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我國光伏產業鏈發展現狀與形勢分析

光伏產業是我國戰略性新興產業之一,其發展對於調整能源結構、推進能源生產和消費革命、促進生態文明建設具有重要意義。近年來,在國家政策引導與技術革新驅動的雙重作用下,光伏產業保持快速增長態勢,產業規模持續擴大,技術迭代更新不斷,目前已在全球市場取得領先優勢。尤其在「十三五」期間,光伏產業鏈各環節成本穩步下降,多晶硅價格下降24.9%,矽片、電池片、組件價格均下降超過50%,系統價格下降47.2%,為光伏發電行業實現平價上網奠定重要基礎。

當前,我國光伏發電行業已正式取消中央財政補貼支持。為進一步推進產業高質量發展,光伏產業鏈各環節聚焦降本增效,不斷深化產業鏈上下游協同,為推進光伏產業實現更大發展積蓄力量。

資料來源:CPIA

圖1  我國光伏產業鏈構成

一、上游環節發展分析

(一)多晶硅環節

作為光伏晶硅電池的關鍵原材料,太陽能級多晶硅(以下簡稱「多晶硅」)是由工業硅經過提純加工而成,純度一般在99.9999%~99.9999999%之間,導電性能與其純度呈正相關。「十三五」以來,受下游光伏發電行業飛速增長的裝機規模驅動,我國多晶硅行業進入「量價齊飛」的黃金髮展期。

1.供需:全球最大多晶硅生產基地

在供給端,我國多晶硅產業發展步伐不斷提速,已成長為全球最大多晶硅生產基地。據統計,2021年,我國多晶硅實現年產量50.5萬噸,同比增長27.5%,約佔全球總產量的80%。產量增長主要有兩方面原因。一是我國硅資源儲量較為豐富。目前,我國保有儲存硅石礦150處左右,其中以西北地區最為富足,共計保有礦石儲量19.1億噸,佔全國保有礦石儲量的48%,利用率為7%。二是我國多晶硅自給能力持續提升。數據顯示,國內多晶硅自給率從2010年的47.8%持續提升至2019年的75.4%,對外依存度大幅降低。

資料來源:根據公開資料整理

圖2  2011-2021年我國多晶硅年產量變化

在需求端,快速擴大的光伏市場有力刺激了多晶硅市場需求。在國內市場,「十四五」期間,我國大型光伏基地項目的陸續開工建設將驅動硅料市場穩定增長。在海外市場,海外多國對新冠肺炎疫情採取的消極策略導致海外產能大幅減產、退出,一定程度上加速了全球多晶硅產業向中國轉移,對我國多晶硅市場發展起到推動作用。

值得關注的是,受到下游光伏發電裝機大幅增長及供應鏈各環節擴產周期不匹配等因素疊加影響,2021年,我國硅料市場出現供應失衡,市場成交價一路上漲,並傳導至整個光伏產業鏈。2022年,硅料市場成交價格漲勢不減,截至4月底已連續15周維持上漲態勢,多晶硅供應持續處於緊平衡狀態,導致下游環節、尤其是組件端價格承壓上漲接近平價上網成本天花板。為降低上游價格波動對企業盈利的負面影響,2020年下半年以來,光伏企業紛紛加碼新、擴建硅料產能。據不完全統計,目前已公布的新、擴產項目如全部落地投產,多晶硅產能增長速度將高於終端市場需求,不利於行業良性發展。

2.技術:多晶硅製備以三氯氫硅法為主

目前,我國多晶硅環節的主流生產技術主要有三氯氫硅法和硅烷法兩種方式,產品形態分別為棒狀硅和顆粒硅。據中國光伏行業協會(CPIA)發布的《中國光伏產業發展路線圖(2021年版)》,2021年,我國三氯氫硅法製造的棒狀硅約佔全國總產量95.9%,是我國最主流的多晶硅生產方法。三氯氫硅法的技術及生產技藝推進了多晶硅產業平均成本持續下降,為光伏發電度電成本的繼續下行貢獻積極力量。

資料來源:CPIA

圖3  我國棒狀硅和顆粒硅市場佔比

硅烷法是生產多晶硅的主要技術方向之一。此項技術主要是通過將硅烷進行分解以獲得高純硅料,其生產工藝更便於進行連續生產,理論生產成本較三氯氫硅法降低20%~30%左右,尾氣更易於回收利用,綜合電耗較三氯氫硅法節省40%~50%,為高電價地區尋求更低成本提供了更多選擇。由於該工藝中存在使用的硅烷氣體較為活潑(安全係數較低)、氫碳等雜質含量難控制等問題,目前還無法實現量產。數據顯示,2021年,顆粒硅年產量在全國硅料市場中的市場份額約為4.1%,同比提升1.3個百分點。

目前,我國採用硅烷法制多晶硅的企業相對較少,僅協鑫科技能夠實現規模化生產,其他企業如陝西天宏硅材料有限責任公司等進展較為緩慢,尚未進入商業化階段。據協鑫科技發布的預增公告,2021年,其顆粒硅產能為3萬噸,其中2萬噸已實現滿負荷生產,客戶包含中環股份、晶科能源、晶澳科技、隆基股份等多家企業。目前,協鑫科技在江蘇徐州、四川樂山、內蒙古包頭三地設立的顆粒硅項目均已啟動建設或擴建,並與其他龍頭企業積極開展技術合作,希望加快培育顆粒硅產業生態圈。

綜合市場表現及技術發展水平來看,未來一段時間,我國多晶硅製備仍將以三氯氫硅法為主,硅烷法顆粒狀多晶硅的市場份額有望實現進一步增長,其他新工藝、新方法需要在安全、環保、質量、大規模化及成本等方面通過市場的檢驗與認可,才有可能在多晶硅市場佔據一席之地。

3.市場:國內馬太效應凸顯,全球市場話語權不斷提升

作為光伏產業鏈的最上游環節,多晶硅屬於技術、資本雙密集型企業,行業壁壘相對較高,對進入企業提出較高要求。目前,我國龍頭企業在產能、技術、製備工藝等方面均已位於全球領先地位,全球市場話語權不斷提升。

馬太效應強化,行業分化日漸明顯。CPIA發布的數據顯示,2021年,我國多晶硅產量達萬噸及以上企業達到8家,CR[1]5達86.7%,TOP5企業平均產量超過8.5萬噸,同比增長27.5%。憑藉自身在技術研發及生產技術升級等方面的先發優勢及規模效應,龍頭企業加速優勢轉換,逐漸在市場競爭中佔據更多訂單,進而實現更高利潤率。與此同時,儘管行業內不斷湧現新進入者,但激烈競爭下,研發能力薄弱、競爭力較差的企業因無法獲得訂單而被加速淘汰,市場洗牌持續進行。

資料來源:CPIA

圖4  多晶硅企業TOP5產量國內市場合計佔比

佔全球市場份額不斷提升,競爭力愈發明顯。從全球市場來看,2017年,我國多晶硅的產能、產量首次超過全球總量半數,我國多晶硅企業、尤其是新建企業在技術、設備、能源條件、價格等方面的全球市場競爭力優勢愈加明顯。據伯恩魯特研究公司(Bernreuter Research)公布的全球多晶硅製造商排名,截至2020年,我國多晶硅產量約佔全球總量的80%,全球十大多晶硅生產商中有七家來自於我國,全球市場議價權日漸加強。

資料來源:CPIA

圖5  2006-2020年我國多晶硅產能全球佔比

(二)矽片環節

多晶硅料經過融化鑄錠或者拉晶切片後,可分別做成多晶矽片和單晶矽片,進而用於製造晶硅電池。當前,我國矽片產業在技術、規模等方面,均已佔據全球領先地位。

1.供需:全球矽片行業主要生產市場

在供給端,近年來,我國矽片市場產能、產量持續攀升。據統計,截至2021年,我國矽片年產量22700萬千瓦,同比增長40.6%,持續保持高速增長態勢。

資料來源:根據公開資料整理

圖6  2011-2021年我國矽片年產量變化

在需求端,一方面,下游光伏發電裝機繼續保持高速增長態勢,有效刺激國內矽片市場需求,驅動我國矽片行業保持較快發展。另一方面,近年來,我國已成為全球矽片行業的主要生產市場。數據顯示,我國2021年出口總額達到24.5億美元,同比上漲38.3%。

2.技術:矽片大尺寸薄片化進程加快

矽片的生產流程主要分為晶體生產環節和切片環節。其中,晶體生產環節根據不同的生產方式,又可分為拉棒和鑄錠。拉棒技術主要分為懸浮區熔法和直拉法兩種形式,目前量產的太陽能級單晶硅棒均是通過直拉法生產。鑄錠技術是製備太陽能晶體硅的主要技術之一,主要分為全熔鑄錠法(以榮德新能源為代表)和半熔鑄錠法(以協鑫科技為代表)。

很長時間以來,多晶硅憑藉成本優勢,在我國矽片市場佔據主要市場份額。伴隨硅料生產工藝及金剛線切割技術的持續提升,單晶矽片成功實現生產成本大幅下降,在光電轉換效率、晶體品質和電學性能表現等方面優勢凸顯。據統計,我國單晶矽片(P型 N型)市場份額從2016年的20%升至2021年的94.5%。與此同時,截至2021年底,我國多晶矽片市場份額約為5.2%,同比下降4.1個百分點。需要說明的是,儘管多晶矽片的市場份額已大幅縮減且位於持續下降通道,其在細分市場仍將保持一定份額,不會被單晶矽片完全取代。

切片技術根據切割方式可分為金剛線切割和砂漿鋼線切割兩種方式。其中,金剛線切割技術是利用鑲嵌有金剛石的鋼線和待切割材料之間的兩體相互摩擦作用,相對於傳統砂漿切割,具有切割速度快、切除矽片品質高、成本低、切割液更環保等優點。

伴隨金剛線切割技術走向成熟,2017年,單晶硅因其均勻質地率先完成金剛線工藝配套,並提前享受到產能提升、成本下降等技術紅利,在性價比方面展現出更優表現,砂漿切片技術隨之被全面取代。2018年,在黑硅技術逐步成熟及下游黑硅電池生產線規模化投產的帶動下,多晶矽片切片基本完成從砂漿切割向金剛線切割轉換。

當前,我國光伏發電行業已進入平價上網時代。為進一步降本增效,滿足企業對於項目收益率的要求,矽片環節向大尺寸、薄片化方向發展趨勢明顯。

「大尺寸」,即單位時間內能夠生產更大功率的矽片,是矽片製造端提高產量、降低單瓦非硅成本的重要措施。據CPIA數據,2020年,182mm及210mm矽片的國內市場份額僅為4.5%,在2021年已升至45%,到2022年有望達到75%,大尺寸矽片逐漸佔據市場主流。在提升組件功率的同時,矽片大尺寸化趨勢也使產品的碎片率顯著提升,並增加了絨面尺寸、擴散方阻、鍍膜厚度等分布不均問題的出現可能,在一定程度上提高了製備工藝門檻。

「薄片化」,即通過縮減矽片厚度以減少耗硅量、降低硅料成本,當前已成為矽片環節大熱的技術發展方向。據中環股份發布的《關於技術創新和產品規格創新降低硅料成本倡議書》,如產業鏈內全規格單晶矽片全面從175μm減薄至160μm厚度,預計可節省6.8%的硅料使用量,顯著降低矽片前期成本,提升產品市場競爭力。需要說明的是,矽片厚度越小碎片風險越高,可能導致的後端環節製程良率的損失及光伏產品可靠性下降等問題,需要行業持續推進技術研發或完善相關解決方案,才能真正實現薄片矽片的規模化應用。

綜合來看,未來一段時間,矽片發展將繼續圍繞降本、增效兩個環節上下延伸,在提高發電效率的同時降低項目度電成本,全方位拓展利潤空間。

3.市場:「雙寡頭」格局引領行業發展

作為資本密集型產業,矽片龍頭企業憑藉規模優勢,在技術、成本、市場渠道等方面壘高先發優勢,強勢吸引市場份額,導致中小企業因產能開工率及產品競爭力不斷降低而逐漸停產、退出矽片業務,推進行業集中度不斷提升。據統計,2021年,我國矽片環節產量達500萬千瓦以上的企業7家。其中,CR5達84%,TOP5年平均產量超過3800萬千瓦,同比增長64.2%。當前,我國矽片產能大多集中在中環、隆基等龍頭企業,據兩家企業公布的年度報告,2021年,隆基股份單晶矽片年產量7000萬千瓦,中環股份的年產量不相伯仲。兩家企業的高產能,不僅保證了在市場中與其他企業形成斷層式超越,更保證了自身的高利潤率。

資料來源:CPIA

圖7  矽片企業TOP5產量國內市場合計佔比

(三)發展趨勢分析

1.上游環節全球產業布局進一步向中國集中

近年來,全球範圍內硅料、矽片產業的布局持續向中國轉移。一方面,得益於持續的技術更新迭代,我國硅料、矽片環節在技術、度電成本、產品質量等方面相較海外國家具有較大優勢。相對較低的電價水平和人工成本,規模效應帶來的度電成本持續下行,推進我國生產優勢凸顯。另一方面,受新冠肺炎疫情影響,海外硅料、矽片企業被迫減產、停產或關閉,也對全球產能的轉移起到一定促進影響。

2.硅料產能持續擴張或將導致產能過剩

2021年以來,硅料市場出現持續供應失衡,市場成交價出現持續上漲並傳導至整個光伏產業鏈,下游環節成本承壓。

資料來源:中國有色金屬工業協會硅業分會

圖8  硅料市場成交均價走勢圖

為盡量規避市場波動風險,產業鏈相關企業紛紛布局新、擴建硅料產能,以提前鎖定硅料供應規模及價格。據不完全統計,僅2021年我國硅料環節公布的擴產規劃總量已超過160萬噸,至2022年4月仍有企業持續公布新、擴建產能計劃。如這些產能全部如期落地,作為一個產能彈性係數相對較小的行業,多晶硅行業或將出現供過於求、產能過剩情況。

3.生產布局向低電價地區轉移尋求成本下行

硅料環節的生產成本主要由電費、工業硅成本、折舊費、人工成本等構成,其中電費成本佔據最高份額,約為30%。受此影響,為進一步壓縮生產成本,近年來,硅料、矽片產業持續向電價相對較低的新疆、四川、內蒙古、寧夏等西部地區轉移,以期通過節省電費的方式降低度電成本,提高產品市場競爭力。

二、中游環節發展分析

(一)電池片環節

光伏電池片是光伏產業鏈的核心環節,其光電轉換率及發電性能直接決定了光伏發電項目的整體發電水平和盈利能力。相較於其他環節,當前,電池片環節技術及生產工藝的更新迭代仍處於較快水平。部分技術路線在關鍵技術領域的突破,可能導致電池片環節市場格局出現顛覆性變化。近年來,我國電池片產品憑藉先進的轉換效率和優秀的發電性能表現,市場範圍持續擴大,行業發展領跑全球。

1.供需:國內外市場需求驅動規模持續攀升

在供給端,伴隨大型風電、光伏基地的陸續開工,我國電池片國內市場需求持續增長,驅動國內產能持續上升。據統計,2021年,我國電池片年產量19800萬千瓦,同比提升46.9%。

資料來源:根據公開資料整理

圖9  2011-2021年我國電池片年產量變化

在需求端,除滿足國內市場外,我國電池片產品出口規模持續提升。據統計,2021年,我國電池片出口量約1030萬千瓦,同比提升14%,出口總額達到13.7億美元,同比上漲38.2%,創歷史新高。

2.技術:多賽道「廝殺」難測最終結果

從發展周期來看,從最初的BSF到現在的TOPCon、HJT等高效電池片,電池片環節的每一輪技術升級,都為電池片、乃至整個光伏發電行業的發展格局帶來新變化。當前,我國光伏電池片依材料類型,主要分為晶硅電池、薄膜太陽能電池兩類。其中,晶硅電池在技術和製造工藝方面發展更為成熟,截至2021年底,其國內市場份額約為95%,佔據絕對優勢。

晶硅電池片,即晶體硅太陽能電池,主要是以單晶或多晶矽片為基礎材料,利用光電材料吸收光能後發生光電子轉換反應。據業內估算,晶硅電池片的理論轉換效率極值約29.43%,目前沒有技術可達到。按照表面鈍化的不同技術類型,晶硅電池主要分為P型電池和N型電池,差別主要在於矽片和電池兩個環節。具體來看,P型電池是在矽片中摻鎵,在P型矽片上擴散磷元素;N型矽片是在硅中摻磷,在N型矽片上擴散硼元素。

P型電池的製備工藝相對成熟,目前已實現量產,包含BSF電池和RERC電池兩種類型。

BSF電池是我國電池片的初代版本,其量產轉換效率約為19.8%,基本達到理論極限水平。數據顯示,伴隨更高效電池技術的出現,近年來,BSF的市場份額持續下行,截至2020年底全球市場佔有率約為8.8%,面臨淘汰出局。

PERC電池生產工藝相對成熟,從2018年起一直在我國新增產能中佔據主要位置,是現行階段的光伏電池主流類型。數據顯示,截至2021年底,PERC電池的量產轉換效率達到23.1%,較2020年提高0.3個百分點,逼近其24.5%的效率理論極限。為提升PERC電池轉換效率,業內在PERC基礎上對技術進一步升級,使轉換效率極限實現0.2%~0.3%的提升,其產品被業內稱為PERC 。

N型電池的製備技術相對複雜,量產工藝尚未完全成熟,包含TOPCon、HJT、IBC等多種類型,發展前景被業內看好。當前,TOPCon和HJT主要處於小試、中試階段,IBC尚無法實現量產。當前,N型電池的轉換效率已基本超過PERC轉換效率的理論極限,且技術革新仍處於密集活躍期,被視為光伏電池技術下一階段的主要發展方向。據CPIA預測,2022年底,N型電池(TOPCon和HJT)的市場佔比有望從3%提升至13.4%。

TOPCon電池受多因素疊加影響,尚未實現大規模生產。首先,TOPCon電池的生產成本比PERC高出0.08~0.09元/瓦,尤其是在非硅成本方面,TOPCon的漿料用量相當於PERC電池工藝的兩倍多,市場競爭處於劣勢。其次,TOPCon電池的生產工藝相對複雜,其加工工序為12道(PERC為9道,HJT為4道)且工藝流程尚未定型,導致TOPCon良品率相對較低,無法達到商業化要求,並在一定程度上抬高度電成本。

從長期來看,TOPCon的發展潛力被業內看好。當前,TOPCon的最高轉化效率為晶科能源於2022年4月27日公布的25.7%,量產轉換效率為24.5%左右,其理論轉換率極限為28.7%,存在較大提升潛力。同時,TOPCon的生產工藝具有較大兼容性,可通過在PERC電池產線上增加擴散、刻蝕及沉積等工藝進行直接改造,實現轉換效率的大幅提升,並延長存量設備的使用周期,降低前期投資沉沒成本。

HJT電池是在晶體硅上沉積非晶硅薄膜製備而成。目前,全國具備整線能力的企業只有邁為股份、捷佳偉創、金辰股份,HJT的產能相對較小,但發展潛力被業內看好。一方面,HJT電池的量產效率於2021年上半年突破24%,當前最高達到了25.62%,距離27.5%的轉換效率理論極限還有不小提升空間;另一方面,伴隨低溫銀漿及設備端的國產化替代能力提升,下游對銀包銅、電鍍等新型金屬化技術有望取得新突破,屆時HJT生產成本將進一步降低,推動市場競爭力持續提升。

IBC電池的特點為正負電極全部排列在電池背面,是當前商品化晶硅電池中工藝最複雜、結構設計難度最大的製備方式,這也導致IBC電池技術門檻和資金門檻都相對較高。在研發初期,IBC電池的實驗室轉換效率已超過25%,由國家電投黃河上游水電開發有限責任公司建設的我國首條量產規模IBC電池及組件生產線電池的量產平均效率已突破24%。從結構上看,其正面無柵線遮擋,相較其他類型可以實現入射光子的更大利用,從而獲得更高電流,保證了產品實現更高轉換效率。需要說明的是,正面無柵線的結構方式在為IBC帶來更高轉換效率的同時,也顯著提升了製備工藝的技術難度。因此,能夠率先實現技術突破、實現IBC電池量產化的企業,有望享受技術紅利。

表1  晶硅電池技術路線對比

資料來源:CPIA

2014年以來,我國電池片行業42次打破晶硅電池實驗室轉換效率的世界紀錄,並推進光伏組件中的電池成本(含硅部件)佔比從2010年的91%下降至2019年的48%。

資料來源:CPIA

圖10  我國光伏晶硅電池實驗室效率刷新紀錄情況

薄膜太陽能電池,其工藝是在玻璃、柔性聚合物等基板上沉澱一層厚度不大於20μm的薄膜,並在這層薄膜中製作PN結(或PIN結)等形成的太陽能電池,主要包括硅基薄膜、銅銦鎵硒(CIGS)、碲化鎘(CdTe)、砷化鎵(GaAs)、鈣鈦礦電池及有機薄膜電池等多種類型。與晶硅電池相比,薄膜太陽能電池的優勢在於其生產不受硅料市場供需情況影響,且生產成本較低、電池衰減相對較低、材料消耗更少,更適用於光伏建築一體化。

鈣鈦礦電池由硅與合成鈣鈦礦薄膜層串聯而成,其成本相對低廉、材料供給充足。據業內估算,目前,鈣鈦礦電池的單層理論效率可達31%,鈣鈦礦疊層電池、包括晶硅、鈣鈦礦的雙節疊層轉換效率可達35%,且成本僅為晶硅電池的5%左右,其技術穩定後將具備較大市場優勢。目前,鈣鈦礦電池技術還未成熟,在量產條件下其薄膜均勻性尚無法達到穩定,業內企業多處於小規模試驗階段。

在推動現有技術更新迭代、努力探索新的技術革新的同時,電池片企業也在嘗試通過雙面(提升功率)、半片(降低功率損失)、疊片/疊瓦(提升功率)等不同方式來提升電池光電轉換效率、降低製造成本,以提升產品市場競爭力。

3.市場:由技術迭代引發的持續競爭

作為一個仍在成長中的產業,電池片環節市場份額相對分散,周期內技術路線的優化升級會推動企業排名出現較大變化。受此影響,這一環節企業的毛利率相對較低,對上下游的議價能力相對較弱。

企業加強垂直一體化布局,行業集中度持續提升。2021年以來,上游硅料環節出現持續性供需失衡,導致市場價格持續上漲並傳導至整個光伏產業鏈。為規避其他環節市場波動帶來的影響,2021年下半年以來,多家專業化電池片企業開始強化垂直一體化布局,以降低前期成本,提升企業市場競爭力,穩固市場份額。此外,相較其他環節而言,電池片的行業集中度相對較低。據統計,2021年,我國電池片產量達500萬千瓦以上企業7家,CR5達53.9%,同比提升0.7個百分點,TOP5平均產量超過2100萬千瓦,同比提升67.2%,呈現持續提升態勢。

企業加強技術創新,搶佔市場份額。當前,我國電池片環節正處於市場動蕩前期。現行佔據主流的PERC技術企業已觸摸技術天花板,需要尋求突破或改換路線才能繼續佔據市場主要份額,反之則有可能被市場淘汰出局。與此同時,以N型電池為代表的高效電池伴隨技術革新日漸成熟,正在吸引更多企業布局量產線,推進速度不斷加快。

資料來源:CPIA

圖11  電池片企業TOP5產量國內市場合計佔比

需要說明的是,當前電池片環節多條技術路線並行,其中多種尚處於探索突破期。企業為提前鎖定市場,一般會選擇搶先下注布局生產線。上千萬的前期投資,對於資金實力不算雄厚、技術研發實力相對落後的企業來說,可能對其存續產生較大影響。

(二)光伏組件環節

光伏組件,俗稱太陽能電池板,能夠提升電池片對周圍環境的耐受性和性能表現,有效增長使用壽命。與電池片相對應,光伏組件主要可以分為晶硅組件和薄膜組件兩大類。由於其本身並不屬於技術密集型產業,在光伏產業鏈條中,光伏組件環節基本不掌握話語權。

1.供需:年產量連續15年位居全球首位

在供給端,我國光伏組件行業供給能力持續提升。據統計,2021年,我國光伏組件年產量比2019年將近翻一番,達到18200萬千瓦,同比增長46.1%,創歷史新高,且連續15年位居全球首位。

資料來源:根據公開資料整理

圖12  2011-2021年我國光伏組件年產量變化

在需求端,在國內市場,電池片需求持續擴大。在海外市場,政策環境的波動對市場需求造成一定影響。一方面,我國光伏組件企業的海外業務版圖持續擴大,據統計,2021年光伏組件出口量9850萬千瓦、同比增長25.1%,出口總額達到246.1億美元、同比上漲44.9%,出口額和出口量均創歷史新高。另一方面,為保護本國製造業成長,美國、印度等海外國家陸續針對光伏組件出台「雙反」措施,導致我國企業的海外市場開拓受到一定影響。

2.技術:多措並舉深化降本增效

伴隨技術發展日漸深入,近年來,我國光伏組件發電性能不斷提升。據CPIA數據,截至2021年底,我國光伏組件最高功率達到700瓦,比2020年提升100瓦。為將高效電池的優勢發揮到最大限度,當前,光伏組件技術迭代主要聚焦於提升單位發電量和降低功率損耗兩個方面,分為雙面(雙玻)、半片、疊瓦、多主柵等多種方式。

雙面(雙玻),指對電池板進行封裝時,將傳統背板替換成玻璃或透明背板,使電池板背面也能吸收地面反射光及空氣中的散射光以提高電池轉換功率,進而降低光伏項目度電成本。在不同場景下,雙面組件的發電效率比傳統單面組件高5%~19%。截至2021年,我國雙面組件市場份額為37.4%,同比提升7.7個百分點。據業內估算,到2023年,雙面組件市場佔比有望與傳統單面組件達到同一水平。

半片,指用激光沿電池主柵線將電池片切成相同的兩個半片電池片後進行焊接並聯。與一般電池相比,半片組件由於功率減半,流經電池板的電流也隨之減半,內部電流損耗同時出現明顯降低。與此同時,得益於獨有的電池片串聯結構,在出現太陽光遮擋時,半片組件的旁路二極體可以迅速創建替代路徑引導電流避開陰影位置,有助於減少電流損失、降低CTM(Cell-to-Module Loss)損失、提升組件使用壽命。截至2021年,我國半片組件市場佔比達86.5%,同比增加15.5個百分點,成為當前的主流封裝模式。

疊瓦,指用激光將電池片切割後,利用導電膠替代傳統焊帶將小電池片層疊焊接成串。由於疊瓦組件的電池片是通過前後疊片的方式進行連接,電池板表面不再有金屬柵線,電池片之間也會實現「零間距」。據業內測算,相同版型比較下,疊瓦組件相較其他類型組件能多放置5%的電池片,組件的轉換效率大大提高,性能穩定性也會明顯提升。同時,疊瓦組件製造工藝中需要的疊瓦膠體印刷機、排版機、激光切片機等設備,以及導電銀膠、網版等輔材都是在常規組件生產基礎上附加,且只能用於疊瓦製造,導致疊瓦組件的生產成本大大增加,會在一定程度上降低其效率提升的技術優勢。

多主柵,指將晶硅電池的柵線從2~3根增加到至少4根,以提升組件的轉換效率和綜合性能。需要注意的是,一方面,因組件面積有限,柵線過於密集會減少晶硅電池受光面積;另一方面,柵線增多,也會導致用於製造柵線的銀漿成本提高。因此,柵線的具體布局需要在發電效率與成本、遮光性和導電性能等方面取得平衡。

儘管組件並不是影響發電量的核心要素,但組件成本的下降,對於光伏發電項目度電成本的持續下降起到重要推動作用。據CPIA數據,「十三五」期間,我國光伏組件成本從3.3元/瓦下降至1.57元/瓦,推動初始投資從7.3元/瓦下降至3.99元/瓦,對於光伏度電成本下降起到積極影響,並為我國光伏發電裝機規模的迅速提升奠定重要基礎。

需要說明的是,伴隨高效電池的技術突破和市場份額的快速提升,市場對組件在串焊、封裝等方面提出了更高要求。例如,如何通過多主柵技術降低銀漿消耗,如何進一步提升電焊精度以提高組件可靠性,如何進一步提升封裝密度以隔絕水汽等選擇,都能對N型組件的產品質量、產業化速度乃至發電性能表現產生不小影響。

3.市場:企業垂直一體化發展趨勢增強

光伏組件環節基本接近光伏製造產業鏈末端。作為一個典型的勞動密集型產業,其對資金和技術的要求都不算高,市場份額也相對分散。

行業集中度逐步提升,企業垂直一體化發展趨勢增強。近年來,我國光伏組件環節行業集中度持續提升。數據顯示,2021年,我國光伏組件環節產量達500萬千瓦以上企業8家,TOP5企業平均產量超2300萬千瓦,同比提升67.4%;TOP5產量合計占年度總產量比重達63.4%,同比提升8.3個百分點。

資料來源:CPIA

圖13  光伏組件企業TOP5產量國內市場合計佔比

近兩年來,上游環節供需失衡導致的市場價格上漲逐漸傳導至整個產業鏈,推動組件成本逼近平價上網天花板,盈利空間持續承壓。為降低前端成本、穩固市場份額,尤其是2021年下半年以來,晶澳科技、隆基股份等多家光伏組件企業逐漸加快垂直一體化布局,向上游環節延伸拓展,希望通過構建可覆蓋硅料、矽片、電池片、組件的全產業鏈一體化布局降低企業運營風險。

頭部企業排名相對固化,中小企業淘汰加快。作為To?C屬性明顯的產業,光伏組件頭部企業憑藉在規模、品牌、渠道、融資、供應鏈、成本管控等方面的優勢,吸引市場份額加速向頭部企業靠攏。目前,組件環節的頭部企業排名已相對固化。為提升產品競爭力、進一步搶奪市場份額,組件環節多個頭部企業都提出了高於國家質保要求的品牌標準。如隆基股份在2018年已明確,其組件質保期限由25年延長到30年,且首年光衰率控制在2%;晶科能源明確表示,其雙面單晶組件和N型組件的保質期為30年,其中N型組件首年衰減不超過1%、線性衰減不超過0.4%。

與此同時,中小企業的淘汰、出局節奏加快。受制於在渠道、資金、規模等方面的相對劣勢,一方面,中小企業產能的技術水平相對滯後,設備、產品加速貶值,市場份額流失逐步加快;另一方面,當前,以182mm、210mm為代表的大尺寸電池片將逐步佔據市場絕對優勢,更大尺寸的電池片還需在技術、成本等方面經歷市場驗證,尚且無法實現量產,因此現有產線在短期內不需升級,也會讓專業化中小企業在與垂直一體化的頭部企業同台競爭時不佔據優勢地位,逐漸被市場淘汰。

(三)光伏輔材環節

一個完整的光伏組件由電池片、邊框、光伏玻璃、膠膜、背板等共同構成。除電池片以外的部分,一般被稱為光伏輔材,其性能對於項目的整體發電錶現同樣具有重要影響。

1.光伏玻璃

光伏玻璃具有高透光率、高強度、耐腐蝕、耐高溫、抗衝擊等特性,以保障光伏組件在大風、暴雨、冰雹等惡劣天氣下還能保持高效、穩定運行。2020年,我國光伏玻璃受玻璃行業產能置換相關政策影響,出現階段性供應失衡,導致市場價格大漲。為緩解供給緊張,僅2021年,我國光伏玻璃企業就公布擴產項目十餘個,新增產能合計超過2萬噸。從短期看,光伏玻璃受上游電池片環節市場需求影響,將向著尺寸更大、厚度更薄、強度更高的方向發展。從長期看,受降本增效壓力驅動,在成本控制、運維管理等方面更具優勢的企業將吸引更多市場份額。

2.膠膜

膠膜是光伏組件封裝過程的重要材料,其透光性、粘結強度、耐老化等特性對於組件的密封性和使用壽命具有重要影響。截至2021年,我國光伏膠膜領域TOP4的全球市場份額佔比合計超過83%,佔據絕對主導地位。當前,光伏膠膜主要分為EVA膠膜(包括透明EVA膠膜和白色EVA膠膜)、POE膠膜和EPE膠膜(EVA與POE混合)等類型。據統計,截至2021年底,透明EVA的國內市場份額達51.8%,白色EVA膠膜國內佔比約為23.1%,POE膠膜國內佔比約達23.2%。受不斷增長的高效電池市場需求驅動,具有更高透光性的白色EVA膠膜、抗PID[2]性能更好的POE膠膜等高品質膠膜的市場佔比有望進一步提升。

此外,光伏膠膜行業的技術門檻相對較高,對於醋酸乙烯脂含量、MI[3]等提出了較高要求。如普通光伏級EVA的MI需高於25%,而白色EVA材料的MI範圍為6%~15%,其標準存在明顯差距。目前,我國具備光伏級EVA生產能力的企業僅為個位數,市場需求的70%需依賴海外進口,尚無企業具備光伏級POE生產能力。

(四)發展趨勢分析

當前,我國光伏產業鏈中游環節的發展趨勢不甚明朗。其中,組件行業的發展基本取決於市場需求,而電池片行業的技術路線還未完全定型。為實現更大盈利能力,相關企業會持續開展技術迭代更新,以提升產品市場競爭力。

針對相對成熟的技術路線,企業將通過技術改造的方式,儘可能提升產品轉換效率。如將PERC的現有及新增產線升級為PERC 或TOPCon產線,都是通過在製備工藝中增加設備、工序的方式實現,能夠有效提升產品轉換效率,降低度電成本,提升盈利空間。針對還未實現商業化的技術路線,企業將進一步加大研發投入力度,以儘快突破技術瓶頸,推動產品進入商業化,搶佔市場份額。

三、下游環節發展分析

(一)逆變器環節

光伏逆變器,主要用於將光伏組件生產的直流電通過升壓迴路轉換為頻率可調節的交流電進行併網使用,其性能對於系統的發電效率和穩定性具有直接影響,是光伏發電系統的重要環節之一。十餘年來,下游光伏發電行業的飛速發展驅動光伏逆變器行業迅速成長,不僅實現了主要材料的國產化替代,還使我國成為全球主要的逆變器生產國。

1.供需:產量規模逐年增長,出貨量取決於光伏發電裝機需求

在供給端,當前,我國已成為全球逆變器市場的主要生產國。「十三五」至今,我國光伏逆變器年產量連續突破新高,從2014年的年產量1630萬千瓦到2021年超過11080萬千瓦。

在需求端,逆變器環節的出貨量完全取決於光伏發電項目的裝機需求。在國內市場,光伏發電行業裝機規模的快速提升,拉動了光伏逆變器產品的市場需求,並長期保持增長態勢。在全球市場,我國光伏逆變器企業在技術、成本、質量等方面具有較大優勢,市場發展空間較大。

2.技術:單機功率不斷提高,功率密度加大,儲能逆變器迎來重要發展機遇期

目前,我國逆變器產品主要可分為集中式逆變器、組串式逆變器和集散式逆變器三個類型,其差別主要在於光伏組件數量不同所帶來的發電效率、靈活性及應用場景等方面的差異。

表2  不同類型逆變器特點對比

伴隨分散式電站裝機規模的快速提升,近年來,對應用場景要求更靈活的組串式光伏逆變器日漸成為企業產能增量主流,市場份額持續提升。據統計,截至2021年,我國光伏逆變器市場中,集中式逆變器和組串式逆變器的市場份額分別為27.7%、69.6%,集散式逆變器的市場份額佔比相對較小,為2.7%。業內認為,伴隨組串式逆變器的功率持續提升、成本繼續下行,其市場滲透率有望進一步提升。

單機功率大型化,度電成本持續下降。為滿足平價時代光伏發電項目降本增效的需要,逆變器產品的單機功率將持續提升,並拉動逆變器單瓦成本持續下降。據業內估算,與1兆瓦方陣相比,2.5兆瓦逆變器的使用,可實現100兆瓦電站的初始投資下降1000萬元,相當於度電成本下降0.1元/瓦,且直流部分損耗一致。

資料來源:CPIA

圖14  2021-2030年我國逆變器單機主流額定功率增長趨勢

緊跟市場需求調整產品功能,推動儲能逆變器發展。當前,我國光伏發電行業仍處於高速發展階段,光伏逆變器作為發電核心設備,需緊跟市場發展需求調整產品功能,以搶佔更多市場份額。從電網端看,逆變器應更智能化,提升對電量的感知和控制能力,為傳統電網消納、適應新能源電量提供更好支撐;從用戶端看,逆變器應為電站安全、高效運行提供更有力技術支持;從組件端看,逆變器應根據市場需求及時迭代,以保障光伏發電行業高質量發展。

與此同時,伴隨儲能行業發展步伐逐步加快,儲能逆變器也迎來重要發展機遇期。儲能逆變器的作用,主要是將交流電轉換成直流電後傳輸進蓄電池充電儲存,在偏遠地區或孤島電網,能為用戶提供不間斷的電流支持。業內認為,儲能逆變器在價格方面能達到普通光伏逆變器的2~3倍,相對較大的盈利空間疊加儲能市場的強大需求,將推進儲能逆變器實現較大發展。

3.市場:組串式逆變器規模持續擴大,競爭趨近白熱化

近幾年,國內光伏逆變器行業新進入企業大多數以組串式光伏逆變器產品為布局重點,而傳統的集中式逆變器廠商也陸續推出了各類組串式產品,組串式光伏逆變器市場的企業競爭逐漸激烈。其中,以華為與陽光電源為代表的企業主打組串式逆變器產品,兩者佔據了整個光伏逆變器行業的主導地位。業內估算,目前,我國組串式逆變器的市場規模已達到百億元。

從細分領域來看,目前,我國集中式逆變器領域已實現充分競爭,技術、產品同質化程度高,產品價格逼近成本,陽光電源、華為雙龍頭領跑行業,特變電工、上能電氣、科華、科士達等多家企業緊隨其後的市場格局基本確定,市場競爭重點已從產品轉向銷售渠道、品牌價值等方面;組串式逆變器的市場份額相對分散,錦浪科技、固德威等企業市場競爭激烈,頭部企業憑藉在技術、成本、渠道、運維等方面的優勢正在逐漸拉開差距。

(二)發展趨勢分析

1.光伏逆變器市場技術發展持續迭代更新

作為一個技術門檻低、資本要求高的To?C型行業,為滿足下游光伏發電行業發展需求,光伏逆變器行業將緊跟市場變化快速調整產品結構,以提升企業市場競爭力,搶佔市場份額。例如,以182mm、210mm為代表的大尺寸電池市場份額的快速提升,有效驅動大功率組串式逆變器的發展步伐不斷加快。

2.光伏逆變器整體性能將進一步完善

伴隨我國光伏發電裝機範圍的日漸擴大,高原、荒漠、海邊等特殊環境對光伏逆變器產品的抗風沙、抗腐蝕等性能提出更高要求,以確保光伏發電項目擁有更好發電性能、更長發電周期。同時,為保障新型電力系統安全穩定運行,光伏逆變器需在漏電流保護、SVG功能、LVRT[5]、直流分量保護、絕緣阻抗檢測保護、PID防護、防雷保護、PV正負反接保護等方面持續完善提升,以提高對電網的適應能力。

四、幾點思考

(一)技術創新與結構完善並重,推動產業鏈全面升級

技術創新,永遠是引領發展的第一生產力。通過光伏產業鏈關鍵核心技術的創新攻堅,帶動產業鏈設備、市場全面升級,實現產業鏈的良性循環。尤其是電池片環節,作為發電環節的核心器件,目前有多條技術路線正在同時推進,技術領域的每一次突破,都有可能導致市場格局重新洗牌。

門類齊全、獨立完整的產業體系是產業發展的重要基礎。在剛剛過去的兩年,我國光伏發電行業連續被光伏玻璃和硅料「撞了下腰」,究其原因,還是產業鏈各環節發展不均衡,產能與市場不匹配。下一階段,需著力推動產業鏈原材料、設備製造、系統應用等上下游各環節的協同發展,在鞏固產業優勢的同時補齊發展短板,實現光伏產業鏈優化升級。

(二)企業加快垂直一體化布局,行業分化進一步加劇

近年來,光伏發電行業的垂直一體化趨勢愈演愈烈。為降低市場風險,提升盈利能力,越來越多的企業選擇加碼垂直一體化布局,旨在通過全品類優勢保證較高利潤空間,強化企業盈利能力。值得關注的是,垂直一體化並非一本萬利。一方面,垂直一體化布局確實能夠降低企業交易成本,增強企業抵禦風險的能力。例如,隆基股份在2021年的硅料漲價潮後多次公告加碼高效電池項目,希望能夠提前鎖定上游價格以提升企業成本控制能力和抗風險能力,進而獲得較高利潤回報。另一方面,業務範圍的上下延伸,對企業的資金、技術、管理能力等都提出更高要求。在頭部企業通過垂直一體化布局保持較高產能利用率、加快吸引市場份額的同時,技術相對滯後、資金實力較弱的企業產能利用率持續下降,加速其退出或倒閉進程,行業分化進一步加劇,馬太效應日益凸顯。

(三)光伏產業發展須是遵循發展規律的可持續發展

當前,我國光伏發電行業發展如火如荼。無論是在業內耕耘多年的光伏「老兵」,還是初入賽場的新玩家,你追我趕間市場規模飛速擴大。然而,光伏發電行業的可持續發展,也有著必須要遵循的發展規律。

首先是市場規律。毋庸置疑,技術的迭代更新會打開新的市場,帶來新的發展機遇。然而,技術發展的核心並不是推進技術進步,而是儘可能滿足市場需求。脫離政府財政補貼支持後,若不顧市場接受程度一味推進技術創新,就有可能被高額的研發投入、相對較高的製造成本拖下市場舞台。

其次是電力系統運行規律。在國家政策的大力支持下,光伏發電行業已成為我國電力增量的主體之一。與此同時,我們也要充分認識光伏發電行業的波動性、隨機性、間歇性對電力系統安全穩定運行的不利影響,要正確理解光伏發電與傳統電源的關係,進而推進光伏發電與其他主體的協同發展、相互協作,實現發展共贏。■

[1] CR:Concentration Rate,即行業集中率,指一個行業的相關市場內前N家最大企業所佔市場份額(產值、產量、銷售額、銷售量、職工人數、資產總額等)的總和,是判斷行業集中度的重要量化指標。

[2] PID:Potential Induced Degradation,即電勢誘導衰減效應,指太陽能電池與邊框長期被施以高電壓而導致電池發電量顯著降低的現象。

[3] MI:Melt Flow Rate,又稱MDR、MRI,即熔液流動指數,指樹脂融化後的流動性大小。

[4] MPPT,Maximum Power Point Tracking,即最大功率電跟蹤控制器,其功能是使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統能夠將太陽能電池板發出的直流電有效地貯存在蓄電池中,可有效地解決常規電網不能覆蓋的偏遠地區及旅遊地區的生活和工業用電,不產生環境污染。

[5] LVRT:Low voltage ride through,即低電壓穿越功能,對於光伏電站當電力系統事故或擾動引起光伏發電站併網電壓跌落時,在一定的電壓跌落範圍和時間間隔內,光伏發電站能夠保證不脫網連續運行。

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