2022年光伏行业深度研究

2022年光伏行业深度研究1.由特斯拉光伏屋顶说开去——分布式电站有望成为蓝海1.1.降碳是国际共识，光伏发电为清洁能源主力随着温室效应危害显现，减少碳排放、实现碳中和成为国际共识。根据2015年达成的《巴黎协定》，全球各国家与地区将共同努力，争取将全球气温的升幅限定在比工业化前水平高2℃以内，为此各国必须每五年提交一份经修订的减排计划，即由各国家决定的减排贡献。2020年各国家与地区做出了最新的减排承诺。其中，美国、日本、韩国、欧盟等承诺2050年实现碳中和，中国、沙特阿拉伯承诺2060年实现碳中和，印度承诺2070年实现碳中和。光伏发电已具经济性优势。全行业降本增效下，我国商业侧光伏的平准化度电成本已经接近燃煤标杆基准电价水平，光伏发电已成为技术成熟、成本领先的清洁能源，大规模应用已经具备现实的经济性。目前行业内技术迭代迅速，降本增效趋势明显，未来经济性有望进一步增强。我国太阳能资源丰富，陆地太阳能的理论储量高达186万GW。我国现行的国家标准《太阳能资源等级-总辐射》将太阳能总辐射年辐照量划分为A、B、C、D四个等级；其中A级主要是青藏高原、甘肃北部、宁夏北部等地区；B级主要是山东、河南、广东南部等地区。根据国家气象科学数据中心的信息显示，我国陆地太阳能的理论储量高达186万GW，有2/3的地区年辐射量大于1400kWh/㎡，属于太阳能资源A级或B级。国内外光伏新增装机预期在高基数基础上继续保持增长。根据CPIA的预测，我国2022年新增装机预计在75GW~90GW范围，2025年90GW~110GW，预测中值4年CAGR4.9%；全球2022年新增装机195GW~240GW，2025年270GW~330GW，预测中值4年CAGR8.4%。1.2.企业对光伏发电重视程度高涨，特斯拉也不例外企业对光伏发电重视程度高涨，特斯拉也不例外。在全球降碳浪潮中，光伏发电作为目前技术成熟、成本领先的清洁能源，行业景气度持续高企，全球企业对光伏发电重视程度高涨，特斯拉也不例外。但与众多近年切入光伏发电产业链的玩家不同，特斯拉从创立初期便确定了长期的光伏发电业务规划。特斯拉早期便确立了电动汽车+太阳能发电的长期发展规划。特斯拉汽车公司成立于2003年，由一群工程师创立，他们希望证明电动汽车可以比油车更快、更好。2006年8月，特斯拉汽车CEO埃隆马斯克发布了一篇名为《特斯拉汽车秘密蓝图》的文章，说明了特斯拉汽车希望帮助消费者实现零排放个人出行的目标，并阐明了其路线规划：(1)打造跑车；(2)用挣到的钱打造一款实惠的车；(3)用挣到的钱打造一款更实惠的车；(4)在做以上事情的同时，提供零排放发电的选项。特斯拉《秘密蓝图》目标难而正确，前三步已于2016年实现。2008年，特斯拉汽车生产出高性能电动跑车Roadster，目前在美售价约20万~25万美元/台；2012年、2015年，相继推出ModelS、ModelX，目前在美售价约10万~16万美元/台；2016年、2019年相继推出实惠的家用电动汽车Model3、ModelY，目前在美售价约4.5万~8.5万美元/台。尽管特斯拉早期的战略较为宏大，但现在回头看，是一条虽困难但正确的道路。2016年Model3的成功推出，标志着特斯拉2006年发布的《秘密蓝图》中前三步均已实现。《秘密蓝图-第二部分》指引特斯拉第二阶段发展目标，光伏屋顶位列第一。2016年7月，马斯克发布了《秘密蓝图-第二部分》，宣布十年前的《秘密蓝图》已经进行到了最后部分，并阐述了为了加速可持续能源的发展，特斯拉第二阶段的发展目标：(1)创造使用无缝集成蓄电池的极好的光伏屋顶；(2)扩展电动汽车产品线以覆盖所有主要细分市场；(3)通过大规模的车队学习开发出比手动驾驶安全10倍的自动驾驶能力；(4)让您的汽车在您不使用时为您赚钱。特斯拉光伏屋顶及储能系统战略意义重大，前景可期。特斯拉于成立之初目光就不局限于发展电动汽车，而是志在加速世界向新能源过渡。2017年2月，特斯拉汽车公司（TeslaMotorsInc.）正式更名特斯拉公司（TeslaInc.），更是对外明确表达了其发展重心不仅在电动汽车之上。从特斯拉目前的产品线来看，光伏屋顶产品SolarRoof、SolarPanels和储能系统PowerWall、MegaPack是特斯拉是承接2006年版秘密蓝图最后一步与2016年版秘密蓝图第一步的关键，意义非凡，前景可期。1.3.光伏发电应用场景广阔，分布式光伏或迎来历史性机遇位于光伏发电站可分为集中式光伏电站与分布式光伏电站。其中集中式大面积光伏通常建在沙漠、戈壁等地区，充分利用荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站，通过接入高压输电系统来供给远距离负荷；而分布式光伏一般建在楼顶、屋顶、厂房顶等地方，较多的是基于建筑物表面，就近解决用户的用电问题，通过并网实现供电差额的补偿与外送。分布式光伏于新增光伏装机中占比持续提升。随着光伏发电经济性的提升，光伏发电相关政策与管理办法的不断完善，分布式光伏发电应用快速发展。近年来，我国分布式光伏装机在全部新增光伏装机中占比呈现波动上升趋势；2013年我国新增光伏装机16.3GW，其中分布式光伏仅0.8GW，占比6%；2022年H1，我国新增光伏装机30.9GW，其中分布式光伏19.7GW，占比达64%。分布式光伏电站中，将光伏组件与建筑结合的方案，称为BIPV或BAPV。BIPV（BuildingIntegratedPhotovoltaic）指光伏建筑一体化，又称为“建材型”太阳能光伏建筑。BAPV（BuildingAttachedPhotovoltaic）指附着于建筑物上的光伏发电系统，又称为“安装型”太阳能光伏建筑。BAPV通常通过简单的支架实现安装，可以后期加装，不改变建筑外观，与建筑物原来的功能没有冲突。BIPV在前期设计时已经将光伏组件内置在建材中，一体化程度更高，通常外观也更简洁美观。屋顶和幕墙是分布式光伏的主要应用场景。屋顶受光照时间较长，能充分利用当地日照资源，后期加装BAPV具有较高的可行性，能够有效盘活存量屋顶闲置资源。幕墙是建筑的外墙围护结构，非承重，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体，由面板和支承结构组成，因存量改造难度大成本高，主要应用场景为新建BIPV。我国以整县推进协调屋顶资源开发屋顶光伏。2021年6月，国家能源局印发了《国家能源局综合司关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，要求各地区积极协调落实屋顶资源，以整区、街道、镇、乡等方式进行开发建设，其中：（1）党政机关屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于50%；（2）学校、医院等公共建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于40%；（3）工商业厂房屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于30%；（4）农村居民屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于20%。欧盟太阳能战略积极倡议开发屋顶光伏。2022年3月，欧盟鉴于俄乌战争提出REPowerEU方案，计划加速发展清洁能源，提高能源独立性，在2030年前摆脱对俄罗斯燃料进口的依赖。2022年5月，欧盟发布太阳能战略，提出包括充分开发屋顶太阳能，试点车载光伏等举措，其中，对以下建筑物提出强制安装太阳能屋顶的要求：（1）自2026年起，所有新建的、实用楼层面积大于250平米的公共建筑和商业建筑；（2）自2027年起，所有存量的、实用楼层面积大于250平米的公共建筑和商业建筑；（3）自2029年起，所有新建住宅。分布式光伏或迎来历史性机遇。分布式光伏发电具有应用空间宽广，靠近用户端可节约输配电损耗等优势，随着技术发展和电网建设更趋完善，发展前景广阔。2022年3月，住建部印发《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》，提出到2025年，全国新增建筑太阳能光伏装机容量50GW以上，完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上，建设超低能耗、近零能耗建筑0.5亿平方米以上。在全球降碳和能源自主趋势下，我们认为各个国家和地区也还将不断推出相关政策，鼓励新建建筑和翻新工程中应用分布式光伏发电系统，分布式光伏或迎来历史性机遇。1.4.特斯拉SolarRoofv3.5或于2022Q4推出，有望加速BIPV发展特斯拉于2016年切入光伏业务，目前产品线布局完整。2016年10月，特斯拉与SolarCity在洛杉矶共同发布SolarRoof。2016年11月，特斯拉以26亿美元对价收购原先在纳斯达克上市的SolarCity并实现私有化，完成对SolarCity的整合。SolarCity成立于2006年，总部位于美国加利福尼亚州，于2012年12月在纳斯达克上市，主营光伏发电系统、光伏板电池管理系统及相关软件服务等，主要创始人是马斯克，和两位马斯克的表亲，彼特·里夫（PeterRive）和林登·里夫（LyndonRive）兄弟。目前，特斯拉光伏业务包含BIPV产品SolarRoof、BAPV产品SolarPanels、家用储能产品PowerWall和工商业储能产品MegaPack，产品线布局已较完整。特斯拉BIPV产品SolarRoofv3推出之初被寄予厚望。2019年10月，特斯拉推出第三代光伏屋顶产品SolarglassRoof，又称SolarRoofv3，CEO马斯克表示特斯拉有能力每周交付1000个光伏屋顶，广受市场关注，一度被认为是特斯拉光伏业务发展拐点。若实现周交付1000个屋顶，按10KW/户，2USD/W测算，则年装机规模可达520MW，年营收贡献可达10亿美元。交付能力受限，SolarRoofv3业务发展不及预期。SolarRoofv3开售后整体销量表现大幅低于预期，其主要原因或是受制于供应链压力，交付时间一再延长。2020年2月，特斯拉弃用SolarglassRoof产品名，回归SolarRoof，马斯克称这是因为Solarglass的产品名让人疑惑。据媒体消息，因供应链方面的问题，自2022年3月起，美国各地的特斯拉光伏屋顶业务陆续暂停安装，延迟时间未能确认，特斯拉目前正抓紧扩大及优化供应商基础。涨价+自供，缓解部分供应链端压力。2021年4月，因供应链价格压力，特斯拉曾大幅上涨光伏屋顶售价，根据Electrek的测算，南加州SolarPanels+PowerWall的产品组合在2021年售价为2.31美元/W，而涨价前仅为1.96美元/W，上涨幅度达17.9%。目前，特斯拉官网已关闭自助设置房屋参数以获取报价功能，根据部分用户反馈信息，SolarPanels等产品涨价或仍在持续。2021年1月，特斯拉推出自主品牌光伏逆变器，此前特斯拉光伏产品的逆变器使用的或主要是以色列供应商SolarEdge、台湾台达集团的产品，自主生产重要部件或有利于降低整体组件成本，缓解供应端压力。特斯拉虚拟电厂有助于提高用户端经济性。2022年7月起，特斯拉先后与PG&E（加州太平洋天然气与电力公司）和SCE（南加州爱迪生公司）开展虚拟电厂试点计划，特斯拉家用储能产品PowerWall的用户可以通过TeslaAPP自愿选择加入虚拟电厂计划，在加州电网发生紧急情况时，参与需求侧响应，每向电网提供一度电可获得2美元的收益（加州电价约为0.25美元）。自8月以来，加州多次因高温发布缺电警报，截至目前已开展多次虚拟电厂测试响应活动，每次响应时长约为1-3小时，有用户分享，反向放电每小时可得约28美元，最大反向放电功率可达14KW。目前，累计超过4000个家庭参与了虚拟电厂计划，其中向电网输电最大功率超过23MW，储备容量约63MWh，较大程度缓解了电网的供应紧张。SolarRoofv3.5或已进入实测环节，交付或在2022Q4恢复。根据美国资讯网站Electrek披露的信息，特斯拉去年与德克萨斯州奥斯汀的一个新社区签署了合作协议，将为新建房屋全面部署SolarRoof和PowerWall产品。特斯拉目前已经在其雇员家中部署SolarRoofv3.5进行测试，如果测试顺利，特斯拉或在2022年四季度推出新版本并恢复交付，重点供应奥斯汀等新房项目，新版本或在耐用性和安装简便程度上较v3有所改进。目前，Brookfield资产管理公司在其网站上已经展示了若干含有“特斯拉太阳能套件”的新房。SolarRoofv3.5的推出有望加速BIPV发展。我们认为，特斯拉SolarRoof经过多年的迭代与验证已日趋成熟，与开发商于新房项目上批量合作是BIPV产品走向市场的高效方案，v3.5版本或成为爆款产品得以规模化应用，有望推动BIPV行业快速发展，其推出值得期待。1.5.中国厂商或充分受益BIPV发展大潮特斯拉太阳能业务已于2020年开始布局中国市场。2022年2月，马斯克于推特上表示太阳能业务将很快进军中国和欧洲市场。2022年3月，特斯拉中国启动太阳能屋顶项目组的团队搭建。2021年6月，特斯拉中国首个光储充一体化超级充电站进驻拉萨，次月又再布局上海，其通过能量存储和优化配置，可实现本地能源生产与用能的基本平衡。已有不少中国企业切入特斯拉太阳能产业链，将受益特斯拉光伏业务快速发展。根据上市公司自行披露等信息，亚玛顿是特斯拉光伏屋顶SolarRoof的主要供应商，在特斯拉光伏屋顶玻璃等领域已有长期的布局；秀强股份自2019年起接入特斯拉光伏屋顶项目，前期完成了初步样品确认，目前正根据需求持续对产品进行升级；隆基绿能供应了少量组件。国内众多厂商已推出其自主品牌BIPV产品，或成为全球范围内有力竞争者。2019年6月，英利集团在上海SNEC光伏展会上发布了BIPV产品青砖、黛瓦、琉璃，覆盖了建筑外墙、屋顶、幕墙等多个场景。2020年8月，隆基发布首款BIPV产品隆顶，以及智能光伏+解决方案隆行、隆易、隆锦。固德威、东方日升、天合光能等企业亦先后推出了其自主品牌的BIPV产品，在发电效率、集成储能功能、防水防火等多种功能上各有侧重和突破。结合我国在硅料、晶硅组件等光伏产业链重要环节上的优势地位，我们认为中国自主品牌BIPV产品或较特斯拉等海外品牌更具产业链优势，有望成为全球范围内的有力竞争者。2.光伏电池发展之历史辩证法——薄膜电池或重新获得青睐2.1.薄膜电池曾阶段性占竞争优势，硅基电池是目前绝对主流光伏电池依据半导体材料不同，可分为晶硅电池与薄膜电池两条主要技术路径。目前广泛应用的光伏发电系统主要由光伏电池、蓄电池、控制器和逆变器组成。其中，光伏电池是光伏发电系统的关键部分。晶硅电池与薄膜电池工作原理类似，使用材料不同。依据其用于吸收太阳能的半导体材料的不同，主要分为晶硅电池和薄膜电池两类技术路径，工作原理类似，均是利用光生伏特效应将光能转化为电能。晶硅指硅原子以晶体形式存在材料，根据晶核长成晶面时取向的异同分为多晶硅和单晶硅，根据导电载体所带电子的正负性分为P型（Positive）和N型（Negative）。薄膜电池指将各种薄膜制备成太阳能电池，用硅量少或不含硅。1980年代非晶硅电池发展迅速，薄膜电池市占曾超30%。1976年，RCA实验室的Carlson和Wronski开发出在玻璃衬底上沉积透明导电膜（TCO）的非晶硅薄膜电池；1980年，日本三洋电器利用非晶硅电池制成袖珍计算器，并于1981年实现工业化生产；随后薄膜电池进入快速发展期间，其应用领域也扩展至太阳能收音机、路灯、户用独立电源等。根据FraunhoferISE统计，薄膜电池在全球市占率在1980年代一度上升至30%以上，但之后因技术迭代不及晶硅电池再度下滑。受益于FirstSolar碲化镉电池进展与硅价高企，薄膜电池市占于2009年回升至15%+。FirstSolar目前是全球最大的薄膜电池生产企业，目前在薄膜电池市场占有率超过90%，前身是1986年成立的SolarCell。FirstSolar于2004年实现了碲化镉薄膜电池的量产，推动了薄膜电池行业的快速发展。另一方面，多晶硅价格持续上涨，根据海关总署统计数据，从2004年均价14USD/kg上涨至2008年7月的234USD/kg，涨幅近17倍，致使晶硅电池价格一路高升。双重因素推动下，薄膜电池市占于2009年回升至15%+。P型PERC单晶硅电池当前主流光伏电池。自2011年以来，随着多晶硅价格回落和切片技术等制作工艺的成熟，晶硅电池成本不断下降，竞争优势日益扩大，根据PVNEWS数据，天合光能280W单晶硅电池组件的含税出厂价从2011年6月的10元，持续下降至2021年2月的1.52元。目前，晶硅电池已占光伏电池市场中绝对主流，占比约96%；晶硅电池市场中又以P型PERC单晶硅电池为主流，根据CPIA统计，我国2021年P型PERC单晶硅片出货量在硅片市场占比高达90.4%。P型晶硅电池效率已近理论极限，N型晶硅电池提效空间不及薄膜电池。根据CPIA统计，我国2021年P型PERC单晶硅片规模化生产平均转化效率约为23.1%，同比提高0.3pct，未来效率提升空间有限。TOPCon、HJT等N型单晶硅电池理论转换效率更高，生产工艺与PERC高度兼容，但目前成本较高，量产规模较小，未来随着生产成本和良率的逐步改善，预计是晶硅电池路径的主要的提效方向，但理论效率上限不及薄膜电池。2.2.薄膜电池未来发展潜力巨大，有望重新获得市场青睐晶硅电池现阶段较薄膜电池更具经济性。薄膜电池目前商用环境中量产转换效率、产业化成熟度不及晶硅电池，在多数场景下，晶硅电池具有经济性优势。加之在光伏产业发展初期，在承重条件好的屋顶资源、适用于地面光伏电站的土地资源充沛，晶硅电池对环境较严苛的要求未成为实质现值，均是晶硅电池得以率先大规模应用的原因。薄膜电池多方面性能都具有优势，较晶硅电池前景更为宽广。如更轻薄的材质，适用于承重能力较低的立面与屋面结构；更好的柔韧性，能适用于建筑弧面结构；更好的弱光性，适用于采光不足的方位和角度；更高的透光性和可定制的颜色，适用于设计要求较高的建筑；更低的温度系数和热斑效应敏感性，适用于更多样的光热环境。碲化镉电池目前在薄膜电池中占绝对主流，FirstSolar处垄断地位。截止2021年底，全球薄膜电池产量8.28GW，市占率仅3.8%，处于历史低位，其中碲化镉（CdTe）电池占比97%，铜铟镓硒（CIGS）电池产量245MW，占比3%。目前，美国FirstSolar在产量和电池转换效率上均处于强势领先状态，市占率超过90%，近乎完全垄断；我国中建材、中山瑞科、龙焱能源等厂商近年来也不断通过自主研发取得技术突破，未来或有机会打破进口依赖；如2022年9月，龙焱能源就实现了碲化镉组件量产转换效率17.19%+最高输出功率123.73W，和实验室小面积电池转换效率20.61%的突破。钙钛矿转换效率屡创新高，或成为未来主流应用。钙钛矿电池被认为是第三代光伏电池的代表，应用前景极具想象空间。2022年6月，洛桑联邦理工学院和瑞士电子与微技术中心成功使钙钛矿-硅叠层电池转换效率首次突破30%，达到31.3%，根据美国可再生能源实验室统计信息，这是自2016年8月以来钙钛矿-硅叠层电池转换效率纪录的第九次提高，技术发展迅速。我们认为，尽管钙钛矿电池尚未实现规模化生产，但凭借其颠覆性的转换效率空间与宽广的应用场景，或推动薄膜电池行业整体发展，成为未来主流应用，建议密切关注其商业化进程。3.技术迭代迅猛，钙钛矿电池或成为主流钙钛矿电池，指基于ABX3结构的新兴光伏电池。钙钛矿指的是分子通式为ABX3的化合物，此类化合物最早从钙钛矿石中发现，因而得名。钙钛矿的英文名Perovski则是以俄罗斯地质学家列夫·佩罗夫斯基(LevPerovski)的名字命名。钙钛矿电池，指的是以钙钛矿结构的化合物作为吸光半导体材料的新兴光伏电池，一般为立方体或八面体结构，在钙钛矿电池中：A离子指有机阳离子，如CH3NH3+，位于立方晶胞中心；B离子指金属阳离子，如Pb2+和Sn2+，位于立方晶胞角顶；X离子为卤族阴离子，如I-、Cl-和Br-。钙钛矿电池因具有高转换效率，材料和制备成本低等优势，具有广泛的应用前景。3.1.发电效率优势：可设计性强，光电转换效率空间大钙钛矿原料可调整，可设计性强。钙钛矿因其为化合物，可设计性强。根据刘璋等人的研究，钙钛矿能够通过调整原料实现带隙的1.5~2.3eV连续可调，光电性能改良优化空间大。钙钛矿材料组成方面，根据王爱丽等人的研究，目前主流研究方向包括甲胺铅卤化物(MAPbX3)、甲脒铅卤化物(FAPbX3)、铯铅卤化物(CsPbX3)和铯锡卤化物(CsSnX3)。通过改变钙钛矿材料的组成，钙钛矿电池的颜色也会随之改变，可用于制备彩色电池，以适用于更多应用场景。叠层电池突破肖克利-奎伊瑟转换效率极限。1961年，WilliamShockley和HansQueisser测算出单节太阳能电池的能量转换效率理论极限为33.7%，该极限被称为Shockley-Queisser（肖克利-奎伊瑟）极限。1994年，Meier等人首次提出叠层电池概念，即将不同带隙的电池进行堆叠。宽带隙电池吸收较高能量光子，而窄带隙电池吸收较低能量光子，进而拓宽光伏电池对太阳光的吸收范围，其理论极限效率最高可达69%。根据NREL统计，目前实验室最高转换效率已达47.1%，由NREL科学家JohnGeisz于2019年六叠层电池创造。钙钛矿是理想的叠层电池材料，产业化前景可期。目前叠层电池中应用较多的原料是砷化镓（GaAs），钙钛矿带隙连续可调，也是实现高效叠层太阳能电池的理想材料，具有重要应用前景。2022年5月，南京大学谭海仁团队通过运用涂布印刷、真空沉积等大面积制备技术，首次实现全钙钛矿叠层光伏组件的制备，经国际权威第三方测试机构认证，转换效率达21.7%，面积为20.25cm2，展示了良好的产业化前景。此前，谭海仁团队旋涂技术制备的小面积全钙钛矿叠层太阳电池的转换效率达到26.4%。3.2.生产制造优势：轻薄、工艺简单、节能、生产周期短吸收效率优异，吸收层轻薄。钙钛矿光伏电池吸收系数表现优异，使得钙钛矿吸收层只需要亚微米级（100nm~1μm）厚度，即可产生高密度光生载流子，厚度与远薄于晶硅电池片，差异近3个数量级。根据CPIA数据，2021年P型单晶硅片平均厚度在170μm左右，较2020年下降5μm。超薄的吸收层能够节约材料消耗，降低成本，成品也更轻薄，尤其适用于光伏幕墙等BIPV产品。材料来源丰富，制作工艺简单，成本或有显著优势。相比晶硅电池要求99.9999%的高纯度硅，钙钛矿纯度仅需90%，且材料配方可调，来源丰富。晶硅从硅料至组件需流转多道工艺，往往需要三天起步；而钙钛矿生产流程制备工艺简单得多，以旋转法为例，只需将化合物溶液滴在制备好的电子传输层，旋转、蒸发结晶便可制备完成，全过程可在一个工厂中完成，时间最快可以控制在一个小时之内。当产线达到GW级规模生产时，钙钛矿电池较目前已经成熟的晶硅电池或有30%以上成本优势。钙钛矿生产全过程可在低温环境完成，更节能环保。钙钛矿生产工艺流程温度不超过150℃，而晶硅在铸锭和拉晶环节都需要超过1500℃，生产能耗差异巨大。我们认为，随着双碳战略的推进，光伏电池生产环节耗能或也列入管控范围，届时钙钛矿电池相较目前主流晶硅电池也将获得一定比较优势。3.3.商业化进程：稳定性与尺寸或为主要催化因素钙钛矿目前尚未实现商业化，主要瓶颈在于稳定性与尺寸。稳定性方面，目前的钙钛矿电池对温湿环境较敏感，材料易产生热分解、晶体结构转变等问题。尺寸方面，钙钛矿目前的高转化效率只能在实验条件下，在1cm2左右大小的电池片上实现，电池尺寸增大后，难以控制薄膜的均匀性，光电转化效率与稳定性均难以保障。钙钛矿电池稳定性已取得关键性实验进展，可密切关注产业落地情况。钙钛矿电池对材料纯度要求相对较低，可以通过掺杂其他元素改变材料性质，以实现提高空气稳定性/水汽稳定性/光稳定性的效果。根据掺杂的情况，钙钛矿材料一般可分为三类：（1）混合阳离子和卤化物阴离子钙钛矿材料；（2）有机聚合物或无机物掺杂的钙钛矿复合材料；（3）二维-三维钙钛矿复合材料。华中科技大学韩宏伟教授团队2020年通过引入双功能5-AVA有机分子，实现了9000h器件性能无明显衰减的超高工作状态稳定性，成果于《Joule》发表，展现出良好的商业化前景。目前，韩宏伟教授已成立万度光能探索产业化发展，并已在宜昌、贵州等地筹建相关产业园。一方面，钙钛矿电池稳定性问题正在不断优化；另一方面，由于钙钛矿电池成本较低，或在使用寿命远低于晶硅电池时就能够实现商业化价值。大面积钙钛矿制备有多个潜在产业化路径。根据金胜利等人的研究，目前钙钛矿产业化制备技术可分为四类：（1）溶液涂布：由涂布装置带动钙钛矿前驱体溶液在基地上相对运动，形成均匀薄膜；（2）喷涂：在喷头内部施加压力，挤出钙钛矿前驱体溶液；（3）软膜覆盖：在压力下用聚酰亚胺膜覆盖的方式将络合物前驱体转化成薄膜；（4）气相沉积：在真空环境下蒸镀。目前各种制备方法的技术与设备迭代迅速，前景值得期待。钙钛矿电池有望成为主流光伏电池。虽然钙钛矿电池目前尚不具备商业化条件，但考虑到钙钛矿电池自2009年首次面世以来发展仅13年，技术迭代迅速，在转化效率、制造成本、应用场景等方面都具有巨大的潜力，我们认为其极可能成为未来主流光伏电池，产业链机会巨大。国内众多厂商已在争先布局。协鑫光电于2020年起投建100MW钙钛矿组件量产线，2022年5月宣布完成数亿元B轮融资，用于进一步完善100MW产线。2022年5月，纤纳光电宣布首发钙钛矿α组件；2022年7月在浙江衢州举行了首批α组件的发货仪式，发货数量为5000片，用于浙江省内工商业分布式钙钛矿电站。极电光能在建行业内产能最大的150MW钙钛矿试制线，预计于今年开始试生产。杭萧钢构旗下子公司合特光电在建100MW钙钛矿/晶硅叠层电池中试线，目标在不晚于2023年5月投产，转换效率28%以上。4.虚拟电厂有望进一步为BIPV分布式电站提供技术保障4.1.电力消纳制约新能源发展，分布式增加系统调峰难度电力消纳是电力系统重要组成部分。消纳，即消化、吸纳。在发电厂（水电、火电、核电、风电电源）发电上网后，电能无法方便地储存，不及时用掉就会造成电能浪费，所以电力系统需要利用储能等方式进行调峰调频，并将富余的电能经调度送到有电能需求的负荷点，该过程就是电力消纳。相较传统火电，风电与光伏的出力不均是造成电力消纳问题的主要因素之一。由于受自然条件和环境等因素的影响，风力和光伏发电的输出功率具有明显的随机性和波动性，增大了系统的调峰难度，使得系统的调峰压力骤增，并且会影响区域电网可以接纳的风电和光伏发电能力。此外，发电端与用电端的区位不匹配亦是造成电力消纳问题的主要因素。根据《中国绿色电力发展综述》，我国风能资源丰富区主要在东北、内蒙古、华北北部、甘肃酒泉和新疆北部。太阳能光伏发电方面，我国资源较为丰富，根据国家气象科学数据中心的信息显示，我国有2/3的地区年辐射量大于1400kWh/m2，陆地太阳能的理论储量高达186万GW。但我国各地区之间的太阳能资源情况差异较大，总体表现为平原、多雨高湿地区资源较少，高原、少雨干燥地区资源较多。综合来看，我国西北地区资源禀赋突出，发电量明显大于当地用电量，而经济更为发达的东部沿海地区则存在发电量小于当地用电量的困境，这种区位不匹配亦是造成电力消纳问题的主要因素。风光大基地的建设导致电力消纳问题更为突出。随着第一批风光大基地陆续投产，内蒙古、陕西、青海、甘肃、吉林等省份的风电和光伏发电装机规模将大幅增加，风光发电量占比将进一步提升。同时，5月31日，国务院印发《关于印发扎实稳住经济一揽子政策措施的通知》，提到加快推动以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设，近期抓紧启动第二批项目，因而第二批大型风电光伏基地建设节奏或将加快。西北地区新能源发电量以就地消纳和依托存量通道外送消纳为主，在本地消纳空间有限的情况下，风光大基地建设导致消纳压力进一步增大，需重点关注西北地区新能源利用水平。分布式光伏上网规模剧增亦对当地电网调峰造成压力。近年我国分布式光伏发展迅猛，2022H1分布式光伏新增装机量达到19.65GW，占今年上半年全部新增光伏发电装机的63.6%。在并网消纳方面，大规模发展分布式光伏将增加部分地区的系统调峰压力，引起输配电网与分布式光伏在建设布局、规模、时序上不协调的问题，同时会对电力系统的安全稳定运行带来较大挑战。4.2.火电改造+储能并举，提升电网系统调峰能力4.2.1.火电灵活性改造是十四五期间电力系统调节能力的最主要增量来源现阶段火电机组仍是我国的主力电源。2021年，我国火电/水电/风电/核电/光伏发电的装机容量占比分别为55%/16%/2%/14%/13%。尽管从趋势上来讲，火电占比逐年下降，绿电占比逐年上升，但现阶段而言火电机组仍是我国的主力电源。此外，与新能源相比，火电具有出力稳定的优势，可给电力系统兜底保供，因此难以在短时间内被彻底取代。增加调峰能力是当前火力灵活性改造最为主要的目标。火电灵活性是电力系统灵活性的关键指标，也是电力系统灵活性的核心组成部分。火电灵活性通常指火电机组的运行灵活性，即适应出力大幅波动、快速响应各类变化的能力，主要指标包括调峰幅度、爬坡速率及启停时间等。目前，国内火电灵活性改造的核心目标是充分响应电力系统的波动性变化，实现降低最小出力、快速启停、快速升降负荷三大目标，其中降低最小出力，即增加调峰能力是目前最为广泛和主要的改造目标。灵活性改造涉及电厂内部多个子系统的变化，可能需对机组设备的本体进行改造，也可能需要新建其他辅助设备。对于常规火电机组，改造包括对锅炉、汽轮机等主机设备的改造，也包括对控制系统、脱硝系统、冷凝水系统等辅助设备的改造；对于供热火电机组，在上述改造基础上，还可进一步通过低压缸旁路、蓄热罐、电锅炉等方式，改变原有发电与供热间的耦合关系，释放机组的运行灵活性。经过灵活性改造后，火电可实现由基荷模式到调峰模式的转变。调峰模式可以更好地满足电力系统日负荷峰谷差的需要，保证电力系统安全经济运行，德国火电机组的转变过程就具有一定代表性。本质上，当储能装机足够时，火电并不需要完成由基荷模式到调峰模式的转变。但是当下的储能装机量还明显不足，因而火电完成至调峰模式的转变就显得至关重要。同时，考虑到抽水蓄能对地理条件要求较高，且电化学储能经济性与可行性尚存在约束，火电灵活性改造将是十四五期间电力系统调节能力的最主要增量来源。因此，国家先后出台多个政策，鼓励煤电灵活性改造以增加调峰资源。4.2.2.长时储能提速为大势所趋，保障新型电力系统调峰能力储能系统可以平滑电力供给+需求，并为用户节省用电成本。一方面，储能既可以实现调频调峰，将风光发电高峰时段的电量储存后再移到用电高峰释放，从而可以减少弃风弃光率；另一方面，储能系统可以对随机性、间歇性和波动性的可再生能源发电出力进行平滑控制，从源头降低波动性，满足可再生能源并网要求。此外，在用户侧，储能系统还可以利用峰谷价差进行套利，为用户节省用电成本；此外，在故障时储能系统可提供额外的电力供给，增强电力系统的可靠性。抽水蓄能技术最为成熟，累计装机规模领先新型储能方式。根据技术原理划分，储能主要分为机械储能（如抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能等）、热储能（如熔盐储能等）、电化学储能（如锂离子电池、铅酸电池、液流电池等）、化学储能（如氢储能等）四大类。从市场份额来看，根据CNESA全球储能项目库的不完全统计，截至2021年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模209.4GW，同比增长9%。其中，抽水蓄能的累计装机规模占比首次低于90%，比去年同期下降4.1个百分点；新型储能的累计装机规模紧随其后，为25.4GW，同比增长67.7%，其中，锂离子电池占据绝对主导地位，市场份额超过90%。我们在《挥斥方遒，水利行业岁月峥嵘》一文中测算过抽水蓄能相应空间与增速：双碳战略下抽水蓄能需求提升，多项政策护航抽水蓄能市场快速发展。随着双碳战略的推进，我国风电、光伏发电占比仍将不断提高，因其具有强烈的随机性和间歇性，对电力系统供需平衡带来挑战，抽水蓄能作为目前最主要的储能手段，重要性显著提升。目前，政策明确指引将大力发展抽水蓄能，2021年9月国家能源局发布的《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035)》提出2025年62GW，2030年120GW的装机目标。市场化改革也进一步明晰了抽水蓄能电站的盈利模式，消除了发展障碍。双两百工程目标直指270GW开工建设，抽水蓄能建设市场或迎来4年4倍增长。2022年6月，中国电建董事长丁焰章在人民日报发布《发展抽水蓄能推动绿色发展》，提出要在十四五期间实施“双两百工程”，在200个市县开工建设200个以上抽水蓄能项目，开工目标270GW。截止2021年底，我国在建抽水蓄能项目约55GW，270GW较此有近4倍增长空间，假设2025年我国实现270GW开工目标，且每瓦单价与工程建设周期与目前基本一致，则2021年~2025年抽水蓄能建设市场规模年均复合增速高达49%。新型储能方式蓬勃而起，发展前景广阔。通常来说，新型储能是指除抽水蓄能以外的新型储能技术，包括新型锂离子电池、液流电池、飞轮、压缩空气、氢(氨)储能、热(冷)储能等。由于抽水蓄能存在开发建设时间长、地理条件要求高等问题，难以独立承担储能任务，新型储能方式亦是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备。《国家发展改革委、国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》指出，到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，在高安全、低成本、高可靠、长寿命等方面取得长足进步，装机规模达3000万千瓦以上；到2030年，实现新型储能全面市场化发展，标准体系、市场机制、商业模式成熟健全。4.3.虚拟电厂作为新型电力消纳技术，有望进一步为BIPV分布式电站提供技术保障虚拟电厂不是真正意义上的发电厂，其本质上是一种智能电网技术，可以帮助电网调节负荷，因此可以视为一座没有发电机却拥有发电功能的电厂。虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂的核心逻辑是通过信息通信技术和软件系统，将用户侧各类分散、可调节的电源负荷汇聚起来，对这些电力进行统一的管理和调度，与外部集控系统、管理平台配合进行协同控制和优化，经过数据分析和运营策略调整后，对外进行能量输送，根据市场需求变化进行碳市场和电力市场交易，最终达到弥合电力供需矛盾、达到电力系统总体效益最大化的目的。虚拟电厂可实现“源荷互动”，是分布式能源管理的重要技术手段。相对于传统电力能源生态系统“源随荷动”的模式，虚拟电厂的发电、输电、配电、用电界限相互交叉，同时兼具生产者与消费者的角色，根据需求可以改变角色身份特征，运行方式特征为“源荷互动”。前文中已经提到，新能源发电具有随机性、间歇性和波动性的特点，对负荷的支撑能力不足，若规模化直接并入电网发电，将会威胁电力系统安全以及供电的稳定性。同时，由于分布式光伏以及储能设施的快速发展，如何实现“源、网、荷、储”电力电量平衡、储能管理、策略运营和优化协调运行等功能成了未来的关键技术，而虚拟电厂可通过先进计量、信息通信、控制和管理技术，将用户侧分散的清洁能源、储能系统、可控负荷等分布式能源资源聚合并协调优化，实现削峰填谷，是分布式能源管理的重要技术手段。通过虚拟电厂实现电力系统削峰填谷具备经济性。据国家电网测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元；而通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节投资仅需500亿元至600亿元。政策推动下，我国虚拟电厂建设或将加速。以《“十四五”现代能源体系规划》为代表的政策持续出台，鼓励虚拟电厂发展。地方层面，北京、山西等地也已经发布具体政策来支持虚拟电厂发展。8月26日，继广州之后，深圳成立虚拟电厂管理中心，接入分布式储能、数据中心、充电站、地铁等类型负荷聚合商14家，接入容量达87万千瓦。在政策的持续推动下，我国虚拟电厂建设或将加速，有望进一步为BIPV分布式电站提供技术保障。5.BIPV有望推动分布式光伏电站产业成为蓝海5.1.光伏装机市场高景气预将持续，分布式装机占比不断提升国内外光伏新增装机预期在高基数基础上继续保持增长。在全球降碳浪潮中，光伏发电作为目前技术成熟、成本领先的清洁能源，预期保持高景气。根据CPIA于2022年2月的预测，我国2022年新增装机预计在75GW~90GW范围，2025年90GW~110GW，预测中值4年CAGR4.9%；全球2022年新增装机195GW~240GW，2025年270GW~330GW，预测中值4年CAGR8.4%。2022年7月，CPIA上调我国和全球今年新增光伏发电装机容量预测10GW，预计光伏市场或开启加速模式。分布式光伏于新增光伏装机中占比持续提升。随着光伏发电经济性的提升，光伏发电相关政策与管理办法的不断完善，分布式光伏发电应用快速发展。近年来，我国分布式光伏装机在全部新增光伏装机中占比呈现波动上升趋势；2013年我国新增光伏装机16.3GW，其中分布式光伏仅0.8GW，占比6%；2022年H1，我国新增光伏装机30.9GW，其中分布式光伏19.7GW，占比达64%。我国以整县推进协调屋顶资源开发屋顶光伏。2021年6月，国家能源局印发了《国家能源局综合司关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，要求各地区积极协调落实屋顶资源，以整区、街道、镇、乡等方式进行开发建设，其中：（1）党政机关屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于50%；（2）学校、医院等公共建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于40%；（3）工商业厂房屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于30%；（4）农村居民屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于20%。欧盟太阳能战略积极倡议开发屋顶光伏。2022年3月，欧盟鉴于俄乌战争提出REPowerEU方案，计划加速发展清洁能源，提高能源独立性，在2030年前摆脱对俄罗斯燃料进口的依赖。2022年5月，欧盟发布太阳能战略，提出包括充分开发屋顶太阳能，试点车载光伏等举措，其中，对以下建筑物提出强制安装太阳能屋顶的要求：（1）自2026年起，所有新建的、实用楼层面积大于250平米的公共建筑和商业建筑；（2）自2027年起，所有存量的、实用楼层面积大于250平米的公共建筑和商业建筑；（3）自2029年起，所有新建住宅。分布式光伏前景广阔。我们认为分布式光伏发电具有应用空间宽广，靠近用户端可节约输配电损耗等优势，随着技术发展和电网建设更趋完善，发展前景广阔，全球各个国家和地区也还将不断推出相关政策，鼓励新建建筑和翻新工程中应用分布式光伏发电系统。5.2.分布式光伏已具经济性，BIPV较BAPV效益更高分布式电站已具经济性，效益持续提高。根据CPIA统计，2021年我国工商业分布式光伏初始投资成本为3.74元/W，运维成本为每年0.051元/W。在全投资模型下，分布式光伏2021年在1800h/1500h/1200h/1000h等效利用小时数的LCOE分别为0.19/0.22/0.28/0.33元/kwh，在全国大部分地区都具有经济性。预计2022年初始投资成本还将进一步下降至3.53元/W，运维成本也将继续略有下降，经济性有望进一步提升。BIPV较BAPV一体化程度更高，经济性、可靠性具有优势。BAPV通常通过简单的支架实现安装，可以后期加装，更适合应用于存量屋顶改造，适用于快速发展分布式光伏的需求；BIPV需要在建筑的前期纳入规划，在经济性、可靠性等方面具有优势，一般在新建筑中应用，长期空间广阔但短期受到新建筑投建数量与周期限制。根据郑东驰对某钢结构屋面场面的实际案例测算，采用BIPV比BAPV在材料费上节约34元/㎡，且使用寿命更长，不涉及屋顶更新时光伏组件二次安装、高负荷导致屋面沉降变形等问题，优势明显。随着BIPV应用日趋成熟，新建工程中渗透率逐渐提高，其降碳与发电效益值得期待。5.3.BIPV有望成为蓝海，市场至2025年或有十倍扩容空间我国BIPV市场缺乏权威统计数据，我们根据多方数据做假设、校验和推演。我国BIPV仍处于起步阶段，根据中国建研院统计信息，我国主要光电建筑企业2020年BIPV新增装机709MW，占当年分布式光伏新增装机容量约0.5%。因关键参数缺乏历史数据权威统计，我们综合多方收集数据进行参数假设、校验和推演。新建BIPV屋顶面积方面，预测未来新竣工建筑保持40亿平方米水平；其中可安装光伏屋顶占比15%；；BIPV安装比例自2023年起在特斯拉SolarRoofv3.5对行业的带动作用下迎来较快上涨，到2025年达到12%水平；预计2025年新建BIPV屋顶面积达7200万平方米。改造BIPV屋顶面积方面，预计2022年存量建筑为650亿平方米，此后增量为新竣工建筑的90%；可安装屋顶光伏占比15%；改造比例在低基数基础上持续上升，至2025年达0.04%；预计2025年改造BIPV屋顶面积455万平方米。新建BIPV幕墙面积方面，根据《建筑装饰行业“十四五”发展规划》统计的2020年幕墙工程行业4300亿元总产值和1500元/平方米造价假设，推算出2020年新建幕墙面积2.87亿平方米，假设此后年增速10%，忽略翻新部分；BIPV安装比例自2023年起快速提升，至2025年达到6%；预计2025年新建BIPV幕墙面积2773万平方米。每平米装机容量方面，根据中国建研院统计信息，我国主要光电建筑企业2020年BIPV新增装机709MW，对应安装面积377.4万平方米，推算每平米装机容量188W，假设此后年增速5%，至2025年达240W/㎡。BIPV装机每瓦价格方面，根据CPIA《中国光伏产业发展路线图》，2022年工商业分布式光伏系统初始全投资有望下降至3.53元/W，结合硅料价格或回落，成本更低的薄膜电池商业化预将加速，假设此后每年价格下降5%，至2025年达3.03元/W。综合以上，我们预计2022年BIPV新增装机或近2GW，装机市场规模约70亿元；2025年新增BIPV新增装机或近25GW，装机市场规模约757亿元；市场空间或有十倍扩容空间，CAGR或达81%，前景可期。6.重点公司分析6.1.江河集团江河集团致力于提供绿色建筑系统服务，以建筑幕墙、室内装饰等业务领域为主要方向。在BIPV屋顶领域，公司自主研发了R35屋面光伏建筑集成系统，该集成系统从建筑角度进行开发设计、安装方便，形式灵活，可替换彩钢瓦直接作为屋面材料使用，是一款安全性能高的创新集成系统。在BIPV幕墙领域，公司拥有多项基于光伏框架及单元幕墙系统的实用新型专利，在光伏幕墙一体化工程上具有经验积累及技术储备。在光伏建筑领域，公司是为全球高端幕墙第一品牌，拥有稳定优质的客户群体，幕墙是光伏建筑的流量入