淺談光伏產業發展具備的優勢
發布日期：2022-02-23 00:50:00
1、不計回收的全生命周期的能量回收期短
光伏系統能量回收期是指全壽命周期消耗的總能量（包括生產制造、建設和運行）與年能量輸出的比例，取決于兩個方面，一是生產制造技術水平，二是光伏發電量和壽命。據光伏行業協會數據測算，310W（60片）組件從生產到發電總能耗為375kwh。按照2020年平均發電時數1030小時、自用電率7%、電站25年壽命期衰減到80%計，310W電池全生命周期共發電6342kwh，能量回收期約1.5年。2020年大于6000KW火電發電機組供電標煤耗平均305.5g，有效能量利用率僅37.9%。
2、環保清潔效應強
根據測算，制備1W光伏組件綜合能耗為1.21KWh，在年發電時數1030小時下，25年壽命期共發電約20KWh，折合每度電排放二氧化碳量46g。按煤炭含碳量75%、供電標煤耗305.5g計，每度電排放二氧化碳約840g。同時根據國家火電機組外排煙氣污染物排放標準：粉塵10mg/Nm3、二氧化硫30mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3測算，年增加60GW光伏裝機容量，可減少煤炭消耗1890萬噸、二氧化碳4907萬噸、粉塵1930噸、二氧化硫5794噸、氮氧化物9656噸。
到2025年，光伏累計裝機從253GW增加到553GW，年減少二氧化碳排放2.45億噸，占2020年全國二氧化碳排放量98.94億噸的2.5%，具有較好的環境效益。
3、技術進步空間大，成本下降可期
光伏發展史上重大節點的技術進步均源于我國，兩次革命性的突破使成本大幅降低，一是2009年協鑫通過改良冷氫化工藝大幅降低硅料成本，二是隆基股份通過金剛線創新帶來了單晶硅成本大幅下降。
目前，我國已掌握光伏產業核心技術，硅料領域的通威股份，硅片領域的保利協鑫、隆基綠能、中環光伏，電池片領域的通威太陽能、天合光能和晶澳太陽能，光伏組件領域的晶科能源、晶澳太陽能、天合光能以及隆基股份，以及逆變器領域的華為和陽光電源，均擁有全球一流的競爭力和技術水平。唯一競爭的美國光伏技術，采用碲化鎘薄膜組件，成本優勢遠低于國內晶硅技術。
目前，光伏產業新興技術日新月異，變革期不斷縮短。其中硅料單元保利協鑫和陜西天宏研發的顆粒硅技術電耗低，成本不足塊狀硅的50%，存在的雜質含量高，摻雜比例低的問題正在逐步解決。
硅片單元一是正在全面推進大尺寸并形成182(M10)、210(G12)聯盟，組件可用發電面積從35%提到80%，組件功率超過540W，使用G12硅片的組件較166尺寸組件節省成本0.136元/W。2021年M10和G12硅片市占率從2020年1月14%上升到9月43%，166及以下尺寸從93%下降到57%，小于160尺寸快速淘汰。未來166尺寸雖通過設備改造可轉產M10，但約75%的設備更換，成本較高。
據PV Infolink預計2025年市場將全面采用M10及以上硅片，G12占比將提升至 70%。
二是以硼為摻雜元素的P型和以磷為摻雜元素的N型的競爭，2020年主流是P型單晶硅片，銷量占比86.9%，但N型單晶硅片具有少子壽命和電池效率更高、溫度系數低、光衰和弱光性好等優點，其中異質結和TOPCon電池發展迅速，有望成為下一代主流技術，預測到2025年占比將超過20%，2030年超過40%。
同時，光伏產業中非晶硅薄膜技術，因具有自重輕，適應現有建筑物能力強的優勢，一直受到各國關注，最有潛力的是化合物薄膜，美國First Solar碲化鎘理論光電轉化效率超過晶硅，達到32%，實驗室效率22.1%，商業化組件平均效率19%。我國在四川雙流國家機場有示范性設施。銅銦鎵硒薄膜雖轉化效率高，但由于成本高，銦和鎵儲量限制等問題商業化推廣難度較大。國內漢能集團、神華、國家能源集團、中建材凱盛等通過收并購國外技術和自主研發，積累了一定的經驗，如果能實現技術二次開發突破，商業化前景較為廣闊。
初步測算，當硅料價格超過12萬元/t，以漢能收購美國Solar Frontier技術對外公布的成本$0.4/WP，薄膜具備了競爭力。此外，砷化鎵技術，鈣鈦礦也在異軍突起。技術迭代促使生產成本大幅下降，配合火電靈活性改造、儲能技術進步、電網消納比例提升、分布式政策落地實施等利好，未來度電成本將越來越低，《中國2050年光伏發展展望》預測，2025年光伏新增裝機發電成本將低于0.3元/kWh，2035年、2050年降至0.2元/kWh、0.13元/kWh。新技術的商業化應用將帶來以老產能出清為主的行業格局洗牌。
4、分布式光伏發展進入快車道
傳統光伏以集中利用為主，在2010-2015年間，我國集中式光伏電站一直處于投資風口，大批電站項目上馬，主要集中在西部地區，但由于項目過于集中，電網消納困難（據國網測算，電網最大可消納比例約15%。）、高線損（約7%）等問題，出現大量棄光現象。為此，國家密集出臺分布式光伏相關政策，各地加大投資及建設力度，截至2020年底，分布式光伏累計裝機占比31.01%。
2021年6月20日，國家能源局下發《關于組織申報整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》，被視作實現“碳達峰、碳中和”與鄉村振興兩大國家戰略的重要舉措。9月14日，國家能源局正式印發試點名單，全國共有676個縣（市、區）被列為整縣屋頂分布式光伏開發試點。截至2021年10月底，全國累計納入2021年國家財政補貼戶用光伏項目裝機容量13.6GW。按照“十四五”規劃分布式光伏比例40%測算，新增裝機約120GW，投資額近4800億。以分布式光伏托管運維招標均價每年0.035元/瓦計，運維市場空間約210億元。
5、下游利用多樣化，助力多個領域清潔低碳發展
雙碳政策出臺后，各能源消耗行業紛紛制定節能減排措施，尤其是占全國能耗65%的工業部門，其中電力行業積極推進能源體系清潔低碳發展，加大光伏和風電投資力度，加快構建適應高比例可再生能源的新型電力系統，完善清潔能源消納長效機制。交通領域提出打造智慧交通，鼓勵在服務區、邊坡等公路沿線合理布局光伏發電設施，與市電等并網。住建部提出千鄉萬村沐光行動和整縣制光伏發電試點方案。工業領域，工信部鼓勵工業企業、園區建設綠色微電網，優先利用可再生能源。
根據電網規劃，“十四五”期間電網將通過多種途徑解決新能源消納問題，充分利用我國光伏發電在不同應用場景下的跨界融合優勢，實現水光互補、農光互補、漁光互補等應用模式。
一是光伏和制氫技術耦合，充分利用低價值谷電生產氫氣，可以較好地解決鋼鐵和石化行業替代煤炭制氫路線，解決碳排放限制，既實現能源全生命周期清潔化，又有效解決行業發展權，樹立綠色產品品牌。
二是光伏與5G通訊的融合，配套微電網，有效降低電力基礎設施投資成本，支持國內新基建建設。根據規劃，全國至少有1400萬個基站需要新建或改造，以5G基站全網功耗是4G的4.62倍計，可減少電網負荷20GW。
三是光伏建筑一體化（BIPV），充分使用屋面結構面積。2020年全球BIPV總裝機量2.3GW，約占全球光伏市場 1%，成本回收期5-7年。以2020年我國建筑總面積700億平方米，可利用的南墻和屋面面積300億平方米，年新增面積38.5億平方米，10%工商業類建筑配套BIPV計，市場空間約340億元。
按照產業鏈現有用工人數80%計，到2025年可解決就業約2000萬個，增加外匯320億美元，減少二氧化碳排放2.45億噸，經濟性和社會性均比較顯著。
光伏系統能量回收期是指全壽命周期消耗的總能量（包括生產制造、建設和運行）與年能量輸出的比例，取決于兩個方面，一是生產制造技術水平，二是光伏發電量和壽命。據光伏行業協會數據測算，310W（60片）組件從生產到發電總能耗為375kwh。按照2020年平均發電時數1030小時、自用電率7%、電站25年壽命期衰減到80%計，310W電池全生命周期共發電6342kwh，能量回收期約1.5年。2020年大于6000KW火電發電機組供電標煤耗平均305.5g，有效能量利用率僅37.9%。
2、環保清潔效應強
根據測算，制備1W光伏組件綜合能耗為1.21KWh，在年發電時數1030小時下，25年壽命期共發電約20KWh，折合每度電排放二氧化碳量46g。按煤炭含碳量75%、供電標煤耗305.5g計，每度電排放二氧化碳約840g。同時根據國家火電機組外排煙氣污染物排放標準：粉塵10mg/Nm3、二氧化硫30mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3測算，年增加60GW光伏裝機容量，可減少煤炭消耗1890萬噸、二氧化碳4907萬噸、粉塵1930噸、二氧化硫5794噸、氮氧化物9656噸。
到2025年，光伏累計裝機從253GW增加到553GW，年減少二氧化碳排放2.45億噸，占2020年全國二氧化碳排放量98.94億噸的2.5%，具有較好的環境效益。
3、技術進步空間大，成本下降可期
光伏發展史上重大節點的技術進步均源于我國，兩次革命性的突破使成本大幅降低，一是2009年協鑫通過改良冷氫化工藝大幅降低硅料成本，二是隆基股份通過金剛線創新帶來了單晶硅成本大幅下降。
目前，我國已掌握光伏產業核心技術，硅料領域的通威股份，硅片領域的保利協鑫、隆基綠能、中環光伏，電池片領域的通威太陽能、天合光能和晶澳太陽能，光伏組件領域的晶科能源、晶澳太陽能、天合光能以及隆基股份，以及逆變器領域的華為和陽光電源，均擁有全球一流的競爭力和技術水平。唯一競爭的美國光伏技術，采用碲化鎘薄膜組件，成本優勢遠低于國內晶硅技術。
目前，光伏產業新興技術日新月異，變革期不斷縮短。其中硅料單元保利協鑫和陜西天宏研發的顆粒硅技術電耗低，成本不足塊狀硅的50%，存在的雜質含量高，摻雜比例低的問題正在逐步解決。
硅片單元一是正在全面推進大尺寸并形成182(M10)、210(G12)聯盟，組件可用發電面積從35%提到80%，組件功率超過540W，使用G12硅片的組件較166尺寸組件節省成本0.136元/W。2021年M10和G12硅片市占率從2020年1月14%上升到9月43%，166及以下尺寸從93%下降到57%，小于160尺寸快速淘汰。未來166尺寸雖通過設備改造可轉產M10，但約75%的設備更換，成本較高。
據PV Infolink預計2025年市場將全面采用M10及以上硅片，G12占比將提升至 70%。
二是以硼為摻雜元素的P型和以磷為摻雜元素的N型的競爭，2020年主流是P型單晶硅片，銷量占比86.9%，但N型單晶硅片具有少子壽命和電池效率更高、溫度系數低、光衰和弱光性好等優點，其中異質結和TOPCon電池發展迅速，有望成為下一代主流技術，預測到2025年占比將超過20%，2030年超過40%。
同時，光伏產業中非晶硅薄膜技術，因具有自重輕，適應現有建筑物能力強的優勢，一直受到各國關注，最有潛力的是化合物薄膜，美國First Solar碲化鎘理論光電轉化效率超過晶硅，達到32%，實驗室效率22.1%，商業化組件平均效率19%。我國在四川雙流國家機場有示范性設施。銅銦鎵硒薄膜雖轉化效率高，但由于成本高，銦和鎵儲量限制等問題商業化推廣難度較大。國內漢能集團、神華、國家能源集團、中建材凱盛等通過收并購國外技術和自主研發，積累了一定的經驗，如果能實現技術二次開發突破，商業化前景較為廣闊。
初步測算，當硅料價格超過12萬元/t，以漢能收購美國Solar Frontier技術對外公布的成本$0.4/WP，薄膜具備了競爭力。此外，砷化鎵技術，鈣鈦礦也在異軍突起。技術迭代促使生產成本大幅下降，配合火電靈活性改造、儲能技術進步、電網消納比例提升、分布式政策落地實施等利好，未來度電成本將越來越低，《中國2050年光伏發展展望》預測，2025年光伏新增裝機發電成本將低于0.3元/kWh，2035年、2050年降至0.2元/kWh、0.13元/kWh。新技術的商業化應用將帶來以老產能出清為主的行業格局洗牌。
4、分布式光伏發展進入快車道
傳統光伏以集中利用為主，在2010-2015年間，我國集中式光伏電站一直處于投資風口，大批電站項目上馬，主要集中在西部地區，但由于項目過于集中，電網消納困難（據國網測算，電網最大可消納比例約15%。）、高線損（約7%）等問題，出現大量棄光現象。為此，國家密集出臺分布式光伏相關政策，各地加大投資及建設力度，截至2020年底，分布式光伏累計裝機占比31.01%。
2021年6月20日，國家能源局下發《關于組織申報整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》，被視作實現“碳達峰、碳中和”與鄉村振興兩大國家戰略的重要舉措。9月14日，國家能源局正式印發試點名單，全國共有676個縣（市、區）被列為整縣屋頂分布式光伏開發試點。截至2021年10月底，全國累計納入2021年國家財政補貼戶用光伏項目裝機容量13.6GW。按照“十四五”規劃分布式光伏比例40%測算，新增裝機約120GW，投資額近4800億。以分布式光伏托管運維招標均價每年0.035元/瓦計，運維市場空間約210億元。
5、下游利用多樣化，助力多個領域清潔低碳發展
雙碳政策出臺后，各能源消耗行業紛紛制定節能減排措施，尤其是占全國能耗65%的工業部門，其中電力行業積極推進能源體系清潔低碳發展，加大光伏和風電投資力度，加快構建適應高比例可再生能源的新型電力系統，完善清潔能源消納長效機制。交通領域提出打造智慧交通，鼓勵在服務區、邊坡等公路沿線合理布局光伏發電設施，與市電等并網。住建部提出千鄉萬村沐光行動和整縣制光伏發電試點方案。工業領域，工信部鼓勵工業企業、園區建設綠色微電網，優先利用可再生能源。
根據電網規劃，“十四五”期間電網將通過多種途徑解決新能源消納問題，充分利用我國光伏發電在不同應用場景下的跨界融合優勢，實現水光互補、農光互補、漁光互補等應用模式。
一是光伏和制氫技術耦合，充分利用低價值谷電生產氫氣，可以較好地解決鋼鐵和石化行業替代煤炭制氫路線，解決碳排放限制，既實現能源全生命周期清潔化，又有效解決行業發展權，樹立綠色產品品牌。
二是光伏與5G通訊的融合，配套微電網，有效降低電力基礎設施投資成本，支持國內新基建建設。根據規劃，全國至少有1400萬個基站需要新建或改造，以5G基站全網功耗是4G的4.62倍計，可減少電網負荷20GW。
三是光伏建筑一體化（BIPV），充分使用屋面結構面積。2020年全球BIPV總裝機量2.3GW，約占全球光伏市場 1%，成本回收期5-7年。以2020年我國建筑總面積700億平方米，可利用的南墻和屋面面積300億平方米，年新增面積38.5億平方米，10%工商業類建筑配套BIPV計，市場空間約340億元。
按照產業鏈現有用工人數80%計，到2025年可解決就業約2000萬個，增加外匯320億美元，減少二氧化碳排放2.45億噸，經濟性和社會性均比較顯著。
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