新能源行业研究系列——浅谈光伏行业

作者：世联资产 | 首发：瑞联资信平台微信公众号

公募REITs

光伏发电成为试点行业之一

2021年7月2日，国家发展改革委发布了关于进一步做好基础设施领域不动产投资信托基金（REITs）试点工作的通知《发改投资〔2021〕958号》，鼓励各个主体积极申报公募REITs，在试点申报要求中，光伏发电成为了试点行业之一，在公募鼓励的试点行业中，占据了较为重要的地位，做好光伏行业研究，是做好公募REITs较为重要的前提条件。

顶层设计

双碳指导“沐光而行”

行业规模

十四五期间空间巨大

2021-2022年1-11月新增装机容量（GW）

数据来源：国家能源局、中国光伏行业协会

2022-2030年期间光伏装机预测

数据来源：CPIA.2022.2

全球已有多个国家提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标，发展包括光伏在内的可再生能源已成为全球共识，再加上光伏发电在越来越多的国家成为最有竞争力的电源形式，预计全球光伏市场将保持高速增长。

2021年，全球光伏新增装机170GW，创历史新高。2021年全球各国新增装机数据亮眼，中国光伏新增装机54.88GW，同比增长13.9%；欧盟新增装机25.9GW，同比增长近34%；美国预计新增装机近26.8GW，预期同比增长约39.6%；印度新增装机11.89GW，同比增长218%左右。

2022年，在光伏发电成本下降和全球绿色复苏等有利因素的推动下，全球光伏新增装机仍将快速增长，预计2022-2025年，全球光伏年均新增装机将达到232-286GW。2022年国内光伏新增装机87.41GW，同比增长59.3%

在风光大基地快速推进、分布式光伏加快发展等助推下，我国光伏市场也将进一步快速增长，预计2022-2025年，我国光伏年均新增装机量将达到83-99GW。

种类划分

分布式与集中式

1、分布式光伏

技术特点：

1）输出功率相对较小。一般而言，一个分布式光伏发电项目的容量在数千瓦以内。与集中式电站不同，光伏电站的大小对发电效率的影响很小，因此对其经济性的影响也很小，小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。

2）污染小，环保效益突出。分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。

3）能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。但是，分布式光伏发电的能量密度相对较低，每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦，再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积有限，不能从根本上解决用电紧张问题。

4）可以发电用电并存。大型地面电站发电是升压接入输电网，仅作为发电电站而运行；而分布式光伏发电是接入配电网，发电用电并存，且要求尽可能地就地消纳。

应用范围：农村、牧区、山区，发展中的大、中、小城市或商业区。

2、集中式光伏

技术特点：

1）光伏发电量稳定，并且可以充分利用太阳辐射与用电负荷的正调峰特性，起到削峰的作用；

2）相对于分布式光伏可以更方便地进行电压控制，电网频率调节也会更容易实现；

3）环境适应能力强，运行成本低，方便集中管理，加上受到空间的限制小，可以轻易实现扩容扩量。

应用范围：荒漠戈壁地区。

产业链梳理

总览

上游硅料

硅料主要分为单晶硅及多晶硅。

单晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加；有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体，在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成P型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成N型硅半导体。

多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。

多晶硅方面，2021年，全国多晶硅产量达50.5万吨，同比增长27.5%。其中，排名前五企业产量占国内多晶硅总产量86.7%，其中5家企业产量超过5万吨。2022年随着多晶硅企业技改及新建产能的释放，产量预计将超过70万吨。

2010-2022 年全国多晶硅产量情况（单位：万吨）

来源：中国光伏产业发展路线图（2021年版）

中游硅片-电池片-组件

硅片-电池片-组件种类：光伏用组件主要为166、182及210三种规格（三种规格电池片及组件占总出货量超过80%），即166MM、182MM和210MM三种规格，主要根据下游166组件、182组件及210组件定制而成。

◆ 不同规格组件功率

2021年，常规多晶黑硅组件功率约为345W，PERC多晶黑硅组件功率约为420W。采用166、182mm尺寸PERC单晶电池的组件功率已分别达到455W、545W；采用210mm尺寸55片、66片的PERC 单晶电池的组件功率分别550W和660W。采用166、182mm尺寸TOPCon单晶电池组件功率分别达到465W、570W。采用166mm 尺寸异质结电池组件功率达到470W。采用166mm尺寸MWT单晶组件72、89.5片组件功率分别为465W和575W。采用210mm尺寸叠瓦TOPCon单晶组件功率为645W。

2021-2030年不同类型组件功率变化趋势   

来源：中国光伏产业发展路线图（2021年版）

中游玻璃、胶膜及背板

光伏玻璃由玻璃、太阳能电池片、胶片、背面玻璃、特殊金属导线等组成。应用广泛，如太阳能智能窗，太阳能凉亭和光伏玻璃建筑顶棚，以及光伏玻璃幕墙等。分晶体硅光伏玻璃和薄膜光伏玻璃两大类，前者又分单晶硅和多晶硅两类，常用作幕墙材料。

在光伏领域，EVA与POE性能各有优缺点，EVA价格较低、易加工、耐存储、交联速度快、与玻璃&背板粘结性能好；POE优势主要在于材料性能好，抗PID性能优异、电阻率高、水汽阻隔率大、耐低温耐黄变。

EVA的劣势主要在于：醋酸乙烯在光、氧气、湿热环境下容易发生水解，产生醋酸，对电池片表面、焊带等腐蚀，同时还会与玻璃中的Na反应，可以生成大量的自由移动的Na离子，造成功率衰减；同时EVA容易在光热环境下发生黄变，影响透光性，造成组件整体的功率损失。

POE的劣势在于：POE极性较低，胶膜加工过程中极性助剂溶剂析出至膜表面，造成表面光滑容易移位；加工难度偏大，膜唇容易挂料；POE粒子价格整体较EVA贵。

太阳能电池背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。一般具有三层结构（PVDF/PET/PVDF），外层保护层 PVDF具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为PET聚脂薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVDF和EVA具有良好的粘接性能。

背板膜分为两种：

一种为涂胶复合式背板膜，在PET聚酯薄膜两面复合氟膜或者EVA胶膜，三层结构，常见的有TPT、TPE、KPK等结构。

一种为涂覆背板膜，在PET聚酯薄膜两面涂覆氟树脂，经干燥固化成膜。

下游运营商

下游运营商主要为以五大发电集团为代表的央企运营商，例如三峡集团控股的三峡能源、太阳能，另一类为地方政府/能源集团控股的区域性光伏运营商，例如浙能电力。整体来讲，光伏运营商以央国企为主。

行业分析

光伏新技术

电池新技术百花齐放，按照材料类型可分为晶硅电池和薄膜电池;按照晶体类型可分为多晶硅电池和单晶硅电池;按照掺杂类型可分为P型电池和N型电池。  

光伏行业近20年的进步源于技术的进步，主要方向均集中在两个目标：降本及增效，降本指的是降低电池制造的单位成本特别是材料成本，其中降本又分为降低硅成本及非硅成本，降低硅成本主要是在单晶硅的制备中优化制备工艺，减少电耗，降低非硅成本路径更多，例如降低银浆消耗量等，增效指的是增加转换效率，目前在电池技术上百花齐放，传统P型电池片由于转换效率已到瓶颈，目前单晶PERC电池片转换效率稳定在21%-21.5%左右，因此，提高转换效率就成为电池技术发展的方向及目标，目前技术上较为可行的几大新技术为ToPcon电池、HJT（异质结电池）、IBC电池。

• ToPcon电池：ToPcon即隧穿氧化层钝化接触电池（Tunnel Oxide Passivated Contact）：由德国 Frauhofer 太阳能研究所于 2013 年首次提出。主流ToPcon 电池采用 N 型硅片，首先在电池背面制备一层1-2nm的超薄氧化层，随后在氧化层上沉积一层多晶硅层，之后经过 退火结晶加强钝化效果。

  原理：ToPcon电池核心结构由电池背面的超薄氧化硅层和重掺杂多晶硅层组成，二者共同形成钝化接触结构。超薄氧化层使多子电子隧穿进入多晶硅层的同时，可阻挡少子的空穴复合，进而使电子在多晶硅层横向传输被金属收集，极大降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升了电池效率。ToPcon电池具有转换效率高、与现有PERC产线可兼容、电池参数性能优异等优势，根据相关产业链数据，ToPcon的能量转换效率能够达到24.5%左右，比PERC电池转换效率高10%以上。

• IBC结构电池：背面指交叉技术，将正面栅线转移到电池背面，可与任何一种电池结构相结合，通过减少正面光线遮挡来提高电池效率。IBC电池可与ToPcon电池亦或是HJT电池技术相结合，提高电池效率，采用IBC结构的电池，理论上可将光电转换效率提升 0.6-0.7%。以10BB的182PERC电池为例,主栅线宽度为0.1mm,细栅线宽度为30μm，栅线遮挡面积约为 990mm², 占电池总面积的 2.9%，按照23.5%的电池效率计算，将正面栅线移除后，理论上电池效率可提升0.68%。因此，移除正面栅线能够显著降低光学损失，实现入射光子的最大化利用，是提高光电转换效率的有效方式。

• HJT（异质结电池）：HJT电池是基于硅片 的太阳能电池技术和薄膜光伏技术的融合，且兼具两者优点，也更偏向于半导体技术，其原理在于:通过插入一个更宽的带隙层进行钝化使电子与基础区域分离，进而获得更高的开路电压。

  HJT电池将晶体的结构特点:将硅片放在两侧沉积的本征相对掺杂的非晶硅层之间，在电池顶部设计透明导电的TCO薄膜。N型CZ硅片经过清洗制绒后，表面依次沉积本征富氢非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜，从而形成p-n异质结，然后在背面依次沉积本征富氢非晶硅薄膜，以及N型重掺杂的非晶硅膜，形成背表面场。在两面的外侧再沉积上透明导电氧化物薄膜TCO，最后通过丝网印刷技术在两侧顶层形成金属电极(栅线)，这样就构成了拥有 两面对称结构的HJT电池。HJT电池的量产效率起步值超过24%，大大高于其他结构的电池，缺点在于设备及量产成本过高，目前尚无法实现平价。

不同技术电池效率及投资额

资料来源：索比光伏网，中国能源网，智汇光伏，兴业证券经济与金融研究院整理

薄膜电池新技术：钙钛矿电池

钙钛矿太阳能电池(PSCs)单结理论极限效率超30%，叠层模式下可达 40%以上，相比

晶硅电池效率提升空间大，主要因为人工设计后的钙钛矿材料带隙可以达到或接近 s-q 理论下吸光层最优带隙(1.3-1.5ev)。异质结/钙钛矿叠层电池理论极限效率可突破 40%，高于单结晶体硅太阳能电池理论极限效率 29.43%。

根据 EcoMat研究表明钙钛矿/硅叠层太阳能电池的理论效率极限为 46%，远高于单结晶硅电池极限 29.43%。如果掺杂新型材料，钙钛矿电池的转换效率最高能达到的50%，是目前晶硅电池的2倍左右。钙钛矿材料通过人工设计带隙可以达到s-q理论下吸光层最优带隙，导致最高光电转化率可超过30%。

2021-2030年国内钙钛矿太阳能电池转换效率变化趋势

来源：中国光伏产业发展路线图（2021年版）

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