光伏碲化镉薄膜组件行业研究：BIPV前景广阔薄膜组件蓄势待发

光伏碲化镉薄膜组件行业研究：BIPV前景广阔，薄膜组件蓄势待发一、光伏组件晶硅为主，薄膜组件中碲化镉组件占比最高（一）光伏组件以晶硅组件为主，薄膜组件占比5%左右光伏组件由一定数量的光伏电池片通过导线串并联连接并加以封装而成，承担光电转换的功能，是光伏发电系统的核心组成部分。一般来说，在发电系统中，利用大规模光伏发电组件把太阳能直接转换成直流电，通过直流汇流箱汇总，把400-800V的直流电汇入到光伏逆变器，光伏逆变器将直流电变换成交流电，再通过交流配电柜、升压变压器和高压开关装置接入电网，向电网输送光伏电量，由电网统一调配向用户供电。光伏组件的分类方式多种：

按结构分类：可分为同质结，异质结，肖特基。按使用材料：可分为晶硅组件、非晶硅薄膜组件。按光电转换机理分类：可分为传统光伏组件、激子光伏组件。较常用的分类方式是按照材料分为晶硅组件和薄膜组件，晶硅组件进一步的分为单晶硅和多晶硅，薄膜组件包括碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS），铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓（GaAs）、铜锌锡硫（CZTS）多种。晶硅组件中多晶硅组件占主导地位，技术最为成熟。晶硅组件的光电转化率很高，技术发展较为成熟，设备投资较低，国产设备已经可以满足电池片生产线大部分的需求。薄膜组件是在玻璃、不锈钢等物质表面附上几微米感光材料薄膜，并制作PN结从而形成的太阳能电池。薄膜组件使用材料少、制造工艺简单、耗能少、可大面积连续生产。同时其弱光效应较好，以薄膜太阳能电池为主要部件的光伏系统，能够很好实现光伏建筑一体化，但目前光电转化效率整体偏低。薄膜电池现已发展出包括碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS），铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓（GaAs）、铜锌锡硫（CZTS）等多种技术路线。薄膜组件巅峰时期占据30%市场份额，目前份额被晶硅挤压严重，约占5%。薄膜组件刚刚面世初期，凭借成本优势，上世纪80年代约占30%的市场份额，但由于一直无法突破效率瓶颈，再加上形成规模优势后晶硅价格大幅降低，导致薄膜组件的份额逐渐被挤压。进入90年代之后，晶硅电池在光伏市场中长期占据主导地位，2020年晶硅组件的市场份额约为95%。（二）碲化镉是最主要的薄膜光伏组件，2019年产量快速增长薄膜太阳能电池是在玻璃、不锈钢或塑料衬底上附上非常薄的感光材料制成，制作材料吸光系数很高，从而大大降低了电池整体厚度。薄膜电池现已发展出包括碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS），铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓（GaAs），和铜锌锡硫（CZTS）等多种技术路线。碲化镉是目前为止市占率最高的薄膜组件类型，另外铜铟镓硒薄膜组件也有部分企业在涉足，在国内市场占有一定份额。2020年全球薄膜太阳电池的产能接近10GW，产量约为6.48GW，同比增长5.5%。从产品类型来看，2020年碲化镉薄膜电池的产量约为6.2GW，在薄膜太阳电池中占比为95.7%；铜铟镓硒薄膜电池的产量约为270MW，占比为4.2%；硅基薄膜电池产量10MW，占比不到1%。铜铟镓硒（CIGS）组件是指使用化学物质Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)通过共蒸发或后硒化工艺在衬底上形成吸收层的太阳能电池技术，分为溅射法和共蒸发法两种。前者采用多元素溅射的方式，在柔性衬底上沉积铜铟镓硒功能膜层，后者则通过多元素共蒸发的方式来实现。铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池组件外形美观、性能稳定、环保节能、温度系数低、弱光效应好，总体发电性能优越；广泛应用于大型地面光伏电站以及国内外屋顶光伏电站中，尤其适用于光伏建筑一体化。碲化镉（CdTe）薄膜组件是一种以p型CdTe和n型CdS的异质结为基础，在玻璃衬底上依次沉积多层半导体薄膜而形成的光伏器件。碲化镉薄膜太阳能电池结构比较简单，其由五层结构组成，即玻璃衬底、透明导电氧化层（TCO层）、硫化镉（CdS）窗口层、碲化镉（CdTe）吸收层、背接触层和背电极。相比其他太阳能发电组件，碲化镉组件有以下特点：1)制造成本低。碲化镉薄膜太阳能电池具有较低的制造成本。碲化镉薄膜太阳能电池的简单结构缩短了生产时间，使制造成本明显下降，全流程生产时间小于2.5小时。其次，碲化镉薄膜太阳能电池理论上吸收层厚度在几个微米左右，原材料消耗极少，因而碲化镉电池制造成本较低。2)理论转换效率高。碲化镉薄膜太阳能电池具有最高的理论光电转换效率，约为30%；

实验室最高转换销量22%左右。3)温度系数低。温度系数是指太阳能电池组件输出功率随着工作温度的升高而变化的速率。一般而言，晶体硅太阳能电池组件的温度系数为-0.45%/℃～-0.50%/℃，在光照较好的地区，组件温度会达到50摄氏度，夏天甚至达到70摄氏度。碲化镉组件的温度系数约为-0.25%/℃，更适合于高温等严苛环境。4)环境友好。碲化镉不同于有毒的镉，是稳定的化合物，能被安全使用。碲化镉薄膜组件中碲化镉用量很小，1MW碲化镉组件仅需约250kg的碲化镉。碲化镉组件的其他重金属排放（砷、铬、铅、汞、镍等）也比晶硅组件低。二、BIPV光伏幕墙为薄膜组件提供新的应用场景（一）BIPV给薄膜光伏组件提供新增应用场景光伏电站可分为集中式电站和分布式电站，分布式与建筑结合可进一步分为BIPV和BAPV。根据中国可再生能源学会光伏专业委员会，分布式光伏系统的适用场合可分为三类：①各类建筑物和公共建筑；②偏远农牧区、海岛等少电无电地区；③荒山荒坡、农业大棚或鱼塘禽舍等无电力消费的设施建设。与建筑相结合的分布式光伏系统当中，可分为附着于建筑物上的光伏系统BAPV和与建筑物融为一体的BIPV，其中与建筑融为一体、直接替代原有建筑结构的BIPV有望成为薄膜组件新增的应用场景。与建筑结合的分布式电站包括BAPV和BIPV，光伏幕墙是BIPV重要应用场景：①BAPV

（Buildingattachedphotovoltaics），即光伏系统直接覆盖于建筑物表面，系统与建筑物功能不发生冲突，不破坏或削弱原有建筑物的功能，也称为“安装型”太阳能光伏建筑；

②BIPV（Buildingintegratedphotovoltaics），即建筑材料与光伏器件相结成，用光伏器件直接代替建筑材料，系统作为建筑物外部结构的一部分，既具有发电功能，又具有建筑构件和建筑材料的功能，也称为“构件型”和“建材型”太阳能光伏建筑。光伏幕墙是BIPV的重要应用场景之一，可最大限度利用建筑的外表面。2022年城镇新建建筑中绿色建筑面积占比达到70%，通过光伏建筑一体化开发等方式大力发展绿色建筑和建筑节能。2020年，住建部等7部委发布《关于印发绿色建筑创建行动方案的通知》，以2022年新建绿色建筑占比70%为目标，推动星级绿色建筑持续增加，引导政府投资工程率先采用绿色建材，逐步提高城镇新建建筑中绿色建材应用比例。2021年5月，住建部等15部门发布《关于加强县城绿色低碳建设的意见》，要求大力发展绿色建筑和建筑节能，通过提升新建厂房、公共建筑等屋顶光伏比例和实施光伏建筑一体化开发等方式，降低传统化石能源在建筑用能中的比例。（二）碲化镉薄膜组件透光率高、热斑效应弱，更适用于BIPV幕墙相比于晶硅组件，碲化镉薄膜组件具有弱光效应好、透光率高、可定制化外观、热斑效应弱等特点，相比于晶硅组件更适合用于BIPV，特别是BIPV幕墙。1)弱光效应好。碲化镉薄膜电池的弱光效应是其较于晶硅电池的显著优势。由于碲化镉薄膜电池的光谱响应范围较宽，在清晨、傍晚，还是阴云雨天等弱光环境下都能发电。因此，碲化镉薄膜电池每天具有比晶硅电池长得多的发电时间，其实际发电量要高于晶硅电池。2)透光率高，色彩均匀，可以做个性化外观。薄膜光伏组件可以通过激光细镂空技术提高透光率，并通过UV彩打玻璃叠层技术实现花纹定制，碲化镉薄膜组件色放均匀，整体感强，适合于对美观度要求较高的建筑上使用。晶硅电池较难满足建筑美观性要求。3)热斑效应小，适用于复杂环境。热斑效应是指被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，形成局部高温。对于晶硅太阳能电池，小的遮挡也可引起大的功率损失。严重时，热斑效应可导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、栅线毁坏、封装材料老化等永久性损坏，甚至造成整个太阳能组件的报废或重大火灾。薄膜太阳能电池普遍弱光性能好，所以阴影遮挡对于薄膜电池影响比对晶硅电池小得多，更适合城市内的幕墙发电。三、工商业用户性价比高，2025年有望达到10GW级需求（一）电价差异造成工商业用户安转薄膜组件BIPV的性价比较高性能合适的基础上，用户侧也具备性价比。从性能角度来看，碲化镉薄膜组件凭借弱光效应好、透光率高等特点，适合用于光伏建筑一体化的BIPV。如果从用户角度来看，需要考虑安装碲化镉发电组件的性价比问题，我们通过测算碲化镉薄膜组件相比于普通建筑幕墙玻璃的价值增量，以及每年发电自用的金额，考察性价比问题。依据安徽蚌埠市发布的《薄膜太阳能发电系统与建筑一体化规程》，薄膜组件与建筑一体化的年发电量取决于4个因素：水平面太阳辐照总量、发电组件总面积、组件转换效率、发电系统综合效率。其中各参数的选取：水平面太阳辐照总量：在《规程》中给出指引，安徽蚌埠地区可将辐照总量取为1350千瓦时/平米；发电组件总面积：因为此处计算单位效率、回收期等，可取单位面积1平方；组件转换效率：根据成都中建材、龙焱科技等碲化镉薄膜企业公布的数据，量产组件的转换效率基本达到15-16%左右，实验室转换效率达到20%左右，此处选择15%的转换效率；发电系统综合效率：晶硅组件的综合效率系数可以达到0.75-0.85，薄膜组件相比晶硅组件具有年衰减低、抗遮挡能力强、弱光发电能力强的特点，可以按照0.85的上限选取综合效率系数。根据《薄膜太阳能发电系统与建筑一体化规程》中的指引和薄膜组件企业的组件转换效率情况，我们测算1平米的碲化镉薄膜发电组件，在水平面辐照总量1350千瓦时/平米、转换效率15%、发电系统综合销量0.85的情况下，一年发电量为172千瓦时。一般的玻璃幕墙报价从600-1000元/平米不等，低层幕墙报价大搞在600-700元/平米，高层楼宇幕墙可以达到1000元/平米。碲化镉薄膜组件的幕墙，因为即承担了建筑幕墙的功能，又具备光伏发电的功效，在原有玻璃幕墙的基础上，价值增量约为500-600元/平米。因为，我们选取600元/平米，作为光伏发电功能对应的价值量。价对于光伏发电的收益存在影响，不同电价导致回报率不同。我们选取民用电0.5元/千瓦时、工业用电0.7元/千瓦时、商业用电1元/千瓦时作为测算电价，1平米碲化镉薄膜发电组件每年发电量172千瓦时，全部自用情况下对应节省电费86元、120元、172元，600元的价值增量投资回收期分别对应7年、5年、3.5年，商业用户由于用电成本较高，安装薄膜发电组件的性价比较高，我们预计薄膜组件BIPV或将在工商业率先推进。如果从光伏组件单瓦成本角度考察，600元的价值增量对应每年发电量172千瓦时，全年利用小时数按照1200小时测算，则单瓦价格为600/（172*1000/1200）=4.18元/W。（二）2025年新建建筑有望提供7-10GW需求空间根据上面性价比的分析，工业和商业建筑使用薄膜组件的性价比较高，民用类建筑的投资回收期需要7年，同时民用类建筑的玻璃幕墙本身价格较低，发电组件会使得幕墙的价格增幅较大。因此，我们仅考虑工业和商业建筑两类的需求情况，分别对应城镇生产性建筑和城镇公共建筑。由于碲化镉薄膜组件的应用更适合与建筑幕墙，我们测算未来需求空间时，以建筑的墙面面积为基础；考虑到碲化镉组件的弱光发电性，假设业主可以在东、南、西三面幕墙均采用碲化镉薄膜组件。根据中国工业涂料协会的数据，住宅的外墙面积是建筑面积的0.7倍，内墙为建筑面积的2.5倍，安装薄膜光伏组件的为建筑外墙，我们以此测算各类建筑的外墙面积。住宅层高为2.8-3.2米左右，假设均值为3米，对应外墙面积为建筑面积的0.7倍；写字楼等商业楼宇的层高在3.2-4.2米不等，假设均值为3.8米，则外墙面积为建筑面积的0.9倍；工业厂房层一般5-6米，单层钢结构的厂房层高超过8米，假设均值为6米，则外墙面积为建筑面积的1.4倍。过去5年，公共建筑和生产性建筑复合增长分别为7.8%和7%，保守假设未来值2025年复合增速为5%；假设未来中性情况下30%公共建筑和20%生产性建筑、乐观情况下40%公共建筑和30%生产性建筑安装薄膜发电组件的幕墙，替代东南西三面幕墙，每平米对应143W的装机量。合计来看，中性情况下薄膜组件的安装总量为7.5GW，乐观情况下安装总量为10.8GW。如果考虑现有的建筑替换需求，需求空间将进一步打开。四、碲化镉薄膜组件相关公司相比于晶硅组件，薄膜组件市场参与者较少，单个公司的产能体量也较小。薄膜组件中，碲化镉薄膜组件的相关公司主要有四家，FirstSolar、成都中建材、杭州龙焱科技和广东中山瑞科。从产能体量上来看，国内的三家公司产能相对较小，仍处于扩张期。Firstsolar作为全球最大的碲化镉薄膜组件企业，进入行业时间较早，体量相比国内公司，高出一个数量级。（一）FirstSolarFirstSolar是全球最大的薄膜电池生产企业，公司前身SolarCellInc.成立于1986年，1999年更名为FirstSolar，2006年于纽交所上市，公司总部位于美国亚利桑那州坦普市，生产基地分布在美国、马来西亚、越南等地。目前，Firstsolar占据全球薄膜电池市场份额近85%，在碲化镉薄膜电池领域市占率超过90%。1999年，FirstSolar在美国俄亥俄州匹兹堡市建设第一条试生产线；2004年实现了低成本碲化镉电池的量产，开启了快速产业化扩张；2018年，碲化镉电池出货量约2.7GW，占全球总出货量的99%以上，全球光伏市场占有率约2.5%；2021年6月，FirstSolar宣布投资6.8亿美元，在俄亥俄州建设第三家美国制造工厂，预计于2023年上半年投入使用，全面投入运营后，公司将在俄亥俄州西北部的达到6GW/年的总产能；2021年7月，公司宣布将投资6.84亿美元在印度新建一个完全垂直集成的光伏薄膜太阳能组件制造工厂，并预期于2023年下半年开始运营，设计规模为3.3GW。随着FirstSolar在美国和印度的扩张，2020年产能达到6.3GW；2021年和2022年底分别预计达到8.7GW和9.4GW的产能，2024年产能将翻一番，达到16GW。2019年之后，FirstSolar出售营收占比超30%的运维业务，专注于光伏组件制造。此后FirstSolar的业务已逐渐步入正轨，经营业绩有较大幅度回升，2020年公司实现营收27.11亿美元，净利润3.98亿美元。（二）浙江龙焱能源科技龙焱科技能源公司主营业务主要包括碲化镉薄膜太阳能组件产品研发、生产及销售，光伏应用集成及运营，薄膜组件生产线及技术输出服务等，率先在中国实现了完全自主研发碲化镉薄膜太阳能技术产业化，电池效率达到国内外卓越水平。2014年，龙焱科技的1200mmx600mm的组件达到了13.04%的转换效率；2018年，龙焱科技成功引入深圳市国资委控股的深圳致远投资作为新一轮战略投资，公司产品在BIPV建筑一体化中实现广泛应用；2020年，公司标准0.72㎡组件的稳定后输出功率达到107.8W，全面积光电转化效率15.0%，实验室小面积电池的转化效率已经达到20.3%；

2021年公司产品再度取得突破，高效0.72㎡组件功率委托测试的稳定后输出功率达到116.269W，全面积光电转化效率16.148%。龙焱能源科技多次扩张产能，当前产能预计达到200MW左右。2011年，公司国内第一条拥有完全自主知识产权的全自动碲化镉组件生产线建成投产，设计产能20MW，并在其后五年逐步提升至40MW；

2016年，龙焱能源、深圳赛格等公司共同出资开展“碲化镉薄膜光伏产业基地项目”，建设两条年产能为40兆瓦，共80MW；

2018年12月，新一代碲化镉薄膜光伏组件生产线投产，产能40MW；

2019年1月，浙江浙能龙焱规划了40MW的大尺寸碲化镉组件产能。2021年9月，中国建筑兴业集团与龙焱能源科技签订战略合作协议，共同推动建筑光伏一体化产业。根据协议，双方将发挥各自优势，将中国建筑兴业在建筑幕墙、企业客户资源、项目管理等方面的领先经验，以及龙焱能源在技术研发、生产制造、电站建设运营等方面的技术优势相结合，围绕建筑光伏一体化(BIPV)开展紧密战略合作。中国建筑兴业目前在珠海、上海、水牛城、魁北克设立了4个生产中心，共17条生产线，幕墙年产量超500,000平方米。此次合作，有望推动龙焱能源科技的BIPV项目在较短时间内落地，并在分布式光伏推动政策下持续。（三）成都中建材成都中建材是凯盛科技集团的碲化镉薄膜太阳能电池板经营主体，致力于碲化镉发电玻璃的研发与产业化，高纯稀散金属材料的生产与销售以及光伏系统的设计、安装和运营。主要产品有纯度为5N-7N的碲、镉、锌，5N-6N锑、铟、硒、硫、碲化镉、硫化镉、硒化镉、锑化镉、锑化铟、氧化碲、氧化镓等半导体产品。成都中建材2017年建设了世界第一条拥有自主知识产权工业4.0的年产100MW碲化镉发电玻璃示范生产线，也是世界第一条能够制备大面积碲化镉发电玻璃的生产线，产品单片面积1.92平方米，年发电可达260度左右。2021年3月，成都中建材已实现实验室转换效率20.2%，量产转化效率15.8%，为国际领先水平。公司一条300MW的碲化镉生产线，一年的产量可以安装在200万平方米的幕墙或者屋顶（折合1GW产能对应666万平米幕墙需求），发电3.4亿度，足够10万个家庭使用一年。成都中建材的股东凯盛科技集团在新能源领域，除晶硅组件的光伏玻璃之外，还有铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池板和碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池板业务，处于国内领先地位。（四）广东中山瑞科中山瑞科H