但由于晶硅電池組件生產成本大幅下降(0.6美元/瓦左右),產業化轉換效率不斷提高(單晶硅組件16.5%,多晶硅組件15.5%),而薄膜電池技術卻遲遲得不到突破,薄膜電池相較晶硅電池的優勢逐漸喪失,因此市場份額也逐漸下滑,至2012年,薄膜電池所占市場份額為9.4%。
(6)光伏設備行業
因歐債危機沖擊,加上德國和意大利政府對光伏發電補助對策的動向不明,導致光伏產品生產廠設備投資轉趨慎重。據統計,2011年全球光伏設備銷售收入130 億美元,2012 年下降到36 億美元。2011 年有23家供應商的光伏設備營收超過1億美元,而2012年僅有8 家,相信這種局面不會持續太久,在不久的將來全球光伏設備銷售收入仍會突破100 億美元的大關。全球主要光伏設備廠商及其光伏業務領域如表1-7所示。
表1-7 全球主要光伏設備廠商及其光伏業務領域

1.2.1.3 全球主要國家和地區光伏產業發展現狀
(1)歐洲
歐洲光伏產業的重心在德國,主要在于德國政府極為重視光伏產業,不但率先啟動光伏示范項目,加大技術研發投入,將光伏發電列入國家能源發展規劃,還出臺了可再生能源法案,啟用光伏上網電價補貼,德國光伏應用市場逐漸擴大,帶動光伏制造產業快速發展。以德國為先導,歐盟加大了對光伏產業的支持力度,逐漸形成了完整的光伏產業鏈。歐洲光伏產業鏈各個環節均有優秀的企業,在原輔料、設備以及光伏應用等環節較為突出。
在原輔料方面,歐洲多晶硅的產量約占全球的25%,主要集中于德國Wacker公司,其產量約占歐洲總產量的80%以上,其他的還有MEMC意大利工廠(產能6000t)、俄羅斯Nitol(產能5000t)、英國PV Crystal(產能1800t)、德國Solar World(產能3200t)、挪威Elkem(產能3200t)等。Wacker公司2012 年產能超過5萬噸,產量3.8萬噸,同比增長約19%,其多晶硅部門收入11.4億美元。另外,德國Heraeus(賀利氏)控股集團是全球最主要的銀鋁漿供應商之一,目前在該市場的份額超過了美國杜邦,并收購了美國Ferro公司的電子漿料業務,使得Heraeus在光伏產業漿料市場的份額一舉超過了50%。
設備方面,全球十大光伏設備制造企業中,包括歐洲的多家企業——瑞士梅耶博格、德國Gebr.Schmid、德國Rena、瑞士歐瑞康等。歐洲企業在全球光伏設備市場所占份額超過50%,主要供應地區是亞洲尤其是中國。
逆變器方面,歐洲逆變器的生產企業大多集中在德國,包括全球著名的德國西門子公司和SMA公司等,在全球光伏逆變器市場所占份額接近50%,主要滿足歐洲自身需求,還有部分出口至其他地區。
光伏組件方面,2012 年歐洲太陽能電池組件產量約為2GW,約占全球產量的5%。歐洲太陽能電池制造同樣主要集中于德國,主要的企業有德國Solar World(其歐洲部分包括硅片750MW、電池片300MW、組件500MW),德國Q-Cell(歐洲的產能包括:電池片250MW、組件120MW),德國Solon(組件產能440MW),德國Scott(450MW),德國Bosch(630MW),德國Conergy(250MW),西班牙Isofotón(230MW),比利時Photovoltech(150MW),德國Sovell(200MW),德國Solland Solar(200MW)等。在薄膜電池制造環節,歐盟也有很多較為搶眼的企業,如德國Miasole、Wurth、Solibro等,這些企業在CIGS電池的生產制造方面,走在全球前列。在晶硅電池制造環節,雖然歐盟也有較為優秀的企業,如硅片環節的挪威REC、德國Solar World;電池組件環節的德國Solar World、肖特太陽能、博世等。
在發展環境建設方面,歐洲十分重視光伏產業發展環境建設。在科技研發領域,歐洲十分重視光伏電池技術的研發,歐洲乃至全球晶硅電池的研發也主要集中于德國弗朗霍夫太陽能研究所、荷蘭ECN研究所、比利時IMEC這三個研究所。在配套服務體系領域,比較有影響力的行業組織主要有歐洲光伏工業協會,依托于強勁的歐洲市場,每年全球的裝機量主要來源于該機構發布的裝機數據。歐洲的Intersolar展覽則是全球最大的展覽之一,每年都有幾千家光伏企業參加此展會,而其PVSEC(歐洲太陽能光伏巡回展覽會)則是全球主要光伏技術論壇之一,每年全球主要光伏企業均會參加展會及論壇并交流技術發展情況。在電池認證領域,德國的TUV認證也是全球最為權威的認證機構之一,全球幾乎所有主要光伏企業的產品都通過了該機構的認證。
在光伏應用市場方面,從2006年起歐洲就成為全球最大的光伏應用市場,市場份額在2008 年達到最高,接近85%,之后由于美、日等市場的擴大有所下降,但規模卻一直在快速增長,從2007 年的每年2GW 新增裝機量躍升至2012年的18GW。從整體規???,2011 年歐洲光伏市場規模達到了580億美元,從業人數超過40萬人,歐洲本土光伏產業占據了58% 的市場份額,約為336億美元,若考慮出口情況,歐洲本土光伏產業的市場份額將達到67%,約為389億美元。其中上游環節(原輔料、設備、組件等)約66億美元,占歐洲光伏上游市場的25%;逆變器環節約22億美元,占歐洲逆變器市場的53%;平衡組件環節約57億美元,占歐洲平衡組件市場的80%以上;系統安裝環節約143億美元,占據了全部歐洲市場;后續服務環節約98億美元,同樣占據了全部歐洲市場。
(2)美國
盡管美國比較重視光伏技術,在研發上的投入力度很大,但其產業發展主要在2009年之后,目前初步形成了較為完整的產業鏈,在原材料、設備、薄膜電池等環節較為突出。到2011 年,美國光伏產業從業人數超過10 萬人。
原輔料方面,美國在光伏原輔料市場占比較高,涌現出一些優秀的企業,如多晶硅生產企業Hemlock、MEMC、REC以及背板和漿料生產企業杜邦、3M(背板、漿料)等。美國多晶硅早年以電子級為主,這幾年開始大力發展太陽能級多晶硅,2012年,美國多晶硅產量達6萬噸,約占全球產量的25%。主要的多晶硅企業有Hemlock(產能50000t)、REC(產能22000t)、MEMC(產能8000t)、Hoku(產能4000t)、三菱(產能1800t)等,由于美國電力成本較低,德國Wacker和日本的一些企業也將工廠轉移至美國。其中Hemlock 在2012年的產量達3.1萬噸,高居全球多晶硅企業首位。
設備方面,憑借在電子設備方面良好的研發以及產業基礎,美國一直領跑全球光伏設備市場,優秀企業有應用材料、GT Solar等。其中應用材料2012年光伏設備銷售收入達4.3億美元。
光伏組件制造方面,美國電池組件產量逐年增大,從2007年的347MW上升至2010 年的1205MW,2011年First Solar、Sunpower 的出貨量分別高達1980MW、735MW,加上其他企業,2011年美國電池組件出貨量接近3GW,約占全球的8%。美國主要的晶硅電池企業有Solar World(在美產能硅片250MW,電池片500MW,組件350MW),Suniva(組件產能170MW)、Sunpower(組件產能870MW)等。其他的主要是薄膜電池企業如First Solar(組件產能2300MW)、Miasole、Solydra、Stlon、Ascent、Solo等。由于競爭力問題,部分企業早已全球布局,如Sunpower在菲律賓、Frist Solar在馬來西亞等,同時部分其他國家企業為了打進美國市場也在美國布局組件生產環節。
在發展環境建設方面,美國主要光伏技術研發機構包括NREL、桑迪、勞倫茨等國際著名研究機構,主要的光伏行業組織有美國太陽能工業協會(SEIA),產品認證機構有UL 認證,光伏產品欲進入美國市場必須通過這個認證。
應用市場方面,近幾年在美國政府提出的新能源政策刺激下,加上光伏組件價格不斷下降和成熟的商業化運作體系,美國光伏應用市場呈現高速增長態勢,從2008年280MW躍升至2010年的878MW,到2011年上升至1855MW,2012年更是達到創紀錄的3313MW(約占全球2012 年新增光伏裝機量的10%),累計光伏裝機量達到7.7GW,成為全球第三大光伏應用市場。其中大規模光伏電站的市場規模以及占比不斷提升,2008 年大規模光伏電站裝機容量僅有20MW,占比僅有7%,2010 年這兩個數字分別為242MW 和28%,到2012 年進一步上升至1781MW和54%。
(3)日本
日本政府非常重視光伏產業的發展,不僅在技術研發投入大量資金,還在全球率先大規模啟動光伏應用市場,極大促進了光伏制造業的發展。日本光伏產業一個突出特點就是各個環節比較均衡。
多晶硅方面,日本多晶硅主要以電子級為主,受制于其能源價格較高,多年來其多晶硅產量變化不大,部分企業為了適應光伏行業的發展,也在將其產能轉移至電力成本較低的地方,如Tokuyama就到馬來西亞新建產能2萬噸的多晶硅工廠。日本的多晶硅企業主要有Tokuyama(產能9200t)、三菱(產能4300t)、M.setek(產能3000t)、住友(產能1400t),2012年,日本多晶硅產能達1.8萬噸,產量為1.3萬噸,同比增長8.3%,約占全球產量的6%。其中Tokuyama的產量為0.8萬噸,位居世界第六位,比2011年上升兩位,約占日本產量的61.5%。
設備方面,日本憑借其在電子制造設備上的優勢在全球光伏設備市場擁有一席之地,著名企業有Komastu-NTC、東京電子、愛發科等。其中Komastu-NTC在2011的銷售收入超過7億美元,是全球十大光伏設備廠之一。
電池制造方面,日本起步較早,在2006年以前,日本一直位居全球光伏電池組件領先地位。夏普一度成為全球光伏電池組件的龍頭老大,但隨著中國、美國和歐洲在該領域的快速崛起,日本已屈居第四。盡管如此,日本仍有一些在光伏組件制造方面的優秀企業,如夏普、京瓷、松下(收購三洋)、三菱、Shel等。日本在薄膜電池方面研究比較深入,晶硅第一代薄膜第二代的概念都是日本先提出來,一些企業如夏普、京瓷和三菱發展硅基,Shell、本田發展CIGS電池等,CdTe電池在日本的研究較少。由于在晶硅電池方面難以與中國企業競爭,日本企業將更多精力放在了薄膜電池上。2012年日本光伏電池組件出貨量2.4GW,約占世界組件市場的6%,其中薄膜電池組件出貨量近600MW,占日本組件出貨量的25%。
在發展環境建設方面,日本主要光伏技術研發機構包括東京大學、東京理工大學、AIST產業研究所等,主要的光伏行業組織有日本光伏協會(JPEA)、新金屬協會等行業協會,產品認證機構有兩個,J-PEC 和JET,光伏產品欲進入日本市場必須經過這兩個認證。
在光伏應用市場方面,日本是第一個大規模啟動國內光伏市場的國家,一度成為全球最大的光伏應用市場,隨著歐洲、美國和中國對光伏裝機的重視,日本已下降為全球第四大市場。日本光伏應用市場的發展重點在屋頂系統,占比高達90%,受福島核事故的影響,日本從2012 年起開始大力發展大規模地面電站。2012 年日本光伏應用市場延續了2011 年的上升勢頭,光伏新增裝機容量達2.0GW,約占全球新增光伏裝機市場的6%,同比增長53.8%,光伏累計裝機總量達6.9GW。家用市場仍是日本光伏應用市場的主力,2012年新增裝機量1.5GW,商用和工業屋頂市場在新政策刺激下有所增長,新增裝機量達0.5GW。
(4)韓國
憑借其在半導體產業的優勢,韓國光伏產業發展重點在多晶硅環節。隨著韓國光伏應用市場的擴張,更多韓國企業開始進軍電池組件領域。
多晶硅方面,韓國是全球多晶硅主要生產國家之一,主要企業有OCI(產能42000t)、熊津(產能5000t)、KCC(產能6000t)、Hksilicon(產能3200t)。2012年產能到達5.7萬噸,產量達到4.1萬噸,均位列全球第三,產量占全球的比重約為18%,其中OCI的產量高達3.3萬噸,高居全球十大多晶硅企業的第三位。
組件方面,由于韓國光伏應用市場啟動較晚,國內企業涉足組件制造領域的時間也比較晚,現有企業的規模也不大,產能均未超過GW,主要企業有現代重工(產能600MW)、LG 太陽能(產能350MW)、Millinet(產能300MW)、Shinsung(產能250MW)、STX(產能180MW)、KPE(產能120MW)等。2012 年韓國組件的產能接近3GW,產量約為800MW。
1.2.2 中國光伏發電的發展現狀
中國于1958年開始研制太陽能電池,1959年第一塊有實用價值的太陽能電池誕生。1971年3月首次應用太陽能電池作為科學實驗衛星的電源,開始了太陽能電池的空間應用。1973年首次在燈浮標上進行應用太陽能電池供電實驗,開始了太陽能電池的地面應用。
1.2.2.1 中國光伏產業的發展現狀
20世紀70年代末到80年代中期,我國一些半導體器件廠開始利用半導體工業廢次單晶和半導體器件工藝生產單晶硅太陽電池,我國光伏工業進入萌發期。80年代中后期,我國一些企業引進成套單晶硅電池和組件生產設備以及非晶硅電池生產線,使我國光伏電池/組件總生產能力達到4.5MW,我國光伏產業初步形成。90年代初中期,我國光伏產業處于穩定發展時期,生產量逐年穩步增加。90年代末我國光伏產業發展較快,設備不斷更新。尤其是近年來,在我國“送電到鄉”等工程及國際市場推動下,一批電池生產線、組件封裝線、晶硅錠/硅片生產線相繼投產和擴產,使我國光伏產業的生產能力大幅上升,我國光伏產業進入全面快速發展時期。
2013年以來,受政策引導和市場驅動等因素影響,我國光伏產業發展形勢較2012年有所好轉,骨干企業經營狀況趨好,國內光伏市場穩步擴大。
2013年全球新增光伏裝機36GW,同比增長12.5%;全年多晶硅、組件價格分別上漲47%和8.7%。歐盟對我光伏“雙反”案達成初步解決方案,我對美韓多晶硅“雙反”作出終裁,外部環境進一步改善。國內企業經營狀況不斷趨好,截至2013年底,在產多晶硅企業由年初的7家增至15家,多數電池骨干企業扭虧為盈,主要企業第四季度毛利率超過15%,部分企業全年凈利轉正。
2013年全國多晶硅產量8.4萬噸,同比增長18.3%,進口量8萬噸;電池組件產量約26GW,占全球份額超過60%,同比增長13%,出口量16GW,出口額127億美元。國內市場快速增長,新增裝機量超12GW,累計裝機量超20GW,電池組件內銷比例從2010年的15%增至43%。全行業銷售收入3230億元(制造業2090億元,系統集成1140億元)。
受政策引導和市場調整等影響,產業無序發展得到一定遏制,眾多企業加大內部整改力度,部分落后產能開始退出。同時,部分企業兼并重組意愿日益強烈,出現多起重大并購重組案。從工業和信息化部發布的第一批符合《光伏制造行業規范條件》企業名單(共109家)情況看,其2013年多晶硅、硅片、電池組件產量分別占全國的85.7%、61%和74%;從業人員及銷售收入分別占光伏制造業的58%和78%。2013年,我國前10大光伏企業銷售收入占全行業23.6%,前50家銷售占比63.6%,產業發展逐步向東部蘇、浙,中部皖、贛及西、北部蒙、青、冀等區域集中。
我國骨干企業已掌握萬噸級多晶硅及晶硅電池全套工藝,光伏設備的本土化率正在不斷提高。2010年至今,每千噸多晶硅投資下降47%,每千克多晶硅綜合能耗下降35%,多晶硅企業人均年產量上升165%,骨干企業副產物綜合利用率達99%以上;每兆瓦晶硅電池投資下降超過55%,每瓦電池耗硅量下降25%,骨干企業單晶、多晶及硅基薄膜電池轉換效率由16.5%、16%、6%增至19%、17.5%、10%;光伏發電系統投資由25元/瓦降至9元/瓦。
受國際貿易保護影響,我國部分光伏企業正在醞釀實施產業轉移,通過到海外建廠等方式規避貿易風險。同時,全球市場的開拓也正朝著多方位、多元化和多樣化方向發展,而不再局限于以往的歐洲市場。此外,為了適應產業發展需求,提升企業競爭力,光伏企業業務逐漸由以往的電池組件制造向下游系統集成甚至電站運營方向拓展。一方面可以通過電站建設拉動自身光伏組件產品的銷售;另一方面可以促使業務多元化,通過電站投資與運營可以帶來更高的投資收益率。國內如尚德、英利、天合、阿特斯等重點光伏企業已紛紛涉及到下游系統集成業務。與此同時,大型發電集團也開始向電池制造業進軍。為了控制產品質量和成本,現在這些發電企業均有不同程度涉足電池制造業,發電集團的涉足將會進一步加劇國內光伏市場的競爭。
相信隨著相關政策及配套體系進一步完善,我國光伏產業發展總體將平穩回升,多晶硅、電池價格趨于平穩,國內應用市場將持續擴大,主要企業有望實現穩步盈利。
1.2.2.2 中國光伏市場的發展現狀
1973年3月太陽電池首次應用于我國第二顆人造衛星上,同年太陽能電池首次在天津塘沽海港浮標燈上應用,從此開始了我國太陽電池在空間和地面應用的歷史。從20世紀70年代初到80年代末,由于成本高,太陽電池在地面上的應用非常有限。90年代以后,隨著我國光伏產業初步形成和光伏電池成本逐漸降低,應用領域開始向工業領域和農村電氣化方向發展,光伏發電市場穩步擴大。光伏產業也被逐步列入國家和各地政府計劃,如西藏的“陽光計劃”、“光明工程”、“阿里光伏工程”以及光纖通信電源、石油管道陰極保護、村村通廣播電視、大規模推廣農村戶用光伏電源系統等。
目前,太陽能光伏發電在民用建筑設計施工中得到了較為廣泛的應用。2008年國家鳥巢體育館擁有100kW并網光伏電站,深圳國際園林花卉博覽園擁有1MW并網光伏電站,上海世博園區中國館和主題館擁有3MW并網光伏電站;2009年世運會主場館在看臺的屋頂上安裝了容量1027kW的太陽能光伏發電系統,呼和浩特東站的站房安裝的太陽能光伏發電系統的直流峰值總功率為132.48kW;2011年山西省腫瘤醫院建設實施了裝機容量2.07MW級屋頂光伏并網系統;廣東省立中山圖書館擁有181kW的太陽能光伏發電系統。國內開始出現使用太陽能光伏產生的電能作為船舶的推動,2007年沈陽泰克太陽能應用有限公司研制成功了“001號”太陽能旅游船;2010年首艘由中國國內集成商自主集成的太陽能混合動力電力推進系統船舶———“尚德國盛號”太陽能混合動力游船問世。太陽能光伏發電在國內大型交通樞紐中應用也較多,如上海虹橋樞紐光伏發電裝機容量達6.57MW、杭州東站樞紐光伏發電裝機容量達10MW、南京南站樞紐光伏發電裝機容量達10.67MW等。
2012年,為保障國內光伏產業的健康發展,我國加大了對光伏應用的支持力度,先后啟動了兩批“金太陽”示范工程,發布《太陽能發電發展“十二五”規劃》,啟動分布式光伏發電規?;瘧檬痉秴^等舉措。再加上光伏系統投資成本不斷下降,我國光伏應用市場一片繁榮,當年新增裝機量達到4.5GW,同比增長66.7%,累計裝機量達8020MW。其中青海新增裝機量達1160MW,繼2011年突破GW后再創新高,繼續位居全國第一。
2013年我國光伏應用市場再次爆發,國內市場快速增長,新增裝機量超12GW,累計裝機量超20GW,其主要原因在于:首先,隨著光伏組件價格的繼續下調,光伏發電成本不斷下降,在上網電價變動不大的形勢下光伏電站投資回報率前景看好,使得更多資金進入光伏電站領域。其次,我國相繼出臺措施推動分布式光伏系統應用。2012年9月國家能源局發布了《關于申報分布式光伏發電規?;瘧檬痉秴^的通知》,每個省、市、自治區申報規模不超過500MW。10月,國家電網正式發布了《關于做好分布式光伏發電并網服務工作的意見》,大大推進了我國分布式光伏系統的并網進程,也極大地刺激了分布式光伏系統的投資熱情。三是部分省、市、自治區相繼出臺了激勵政策,進一步促進本地光伏應用市場發展。如江西省政府印發《支持光伏產品推廣應用與產業發展工作實施方案》,并于2013年3月投入8000萬元,專項用于獎勵2012年光伏產品推廣與產業發展應用示范項目;江蘇省政府出臺了《關于繼續扶持光伏發電政策意見的通知》,對2012年至2015年間新投產的非國家財政補貼光伏發電項目,實行地面、屋頂、建筑一體化統一上網電價,每千瓦時上網電價分別確定為2012年1.30 元、2013年1.25元、2014年1.20元和2015年1.15元。浙江省則出臺了在現有上網電價政策基礎上,省里再補貼0.3元/千瓦時的電價政策。
1.2.2.3 中國光伏產業存在的問題
光伏產業可能是中國發展速度最快,也是出現“產能過?!眴栴}最快的新興產業。在不到十年的時間里,中國光伏產業從最初的高利潤、低風險行業急轉直下,2011 年后出現嚴重的“產能過?!?,光伏企業面臨嚴峻考驗。造成“過?!眴栴}的直接原因是主要出口國家提高貿易壁壘、減少光伏補貼,但根本原因在于中國光伏產業畸形的市場結構,國內市場發展緩慢是造成光伏產業發展危機的癥結所在。
首先,國內光伏應用市場發展嚴重滯后于產業發展。我國光伏產業經過最近幾年的爆發式增長,已經躍升至全球最大光伏產業制造基地,產能占全球一半以上。同時,各種影響產業發展的關鍵技術先后被突破,產業發展初期多晶硅、單晶硅大量進口的情況完全改變,生產設備大量依賴進口的情況也得到好轉,中國不僅是全球光伏產能最大的國家,也是生產技術和工藝水平先進的國家。然而,光伏產業嚴重依賴國際市場,中國光伏裝機量增長非常緩慢,即便是近三年加快發展速度,國內每年新增光伏裝機容量也不足全球的1/10。
其次,光伏發電在國家能源結構中的份額低。我國能源結構中,煤炭占有絕對的主導地位。從改革開放到現在,原煤在能源生產總量中的比重維持在70%以上,其次是原油和天然氣。雖然“十五”和“十一五”期間,國家加大了對新能源的投資力度,但從結構看,新能源所占的比重并沒有明顯上升,2010年,新能源占全部能源生產的比重為9.4%,較2000年僅提高了1.5 個百分點。整個新能源比重低,而光伏發電占能源生產的比重更低。
最后,分布式光伏電站的比重偏小。與光伏應用先進國家相比,不僅我國光伏裝機的規模較低,而且光伏應用的結構也有所不同。從理論上講,太陽能輻射總能量雖然巨大,但單位面積獲取的光照熱量卻相對較小,對太陽能利用最佳的途徑應該是“分散獲取,就地消費”,因此很多國家在發展太陽光伏發電市場時都更注重分散式屋頂電站的建設。相比較,我國屋頂光伏電站發展非常緩慢,扶持政策也聚焦于大型光伏電站。截止2011 年底,政府支持的以建設大規模電站為目標的“金太陽示范工程”三期共批準120萬千瓦,是以分布式就地開發利用的“太陽能屋頂計劃”批準建設總容量(30萬千瓦)的4倍。但是,這種“大規模-高集中-遠距離—高電壓輸送”的發展模式本身存在非常大的局限性。我國非耕用土地資源和太陽能資源都豐富的西部地區并不缺電,而電力供應緊張的東部地區的光照條件還不如西部,土地資源也非常緊張。如果在西部地區大規模發展光伏電站不得不面臨長距離輸電的問題,光伏發電成本本身就比較高,如果再加上數千公里的輸電成本,其經濟效益將變得非常低,因此必須大力發展分布式光伏電站(屋頂光伏電站)。
1.2.2.4 我國臺灣地區光伏發電產業發展現狀
我國臺灣地區在1980年開始研發太陽能發電技術,2000年茂迪正式投入太陽能電池領域,2002年益通投入生產晶硅太陽能電池。自2005年進入快速發展期以來,我國臺灣地區光伏產業主要集中在硅片和電池組件環節,且以晶硅電池為主,近兩年薄膜太陽能發展較快,已經成為僅次于大陸地區的全球第二大太陽能電池生產地。
多晶硅方面,受制于技術和資金壁壘,我國臺灣地區的多晶硅生產企業不多,比較大的只有福聚太陽能一家,2012 年其產能達到8000t,下一步有望擴大至18000t。
硅片和電池片是我國臺灣地區重點發展環節,涉足的重點企業有茂迪、昱晶、綠能、新日光、尚志、茂硅、升陽科等。在硅片領域,綠能是我國臺灣地區最大的生產企業,2011年產能達1500MW,位居全球第七,其后依次是茂迪、尚志、茂硅。電池片方面,我國臺灣地區的企業競爭力較強,產量逐年攀升,從2008年的不足1000MW上升至2011年的4400MW 左右,2012年更是突破5GW,達到了5500MW,主要四家廠商茂迪、昱晶、新日光、升陽科出貨占其中67%,2012年茂迪、昱晶都突破了1GW,其他廠商也都有成長的表現,聯景、旺能、太極的出貨量都在300~350MW左右。
組件方面,臺灣地區涉足的企業較多,一方面是電池片企業為了打通產業鏈,均進入該領域,另一方面是部分企業直接打入該環節,包括友達、旺能、強茂、景懋等。另外,還有一些企業如光寶、聯電、聯相、富陽光電等瞄準薄膜電池前景,紛紛涉足薄膜電池制造。但從整體看,我國臺灣地區組件制造環節還稍顯薄弱。
以2011 年第四季度為例,該季度臺灣地區光伏產業銷售收入約為222億元新臺幣,其中多晶硅環節約為1億元新臺幣,硅片環節為44億元新臺幣,電池片環節為156億元新臺幣,組件環節為15億元新臺幣,薄膜電池為6億元新臺幣,硅片約占20%,電池片占據70%,其他環節合計不到10%,差距較為明顯。
1.2.3 太陽能光伏發電的發展前景
化石能源儲量的有限性和環境污染性是各國加快發展可再生能源的主要原因。根據國際能源組織(IEA)的預測,全世界煤炭只能用200年左右,油、氣將在30~60年后消耗殆盡。據估計我國的煤只可開采80年,石油和天然氣可開采30年。發展核能所需的鈾也將在不到100年內開采殆盡,中國國內剩余可開采年限僅為50年。同時,化石能源的大量開采和使用還造成嚴重的環境污染,核電站的運行則始終伴隨著安全隱患。比較而言,太陽能光伏發電不存在能源枯竭的問題,運行階段沒有排放,不產生副產品,對于緩解全球能源緊張,減少溫室效應具有更好的效果。據相關機構預測:到2020年全球光伏發電量將占到總發電量的4%;2040年這一比重將上升到20%;到21世紀末,太陽能光伏發電的比重將提高的到60%以上??梢?,在化石能源加速枯竭的壓力下,隨著太陽能光伏技術不斷成熟,其在各國能源結構中的比重將越來越大,光伏發電市場的發展前景良好。
另一方面,在政策刺激下,各國加大了對光伏技術的研發力度,使得光伏系統價格和光伏發電成本不斷下降,光電價格競爭力不斷上升。太陽能電池硅片厚度已經從20 世紀的450~500μm下降到目前的160~180μm,改進硅切片技術在降低電池片厚度的同時還提高了產品的光電轉換率,這不僅大幅減少了光伏系統硅材料的用料,降低了生產成本,還提高了光伏系統的發電效率,降低了運行成本。同時,硅料生產的技術進步降低了產業中上游環節的成本,改良型西門子法、新硅烷法、硫化床法、冶金法等新技術被廣泛采用,與傳統西門子法比較,采用這些新技術的企業將硅料生產成本降低了30%~50%,使得多晶硅價格在近幾年有較大幅度的下降。
世界能源結構變化和太陽能光伏技術的進步為中國光伏市場的發展創造了良好的外部環境和條件,國內光伏應用市場雖然起步較晚,發展較慢,但隨著政府政策和光伏企業戰略向國內市場傾斜,國內市場發展有望步入快速發展期。國內光伏應用市場發展的實際情況不僅要依靠政府政策的支持和光伏企業的不斷努力,也受宏觀能源環境、能源結構、能源價格的變化以及相關技術發展的影響。
從短期看,①市場發展必須得到政府的政策支持,特別是經濟補貼。短期內,光伏電站發電成本與傳統的化石能源發電和其他新能源發電(風電、核電)比較仍有較大差距,大型集中式光伏電站的修建需要政府補貼。同時,作為唯一可能在家庭住宅推廣的新能源發電方式,光伏電站初期安裝成本下降的空間已經不大,如果缺少政府補貼,以目前的價格在家庭住戶推廣分布式電站幾乎是不可能的。因此,補貼雖然不能解決光伏應用市場發展的全部問題,但確實是短期內光伏應用市場發展的必要條件,現行補貼政策必須繼續執行。②特殊環境條件下的應用市場繼續發展,但規模有限。光伏電站在“十一五”時期出現井噴式增長,但增長最穩定的光伏應用產品卻是一些特殊環境和條件下應用的產品,例如遠離電網的科考隊伍、游牧民家庭使用的小型光伏電站,市政和公共建筑使用的太陽能路燈、景觀照明、交通信號,在小型電子產品(計算器、手機、玩具、移動電源)上使用的微型光伏板以及航天器中使用的高性能光伏發電系統等。這些應用市場幾乎沒有受到美國“雙反”和歐債危機的影響,特別是太陽能路燈、信號燈等產品由于不需要電纜和變配電設備,在成本上已經與傳統產品相差無幾,成為國內很多城市舊城改造和新城建設的重要項目。但是,這些產品對太陽能光伏電池和系統的需求量不大,對緩解當前光伏產品產能過剩、光伏企業經營困難等問題的作用比較有限。③非屋頂光伏電站將成為國內光伏市場發展的突破口。光伏電站的產權問題和并網問題在短期內得到徹底解決的可能性不大,國內分布式的屋頂光伏電站的高速發展尚需時日。相比較,不需要并網和儲能,不借助建筑物屋頂,空地資源豐富的地區安裝光伏電站的條件更加成熟。例如,農田灌溉和沙漠治理消耗的電量大,用電時間剛好與光伏發電時間一致,農田灌溉渠道和沙漠地區均可安裝光伏系統。如有相應的扶持政策,且與農業產業化、環境治理等相關政策結合,降低初期安裝成本,在這些地區大力推廣光伏電站將有助于促進國內市場增長。④標準廠房、工業園區、公共建筑分布式電站先行發展。對光伏應用市場而言,發達國家屋頂電站的比重都很高,且這種即發即用的方式對緩解化石能源緊缺,降低輸電能耗比重,減少對電網沖擊的效果最好。推廣分布式電站的主要障礙是屋頂業主和電網公司,因此產權更簡單清晰、自身用電量較大的建筑物可以先行發展,廠房和商業建筑屋頂光伏電站的發展將先于居民住宅。
從長遠看,①光伏產品性價比不斷提高是國內市場大發展的先決條件。經過美國“雙反”和歐債危機的沖擊,光伏產品的價格已經大幅下降。多晶硅的價格從每噸三百多萬下降到十余萬,電池片的價格從每瓦四十多元降到三元左右,硅片占組件的成本已經下降到20% 以下,光伏產品成本進一步下降的空間已經不大。未來,產品性價比的提高將主要依靠產品性能的提升。目前,批量生產的單晶硅系統的轉化率最高為19%,多晶硅系統的轉化率最高為17.5%,據估算,如果轉化率提高到20%,按照現行價格和50%的建設補貼,用戶收回安裝成本的時間將縮短到6年以內,如果轉化效率提高到目前理論上的最大值25%,那么用戶只需要4~5年就能夠收回成本。一批將眼光放在國內市場的大型光伏企業在極端困難的情況下沒有放棄技術研發,無論是多晶硅還是單晶硅轉化率都在不斷提高,再加上產品成本的適度下降,未來分布式光伏電站的成本回收期有望縮短到3年左右,這將是大多數居民用戶都能夠接受的水平。②能源供需矛盾增大和能源結構變化將促進光伏應用市場發展。根據預測,“十二五”時期能源消費總量將保持4.8 %~5.5 %的年增長率,國內能源供需矛盾將進一步升級,加快包括太陽能在內的可再生能源發展速度的緊迫性增強。根據國家《可再生能源中長期發展規劃》制定的目標,2020年可再生能源消費量要占到能源消費總量的15%左右,太陽能光伏發電容量要達到180萬千瓦?!犊稍偕茉窗l展“十二五”規劃》將2015年太陽能光伏發電裝機目標提高到了2000萬千瓦,樂觀的預測會達到3000萬千瓦,如果這一發展目標得以實現,中國有望在2015年前后進入全球光伏發電前五位,國內市場對光伏產業的帶動作用將增強。③市場成熟促進光伏產業鏈進一步延伸和完善。我國已經形成較為完整的光伏制造業產業鏈,伴隨國內光伏應用市場的發展,一個更加完整的光伏產業鏈即將形成,這主要反映為幾個相關行業的發展。一是建筑物一體化工程。為了適應分布式光伏電站安裝維護,保持建筑物的整體美觀,未來建筑物的設計和修建過程將與光伏電站的設計和安裝融合和同步。二是儲輸電設備制造業。適用于分布式光伏電站的逆變器,低成本、小體積的儲電設備需求增長將加速,從而拉動相關制造業的發展。三是光伏設備制造業。目前國內有十幾家光伏設備生產企業,國產硅芯爐、硅鑄錠爐的技術水平已經接近世界先進水平,進口設備一統國內光伏產業的情況已經得到改變,但絲網印刷機、高溫燒結爐等關鍵設備仍主要依靠進口。隨著一些關鍵技術和工藝被突破,國內光伏設備制造業的發展也將提速。
總之,太陽能光伏發電與火力發電、水力發電、柴油電站比較具有許多優點,無論從近期還是遠期,無論從能源環境的角度還是從應用領域需求的角度來考慮,太陽能光伏發電都極具吸引力。目前,太陽能光伏發電系統大規模應用的唯一障礙是其成本高,隨著科技的進步和技術的不斷革新,預計到2050年左右,太陽能光伏發電的成本將下降到與常規能源發電相當。屆時,太陽能光伏發電將成為人類電力的重要來源。