中能传媒能源安全新战略研究院：我国光伏产业链发展现状与形势分析报告

光伏发电系统晶硅组件多晶硅料光伏发电系统晶硅组件多晶硅料50%,系统价格下降47.2%,为光伏发电行业实现平价上网奠定重要基础。一、上游环节发展分析作为光伏晶硅电池的关键原材料，太阳能级多晶硅(以下简称"多晶硅")是由工业硅经过提纯加工而成，纯度一般在99.9999%~99.9999999%之间，导电性能与其纯度呈正相关。"十三五"以来，受下游光伏发电行业飞速增长的装机规模驱动，我国多晶硅行业进入"量价齐飞"的黄金发展期。1.供需：全球最大多晶硅生产基地地。据统计，2021年，我国多晶硅实现年产量50.5万吨，同比增长27.5%,约富。目前，我国保有储存硅石矿150处左右，其中以西北地区最为富足，共计保有矿石储量19.1亿吨，占全国保有矿石储量的48%,利用率为7%。二是我国多晶硅自给能力持续提升。数据显示，国内多晶硅自给率从2010年的47.8%持续提升至2019年的75.4%,对外依存度大幅降低。万吨图22011-2021年我国多晶硅年产量变化等因素叠加影响，2021年，我国硅料市场出现供应失衡，市场成交价一路上业盈利的负面影响，2020年下半年以来，光伏企业纷纷加码新、扩建硅料产2.技术：多晶硅制备以三氯氢硅法为主伏产业发展路线图(2021年版)》,2021年，我国三氯氢硅法制造的棒状硅约占全国总产量95.9%,是我国最主流的多晶硅生产方法。三氯氢硅法的技术及生降低20%～30%左右，尾气更易于回收利用，综合电耗较三氯氢硅法节省40%~50%,为高电价地区寻求更低成本提供了更多选择。由于该工艺中存在使用的硅烷气体较为活泼(安全系数较低)、氢碳等杂质含量难控制等问题，目前还无法实现量产。数据显示，2021年，颗粒硅年产量在全国硅料市场中的市场份额约为4.1%,同比提升1.3个百分点。目前，我国采用硅烷法制多晶硅的企业相对较少，仅协鑫科技能够实现规模化生产，其他企业如陕西天宏硅材料有限责任公司等进展较为缓慢，尚未进入商业化阶段。据协鑫科技发布的预增公告，2021年，其颗粒硅产能为3万吨，其中2万吨已实现满负荷生产，客户包含中环股份、晶科能源、晶澳科技、隆基股份等多家企业。目前，协鑫科技在江苏徐州、四川乐山、内蒙古包头三地设立的颗粒硅项目均已启动建设或扩建，并与其他龙头企业积极开展技术合作，希望加快培育颗粒硅产业生态圈。氢硅法为主，硅烷法颗粒状多晶硅的市场份额有望实现进一步增长，其他新工3.市场：国内马太效应凸显，全球市场话语权不断提升硅产量达万吨及以上企业达到8家，CR[1]5达86.7%,TOP5企业平均产量超过8.5万吨，同比增长27.5%。凭借自身在技术研发及生产技术升级等方面的先发鲁特研究公司(BernreuterResearch)公布的全球多晶硅制造商排名，截至2020年，我国多晶硅产量约占全球总量的80%,全球十大多晶硅生产商中有七图52006-2020年我国多晶硅产能全球占比(二)硅片环节晶硅片，进而用于制造晶硅电池。当前，我国硅片产业在技术、规模等方面，均已占据全球领先地位。1.供需：全球硅片行业主要生产市场在供给端，近年来，我国硅片市场产能、产量持续攀升。据统计，截至2021年，我国硅片年产量22700万千瓦，同比增长40.6%,持续保持高速增长态势。图62011-2021年我国硅片年产量变化片市场需求，驱动我国硅片行业保持较快发展。另一方面，近年来，我国已成为全球硅片行业的主要生产市场。数据显示，我国2021年出口总额达到24.5亿美元，同比上涨38.3%。2.技术：硅片大尺寸薄片化进程加快硅片的生产流程主要分为晶体生产环节和切片环节。其中，晶体生产环节根据不同的生产方式，又可分为拉棒和铸锭。拉棒技术主要分为悬浮区熔法和直拉法两种形式，目前量产的太阳能级单晶硅棒均是通过直拉法生产。铸锭技术是制备太阳能晶体硅的主要技术之一，主要分为全熔铸锭法(以荣德新能源为代表)和半熔铸锭法(以协鑫科技为代表)。很长时间以来，多晶硅凭借成本优势，在我国硅片市场占据主要市场份额。伴随硅料生产工艺及金刚线切割技术的持续提升，单晶硅片成功实现生产成本大幅下降，在光电转换效率、晶体品质和电学性能表现等方面优势凸显。据统计，我国单晶硅片(P型+N型)市场份额从2016年的20%升至2021年的94.5%。与此同时，截至2021年底，我国多晶硅片市场份额约为5.2%,同比下降4.1个百分点。需要说明的是，尽管多晶硅片的市场份额已大幅缩减且位于持续下降通道，其在细分市场仍将保持一定份额，不会被单晶硅片完伴随金刚线切割技术走向成熟，2017年，单晶硅因其均匀质地率先完成金刚线工艺配套，并提前享受到产能提升、成本下降等技术红利，在性价比方面展现出更优表现，砂浆切片技术随之被全面取代。2018年，在黑硅技术逐步成熟及下游黑硅电池生产线规模化投产的带动下，多晶硅片切片基本完成从砂浆切割向金刚线切割转"大尺寸",即单位时间内能够生产更大功率的硅片，是硅片制造端提高产量、降低单瓦非硅成本的重要措施。据CPIA数据，2020年，182mm及210mm硅片的国内市场份额仅为4.5%,在2021年已升至45%,到2022年有望达到75%,大尺寸硅片逐渐占据市场主流。在提升组件功率的同时，硅片大尺寸化趋势也使产品的碎片率显著提升，并增加了绒面尺寸、扩散方阻、镀膜厚度等分布不均问题的出现可能，在一定程度上提高了制备工艺门槛。"薄片化",即通过缩减硅片厚度以减少耗硅量、降低硅料成本，当前已成为硅片环节大热的技术发展方向。据中环股份发布的《关于技术创新和产品规格创新降低硅料成本倡议书》,如产业链内全规格单晶硅片全面从175μm减薄至160μm厚度，预计可节省6.8%的硅料使用量，显著降低硅片前期成本，提升产品市场竞争力。需要说明的是，硅片厚度越小碎片风险越高，可能导致的后端环节制程良率的损失及光伏产品可靠性下降等问题，需要行业持续推进技术研发或完善相关解决方案，才能真正实现薄片硅片的规模化应用。力不断降低而逐渐停产、退出硅片业务，推进行业集中2021年，我国硅片环节产量达500万千瓦以上的企业7家。其中，CR5达84%,TOP5年平均产量超过3800万千瓦，同比增长64.2%。当前，我国硅片产能大多集中在中环、隆基等龙头企业，据两家企业公布的年度报告，2021年，隆基股份单晶硅片年产量7000万千瓦，中环股份的年产量不相伯仲。两家企业的高产能，不仅保证了在市场中与其他企业形成断层式超越，更保证了自身的高利润(三)发展趋势分析1.上游环节全球产业布局进一步向中国集中续的技术更新迭代，我国硅料、硅片环节在技术、度电成本、产品质量等方面相较海外国家具有较大优势。相对较低的电价水平电成本持续下行，推进我国生产优势凸显。另一方面，受新冠肺炎疫情外硅料、硅片企业被迫减产、停产或关闭，也对2.硅料产能持续扩张或将导致产能过剩2021年以来，硅料市场出现持续供应失衡，市场成交价出现持续上涨并传导至为尽量规避市场波动风险，产业链相关企业纷纷布局新、扩建硅料产能，以提前锁定硅料供应规模及价格。据不完全统计，仅2021年我国硅料环节公布的扩产规划总量已超过160万吨，至2022年4月仍有企业持续公布新、扩建产能计划。如这些产能全部如期落地，作为一个产能弹性系数相对较小的行业，多晶硅行业或将出现供过于求、产能过剩情况。3.生产布局向低电价地区转移寻求成本下行硅料环节的生产成本主要由电费、工业硅成本、折旧费、人工成本等构成，其中电费成本占据最高份额，约为30%。受此影响，为进一步压缩生产成本，近年来，硅料、硅片产业持续向电价相对较低的新疆、四川、内蒙古、宁夏等西部地区转移，以期通过节省电费的方式降低度电成本，提高产品市场竞争力。光伏电池片是光伏产业链的核心环节，其光电转换率及发电性能直伏发电项目的整体发电水平和盈利能力。相较于其他环环节技术及生产工艺的更新迭代仍处于较快水平。部分技术路线在关键技术领域的突破，可能导致电池片环节市场格局出现颠覆性变化。近年来，我国电池片产品凭借先进的转换效率和优秀的发电性能表现，市场范围持续扩大，行业发展领跑全球。1.供需：国内外市场需求驱动规模持续攀升在供给端，伴随大型风电、光伏基地的陆续开工，我国电池片国内市场需求持续增长，驱动国内产能持续上升。据统计，2021年，我国电池片年产量19800万千瓦，同比提升46.9%。图92011-2021年我国电池片年产量变化在需求端，除满足国内市场外，我国电池片产品出口规模持续提升。据统计，2021年，我国电池片出口量约1030万千瓦，同比提升14%,出口总额达到13.7亿美元，同比上涨38.2%,创历史新高。2.技术：多赛道"厮杀"难测最终结果从发展周期来看，从最初的BSF到现在的TOPCon、HJT等高效电池片，电池片环节的每一轮技术升级，都为电池片、乃至整个光伏发电行业的发展格局带来新变化。当前，我国光伏电池片依材料类型，主要分为晶硅电池、薄膜太阳能电池两类。其中，晶硅电池在技术和制造工艺方面发展更为成熟，截至2021年底，其国内市场份额约为95%,占据绝对优势。效率极值约29.43%,目前没有技术可达到。按照表面钝化的不同技术类型，晶硅电池主要分为P型电池和N型电池，差别主要在于硅片和电池两个环节。具体BSF电池是我国电池片的初代版本，其量产转换效率约为19.8%,基本达到理论极限水平。数据显示，伴随更高效电池技术的出现，近年来，BSF的市场份额持续下行，截至2020年底全球市场占有率约为8.8%,面临淘汰出局。PERC电池生产工艺相对成熟，从2018年起一直在我国新增产能中占据主要位置，是现行阶段的光伏电池主流类型。数据显示，截至2021年底，PERC电池的量产转换效率达到23.1%,较2020年提高0.3个百分点，逼近其24.5%的效率理论极限。为提升PERC电池转换效率，业内在PERC基础上对技术进一步升级，使转换效率极限实现0.2%～0.3%的提升，其产品被业内称为PERC+。市场占比有望从3%提升至13.4%。TOPCon电池受多因素叠加影响，尚未实现大规模生产。首先，TOPCon电池的生产成本比PERC高出0.08～0.09元/瓦，尤其是在非硅成本方面，TOPCon的浆料用量相当于PERC电池工艺的两倍多，市场竞争处于劣势。其次，TOPCon电池的生产工艺相对复杂，其加工工序为12道(PERC为9道，HJT为4道)且工艺流程尚未定型，导致TOPCon良品率相对较低，无法达到商业化要求，并在一定程度上抬高度电成本。最高转化效率为晶科能源于2022年4月27日公布的25.7%,量产转换效率为24.5%左右，其理论转换率极限为28.7%,存在较大提升潜力。同时，TOPCon的生产工艺具有较大兼容性，可通过在PERC电池产线上增加扩散、刻蚀及沉积等工艺进行直接改造，实现转换效率的大幅提升，并延长存量设备的使用周期，降低前期投资沉没HJT电池是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜制备而成。目前，全国具备整线能力的企业只有迈为股份、捷佳伟创、金辰股份，HJT的产能相对较小，但发展潜力被业内看好。一方面，HJT电池的量产效率于2021年上半年突破24%,当前最高达到了25.62%,距离27.5%的转换效率理论极限还有不小提升空间；另一方面，伴随低温银浆及设备端的国产化替代能力提升，下游对银包铜、电镀等新型金属化技术有望取得新突破，届时HJT生产成本将进一步降低，推动市场竞IBC电池的特点为正负电极全部排列在电池背面，是当前商品化晶硅电池中工艺最复杂、结构设计难度最大的制备方式，这也导致IBC电池技术门槛和资金门槛都相对较高。在研发初期，IBC电池的实验室转换效率已超过25%,由国家电投黄河上游水电开发有限责任公司建设的我国首条量产规模IBC电池及组件生产线电池的量产平均效率已突破24%。从结构上看，其正面无栅线遮挡，相较其他类型可以实现入射光子的更大利用，从而获得更高电流，保证了产品实现更高转换效率。需要说明的是，正面无栅线的结构方式在为IBC带来更高转换效率的同时，也显著提升了制备工艺的技术难度。因此，能够率先实现技术突破、实现IBC电池量产化的企业，有望享受技术红的48%。型p电池型p铝背场电池(AluminiumBackSurfaceField),为改善晶硅电池的效率，在p-n结制备完成后，在硅片的背光面沉积一层铝膜，制备P+层，称为铝背场电池。RearContact),利用特殊材料在电池片背面形成钝化层作为背反射器，增加长波光的吸收，同时增大p-n极间的电势差，降低电子复合，提高效率。23.1%型z电池型zContact),在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。具有本征非晶层的异质结(HeterojunctionTechnology),在电池片里同时存在晶体和非晶体级别的硅，非晶硅的出现能更好地实现钝化效果。交指式背接触(InterdigitatedBackContact),把正负电极都置于电池背面，减少置于正面的电极反射一部分入射光带来的阴影损失。一2014年以来，我国电池片行业42次打破晶硅电池实验室转换效率的世界纪录，并推进光伏组件中的电池成本(含硅部件)占比从2010年的91%下降至2019年p型多晶p型多晶铸淀单是电池-P型单盖TOPCON势在于其生产不受硅料市场供需情况影响，且生产成本较低、电池衰减相对较钙钛矿电池由硅与合成钙钛矿薄膜层串联而成，其成本相对低廉、材料供给充足。据业内估算，目前，钙钛矿电池的单层理论效率可达31%,钙钛矿叠层电池、包括晶硅、钙钛矿的双节叠层转换效率可达35%,且成本仅为晶硅电池的5%左右，其技术稳定后将具备较大市场优势。目前，钙钛矿电池技术还未成熟，在量产条件下其薄膜均匀性尚无法达到稳定，业内企业多处于小规模试验阶段。通过双面(提升功率)、半片(降低功率损失)、叠片/叠瓦(提升功率)等不3.市场：由技术迭代引发的持续竞争作为一个仍在成长中的产业，电池片环节市场份额相对分散，周期内技术路线的优化升级会推动企业排名出现较大变化。受此影响，企业加强垂直一体化布局，行业集中度持续提升。2021年以来，上游硅料环节出现持续性供需失衡，导致市场价格持续上涨并传导至整个光伏产业链。为规避其他环节市场波动带来的影响，2021年下半年以来，多家专业化电池片企业开始强化垂直一体化布局，以降低前期成本，提升企业市场竞争力，稳固市场份额。此外，相较其他环节而言，电池片的行业集中度相对较低。据统计，2021年，我国电池片产量达500万千瓦以上企业7家，CR5达53.9%,同比提升0.7个平均产量超过2100万千瓦，同比提升67.2%,呈现持续提升态企业加强技术创新，抢占市场份额。当前，我国电池片环节正处于市场动荡前期。现行占据主流的PERC技术企业已触摸技术天花板，需要寻求突破或改换路线才能继续占据市场主要份额，反之则有可能被市场淘汰出局。与此同时，以N型电池为代表的高效电池伴随技术革新日渐成熟，正在吸引更多企业布局量产(二)光伏组件环节光伏组件，俗称太阳能电池板，能够提升电池片对周围环境的耐受性和性能表现，有效增长使用寿命。与电池片相对应，光伏组件主要可以分为晶硅组件和薄膜组件两大类。由于其本身并不属于技术密集型产业，在光伏产业链条中，光伏组件环节基本不掌握话语1.供需：年产量连续15年位居全球首位组件年产量比2019年将近翻一番，达到18200万千瓦，同比增长46.1%,创历吉瓦图122011-2021年我国光伏组件年产量变化据统计，2021年光伏组件出口量9850万干瓦、同比增长25.1%,出口总额达到246.1亿美元、同比上涨44.9%,出口额和出口量均创历史新高。另一方面，为据，截至2021年底，我国光伏组件最高功率达到700瓦，比2020年提升100双面(双玻),指对电池板进行封装时，将传统背板替换成玻璃或透明背板，使电池板背面也能吸收地面反射光及空气中的散射光以提高电池转换功率，进而降低光伏项目度电成本。在不同场景下，双面组件的发电效率比传统单面组件高5%～19%。截至2021年，我国双面组件市场份额为37.4%,同比提升7.7个百分点。据业内估算，到2023年，双面组件市场占比有望与传统单面组件达到同一水半片，指用激光沿电池主栅线将电池片切成相同的两个半片电池片后进行焊接并联。与一般电池相比，半片组件由于功率减半，流经电池板的电流也随之减半，内部电流损耗同时出现明显降低。与此同时，得益于独有的电池片串联结构，在出现太阳光遮挡时，半片组件的旁路二极管可以迅速创建替代路径引导电流避开阴影位置，有助于减少电流损失、降低CTM(Cell-to-ModuleLoss)损失、提升组件使用寿命。截至2021年，我国半片组件市场占比达86.5%,同比增加15.5个百分点，成为当前的主流封装模式。叠瓦，指用激光将电池片切割后，利用导电胶替代传统焊带将小电池片层叠焊接成串。由于叠瓦组件的电池片是通过前后叠片的方式进行连接，电池板表面不再有金属栅线，电池片之间也会实现"零间距"。据业内测算，相同版型比较下，叠瓦组件相较其他类型组件能多放置5%的电池片，组件的转换效率大大提高，性能稳定性也会明显提升。同时，叠瓦组件制造工艺中需要的叠瓦胶体印刷机、排版机、激光切片机等设备，以及导电银胶、网版等辅材都是在常规组件生产基础上附加，且只能用于叠瓦制造，导致叠瓦组件的生产成本大大增加，会在一定程度上降低其效率提升的技术优势。多主栅，指将晶硅电池的栅线从2～3根增加到至少4根，以提升组件的转换效率和综合性能。需要注意的是，一方面，因组件面积有限，栅线过于密集会减少晶硅电池受光面积；另一方面，栅线增多，也会导致用于制造栅线的银浆成本提高。因此，栅线的具体布局需要在发电效率与成本、遮光性和导电性能等方面取得平衡。瓦以上企业8家，TOP5企业平均产量超2300万千瓦，同比提升67.4%;TOP5产量合计占年度总产量比重达63.4%,同比提升8.3个百分点。份额，尤其是2021年下半年以来，晶澳科技、隆基股份等多家光伏组件企业逐渐加快垂直一体化布局，向上游环节延伸拓展，希望通过构建可覆盖硅料、硅吸引市场份额加速向头部企业靠拢。目前，组件环节的头部企业排名已相对固化。为提升产品竞争力、进一步抢夺市场份额，组件环节多个头部企业都提出了高于国家质保要求的品牌标准。如隆基股份在2018年已明确，其组件质保期限由25年延长到30年，且首年光衰率控制在2%;晶科能源明确表示，其双面单晶组件和N型组件的保质期为30年，其中N型组件首年衰减不超过1%、线性衰减不超过0.4%。值，市场份额流失逐步加快；另一方面，当前，以182mm、210mm为代表的(三)光伏辅材环节一个完整的光伏组件由电池片、边框、光伏玻璃、胶膜、背板等共同构成。除电池片以外的部分，一般被称为光伏辅材，其性能对于项目的整体发电表现同样具有重要影响。1.光伏玻璃组件在大风、暴雨、冰雹等恶劣天气下还能保持高效、稳定运行。2020年，我价格大涨。为缓解供给紧张，仅2021年，我国光伏玻璃企业就公布扩产项目十2.胶膜的全球市场份额占比合计超过83%,占据绝对主导地位。当前，光伏胶膜主要分与POE混合)等类型。据统计，截至2021年底，透明EVA的国内市场份额达51.8%,白色EVA胶膜国内占比约为23.1%,POE胶膜国内占比约达23.2%。受此外，光伏胶膜行业的技术门槛相对较高，对于醋酸乙烯脂含量、MI等提出了较高要求。如普通光伏级EVA的MI需高于25%,而白色EVA材料的MI范围为6%~15%,其标准存在明显差距。目前，我国具备光伏级EVA生产能力的企业仅为(四)发展趋势分析三、下游环节发展分析(一)逆变器环节为频率可调节的交流电进行并网使用，其性能对于系统的发电效率来，下游光伏发电行业的飞速发展驱动光伏逆变器行业迅速成长，不仅实现了主要材料的国产化替代，还使我国成为全球主要的逆变1.供需：产量规模逐年增长，出货量取决于光伏发电装机需求国光伏逆变器年产量连续突破新高，从2014年的年产量1630万千瓦到2021年超过11080万千瓦。2.技术：单机功率不断提高，功率密度加大，储能逆变器迎来重要发展机遇期类型适用范围优点缺点集中式逆变器适用于(地势平坦地区)集中式光伏电站·技术更成熟(可靠性高)(体积大、重量高)组串式逆变器适用于(丘陵地区)集中式光伏、分布式光伏和户用光伏电站·MPPT跟踪精度高·逆变器与元器件数量多，稳定性较差集散式逆变器适用于集中式光伏发电站性能及价格均介于组串式逆变器和集中式逆变器之间，可靠性有待提升伴随分布式电站装机规模的快速提升，近年来，光伏逆变器日渐成为企业产能增量主流，市场份额持续提升。据统计，截至2021年，我国光伏逆变器市场中，集中式逆变器和组串式逆变器的市场份额分别为27.7%、69.6%,集散式逆变器的市场份额占比相对较小，为2.7%。业内认为，伴随组串式逆变器的功率持续提升、成本继续下行，其市场渗透率有望进一需要，逆变器产品的单机功率将持续提升，并拉动逆变器单瓦成本持续下降。据业内估算，与1兆瓦方阵相比，2.5兆瓦逆变器的使用，可实现100兆瓦电站的初始投资下降1000万元，相当于度电成本下降0.1元/瓦，且直流部分损耗一致。—◆—集中式逆变器组串式逆变器(集中式电站)—集散式逆变器图142021-2030年我国逆变器单机主流额定功率增长趋势处于高速发展阶段，光伏逆变器作为发电核心设备，需紧跟市场发展需求调整产品功能，以抢占更多市场份额。从电网端看，逆变器应更智能化，提升对电量的感知和控制能力，为传统电网消纳、适应新能源电量提供更好支撑；从用户端看，逆变器应为电站安全、高效运行提供更有力技术支持；从组件端看，逆变器应根据市场需求及时迭代，以保障光伏发电行业高质量发展。与此同时，伴随储能行业发展步伐逐步加快，储能逆变器也迎来重要发展机遇期。储能逆变器的作用，主要是将交流电转换成直流电后传输进蓄电池充电储存，在偏远地区或孤岛电网，能为用户提供不间断的电流支持。业内认为，储能逆变器在价格方面能达到普通光伏逆变器的2～3倍，相对较大的盈利空间叠加储能市场的强大需求，将推进储能逆变器实现较大发展。近几年，国内光伏逆变器行业新进入企业大多数以组串式光伏逆变器产品为布局重点，而传统的集中式逆变器厂商也陆续推出了各类组串式产品，组串式光伏逆变器市场的企业竞争逐渐激烈。其中，以华为与阳光电源为代表的企业主打组串式逆变器产品，两者占据了整个光伏逆变器行业的主导地位。业内估算，目前，我国组串式逆变器的市场规模已达到百亿元。点已从产品转向销售渠道、品牌价值等方面；组串式逆变器