中国光伏产业发展路线图

2017-03-30 10:01:07 江苏省企业技术改造协会 13

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一、中国光伏产业发展简况 

二、产业链各环节关键指标 

(一)多晶硅环节 

1、还原电耗 

2、冷氢化电耗 

3、综合电耗 

4、水耗 

5、蒸汽耗量 

6、多晶硅综合能耗 

7、硅耗量 

8、还原余热利用率 

9、各种生产技术市场占比 

10、多晶硅生产线设备投资 

11、人均产出量 

(二)硅片环节 

1、拉棒电耗 

2、铸锭电耗 

3、硅片厚度 

4、铸锭投料量 

5、金刚线切片 

6、铸锭收料率 

7、切割线线径 

8、切割磨料尺寸 

9、单多晶市场份额占比 

(三)电池片环节 

1、各种电池技术平均转换效率 

2、各种电池技术市场占比 

3、电池线人均产出率 

4、电池线设备投资 

5、电池铝浆消耗量 

6、P型电池银浆消耗量 

7、铜电极技术 

8、电池片方块电阻 

9、P型硅电池发射极掺杂技术 

10、N型硅电池发射极掺杂技术 

11、背钝化技术 

12、电池正面细栅线宽度 

13、各种主栅市场份额占比 

(四)组件环节 

1、组件人均产出率 

2、电池到组件封装损失(CTM) 

3、60片电池的组件功率 

4、全片和半片电池组件市场占比 

5、60片和72片组件市场占比 

6、组件封装钢化非镀膜玻璃透光率 

7、组件封装钢化镀膜玻璃透光率 

8、不同盖板材料的市场占有率 

9、不同盖板玻璃厚度的市场占有率 

10、电池片互联技术市场占有率 

11、不同封装胶膜材料的市场占有率 

12、不同封装背板材料的市场占有率 

13、不同边框材料的市场占有率 

14、不同粘接材料的市场占有率 

15、组件关键环节生产效率 

16、电池片厚度 

(五)薄膜太阳能电池 

1、CdTe薄膜太阳能电池转换效率 

2、CIGS薄膜太阳能电池转换效率 

3、GaAs薄膜太阳能电池转换效率 

(六)逆变器和系统环节 

1、不同类型逆变器的中国效率 

2、不同类型逆变器的最大效率 

3、不同功率等级逆变器的市场份额 

4、不同类型逆变器的市场占比 

(七)系统环节 

1、全球光伏新增装机量 

2、国内光伏年度新增装机量预测 

3、国内光伏电站投资成本预期 

4、光伏应用市场 

5、不同系统电压等级的市场占比 


 

中国光伏产业发展路线图

 

 

光伏产业是半导体技术与新能源需求相结合而衍生的产业。大力发展光伏产业对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要意义。我国已将光伏产业列为国家战略性新兴产业之一,在产业政策引导和市场需求驱动的双重作用下,我国光伏产业实现了快速发展,已经成为我国为数不多可参与国际竞争并取得领先优势的产业。光伏产业链构成如图1所示。

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图1光伏产业链构成

 

一、中国光伏产业发展简况

多晶硅方面,2015年我国多晶硅生产保持持续增长势头,全年正常生产的多晶硅企业达16家,产能达19万吨(不含物理冶金法),产量16.5万吨,占全球总产量的47.8%,有4家企业生产规模位居全球前十。2010-2016年我国多晶硅产量如图2所示。

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图2 2010-2016年我国多晶硅生产情况

硅片方面,2015年我国硅片总产能约为64.3GW1,产量约48GW,同比增长26.3%,约占全球总产量的79.6%,全球生产规模最大的前十家企业有九家均位于中国大陆。2010-2016年全国硅片产量如图3所示。

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图3 2010-2016年我国硅片生产情况

注:1我国相关数据仅含中国大陆的生产情况,未含中国台湾地区相关数据,下文同。

晶硅电池片方面,2015年我国电池片总产能约为49GW,产量约为41GW,同比增幅24.2%,产量全球占比约66%,中国大陆有7家企业跻身全球产量排名前十。2010-2016年全国电池片产量如图4所示。

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图4 2010-2016年我国电池片生产情况

组件方面,2015年我国组件总产能71GW以上,组件产量达到45.8GW,其中中国大陆生产组件约为43.9GW,同比增长23.3%,约占全球总产量的69.1%,如图5所示。其中晶体硅组件产量约为45.4GW,约占总产量的99.1%,薄膜组件产量约为300MW,聚光组件产量约为60MW。中国大陆有6家企业位居全球生产规模前十。2010-2016年我国光伏组件产量如图5所示。

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图5 2010-2016年我国光伏能组件生产情况

光伏市场方面,2015年,我国太阳能光伏发电新增并网装机量达到15.13GW,约占全球新增装机量的30%。累计并网容量达43.18GW,同比增长67.3%,首次超过德国成为世界光伏装机第一大国。其中,地面光伏电站37.12GW,分布式电站6.06GW。2010-2016年我国光伏市场情况如图6所示。

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图6 2010-2016年我国太阳能光伏发电逐年装机容量

产品价格方面、晶体硅组件产品价格从2010年的12元/W,下降至2016年的3.2元/W,降幅达到73%,大规模生产的单多晶电池平均转换效率也分别从2010年的17.5%和16.5%提升至2016年的19.8%和18.5%,产品质保期也从过去20年提升至25年甚至30年以上,物美价廉的光伏产品为全球光伏市场发展和应对气候变化做出巨大贡献、光伏产业已成为我国为数不多可参与世界竞争并取得领先优势的产业。

二、产业链各环节关键指标

(一)多晶硅环节2

1、还原电耗

多晶硅还原是指三氯氢硅和氢气发生还原反应生成高纯硅料的过程,其电耗包括硅芯预热、沉积保温、结束换气等工艺过程中的电力消耗。2016年我国多晶硅还原电耗已降至52kWh/kg,未来在大型还原炉的开发和使用、炉内壁材料升级优化、硅管代替硅芯技术、气体配比优化等带动下,到2025年还原电耗有望下降至40kWh/kg。还原电耗变化趋势如图7所示。

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图7 2016-2025年还原电耗变化趋势

2、冷氢化电耗

冷氢化是我国多晶硅工厂普遍采用的生产工艺,其电耗包括物料供应,氢化反应系统、冷凝分离系统和精馏系统的电力消耗。当前、行业冷氢化电耗在9.35kWh/kg-Si左右、预计未来10年冷氢化电耗仍将稳步下降、到2018年有望下降至8kWh/kg-Si以下(如图8所示),技术进步的手段包括反应催化剂的开发、提高工艺环节中热能回收利用率、提高反应效率等。

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图8 2016-2025年冷氢化电耗变化趋势

 

注:2多晶硅生产各环节工序划分、能源消耗种类、计量和计算方法按《多晶硅企业单位产品能源消耗限额》GB29447-执行。

3、综合电耗

综合电耗是指工厂生产单位多晶硅产品所耗用的全部电力,包括合成、精馏、还原、尾气回收和氢化等环节的电力消耗。目前,我国多晶硅平均综合电耗已达到80kWh/kg,部分企业的指标甚至降至70kWh/kg以下。未来随着生产装备技术提升、系统优化能力提高、生产规模增大等,预计未来10年还有27%的下降空间。

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图9 2016-2025年综合电耗变化趋势

 

4、水耗

水耗是指生产单位多晶硅产品所需要补充的水量,水的消耗主要包括蒸发、清洗等。目前多晶硅水耗在0.23t/kg-Si的水平。未来三年,通过余热利用降低蒸发量,精馏塔排出的物料再回收利用,降低残液处理水耗等措施,可将耗水量控制在0.15-0.2t/kg-Si的水平。图10给出了2016-2025年水耗变化趋势。

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图10 2016-2025年水耗变化趋势

5、蒸汽耗量

蒸汽耗量是指生产单位多晶硅产品所消耗的蒸汽量。蒸汽的补充主要用于精馏、冷氢化等环节,受地域气候条件、能源价格及使用能源类别等因素影响,蒸汽消耗数据在不同企业间差别较大,目前蒸汽耗量在30-55kg/kg-Si,随着还原等余热利用率提升,未来10年仍将有20%的下降空间。以2016年为基准,2017-2025年蒸汽消耗变化趋势如下图11所示。

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图11 2016-2025年蒸汽消耗变化趋势

6、多晶硅综合能耗

现有多晶硅企业单位产品能耗限额限定值(冷氢化工艺)≤16.3kgce/kg,多晶硅企业综合能耗先进值为11.8kgce/kg(冷氢化工艺)。随着技术进步和能源的综合利用,到2025年预计每年将按3%-5%比例降低。图12给出了2016-2025年综合能耗变化趋势。

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图12 2016-2025年综合能耗变化趋势

7、硅耗量

硅耗量指生产单位高纯硅产品所耗费的硅量(含合成、氢化工序,外购硅粉、三氯氢硅、四氯化硅等含硅物料全部折成纯硅计算,扣除外售氯硅烷等按含硅比折成纯硅计算,从总量中扣除)。目前,行业硅耗在1.2kg/kg-Si。随着氢化水平的提升,副产物回收利用率的增强,预计到2025年将降低到1.08kg/kg-Si,接近理论值。图13给出了2016-2025年硅耗变化趋势。

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图13 2016-2025年硅耗变化趋势

8、还原余热利用率

还原余热利用率是指回收利用还原工艺中热量占还原工艺能耗比。目前多晶硅行业还原余热利用率在76%,随着多晶硅工厂节能技术的进步,余热利用率有望进一步提升。图14给出了2016-2025年还原余热利用率变化趋势。

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图14 2016-2025年还原余热利用率变化趋势

9、各种生产技术市场占比

改良西门子法生产工艺相对成熟,现在采用此方法生产的多晶硅约占据我国总产量的98%,未来仍将是主流生产工艺。流化床法生产工艺也不断受到重视,预计未来随着陕西天宏和江苏中能等流化床法生产线的量产,颗粒硅的产量占比将会逐步提升。图15给出了2016-2025年多晶硅各种生产技术市场占比变化趋势。

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图15 2016-2025年多晶硅生产技术市场占比变化趋势

10、多晶硅生产线设备投资

随着生产装备技术的进步和工艺水平的提升,改良西门子法多晶硅生产线设备投资成本逐年下降,目前投产的万吨级多晶硅生产线已下降至1.5亿元/千吨的水平。预计未来五年内,千吨投资成本将下降至亿元以下。图16给出了2016-2025年改良西门子法多晶硅投资成本变化趋势。

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图16 2016-2025年改良西门子法多晶硅投资成本变化趋势

11、人均产出量

目前多晶硅生产线人均产出量为18吨/年,随着《中国制造2025》的实施,国内智能制造水平的提升,未来多晶硅工厂的人均产出量将保持稳定提高,到2025年提高到37.5吨/年。图17给出了2016-2025年多晶硅人均产出量变化趋势。

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图17 2016-2025年多晶硅人均产出量变化趋势

(二)硅片环节

1、拉棒电耗

单晶拉棒电耗是指CZ法生产单位合格单晶硅棒所消耗的电量。行业领先水平的拉棒电耗为36kWh/kg(方棒),企业仍在通过优化拉晶炉热场结构、提高投料量(连续加料、双坩埚、液态加料等)、提升拉速等技术降低单晶拉棒生产能耗,预计“十三五”末期,能耗有望下降至31kWh/kg以下。图18给出了2016-2025年拉棒电耗变化趋势。

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图18 2016-2025年拉棒电耗变化趋势

2、铸锭电耗

铸锭是指通过定向凝固等技术生产多晶硅锭。2016年,我国光伏行业多晶铸锭的电耗为8.5kWh/kg,预计未来随着G7机型铸锭炉在2018年的普及,电耗有望下降至7.5kWh/kg,下一代G8机型在“十三五”末普及,电耗可进一步下降至6.8kwh/kg。图19给出了2016-2025年多晶铸锭电耗变化趋势。

 

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图19 2016-2025年多晶铸锭电耗变化趋势

3、硅片厚度

薄硅片有利于降低硅耗和电池成本,但也会降低电池的机械强度。硅片厚度与产品类型及使用需求息息相关。目前,行业单晶硅片平均厚度在160-190μm左右,多晶硅片厚度在185-192μm之间,未来的三年内,硅片厚度变化不会太大。图20给出了2016-2025年硅片厚度变化趋势。

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图20 2016-2025年硅片厚度变化趋势

4、铸锭投料量

我国主要多晶铸锭企业普遍升级至G6铸锭炉系统,单炉投料量已经达到800-890Kg以上,部分企业正在朝着投料量更大的G7系统改进,投料量可以达到1100-1200Kg。2016年行业已经出现G8炉的应用,其投料量可以达到1500Kg以上。预计到2018年,行业新增铸锭炉将为G7、G8系统。图21给出了2016-2025年多晶铸锭投料量变化趋势。

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图21 2016-2025年多晶铸锭投料量变化趋势

5、金刚线切片

金刚线切割技术相对于传统砂浆切割,具有切割速度快、单片损耗低、切割液更环保等优点,目前,在单晶硅领域已经得到广泛应用(如图22),预计到2018年在单晶硅领域全面取代砂浆切片技术。金刚线切割在多晶领域的应用需要解决铸锭过程中形成的碳化硅硬质点和电池工艺的制绒技术问题。目前,多晶硅切片技术仍以传统砂浆切割为主,随着配套工艺的成熟推广,预计到2020年切割设备大规模更新换代,将使金刚线切割成为多晶硅切片主流工艺。

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图22 2016-2025年硅片金刚线切占比变化趋势

6、铸锭收料率

铸锭收料率是指铸锭后得到的方棒量与投料量的比值,当前全融和半融技术的收料率分别在67%和65%左右。随着长晶技术的提升,收料率将会进一步提升。图23给出了2016-2025年多晶铸锭收料率变化趋势。

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图23 2016-2025年多晶铸锭收料率变化趋势

7、切割线线径

切割线直径及研磨介质粒度同硅片切割质量及切削损耗量相关,较小的线径和介质粒度有利于提高产品质量,降低切削损耗和生产成本。目前,行业切片金刚线直径为80μm,预计到2018年可下降至70μm的水平。砂浆切割用的钢线直径下降空间不大,预计到2018年可从现在的115微米下降至110微米。图24给出了2016-2025年切割线径变化趋势。

 

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图24 2016-2025年切割线径变化趋势

8、切割磨料尺寸

目前行业切片用金刚石磨料尺寸在8.5μm左右,预计未来两三年变化不大,但在2018年后有望下降至8μm以下。砂浆切割用的碳化硅磨料尺寸为8.6μm,未来下降空间较为有限。图25给出了2016-2025年切割磨粒尺寸变化趋势。

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图25 2016-2025年切割磨粒尺寸变化趋势

9、单多晶市场份额占比

随着光伏市场的不断发展,高效电池将成为市场主导,单晶硅电池市场份额将会逐步增大,预计到2025年达到48%,其中N型单晶硅电池的市场份额由2016年的3.5%提高到2025年的30%,而多晶硅电池的市场份额将由2016年的80%下降到2025年的48%。

 

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图26 2016-2025年不同硅片市场占比变化趋势

(三)电池片环节

表2主要电池结构及缩写

 

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1、各种电池技术平均转换效率

当前,在“领跑者计划”和产业转型升级的推动下,各种晶体硅电池生产技术呈现百花齐放发展态势,规模化生产的普通结构铝背场单晶和多晶硅电池的平均转换效率分别达到19.8%和18.5%的水平,使用PERC电池技术的单晶和多晶硅电池则进一步使效率提升至20.5%和19%,未来仍有较大的技术进步空间。而N型晶硅电池技术则开始进入小规模量产,技术进展也较为迅速,包括使用PERT技术的N型晶硅电池、HIT等异质结电池和IBC等背接触电池将会是未来发展的主要方向之一。

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表3 2016-2025年各种晶硅电池平均转换效率变化趋势

2、各种电池技术市场占比

BSF电池目前仍占据大部分市场份额,2016年占比为87.8%左右,随着新技术的发展其占比将逐年减少;PERC电池是当前产能最大的高效电池,2016年市场份额占比将达到10%左右,2018年预计将达到20%甚至更多,未来随着各厂家产能建设完成及逐渐释放,PERC电池市场占比将逐年增加,2025年有望达到46%。而双面N型单晶电池、背接触(IBC)电池、异质结(HIT)电池等新兴高效电池也将逐步提高其市场份额。图27给出了2016-2025年不同电池技术市场占比变化趋势。

 

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图27 2016-2025年不同电池技术市场占比变化趋势

3、电池线人均产出率

电池线人均产出主要指产线直接员工的人均产出,不含管理人员。2016年,我国电池产线人均产出率为1MW/人-年,未来光伏制造业将更多向智能制造发展,产线自动化程度不断提升,电池转换效率持续提高,预计2025年每条电池线的人均产出率将比2016年水平提高一倍以上。图28给出了2016-2025年每条电池线的人均产出变化趋势。

 

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图28 2016-2025年每条电池线的人均产出变化趋势

4、电池线设备投资

目前,我国电池产线设备投资成本在60万元/MW,随着关键设备的进口替代不断推进,产线投资成本预计未来10年有37%左右下降空间,到2025年将下降到37.8万元/MW。图29给出了2016-2025年电池线的设备投资成本变化趋势。

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图29 2016-2025年电池线的设备投资成本变化趋势

5、电池铝浆消耗量

铝浆消耗量主要包括晶体硅电池片中铝背场所消耗的铝浆,目前6英寸电池片每片铝浆消耗量在1375mg/片左右,未来随着PERC等工艺技术的大规模应用,片电池的耗铝量仍有较大下降空间。图30给出了2016-2025年铝浆消耗量变化趋势。

 

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图30 2016-2025年铝浆消耗量变化趋势

6、P型电池银浆消耗量

银浆消耗量为电池片上所有的银浆用量,包括正银和背银。2016年6英寸电池片的每片银浆的消耗量行业平均水平在143mg/片左右,用银成本在电池片占比仍较高。目前通过增加主栅数量以及减小细栅宽度可以减少正银消耗量,五主栅等多主栅线技术替代三主栅、四主栅将是未来趋势,并且随着技术路线替代和新科技发展,例如电镀技术、3D打印技术、贱金属栅线技术的发展,银浆消耗量有望在2020年以后下降得更快。图31给出了2016-2025年银浆消耗量变化趋势。

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图31 2016-2025年银浆消耗量变化趋势

7、铜电极技术

由于银价格较高,部分企业积极开发铜替代银的电极技术,铜电极技术的应用目前主要应用在N型电池上,市场占比很小,只有0.1%左右。未来随着HIT电池发展及正面电极金属化技术(电镀技术)进步,铜电极在正面电极上会得到更多应用。图32给出了2016-2025年电池片正面电极市场占比变化趋势。

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图32 2016-2025年电池片正面电极市场占比变化趋势

8、电池片方块电阻

方块电阻是反映太阳电池发射区掺杂浓度的重要指标,硅片掺杂浓度低其方阻值相对高。目前P型电池发射极方块电阻在90(Ω/口)左右,未来随着金属化浆料技术进步和电池效率的提高,方块电阻会不断提高,接触电阻会不断下降。图33给出了2016-2025年电池片发射极方块电变化趋势。

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图33 2016-2025年电池片发射极方块电变化趋势

9、P型硅电池发射极掺杂技术

目前,掺磷的P型硅电池发射极掺杂技术以POCl3气相扩散的均匀掺杂为主,2016年的市场份额占比达到98.2%,未来十年仍将是技术主流。回刻蚀的选择性发射极技术和离子注入掺杂的均匀发射极技术未来会占有小部分市场;激光掺杂的选择性发射极技术在2020年左右可能会出现应用,随着激光掺杂技术逐渐成熟,该种技术将是一种比较有潜力的技术。图34给出了2016-2025年掺磷的P型电池发射极技术市场占比变化趋势。

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图34 2016-2025年掺磷的P型电池发射极技术市场占比变化趋势

10、N型硅电池发射极掺杂技术

BBr3扩散硼掺杂技术是目前N型硅电池发射极掺杂的主流技术,2016年的市场份额占比在90.5%左右,该技术成熟度高,未来仍将是主流技术。随着涂源法硼掺杂和离子注入硼掺杂技术成熟度及可靠性提高,未来会逐渐得到更多应用。图35给出了2016-2025年N型硅电池发射极掺杂技术变化趋势。

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图35 2016-2025年N型硅电池发射极掺杂技术变化趋势

11、背钝化技术

背面钝化技术主要应用在PERC电池或PERT电池上。目前,背面钝化技术主要有PECVDAlOx+盖层和ALDAlOx+盖层两种。其中PECVDAlOx技术采用相对的成熟的PECVD沉积设备,当前应用比较多,2016年市场占比在90%左右,未来预计仍会占据较大市场份额;ALD沉积工艺有更精确的层厚控制和更好的钝化效果,但受限于目前设备的产能效率及成本,还需要进一步提升设备及工艺成熟度。图36给出了2016-2025年背面钝化技术全球市场占比变化趋势。

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图36 2016-2025年背面钝化技术全球市场占比变化趋势

12、电池正面细栅线宽度

晶体硅太阳电池正面金属化电极由用于汇流、串联的主栅线和载流子收集的细栅线组成。在保持电池串联电阻不提高的条件下,减小细栅宽度有利于降低对太阳光的遮挡减少正银用量,随着浆料技术和印刷工艺的进步,细栅宽度仍会保持一定幅度地下降。目前,栅线宽度一般控制在50μm,预计未来还有48%的下降空间,到2025年下降到26μm左右。细栅宽度的下降将得益于浆料技术及印刷设备精度的提升,印刷设备精度将由目前的±10μm,提高到±5μm。图37给出了2016-2025年正面金属化参数变化趋势。

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图37 2016-2025年正面金属化参数变化趋势

13、各种主栅市场份额占比

2016年,我国电池片仍以3主栅和4主栅工艺为主,其中4主栅电池片市场占比在60%左右,3主栅电池片市场占比接近30%。在不影响电池遮光面积及串联工艺的前提下,提高主栅数目有利于减少电池功率损失,提高电池应力分布均匀性以降低碎片率。同样60片电池片的组件,5主栅技术相对4主栅技术可以提高2-3W的组件功率,有利于成本下降。随着工艺技术成熟及设备升级,5主栅技术将成为主流,而早期的3主栅技术会逐渐被淘汰,4主栅技术可能仍会占据一定市场份额。图38给出了2016-2025年各种主栅市场份额占比变化趋势。

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图38 2016-2025年各种主栅市场份额占比变化趋势

(四)组件环节

1、组件人均产出率

2016年,我国自动化水平比较高的组件工厂人均产出率为1.5MW/人-年,随着《中国制造2025》的推进,产线自动化、数字化和智能化水平提高,未来人均产出率将不断提升,有望提升至3MW/人-年。图39给出了2016-2025年组件工厂人均产出变化趋势。

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图39 2016-2025年组件工厂人均产出变化趋势

2、电池到组件封装损失(CTM)

CTM值(CellToModule)为衡量电池封装成为组件带来的效率损失,即用组件输出功率与电池片功率总和的百分比来表示,该指标值与电池种类、盖板玻璃的透光率、封装材料的光学特性、封装工艺等因素相关,CTM值越高表示组件封装功率损失的程度越小。目前,组件的CTM都在95%以上。随着采用组件光线陷光技术、半片及叠片等电池技术,以及高透光率玻璃、反光焊带等封装材料技术,CTM有望继续提升。图40给出了2016-2025年电池到组件封装损失(CTM)变化趋势。

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图40 2016-2025年电池到组件封装损失(CTM)变化趋势

3、60片电池的组件功率

2016年,主流的60片多晶和单晶电池组件功率已分别达到265W和280W,使用PERC技术的单晶和采用黑硅技术的多晶电池组件功率则可达到290W和270W,N型硅PERT电池、异质结电池则可达到290W和305W,未来十年,随着技术的进步,各种电池组件基本上以每年一个档位(5W)的增加速度向前推进。

表4 2016-2025年60片电池片的组件功率变化趋势

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4、全片和半片电池组件市场占比

目前,全片电池片的组件占据市场绝大部分份额,市场占比接近99%,未来仍是市场主流。半片或更小片的电池片组件的功率封装损失更小,未来半片及更小尺寸电池片应用市场份额占比会上升。图41给出了2016-2025年全片和半片电池组件市场占比变化趋势。

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图41 2016-2025年全片和半片电池组件市场占比变化趋势

5、60片和72片组件市场占比

2016年,60片组件仍然是市场主流,市场占有率达到近65%,但72片组件功率较大,可节省安装空间,有利于在场地较为平缓的地区使用,预计未来这两种组件仍将共存。其他应用于特殊场合的定制化组件也会受到重视。图42给出了2016-2025年60片和72片组件市场占比变化趋势。

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图42 2016-2025年60片和72片组件市场占比变化趋势

6、组件封装钢化非镀膜玻璃透光率

钢化非镀膜玻璃的透光率是指在AM1.5光谱环境下,对300-1200nm波长可见光平均透光率。目前钢化非镀膜玻璃的透光率在91.5%左右。按照现有工艺技术水平,未来10年还能有0.5个百分点的提升空间。图43给出了2016-2025年组件封装钢化非镀膜玻璃透光率变化趋势。

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图43 2016-2025年组件封装钢化非镀膜玻璃透光率变化趋势

7、组件封装钢化镀膜玻璃透光率

目前钢化镀膜玻璃的透光率在94%左右。随着工艺进步,透光率仍有一定增长空间,预计到2020年透光率有望达到94.5%。图44给出了2016-2025年组件封装钢化镀膜玻璃透光率变化趋势。

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图44 2016-2025年组件封装钢化镀膜玻璃透光率变化趋势

8、不同盖板材料的市场占有率

2016年正面为减反射镀膜盖板玻璃的组件市场占有率大概在84%左右,正面为非镀膜盖板玻璃的组件占到16%左右;未来自清洁镀膜盖板玻璃作为前盖板材料的应用会逐渐增多,尤其在双玻组件的应用上。图45给出了2016-2025年不同盖板材料的组件市场占有率变化趋势。

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图45 2016-2025年不同盖板材料的组件市场占有率变化趋势

9、不同盖板玻璃厚度的市场占有率

2016年,组件前盖板玻璃厚度仍以3.2mm厚度为主,厚度为4.0mm盖板玻璃的组件仍有部分市场占有率;未来前盖板玻璃厚度呈逐渐下降的趋势,主流组件前盖板厚度将由3.2mm过渡到2.5mm,到2020年左右2.0mm厚度的玻璃也将得到更多应用。图46给出了2016-2025年不同前盖板玻璃厚度的组件市场占比变化趋势。

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图46 2016-2025年不同前盖板玻璃厚度的组件市场占比变化趋势

10、电池片互联技术市场占有率

焊带仍是最主要的电池片互联材料,2016年含铅焊带作为电池片互联材料的市场份额占比接近100%,随着对环保的重视力度不断加大,不含铅焊带将是未来发展趋势。而像导电胶互联、smartwire以及MWT等互联技术未来也会得到更多应用,通过互联技术提高电池性能、降低成本将是未来技术发展的主要方向。图47给出了2016-2025年不同电池片互联技术市场占有率变化趋势。

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图47 2016-2025年不同电池片互联技术市场占有率变化趋势

11、不同封装胶膜材料的市场占有率

当前EVA胶膜占封装材料大部分市场份额,约占93%,但随着新型材料的推广该比例将逐年减少。POE胶膜目前已开始大规模使用,2018年市场份额占比达10%,预计未来市场占有率将进一步扩大。而PVB胶膜主要应用在双玻组件上,随着双玻组件的发展,其市场份额也将有所提升。图48给出了2016-2025年不同封装胶膜材料的市场占有率变化趋势。

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图48 2016-2025年不同封装胶膜材料的市场占有率变化趋势

12、不同封装背板材料的市场占有率

2016年,背板材料可大概分为TPT背板和非TPT背板(包括TPE背板、APA背板、TPA背板等),2016年非TPT背板市场份额占比将超过80%,预计未来几年市场份额将有所下滑,但仍将保持市场主流地位;TPT背板2016年市场份额占比预计将达到14%,但由于其价格相对较高且下降幅度有限,未来市场份额将逐年下滑。玻璃背板由于其突出的耐久性优势,将是未来背板材料重要发展方向。图49给出了2016-2025年不同封装背板材料的市场占有率变化趋势。

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图49 2016-2025年不同封装背板材料的市场占有率变化趋势

13、不同边框材料的市场占有率

目前边框材料主要还是铝型材边框,2016年市场份额占比接近100%,未来使用铝材边框仍是市场主流。塑料及其他材料边框是未来重点研究方向,随着高分子材料及新材料的发展及应用,预计2025使用塑料及其他材料边框的市场份额占比将达到接近15%。图50给出了2016-2025年不同边框材料的市场占有率变化趋势。

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图50 2016-2025年不同边框材料的市场占有率变化趋势

14、不同粘接材料的市场占有率

边框与玻璃间粘接目前主要采用硅酮胶作为粘接封装材料,预计2016年硅酮胶作为粘接封装材料的市场份额约97%左右,未来仍是市场主流。胶带目前已经有企业开始使用,未来市场份额会逐年上升。图51给出了2016-2025年不同粘接封装材料市场占有率变化趋势。

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图51 2016-2025年不同粘接封装材料市场占有率变化趋势

15、组件关键环节生产效率

组件生产中较为关键的环节即为串焊和层压环节,以2015年的生产效率为基准,2016年串焊效率和层压效率均将有不同程度的提升,未来一段时间内,随着设备性能的提升以及工艺的进步,生产效率仍有较大的提升空间。图52给出了2016-2025年组件关键环节生产效率变化趋势。

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图52 2016-2025年组件关键环节生产效率变化趋势

16、电池片厚度

考虑到层压时的碎片率问题,组件厂商对电池片的厚度要求相对保守。组件厂可接受的最小多晶硅电池或硅片的厚度在未来三年内可能仍保持在180微米左右,而单晶硅电池则有逐步降低的趋势,如下图所示。图53给出了2016-2025年组件对电池片厚度要求变化趋势。

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图53 2016-2025年组件对电池片厚度要求变化趋势

(五)薄膜太阳能电池

薄膜太阳能电池理论效率高、材料消耗少、制备能耗低,主要包括硅基薄膜、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)等。硅基薄膜电池目前由于技术提升空间有限,企业相继退出、减产,或将硅基薄膜组件用于具有更高附加值的光伏建筑一体化领域。CIGS及CdTe电池目前实验室最高转换效率分别达到22.6%及22.1%,组件全面积转换效率均已超过16%,技术上仍有提升空间,且产业化技术逐步成熟,发展前景看好。此外,具有超高转换效率的GaAs电池,在特殊的应用场景具备很大的发展潜力,但是目前由于成本较高,还未实现大规模量产。

1、CdTe薄膜太阳能电池转换效率

表5 2016-2025年CdTe薄膜太阳能电池转换效率变化趋势

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数据来源:龙焱能源及国内其他CdTe企业(不考虑firstsolar)

2015年全球具备规模生产碲化镉太阳电池的企业仍只有三家:美国的FirstSolar、德国的Calyxo和中国的龙焱能源科技。预计2016年中国CdTe组件量产平均效率将超过13%,2020年量产平均效率将超过16%。

2、CIGS薄膜太阳能电池转换效率

表6 2016-2025年CIGS薄膜太阳能电池转换效率变化趋势


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小电池片实验室最高转换效率(%)

2015年全球具备CIGS生产规模的企业包括日本SolarFrontier、中国汉能等。2016年,CIGS小面积(1cm2)转换效率已提升至21%,15.89cm2小组件面积的转换效率达到18.7%。量产的玻璃基CIGS组件最高转换效率将超过16.5%,柔性CIGS组件量产平均转换效率超过16.0%。预计到2020年,CIGS小电池片的实验室效率有望达到23.5%,全面积组件超过18%的效率。未来,随着大面积均匀镀膜、快速的工艺流程以及更高效的铜铟镓硒镀膜设备的开发、组件效率的提升、生产良率的提高、规模经济效益的发挥等因素带动下,CIGS薄膜电池有进一步的成本下降空间。

3、GaAs薄膜太阳能电池转换效率

表7 2016-2025年GaAs薄膜太阳能电池转换效率变化趋势

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由于该领域的设备及技术独特性,进行研发的研究机构及企业较少,国内目前主要有汉能、国电科环、厦门乾照、天津十八所等几家企业在研究。预计到2017年,双结电池研发效率达到32.5%左右,三结电池的研发效率大于35%。

(六)逆变器和系统环节

1、不同类型逆变器的中国效率

逆变器的发电效率会直接影响光伏发电系统的整体发电量,而随着工作电压和负载率的不同,逆变器的转换效率会在不同工况下有较为明显的差异,仅以某一下测得的最大效率来衡量逆变器发电性能的好坏会存在一定的片面性。因此,欧美等国家发布和实施了相关的标准和法规,分别推出欧洲效率和加州效率,即通过不同输出功率条件下的逆变器发电效率配以不同加权系数来模拟真实使用环境,用于综合评价光伏逆变器发电效率。由于我国太阳能资源条件与欧美相差较大,欧洲效率或加州效率不能完全适用于我国使用要求。中国效率是在借鉴欧美地区光伏逆变器效率评价方式的基础上,从我国太阳能辐照条件出发,优化了不同负载率下逆变器效率的权重系数,并进一步结合了对逆变器实际发电量有重要影响的MPPT效率之后,在不同输入电压条件下所得出的平均加权总效率。中国效率可以更加全面的评价逆变器的发电效率以及逆变器对发电量的影响。

2016年,集中式逆变器的中国效率平均在98.2%左右,集散式逆变器的中国效率平均在98.3%左右,组串式逆变器的中国效率平均在98.3%左右。逆变器内部的功率半导体器件,磁性器件在工作过程中所产生的损耗,是影响逆变器效率的重要因素,随着未来硅半导体功率器件技术指标的进一步提升,碳化硅等新型高效半导体材料工艺的日益成熟,磁性材料单位损耗的逐步降低,并结合更加完善的电力电子变换拓扑和控制技术,中国效率指标未来仍有进一步提升的空间。图54给出了2016-2025年不同类型逆变器中国效率变化趋势。

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图54 2016-2025年不同类型逆变器中国效率变化趋势

2、不同类型逆变器的最大效率

逆变器在某一特定输入电压条件,特定负载率条件下,会测得一个效率最大值,即逆变器最大效率。最大效率表征了逆变器所能达到的一个效率极值,也是代表逆变器技术发展水平的一个重要指标。目前,集中式逆变器、集散式逆变器和组串式逆变器的最大效率均已达到99%,其未来的变化趋势与中国效率的提升趋势基本相同。图55给出了2016-2025年不同类型逆变器的中国最大效率变化趋势。

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图55 2016-2025年不同类型逆变器的中国最大效率变化趋势

3、不同功率等级逆变器的市场份额

大型地面电站当前采取的主流1MW方案将逐渐减少,逐步向2MW甚至3MW的方向发展,以期进一步降低系统成本。分布式电站采用的逆变器率等级也将逐渐从40kW/50kW向更高功率等级的方向发展。户用逆变器市场份额也将逐步增加,功率段主要在5kW-10kW。微型逆变器的市场份额随着户用系统及民用产品的增加也在逐渐增加。图56给出了2016-2025年不同功率等级逆变器市场占比变化趋势。

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图56 2016-2025年不同功率等级逆变器市场占比变化趋势

4、不同类型逆变器的市场占比

随着大规模并网电站占比的下降,集中式逆变器的市场占有率也会逐年下滑。集散式方案凭借其可实现大容量和多路MPPT跟踪优势,未来市场应用会逐年增加并占据一定市场份额。分布式市场正在快速崛起,组串式机型(包括单相和三相)的应用会越来越多。微型逆变器在国内市场应用较少,未来的应用会随着户用市场及民用市场的发展逐渐增加。图57给出了2016-2025年不同类型逆变器的市场占比变化趋势。

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图57 2016-2025年不同类型逆变器的市场占比变化趋势

(七)系统环节

1、全球光伏新增装机量

虽然国内光伏新增装机量未来两三年出现政策性调整较大,但随着全球气候协议《巴黎协定》落实以及光伏发电LCOE的不断下降,光伏发电应用地域和领域将会继续扩大,全球光伏市场将会逐年增加。以彭博、Energytrend、Gartner等机构预测的最低值作为保守形式、最高值作为乐观情形进行未来市场规模预测,2016全球光伏年度新增装机有望达到70GW以上,如下图58所示,2016-2020年间全球光伏市场将以9%复合增长率继续扩大市场规模。

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图58 2016-2025年全球光伏年度新增装机

2、国内光伏年度新增装机量预测

2016年国内新增装机量达到34.54GW,2017年,保守的情境下2016年确定的普通电站、领跑者基地和光伏扶贫指标等基本完成建设,加上部分2016年未批先建项目,预计新增装机量可达到20GW以上,且2017年光伏上网电价调整将是大概率事件,将不排除再次发生抢装,乐观情境下2017年新增装机量可达到30GW。考虑到光伏发电“十三五”规划目标为累计装机110-150GW,且有电价下降、补贴延迟发放、弃光限电等问题,预计2018-2020年保守情况下国内市场规模在10GW左右,但随着分布式发电的崛起,乐观情况下可到20GW。2020年后,电改开始见成效,光伏发电在部分地区具备竞争力的市场恢复到较高装机水平,但受电力市场需求影响,光伏市场将处于相对平稳发展状态。图59给出了2011-2015年国内光伏年度新增装机规模以及2016-2025年新增规模预测。

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图59 2011-2015年国内光伏年度新增装机规模以及2016-2025年新增规模预测

3、国内光伏电站投资成本预期

光伏发电系统投资主要由组件、逆变器、支架、电缆等主要设备成本,以及土建、安装工程、项目设计、工程验收和前期相关费用等部分构成。虽然电缆、建安等投资下降空间不大,但组件、逆变器等设备成本仍有一定下降空间,而接网、土地、项目前期开发费用等不同项目差别较大,这里取典型值计算。2016年,系统投资平均成本为7.3元/W左右,到2017年可下降至6.9元/W以下,到2020年可下降至5.7元/W。如若能有效降低土地、电网接入以及项目前期开发费用等非技术成本,至2020年电站系统投资可有望下降至5元/W以下。考虑到未来部分电站为了提高发电小时数,可能会引入容配比设计、跟踪系统、智能化运维等,投资成本可能会提升,但发电成本总体会呈现下降趋势。图60给出了2016-2025年大型地面电站投资成本变化趋势。

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图60 2016-2025年大型地面电站投资成本变化趋势

4、光伏应用市场

2016年分布式发电装机容量达到4.24GW,市场份额占比预计达到12%,而大型地面电站仍将是主流,预计占比在85-90%。预期2017年,随着扶贫电站的建设,以及可能的电价政策调整利好分布式,分布式光伏装机有望达到6GW以上,预计占比超过20%,而2016年下发的领跑者基地、普通光伏电站及扶贫电站建设,大型地面电站占比仍将在78%以上。2018年之后,分布式电站在国家相关规划引导下占比将会快速增大,但考虑到安装空间、商业模式等问题,大型地面电站在特高压输电建设、电改以及光伏+等因素驱动下,仍将占据一定市场空间。同时,光伏发电作为可移动电源,也将在消费品领域得到较大应用。图61给出了2016-2025年不同类型光伏应用市场变化趋势。

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图61 2016-2025年不同类型光伏应用市场变化趋势

5、不同系统电压等级的市场占比

2016年,光伏电站建设仍主要以1000V系统为主,占比90%以上,但未来随着光伏应用多样化,占比将逐年降低。1500V系统可有效降低线损等,已经有部分地面电站开始使用,未来将逐渐在地势一致性较好的地面电站上成为主流。其他系统电压主要包括工商业分布式系统电压及户用系统电压,随着分布式光伏电站的发展,其他电压系统等级的市场份额将逐渐增加。图62给出了2016-2025年不同系统电压市场占比的变化趋势。

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图62 2016-2025年不同系统电压市场占比的变化趋势

6、跟踪系统市场占比

跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统,其中单轴跟踪系统又分为平单轴和斜单轴。当前跟踪系统市场主要以单轴跟踪系统为主流,2016年跟踪系统的市场份额占比接近5%,未来光伏电站配套跟踪系统将是行业发展一个重要方向。图63给出了2016-2025年跟踪系统市场占比的变化趋势。

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图63 2016-2025年跟踪系统市场占比的变化趋势




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