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中國光伏行業發展分析:光伏技術進步持續推動行業發展[圖]

2019年03月29日 14:39:03字號:T|T

    光伏產業近年來的快速發展離不開技術驅動降本提效。上一輪技術變革主要由拉棒環節和切片環節驅動,而目前組件和電池片環節的技術變化最為明顯。展望2019年,在發電成本持續下降、政策持續利好和新興市場快速興起等有利因素的推動下,預計全年全球新增裝機量將達到110GW,而中國將保持在40-45GW之間。

    一、國產光伏市場現狀

    太陽能是全球發展最快的可再生能源。2018年全球太陽能光伏新增裝機市場達110GW,創歷史新高;總裝機量達到512GW,同比增長27%;2018年,中國新增裝機量達到44.4GW,雖同比下滑,但仍保持高位。總裝機量達到175GW,占全球總裝機量的三分之一;展望2019年,在發電成本持續下降、政策持續利好和新興市場快速興起等有利因素的推動下,全球光伏市場仍將保持在較高水平,預計全年全球新增裝機量將達到110GW,而中國將保持在40-45GW之間。

2008-2020年中國光伏總裝機量圖

數據來源:公開資料整理

2012-2018年國內光伏裝機量

數據來源:公開資料整理

    二、行業發展趨勢

    2017年中國多晶硅、硅片、電池和組件等產業鏈主要環節的全球市場占比已分別達到55%、83%、68%和71%,市占率位居世界前列,為全球光伏制造大國,光伏產業已成為中國可參與國際競爭的優勢產業之一。

    隨著歐盟對中國長達5年的“雙反”政策結束,歐洲光伏市場開始打開,對烏克蘭、西班牙的組件出口大幅增長,并形成傳統市場與新興光伏市場的多元市場格局,持續拉動光伏需求。

2016-2018年光伏產品出口額

數據來源:公開資料整理

2018年多元市場格局

數據來源:公開資料整理

    裝機持續增長的同時,中國和全球太陽能電池片的產量都保持了持續增長的態勢;2018年,中國電池片產量再次攀升,達到87.2GW,同比增長21.1%以上。高效電池片更是供不應求,專業化電池廠商開始崛起。

2016-2020年國內電池片產能

數據來源:公開資料整理

    在技術進步及生產自動化、智能化改造的共同推動下,中國多晶硅、硅片、電池片、組件等各環節生產成本下降,價格整體處于向下通道;2018年全年,中國硅料價格下降50%、硅片價格下降40-50%、電池片價格下降30-40%、組件價格下降25-30%,整體裝機成本下降30%。

    目前光伏發電成本在全球多個國家或地區接近甚至低于常規能源,如2018年在墨西哥和沙特的幾個電站招標中,投標價格多低于0.2元/瓦,推動越來越多全球光伏市場的增長;2018年12月29日,國內大型平價上網光伏項目在青海格爾木正式并網發電,開創了國內光伏平價上網的先例。

    往更長期看,行業的成長邏輯在于未來實現平價上網之后對于傳統能源的替代,以及能源需求的自然增長。

2014-2018年各環節成本圖

數據來源:公開資料整理

    展望2019年,技術進步仍將是產業發展的主題。新技術、新工藝帶來更低的建設成本、更高的生產效率、更好的產品性能。

    1、硅片

    硅片環節設備主要包括前道長晶設備和后道切片設備,前道設備主要有單晶硅生長爐(拉棒)和多晶硅鑄錠爐(鑄錠),工藝較為穩定,未來降本是發展方向;后道設備主要有切片機和金剛線,未來薄片化切割為發展趨勢。

    硅片環節設備主要包括前道長晶設備和后道切片設備,前道設備主要有單晶硅生長爐(拉棒)和多晶硅鑄錠爐(鑄錠),工藝較為穩定。參與廠商包括晶盛機電、北方華創、精工科技、京運通等;在單晶拉棒環節,可以通過優化拉晶爐熱場結構、提高投料量、提升拉速等技術降低單晶拉棒生產成本;在多晶鑄錠環節,可以通過技改升級為G7、G8機型鑄錠爐配合全熔高效工藝降低生產成本;2018年,拉棒和鑄錠環節設備投資額分別為6.5萬元/噸(包括機加環節)和2.8萬元/噸,由于市場對單晶硅片的需求不斷增加,單晶拉棒設備投資額未呈現明顯下降,多晶鑄錠設備的投資額則與2017年的4萬元/噸相比大幅下降。

2018-2025年鑄錠設備投資額趨勢

數據來源:公開資料整理

    未來在切片環節,薄硅片趨勢有利于提升出片量,降低硅耗和電池成本。

    2、電池片

    電池片經歷了從BSF到PERC到HIT的三代技術進步。二代PERC工藝帶來背鈍化沉積和激光設備需求,2.5代SE、MWT、PERT、TopCon等帶來摻雜、激光、印刷、LPCVD等設備需求。而HIT為全新工藝路線技術,預計會帶來設備格局的重大改變。

    在光伏產業鏈中,太陽能電池片的生產過程是將硅片生產為能夠實現光電轉換的太陽能電池片的過程,該生產過程對光伏下游應用端產品的性能、成本等關鍵指標起著至關重要的作用。電池片的光電轉換效率也成為了體現晶體硅太陽能發電系統技術水平的關鍵指標;目前市場上的存量電池片中,常規工藝電池片(即BSF工藝電池片)占比最高。

    由于BSF電池背面金屬鋁膜層中的復合速度無法降至200cm/s以下,因此到達鋁背層的紅外輻射光只有60-70%能被反射,產生較多光電損失;鈍化發射極和背面電池(PERC)通過在電池背面附上介質鈍化層,可大大減少這種光電損失、增加光吸收幾率、顯著降低背表面復合電流密度,且具有成本較低、與現有電池生產線相容性高的優點,已經成為高效太陽能電池的主流方向;異質結(HJT)電池轉換效率高、降本潛力大,多家企業正在中試布局,實際產能約2GW。

PERC電池轉換效率一再突破

數據來源:公開資料整理

    2019年伊始,隆基股份宣布其單晶雙面PERC電池經國家光伏質檢中心(CPVT)測試,正面轉換效率達到了24.06%,是商業化尺寸PERC電池效率首次突破24%,就此打破了行業此前認為的PERC電池24%的效率瓶頸,體現出PERC電池的發展潛力。

    隨著大批光伏企業積極參與PERC生產,電池效率正在生產車間得以迅速提升,特別是單晶電池,最佳效率與量產效率之間的差距在縮短。

各種電池效率

數據來源:公開資料整理

    由于PECVDAlOx技術采用相對成熟的PECVD沉積設備,當前應用比較多,2018年市場占比在67.5%左右;ALD沉積工藝有更精確的層厚控制和更好的鈍化效果,隨著ALD沉積設備的國產化突破,ALDAlOx+技術的市場占比將提高;目前國內主流的PECVD供應廠商包括梅耶博格、Centrotherm、豐盛裝備、捷佳偉創等;ALD設備供應商包括微導、理想能源等。

2018-2025年ALDAlOx+技術的市場占比

數據來源:公開資料整理

    一方面,由于金屬鋁需要與鈍化層下的硅片基體建立接觸,因此需要為金屬鋁和硅基的接觸建立通道。通常的做法是去除背面某些地方的鈍化疊層,當前的主流技術是使用激光;激光在光伏行業中應用很廣,可選擇的激光技術有很多。

    目前行業主要關注的是激光燒蝕法;另一方面,對于含SE結構的PERC電池,可利用電池正面的殘余PSG進行高能量激光摻雜實現SE;大部分提供激光解決方案的供應商都提供背面鈍化層開槽設備,既有專業的激光設備公司,如大族激光、帝爾激光;也有光伏設備供應商,如Schmid、Manz;此外,包括邁為股份在內的公司也正向激光設備積極布局。

    SE(選擇發射極)技術是指在金屬柵線與硅片接觸部位及其附近進行高濃度摻雜,而在電極以外的區域進行低濃度摻雜。這樣既降低了硅片和電極之間的接觸電阻,又降低了表面的復合,提高了少子壽命;與常規電池相比,激光摻雜SE太陽電池的開路電壓和短路電流都有明顯的提升;SE技術處理過的電池相比傳統太陽電池有0.3%的效率提升,SE技術跟PERC技術相結合,可以使電池的量產效率輕易突破22%。

    普通的PERC電池只能正面發電,PERC雙面電池是將普通PERC電池不透光的背面鋁((全面印刷,不透光)換成局部鋁柵線((局部印刷,透光)),實現電池背面透光,同時采用2.5mm厚透明玻璃背板,制成PERC雙面組件,這樣來自地面等的反射光就能夠被組件吸收;雙面PERC電池在組件端會較常規PERC產品提升一檔,即5W左右,疊加雙面組件系統端增加10~25%發電量。

    常規P型電池由于使用硼摻雜的硅襯底,長時間光照后易形成硼氧鍵,在基體中捕獲電子形成復合中心,導致3~4%的功率衰減;而N-PERT電池使用N型硅襯底,磷摻雜的基體使得電池幾乎無光致衰減。

    N-PERT電池產業化的關鍵技術有兩個,一個是雙面摻雜,另一個是雙面鈍化。對應在設備環節端,主要是擴散設備和鍍膜設備的變化。其中正面擴散設備進口為主,國產廠商有捷佳偉創。背面擴散主要采用離子注入的方式,設備進口為主。鍍膜環節主要還是PECVD設備。

    3、組件

    半片、疊瓦、多主柵(MBB)、雙面等組件技術進入規模化應用。其中半片組件新增切片設備和串焊機需求,疊瓦組件采用全新的焊接方式,使用專用的疊瓦設備,包含點膠/絲印/疊串等核心工藝步驟。

    組件環節通過各種不同的封裝工藝,在既有的電池片效率前提下,盡量提升組件的輸出功率或增加組件全生命周期內的單瓦發電量;太陽能組件主要由電池片、互聯條、匯流條、鋼化玻璃、EVA、背板、鋁合金、硅膠、接線盒這九大核心組成部分;組件生產環節主要包括分選→焊接→層疊→層壓→EL測試+中檢→裝框→裝接線盒→固化→清洗→IV測試→成品檢驗。

    目前1個GW組件對應的設備投資大約為6000-7000萬元左右。以2018年87GW光伏組件產量計算,存量設備市場空間約60億元;從參與公司來看,組件環節設備競爭相對更激烈。其中,先導智能、金辰股份、博碩光電、羿珩科技、蘇州晟成等都擁有光伏組件自動化生產線成套裝備的生產能力,而奧特維在串焊機、恒輝光電等再層壓機領域都有各自的優勢。

    與電池片環節相對應,一般認為通過優化電池結構,改進主流組件制作工藝或使用新材料所獲得的光電轉換效率大幅提高的組件為高效組件;目前主要的組件技術中,半片技術相對較為成熟,國內現有產能超過15GW;多主柵技術(MBB)則因良率較難控制且設備投資較高等因素,截至2017年底,產能約為2-3GW;疊瓦技術對于組件功率的提升最大,但同時難度也較大,目前國內現有產能約2GW。除此之外,單面雙玻、雙面雙玻等技術也可以一定程度上提升轉換效率,減少LOCE。

2017-2025年組件生產設備投資

數據來源:公開資料整理

2018-2025年半片、疊瓦電池組件市占率

數據來源:公開資料整理

2017-2028年半片電池的滲透率圖

數據來源:公開資料整理

2018-2025年組件價格(元/W)

數據來源:公開資料整理

    4、裝機

    在技術進步及生產自動化、智能化改造的共同推動下,多晶硅、硅片、電池片、組件等各環節生產成本下降,價格整體處于向下通道,判斷2019年國內光伏系統成本預期累計降價空間在0.4-0.5元/W。

    以地面光伏系統為例,其初始投資主要由組件、逆變器、支架、電纜、一次設備、二次設備等關鍵設備成本,以及土地費用、電網接入、建安、管理費用等部分構成;其中一次設備包含箱變、主變、開關柜、升壓站(50MW,110KV)等設備,二次設備包括監控、通信等設備;除了組件價格下降0.2元/W左右以外:1)由于組件高效化帶來BOS成本的降低,大概會有0.1~0.15元/W的下降空間;2)由于1500V應用、設計優化等,可能會帶來0.1~0.15元/W的下降空間;3)綜上所示,2019年國內的光伏系統成本預期累計空間在0.5元/W。

    雖然光伏發電產業鏈各環節的相關技術取得了長足的進步,但由于光伏發電現階段的發電成本和上網電價仍高于常規能源,光伏行業發展依然需要政府政策及相應補貼的扶持。而光伏發電上網電價的持續下降以及補貼的持續下降將倒逼電站系統成本的下降,進而促進光伏制造成本的進一步下降,若未來光伏制造成本及系統成本下降的幅度慢于補貼下降的幅度,這將對中國的光伏行業的市場需求和行業景氣度產生較大不利影響,進而可能使得設備公司境內新簽訂單及經營業務出現下降的風險。

    相關報告:智研咨詢發布的《2019-2025年中國光伏系統行業市場行情動態及投資戰略咨詢報告

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