1.2 太阳能光伏发电现状与发展前景
太阳能光伏发电最早可追溯自1954年由贝尔实验室所发明出来的太阳能电池,当时研发的动机只是希望能为偏远地区提供电能供给,那时太阳能电池的效率只有6%。从1957年苏联发射第一颗人造卫星开始,一直到1969年美国宇航员登陆月球,太阳能光伏发电技术在空间领域得到了充分发挥,在其他领域也得到了越来越广泛的应用。
1.2.1 世界光伏发电的发展现状
1.2.1.1 发展综述
受欧债危机等影响,传统光伏装机大国如德国、意大利等普遍下调补贴费率,但在2012 年全球仍新增光伏装机容量29.7GW,同比增长3.6%。从装机分布看,欧洲新增光伏装机量约为18.2GW,其中德国以7.6GW 的装机容量重回全球首位,同比增长2%;意大利则由2011的全球第一下滑至2012年的全球第四,装机量3.0GW。与此同时,全球光伏装机市场发展重心逐渐向新兴光伏国家倾斜,中、美、日光伏市场正在加快崛起。中国在2012 年的新增光伏装机容量达到4.5GW,同比增长66.7%,成为仅次于德国的全球第二大光伏市场;美国以3.3GW 的装机容量位居全球第三,同比增长78.6%;日本光伏应用市场延续了2011 年的上升势头,光伏新增装机容量近2.0GW,约占全球新增光伏装机市场的6%,同比增长53.8%。截止到2012 年底,全球光伏累计装机容量突破100GW。
1.2.1.2 全球光伏制造业发展现状
(1)多晶硅行业
从产量看,多晶硅产量保持平稳发展。2012 年全球产能达40 万吨,同比增长20%,产量约23.4 万吨。其中,电子级多晶硅产量约2.5万吨,其余为太阳能级多晶硅。受供需关系所影响,多晶硅价格下降较快,全球多晶硅价格降幅达30% 以上,至2012 年底,多晶硅现货价格仅约为16 美元/千克。从区域发展角度看,全球多晶硅进入四国争霸阶段。2012 年,我国以7.1 万吨的产量位居全球首位,美国以5.9 万吨位居第二,韩国、德国和日本产量分别为4.1万吨、4万吨和1.3万吨。其中,我国和韩国主要生产太阳能级多晶硅,日本主要供应电子级多晶硅,美国和德国则兼而有之。而在产能方面,我国以19万吨的产能稳居全球第一,美国以8.6 万吨的产能位居第二,韩国以5.7 万吨的产能位居第三,德国和日本约为5.5 万吨和1.9 万吨。从发展势头看,逐渐形成中、美、韩、德四国拉锯,日本则盯紧电子级多晶硅这一细分市场。
从企业发展角度看,全球多晶硅产业集中度趋高。全球前十家多晶硅产量排名如表1-3所示,德国Wacker公司以3.8 万吨的产量位居全球首位,我国江苏中能公司以3.7万吨的产量位居次席,韩国OCI、美国Hemlock 和美国REC 公司分别以3.3万吨、3.1万吨和2.1万吨位居三到五位。前十家多晶硅产量已占据全球多晶硅总产量的79%。号称“四大金刚”的前四家多晶硅企业产能占全球的45%,产量则占据全球的59.4%。
表1-3 2012 年全球十大多晶硅企业产量情况
(2)硅片行业
产业规模保持平稳发展,产业集中度不断提高。2012年,全球硅片产能超过60GW,同比增长7.1%,每瓦耗硅量已下降至6g/W以下,部分企业的耗硅量已下降至5.2g/W。2012 年硅片产量保持平稳,达36GW,与2011年基本持平。图1-14所示为2007~2012 年全球硅片产能/产量情况,从图中可以看出,近年来硅片产量的增长由前几年的快速增长转至平稳发展。从发展区域看,全球硅片产量逐渐集中在亚太地区,尤其是我国,我国硅片产能已超过40GW,占据全球总产能的67% 以上,2012 年全球硅片产量主要分布在:中国大陆、中国台湾地区、日本、韩国和欧洲等国家和地区。表1-4所示为2012 年生产规模最大的前十家硅片企业的产能情况,从表中可以看出,这十家硅片产能达26GW,产量达16.6GW,约占全球总产量的46%。其中中国大陆占据7 家,这7 家硅片企业的产能也占据了前十大硅片产能的75%,最大的保利协鑫硅片产能已达8GW,产量达5.6GW。
图1-14 2007~2012 年全球硅片产能/产量情况
表1-4 2012年全球主要硅片企业产能/产量情况 单位:MW
(3)电池片行业
全球电池片生产规模保持增长势头。2012年,全球太阳能电池片产能超过70GW(含薄膜电池),产量达37.4GW,与2011 年的35GW 相比,同比增长6.9%。2005~2012 年全球电池片产量情况如表1-5所示。在电池种类上,晶体硅电池产量约为33GW,薄膜电池约为4GW,聚光电池约为100MW。在区域分布上,中国大陆以21GW产量位居全球首位,接下来分别为中国台湾、日本、欧洲、美国等国家或地区。值得关注的是,由于2012年美国对中国大陆生产的晶硅电池片征收23%~249%不等的关税,部分中国大陆企业纷纷通过使用中国台湾等第三方电池片,以规避美国“双反”征税,促使中国台湾等地区的晶硅电池片快速发展。尤其是中国台湾地区,依托于自身强劲的半导体产业基础,再加上美国“双反”的有利因素,使其产量同比增长达22%,远高于全球增幅。
表1-5 2005~2012 年全球太阳能电池片产量 单位:MW
产业集中度略有提高。从生产企业看,全球前十家企业电池片产量达到14.6GW,约占全球总产量的39%,同比增长2 个百分点。在电池类型上,九家为晶硅电池生产企业,只有美国First Solar 一家薄膜电池企业(CdTe 薄膜电池)。在区域布局上,中国大陆和中国台湾地区共占据8 席,另外两家分别为美国First Solar 和韩国韩华集团(韩华集团2012 年收购德国最大电池片生产企业Q-Cells 的晶硅电池业务,其总产能达到2250MW),其中中国英利以2GW 的产量位居全球首位,其晶硅电池片产能也已达到2450MW,美国First Solar 公司则以1.9GW 的产量位居第二(主要是CdTe 薄膜电池),而中国晶澳则以1.8GW的产量位居全球第三,其产能也已达到2.8GW。具体详见表1-6。
表1-6 2012 年全球主要电池片企业产能/产量情况 单位:MW
(4)电池组件行业
组件产量依然保持平稳增长势头。2012 年产能达70GW,同比增长11.1%,产量达37.2GW,同比增长6.3%。从区域看,中国依然是太阳能电池组件的最大生产国,产量达23GW,主要是晶体硅电池(占比达到98%),欧洲则以近4GW 的产量位居第二(其中薄膜电池占比约为20%),日本以约2.4GW 产量位居第三(其中薄膜电池约600MW,占比达25%)。而韩国、马来西亚、新加坡等亚洲国家产量也达到GW 量级。
从产业集中度看,全球出货量最大的前十家组件企业产量达13.9GW,占世界总产量的38%,同比增长2个百分点。在这十家光伏企业中,中国占据六席,美国占据两席,日本和韩国各占一席。其中英利以近2.3GW 的产量位居第一,First Solar(美国)以1.9GW 位居第二,尚德、天合、阿特斯、晶澳、Sharp(日本)、Sunpower(美国)、韩华(韩国)和晶科分别以1.7GW、1.7 GW、1.6GW、1.1 GW、1.06 GW、0.925 GW、0.85 GW和0.84 GW分列第三到第十位。
(5)薄膜电池行业
由于晶硅电池生产成本与售价大幅下降,造成薄膜电池因为光电转换的效率不及晶硅电池、成本优势不明显等原因丧失了对晶硅电池的竞争优势。因此,近年来薄膜电池产量出现下滑态势。2012 年,全球薄膜电池产量约3530MW,同比下降13.9%。其中硅基薄膜电池950MW,CIGS约680MW,CdTe约1900MW,中国大陆薄膜电池产量约400MW,几乎均为硅基薄膜电池。虽然薄膜电池产量出现下滑,但有分析机构统计,薄膜电池市场规模在2012 年近30 亿美元。如果First Solar 等CIGS 主要薄膜厂商在效率、成本、产量和市场路线方面取得突破的话,薄膜市场在2016年有望回暖至76亿美元的规模。
在薄膜电池产量下降的同时,其占全球光伏市场的市场份额也在逐步下滑。在2010 年前,由于多晶硅价格较高,晶硅电池生产成本一直居高不下,薄膜电池相较于晶硅电池成本优势明显,因此虽然薄膜电池的光电转换效率较低,但其市场份额依然不断上升,并在2009年达到最高16.5% 的市场份额。但由于晶硅电池组件生产成本大幅下降(0.6美元/瓦左右),产业化转换效率不断提高(单晶硅组件16.5%,多晶硅组件15.5%),而薄膜电池技术却迟迟得不到突破,薄膜电池相较晶硅电池的优势逐渐丧失,因此市场份额也逐渐下滑,至2012年,薄膜电池所占市场份额为9.4%。
(6)光伏设备行业
因欧债危机冲击,加上德国和意大利政府对光伏发电补助对策的动向不明,导致光伏产品生产厂设备投资转趋慎重。据统计,2011年全球光伏设备销售收入130 亿美元,2012 年下降到36 亿美元。2011 年有23家供应商的光伏设备营收超过1亿美元,而2012年仅有8 家,相信这种局面不会持续太久,在不久的将来全球光伏设备销售收入仍会突破100 亿美元的大关。全球主要光伏设备厂商及其光伏业务领域如表1-7所示。
表1-7 全球主要光伏设备厂商及其光伏业务领域
1.2.1.3 全球主要国家和地区光伏产业发展现状
(1)欧洲
欧洲光伏产业的重心在德国,主要在于德国政府极为重视光伏产业,不但率先启动光伏示范项目,加大技术研发投入,将光伏发电列入国家能源发展规划,还出台了可再生能源法案,启用光伏上网电价补贴,德国光伏应用市场逐渐扩大,带动光伏制造产业快速发展。以德国为先导,欧盟加大了对光伏产业的支持力度,逐渐形成了完整的光伏产业链。欧洲光伏产业链各个环节均有优秀的企业,在原辅料、设备以及光伏应用等环节较为突出。
在原辅料方面,欧洲多晶硅的产量约占全球的25%,主要集中于德国Wacker公司,其产量约占欧洲总产量的80%以上,其他的还有MEMC意大利工厂(产能6000t)、俄罗斯Nitol(产能5000t)、英国PV Crystal(产能1800t)、德国Solar World(产能3200t)、挪威Elkem(产能3200t)等。Wacker公司2012 年产能超过5万吨,产量3.8万吨,同比增长约19%,其多晶硅部门收入11.4亿美元。另外,德国Heraeus(贺利氏)控股集团是全球最主要的银铝浆供应商之一,目前在该市场的份额超过了美国杜邦,并收购了美国Ferro公司的电子浆料业务,使得Heraeus在光伏产业浆料市场的份额一举超过了50%。
设备方面,全球十大光伏设备制造企业中,包括欧洲的多家企业——瑞士梅耶博格、德国Gebr.Schmid、德国Rena、瑞士欧瑞康等。欧洲企业在全球光伏设备市场所占份额超过50%,主要供应地区是亚洲尤其是中国。
逆变器方面,欧洲逆变器的生产企业大多集中在德国,包括全球著名的德国西门子公司和SMA公司等,在全球光伏逆变器市场所占份额接近50%,主要满足欧洲自身需求,还有部分出口至其他地区。
光伏组件方面,2012 年欧洲太阳能电池组件产量约为2GW,约占全球产量的5%。欧洲太阳能电池制造同样主要集中于德国,主要的企业有德国Solar World(其欧洲部分包括硅片750MW、电池片300MW、组件500MW),德国Q-Cell(欧洲的产能包括:电池片250MW、组件120MW),德国Solon(组件产能440MW),德国Scott(450MW),德国Bosch(630MW),德国Conergy(250MW),西班牙Isofotón(230MW),比利时Photovoltech(150MW),德国Sovell(200MW),德国Solland Solar(200MW)等。在薄膜电池制造环节,欧盟也有很多较为抢眼的企业,如德国Miasole、Wurth、Solibro等,这些企业在CIGS电池的生产制造方面,走在全球前列。在晶硅电池制造环节,虽然欧盟也有较为优秀的企业,如硅片环节的挪威REC、德国Solar World;电池组件环节的德国Solar World、肖特太阳能、博世等。
在发展环境建设方面,欧洲十分重视光伏产业发展环境建设。在科技研发领域,欧洲十分重视光伏电池技术的研发,欧洲乃至全球晶硅电池的研发也主要集中于德国弗朗霍夫太阳能研究所、荷兰ECN研究所、比利时IMEC这三个研究所。在配套服务体系领域,比较有影响力的行业组织主要有欧洲光伏工业协会,依托于强劲的欧洲市场,每年全球的装机量主要来源于该机构发布的装机数据。欧洲的Intersolar展览则是全球最大的展览之一,每年都有几千家光伏企业参加此展会,而其PVSEC(欧洲太阳能光伏巡回展览会)则是全球主要光伏技术论坛之一,每年全球主要光伏企业均会参加展会及论坛并交流技术发展情况。在电池认证领域,德国的TUV认证也是全球最为权威的认证机构之一,全球几乎所有主要光伏企业的产品都通过了该机构的认证。
在光伏应用市场方面,从2006年起欧洲就成为全球最大的光伏应用市场,市场份额在2008 年达到最高,接近85%,之后由于美、日等市场的扩大有所下降,但规模却一直在快速增长,从2007 年的每年2GW 新增装机量跃升至2012年的18GW。从整体规模看,2011 年欧洲光伏市场规模达到了580亿美元,从业人数超过40万人,欧洲本土光伏产业占据了58% 的市场份额,约为336亿美元,若考虑出口情况,欧洲本土光伏产业的市场份额将达到67%,约为389亿美元。其中上游环节(原辅料、设备、组件等)约66亿美元,占欧洲光伏上游市场的25%;逆变器环节约22亿美元,占欧洲逆变器市场的53%;平衡组件环节约57亿美元,占欧洲平衡组件市场的80%以上;系统安装环节约143亿美元,占据了全部欧洲市场;后续服务环节约98亿美元,同样占据了全部欧洲市场。
(2)美国
尽管美国比较重视光伏技术,在研发上的投入力度很大,但其产业发展主要在2009年之后,目前初步形成了较为完整的产业链,在原材料、设备、薄膜电池等环节较为突出。到2011 年,美国光伏产业从业人数超过10 万人。
原辅料方面,美国在光伏原辅料市场占比较高,涌现出一些优秀的企业,如多晶硅生产企业Hemlock、MEMC、REC以及背板和浆料生产企业杜邦、3M(背板、浆料)等。美国多晶硅早年以电子级为主,这几年开始大力发展太阳能级多晶硅,2012年,美国多晶硅产量达6万吨,约占全球产量的25%。主要的多晶硅企业有Hemlock(产能50000t)、REC(产能22000t)、MEMC(产能8000t)、Hoku(产能4000t)、三菱(产能1800t)等,由于美国电力成本较低,德国Wacker和日本的一些企业也将工厂转移至美国。其中Hemlock 在2012年的产量达3.1万吨,高居全球多晶硅企业首位。
设备方面,凭借在电子设备方面良好的研发以及产业基础,美国一直领跑全球光伏设备市场,优秀企业有应用材料、GT Solar等。其中应用材料2012年光伏设备销售收入达4.3亿美元。
光伏组件制造方面,美国电池组件产量逐年增大,从2007年的347MW上升至2010 年的1205MW,2011年First Solar、Sunpower 的出货量分别高达1980MW、735MW,加上其他企业,2011年美国电池组件出货量接近3GW,约占全球的8%。美国主要的晶硅电池企业有Solar World(在美产能硅片250MW,电池片500MW,组件350MW),Suniva(组件产能170MW)、Sunpower(组件产能870MW)等。其他的主要是薄膜电池企业如First Solar(组件产能2300MW)、Miasole、Solydra、Stlon、Ascent、Solo等。由于竞争力问题,部分企业早已全球布局,如Sunpower在菲律宾、Frist Solar在马来西亚等,同时部分其他国家企业为了打进美国市场也在美国布局组件生产环节。
在发展环境建设方面,美国主要光伏技术研发机构包括NREL、桑迪、劳伦茨等国际著名研究机构,主要的光伏行业组织有美国太阳能工业协会(SEIA),产品认证机构有UL 认证,光伏产品欲进入美国市场必须通过这个认证。
应用市场方面,近几年在美国政府提出的新能源政策刺激下,加上光伏组件价格不断下降和成熟的商业化运作体系,美国光伏应用市场呈现高速增长态势,从2008年280MW跃升至2010年的878MW,到2011年上升至1855MW,2012年更是达到创纪录的3313MW(约占全球2012 年新增光伏装机量的10%),累计光伏装机量达到7.7GW,成为全球第三大光伏应用市场。其中大规模光伏电站的市场规模以及占比不断提升,2008 年大规模光伏电站装机容量仅有20MW,占比仅有7%,2010 年这两个数字分别为242MW 和28%,到2012 年进一步上升至1781MW和54%。
(3)日本
日本政府非常重视光伏产业的发展,不仅在技术研发投入大量资金,还在全球率先大规模启动光伏应用市场,极大促进了光伏制造业的发展。日本光伏产业一个突出特点就是各个环节比较均衡。
多晶硅方面,日本多晶硅主要以电子级为主,受制于其能源价格较高,多年来其多晶硅产量变化不大,部分企业为了适应光伏行业的发展,也在将其产能转移至电力成本较低的地方,如Tokuyama就到马来西亚新建产能2万吨的多晶硅工厂。日本的多晶硅企业主要有Tokuyama(产能9200t)、三菱(产能4300t)、M.setek(产能3000t)、住友(产能1400t),2012年,日本多晶硅产能达1.8万吨,产量为1.3万吨,同比增长8.3%,约占全球产量的6%。其中Tokuyama的产量为0.8万吨,位居世界第六位,比2011年上升两位,约占日本产量的61.5%。
设备方面,日本凭借其在电子制造设备上的优势在全球光伏设备市场拥有一席之地,著名企业有Komastu-NTC、东京电子、爱发科等。其中Komastu-NTC在2011的销售收入超过7亿美元,是全球十大光伏设备厂之一。
电池制造方面,日本起步较早,在2006年以前,日本一直位居全球光伏电池组件领先地位。夏普一度成为全球光伏电池组件的龙头老大,但随着中国、美国和欧洲在该领域的快速崛起,日本已屈居第四。尽管如此,日本仍有一些在光伏组件制造方面的优秀企业,如夏普、京瓷、松下(收购三洋)、三菱、Shel等。日本在薄膜电池方面研究比较深入,晶硅第一代薄膜第二代的概念都是日本先提出来,一些企业如夏普、京瓷和三菱发展硅基,Shell、本田发展CIGS电池等,CdTe电池在日本的研究较少。由于在晶硅电池方面难以与中国企业竞争,日本企业将更多精力放在了薄膜电池上。2012年日本光伏电池组件出货量2.4GW,约占世界组件市场的6%,其中薄膜电池组件出货量近600MW,占日本组件出货量的25%。
在发展环境建设方面,日本主要光伏技术研发机构包括东京大学、东京理工大学、AIST产业研究所等,主要的光伏行业组织有日本光伏协会(JPEA)、新金属协会等行业协会,产品认证机构有两个,J-PEC 和JET,光伏产品欲进入日本市场必须经过这两个认证。
在光伏应用市场方面,日本是第一个大规模启动国内光伏市场的国家,一度成为全球最大的光伏应用市场,随着欧洲、美国和中国对光伏装机的重视,日本已下降为全球第四大市场。日本光伏应用市场的发展重点在屋顶系统,占比高达90%,受福岛核事故的影响,日本从2012 年起开始大力发展大规模地面电站。2012 年日本光伏应用市场延续了2011 年的上升势头,光伏新增装机容量达2.0GW,约占全球新增光伏装机市场的6%,同比增长53.8%,光伏累计装机总量达6.9GW。家用市场仍是日本光伏应用市场的主力,2012年新增装机量1.5GW,商用和工业屋顶市场在新政策刺激下有所增长,新增装机量达0.5GW。
(4)韩国
凭借其在半导体产业的优势,韩国光伏产业发展重点在多晶硅环节。随着韩国光伏应用市场的扩张,更多韩国企业开始进军电池组件领域。
多晶硅方面,韩国是全球多晶硅主要生产国家之一,主要企业有OCI(产能42000t)、熊津(产能5000t)、KCC(产能6000t)、Hksilicon(产能3200t)。2012年产能到达5.7万吨,产量达到4.1万吨,均位列全球第三,产量占全球的比重约为18%,其中OCI的产量高达3.3万吨,高居全球十大多晶硅企业的第三位。
组件方面,由于韩国光伏应用市场启动较晚,国内企业涉足组件制造领域的时间也比较晚,现有企业的规模也不大,产能均未超过GW,主要企业有现代重工(产能600MW)、LG 太阳能(产能350MW)、Millinet(产能300MW)、Shinsung(产能250MW)、STX(产能180MW)、KPE(产能120MW)等。2012 年韩国组件的产能接近3GW,产量约为800MW。
1.2.2 中国光伏发电的发展现状
中国于1958年开始研制太阳能电池,1959年第一块有实用价值的太阳能电池诞生。1971年3月首次应用太阳能电池作为科学实验卫星的电源,开始了太阳能电池的空间应用。1973年首次在灯浮标上进行应用太阳能电池供电实验,开始了太阳能电池的地面应用。
1.2.2.1 中国光伏产业的发展现状
20世纪70年代末到80年代中期,我国一些半导体器件厂开始利用半导体工业废次单晶和半导体器件工艺生产单晶硅太阳电池,我国光伏工业进入萌发期。80年代中后期,我国一些企业引进成套单晶硅电池和组件生产设备以及非晶硅电池生产线,使我国光伏电池/组件总生产能力达到4.5MW,我国光伏产业初步形成。90年代初中期,我国光伏产业处于稳定发展时期,生产量逐年稳步增加。90年代末我国光伏产业发展较快,设备不断更新。尤其是近年来,在我国“送电到乡”等工程及国际市场推动下,一批电池生产线、组件封装线、晶硅锭/硅片生产线相继投产和扩产,使我国光伏产业的生产能力大幅上升,我国光伏产业进入全面快速发展时期。
2013年以来,受政策引导和市场驱动等因素影响,我国光伏产业发展形势较2012年有所好转,骨干企业经营状况趋好,国内光伏市场稳步扩大。
2013年全球新增光伏装机36GW,同比增长12.5%;全年多晶硅、组件价格分别上涨47%和8.7%。欧盟对我光伏“双反”案达成初步解决方案,我对美韩多晶硅“双反”作出终裁,外部环境进一步改善。国内企业经营状况不断趋好,截至2013年底,在产多晶硅企业由年初的7家增至15家,多数电池骨干企业扭亏为盈,主要企业第四季度毛利率超过15%,部分企业全年净利转正。
2013年全国多晶硅产量8.4万吨,同比增长18.3%,进口量8万吨;电池组件产量约26GW,占全球份额超过60%,同比增长13%,出口量16GW,出口额127亿美元。国内市场快速增长,新增装机量超12GW,累计装机量超20GW,电池组件内销比例从2010年的15%增至43%。全行业销售收入3230亿元(制造业2090亿元,系统集成1140亿元)。
受政策引导和市场调整等影响,产业无序发展得到一定遏制,众多企业加大内部整改力度,部分落后产能开始退出。同时,部分企业兼并重组意愿日益强烈,出现多起重大并购重组案。从工业和信息化部发布的第一批符合《光伏制造行业规范条件》企业名单(共109家)情况看,其2013年多晶硅、硅片、电池组件产量分别占全国的85.7%、61%和74%;从业人员及销售收入分别占光伏制造业的58%和78%。2013年,我国前10大光伏企业销售收入占全行业23.6%,前50家销售占比63.6%,产业发展逐步向东部苏、浙,中部皖、赣及西、北部蒙、青、冀等区域集中。
我国骨干企业已掌握万吨级多晶硅及晶硅电池全套工艺,光伏设备的本土化率正在不断提高。2010年至今,每千吨多晶硅投资下降47%,每千克多晶硅综合能耗下降35%,多晶硅企业人均年产量上升165%,骨干企业副产物综合利用率达99%以上;每兆瓦晶硅电池投资下降超过55%,每瓦电池耗硅量下降25%,骨干企业单晶、多晶及硅基薄膜电池转换效率由16.5%、16%、6%增至19%、17.5%、10%;光伏发电系统投资由25元/瓦降至9元/瓦。
受国际贸易保护影响,我国部分光伏企业正在酝酿实施产业转移,通过到海外建厂等方式规避贸易风险。同时,全球市场的开拓也正朝着多方位、多元化和多样化方向发展,而不再局限于以往的欧洲市场。此外,为了适应产业发展需求,提升企业竞争力,光伏企业业务逐渐由以往的电池组件制造向下游系统集成甚至电站运营方向拓展。一方面可以通过电站建设拉动自身光伏组件产品的销售;另一方面可以促使业务多元化,通过电站投资与运营可以带来更高的投资收益率。国内如尚德、英利、天合、阿特斯等重点光伏企业已纷纷涉及到下游系统集成业务。与此同时,大型发电集团也开始向电池制造业进军。为了控制产品质量和成本,现在这些发电企业均有不同程度涉足电池制造业,发电集团的涉足将会进一步加剧国内光伏市场的竞争。
相信随着相关政策及配套体系进一步完善,我国光伏产业发展总体将平稳回升,多晶硅、电池价格趋于平稳,国内应用市场将持续扩大,主要企业有望实现稳步盈利。
1.2.2.2 中国光伏市场的发展现状
1973年3月太阳电池首次应用于我国第二颗人造卫星上,同年太阳能电池首次在天津塘沽海港浮标灯上应用,从此开始了我国太阳电池在空间和地面应用的历史。从20世纪70年代初到80年代末,由于成本高,太阳电池在地面上的应用非常有限。90年代以后,随着我国光伏产业初步形成和光伏电池成本逐渐降低,应用领域开始向工业领域和农村电气化方向发展,光伏发电市场稳步扩大。光伏产业也被逐步列入国家和各地政府计划,如西藏的“阳光计划”、“光明工程”、“阿里光伏工程”以及光纤通信电源、石油管道阴极保护、村村通广播电视、大规模推广农村户用光伏电源系统等。
目前,太阳能光伏发电在民用建筑设计施工中得到了较为广泛的应用。2008年国家鸟巢体育馆拥有100kW并网光伏电站,深圳国际园林花卉博览园拥有1MW并网光伏电站,上海世博园区中国馆和主题馆拥有3MW并网光伏电站;2009年世运会主场馆在看台的屋顶上安装了容量1027kW的太阳能光伏发电系统,呼和浩特东站的站房安装的太阳能光伏发电系统的直流峰值总功率为132.48kW;2011年山西省肿瘤医院建设实施了装机容量2.07MW级屋顶光伏并网系统;广东省立中山图书馆拥有181kW的太阳能光伏发电系统。国内开始出现使用太阳能光伏产生的电能作为船舶的推动,2007年沈阳泰克太阳能应用有限公司研制成功了“001号”太阳能旅游船;2010年首艘由中国国内集成商自主集成的太阳能混合动力电力推进系统船舶———“尚德国盛号”太阳能混合动力游船问世。太阳能光伏发电在国内大型交通枢纽中应用也较多,如上海虹桥枢纽光伏发电装机容量达6.57MW、杭州东站枢纽光伏发电装机容量达10MW、南京南站枢纽光伏发电装机容量达10.67MW等。
2012年,为保障国内光伏产业的健康发展,我国加大了对光伏应用的支持力度,先后启动了两批“金太阳”示范工程,发布《太阳能发电发展“十二五”规划》,启动分布式光伏发电规模化应用示范区等举措。再加上光伏系统投资成本不断下降,我国光伏应用市场一片繁荣,当年新增装机量达到4.5GW,同比增长66.7%,累计装机量达8020MW。其中青海新增装机量达1160MW,继2011年突破GW后再创新高,继续位居全国第一。
2013年我国光伏应用市场再次爆发,国内市场快速增长,新增装机量超12GW,累计装机量超20GW,其主要原因在于:首先,随着光伏组件价格的继续下调,光伏发电成本不断下降,在上网电价变动不大的形势下光伏电站投资回报率前景看好,使得更多资金进入光伏电站领域。其次,我国相继出台措施推动分布式光伏系统应用。2012年9月国家能源局发布了《关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知》,每个省、市、自治区申报规模不超过500MW。10月,国家电网正式发布了《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》,大大推进了我国分布式光伏系统的并网进程,也极大地刺激了分布式光伏系统的投资热情。三是部分省、市、自治区相继出台了激励政策,进一步促进本地光伏应用市场发展。如江西省政府印发《支持光伏产品推广应用与产业发展工作实施方案》,并于2013年3月投入8000万元,专项用于奖励2012年光伏产品推广与产业发展应用示范项目;江苏省政府出台了《关于继续扶持光伏发电政策意见的通知》,对2012年至2015年间新投产的非国家财政补贴光伏发电项目,实行地面、屋顶、建筑一体化统一上网电价,每千瓦时上网电价分别确定为2012年1.30 元、2013年1.25元、2014年1.20元和2015年1.15元。浙江省则出台了在现有上网电价政策基础上,省里再补贴0.3元/千瓦时的电价政策。
1.2.2.3 中国光伏产业存在的问题
光伏产业可能是中国发展速度最快,也是出现“产能过剩”问题最快的新兴产业。在不到十年的时间里,中国光伏产业从最初的高利润、低风险行业急转直下,2011 年后出现严重的“产能过剩”,光伏企业面临严峻考验。造成“过剩”问题的直接原因是主要出口国家提高贸易壁垒、减少光伏补贴,但根本原因在于中国光伏产业畸形的市场结构,国内市场发展缓慢是造成光伏产业发展危机的症结所在。
首先,国内光伏应用市场发展严重滞后于产业发展。我国光伏产业经过最近几年的爆发式增长,已经跃升至全球最大光伏产业制造基地,产能占全球一半以上。同时,各种影响产业发展的关键技术先后被突破,产业发展初期多晶硅、单晶硅大量进口的情况完全改变,生产设备大量依赖进口的情况也得到好转,中国不仅是全球光伏产能最大的国家,也是生产技术和工艺水平先进的国家。然而,光伏产业严重依赖国际市场,中国光伏装机量增长非常缓慢,即便是近三年加快发展速度,国内每年新增光伏装机容量也不足全球的1/10。
其次,光伏发电在国家能源结构中的份额低。我国能源结构中,煤炭占有绝对的主导地位。从改革开放到现在,原煤在能源生产总量中的比重维持在70%以上,其次是原油和天然气。虽然“十五”和“十一五”期间,国家加大了对新能源的投资力度,但从结构看,新能源所占的比重并没有明显上升,2010年,新能源占全部能源生产的比重为9.4%,较2000年仅提高了1.5 个百分点。整个新能源比重低,而光伏发电占能源生产的比重更低。
最后,分布式光伏电站的比重偏小。与光伏应用先进国家相比,不仅我国光伏装机的规模较低,而且光伏应用的结构也有所不同。从理论上讲,太阳能辐射总能量虽然巨大,但单位面积获取的光照热量却相对较小,对太阳能利用最佳的途径应该是“分散获取,就地消费”,因此很多国家在发展太阳光伏发电市场时都更注重分散式屋顶电站的建设。相比较,我国屋顶光伏电站发展非常缓慢,扶持政策也聚焦于大型光伏电站。截止2011 年底,政府支持的以建设大规模电站为目标的“金太阳示范工程”三期共批准120万千瓦,是以分布式就地开发利用的“太阳能屋顶计划”批准建设总容量(30万千瓦)的4倍。但是,这种“大规模-高集中-远距离—高电压输送”的发展模式本身存在非常大的局限性。我国非耕用土地资源和太阳能资源都丰富的西部地区并不缺电,而电力供应紧张的东部地区的光照条件还不如西部,土地资源也非常紧张。如果在西部地区大规模发展光伏电站不得不面临长距离输电的问题,光伏发电成本本身就比较高,如果再加上数千公里的输电成本,其经济效益将变得非常低,因此必须大力发展分布式光伏电站(屋顶光伏电站)。
1.2.2.4 我国台湾地区光伏发电产业发展现状
我国台湾地区在1980年开始研发太阳能发电技术,2000年茂迪正式投入太阳能电池领域,2002年益通投入生产晶硅太阳能电池。自2005年进入快速发展期以来,我国台湾地区光伏产业主要集中在硅片和电池组件环节,且以晶硅电池为主,近两年薄膜太阳能发展较快,已经成为仅次于大陆地区的全球第二大太阳能电池生产地。
多晶硅方面,受制于技术和资金壁垒,我国台湾地区的多晶硅生产企业不多,比较大的只有福聚太阳能一家,2012 年其产能达到8000t,下一步有望扩大至18000t。
硅片和电池片是我国台湾地区重点发展环节,涉足的重点企业有茂迪、昱晶、绿能、新日光、尚志、茂硅、升阳科等。在硅片领域,绿能是我国台湾地区最大的生产企业,2011年产能达1500MW,位居全球第七,其后依次是茂迪、尚志、茂硅。电池片方面,我国台湾地区的企业竞争力较强,产量逐年攀升,从2008年的不足1000MW上升至2011年的4400MW 左右,2012年更是突破5GW,达到了5500MW,主要四家厂商茂迪、昱晶、新日光、升阳科出货占其中67%,2012年茂迪、昱晶都突破了1GW,其他厂商也都有成长的表现,联景、旺能、太极的出货量都在300~350MW左右。
组件方面,台湾地区涉足的企业较多,一方面是电池片企业为了打通产业链,均进入该领域,另一方面是部分企业直接打入该环节,包括友达、旺能、强茂、景懋等。另外,还有一些企业如光宝、联电、联相、富阳光电等瞄准薄膜电池前景,纷纷涉足薄膜电池制造。但从整体看,我国台湾地区组件制造环节还稍显薄弱。
以2011 年第四季度为例,该季度台湾地区光伏产业销售收入约为222亿元新台币,其中多晶硅环节约为1亿元新台币,硅片环节为44亿元新台币,电池片环节为156亿元新台币,组件环节为15亿元新台币,薄膜电池为6亿元新台币,硅片约占20%,电池片占据70%,其他环节合计不到10%,差距较为明显。
1.2.3 太阳能光伏发电的发展前景
化石能源储量的有限性和环境污染性是各国加快发展可再生能源的主要原因。根据国际能源组织(IEA)的预测,全世界煤炭只能用200年左右,油、气将在30~60年后消耗殆尽。据估计我国的煤只可开采80年,石油和天然气可开采30年。发展核能所需的铀也将在不到100年内开采殆尽,中国国内剩余可开采年限仅为50年。同时,化石能源的大量开采和使用还造成严重的环境污染,核电站的运行则始终伴随着安全隐患。比较而言,太阳能光伏发电不存在能源枯竭的问题,运行阶段没有排放,不产生副产品,对于缓解全球能源紧张,减少温室效应具有更好的效果。据相关机构预测:到2020年全球光伏发电量将占到总发电量的4%;2040年这一比重将上升到20%;到21世纪末,太阳能光伏发电的比重将提高的到60%以上。可见,在化石能源加速枯竭的压力下,随着太阳能光伏技术不断成熟,其在各国能源结构中的比重将越来越大,光伏发电市场的发展前景良好。
另一方面,在政策刺激下,各国加大了对光伏技术的研发力度,使得光伏系统价格和光伏发电成本不断下降,光电价格竞争力不断上升。太阳能电池硅片厚度已经从20 世纪的450~500μm下降到目前的160~180μm,改进硅切片技术在降低电池片厚度的同时还提高了产品的光电转换率,这不仅大幅减少了光伏系统硅材料的用料,降低了生产成本,还提高了光伏系统的发电效率,降低了运行成本。同时,硅料生产的技术进步降低了产业中上游环节的成本,改良型西门子法、新硅烷法、硫化床法、冶金法等新技术被广泛采用,与传统西门子法比较,采用这些新技术的企业将硅料生产成本降低了30%~50%,使得多晶硅价格在近几年有较大幅度的下降。
世界能源结构变化和太阳能光伏技术的进步为中国光伏市场的发展创造了良好的外部环境和条件,国内光伏应用市场虽然起步较晚,发展较慢,但随着政府政策和光伏企业战略向国内市场倾斜,国内市场发展有望步入快速发展期。国内光伏应用市场发展的实际情况不仅要依靠政府政策的支持和光伏企业的不断努力,也受宏观能源环境、能源结构、能源价格的变化以及相关技术发展的影响。
从短期看,①市场发展必须得到政府的政策支持,特别是经济补贴。短期内,光伏电站发电成本与传统的化石能源发电和其他新能源发电(风电、核电)比较仍有较大差距,大型集中式光伏电站的修建需要政府补贴。同时,作为唯一可能在家庭住宅推广的新能源发电方式,光伏电站初期安装成本下降的空间已经不大,如果缺少政府补贴,以目前的价格在家庭住户推广分布式电站几乎是不可能的。因此,补贴虽然不能解决光伏应用市场发展的全部问题,但确实是短期内光伏应用市场发展的必要条件,现行补贴政策必须继续执行。②特殊环境条件下的应用市场继续发展,但规模有限。光伏电站在“十一五”时期出现井喷式增长,但增长最稳定的光伏应用产品却是一些特殊环境和条件下应用的产品,例如远离电网的科考队伍、游牧民家庭使用的小型光伏电站,市政和公共建筑使用的太阳能路灯、景观照明、交通信号,在小型电子产品(计算器、手机、玩具、移动电源)上使用的微型光伏板以及航天器中使用的高性能光伏发电系统等。这些应用市场几乎没有受到美国“双反”和欧债危机的影响,特别是太阳能路灯、信号灯等产品由于不需要电缆和变配电设备,在成本上已经与传统产品相差无几,成为国内很多城市旧城改造和新城建设的重要项目。但是,这些产品对太阳能光伏电池和系统的需求量不大,对缓解当前光伏产品产能过剩、光伏企业经营困难等问题的作用比较有限。③非屋顶光伏电站将成为国内光伏市场发展的突破口。光伏电站的产权问题和并网问题在短期内得到彻底解决的可能性不大,国内分布式的屋顶光伏电站的高速发展尚需时日。相比较,不需要并网和储能,不借助建筑物屋顶,空地资源丰富的地区安装光伏电站的条件更加成熟。例如,农田灌溉和沙漠治理消耗的电量大,用电时间刚好与光伏发电时间一致,农田灌溉渠道和沙漠地区均可安装光伏系统。如有相应的扶持政策,且与农业产业化、环境治理等相关政策结合,降低初期安装成本,在这些地区大力推广光伏电站将有助于促进国内市场增长。④标准厂房、工业园区、公共建筑分布式电站先行发展。对光伏应用市场而言,发达国家屋顶电站的比重都很高,且这种即发即用的方式对缓解化石能源紧缺,降低输电能耗比重,减少对电网冲击的效果最好。推广分布式电站的主要障碍是屋顶业主和电网公司,因此产权更简单清晰、自身用电量较大的建筑物可以先行发展,厂房和商业建筑屋顶光伏电站的发展将先于居民住宅。
从长远看,①光伏产品性价比不断提高是国内市场大发展的先决条件。经过美国“双反”和欧债危机的冲击,光伏产品的价格已经大幅下降。多晶硅的价格从每吨三百多万下降到十余万,电池片的价格从每瓦四十多元降到三元左右,硅片占组件的成本已经下降到20% 以下,光伏产品成本进一步下降的空间已经不大。未来,产品性价比的提高将主要依靠产品性能的提升。目前,批量生产的单晶硅系统的转化率最高为19%,多晶硅系统的转化率最高为17.5%,据估算,如果转化率提高到20%,按照现行价格和50%的建设补贴,用户收回安装成本的时间将缩短到6年以内,如果转化效率提高到目前理论上的最大值25%,那么用户只需要4~5年就能够收回成本。一批将眼光放在国内市场的大型光伏企业在极端困难的情况下没有放弃技术研发,无论是多晶硅还是单晶硅转化率都在不断提高,再加上产品成本的适度下降,未来分布式光伏电站的成本回收期有望缩短到3年左右,这将是大多数居民用户都能够接受的水平。②能源供需矛盾增大和能源结构变化将促进光伏应用市场发展。根据预测,“十二五”时期能源消费总量将保持4.8 %~5.5 %的年增长率,国内能源供需矛盾将进一步升级,加快包括太阳能在内的可再生能源发展速度的紧迫性增强。根据国家《可再生能源中长期发展规划》制定的目标,2020年可再生能源消费量要占到能源消费总量的15%左右,太阳能光伏发电容量要达到180万千瓦。《可再生能源发展“十二五”规划》将2015年太阳能光伏发电装机目标提高到了2000万千瓦,乐观的预测会达到3000万千瓦,如果这一发展目标得以实现,中国有望在2015年前后进入全球光伏发电前五位,国内市场对光伏产业的带动作用将增强。③市场成熟促进光伏产业链进一步延伸和完善。我国已经形成较为完整的光伏制造业产业链,伴随国内光伏应用市场的发展,一个更加完整的光伏产业链即将形成,这主要反映为几个相关行业的发展。一是建筑物一体化工程。为了适应分布式光伏电站安装维护,保持建筑物的整体美观,未来建筑物的设计和修建过程将与光伏电站的设计和安装融合和同步。二是储输电设备制造业。适用于分布式光伏电站的逆变器,低成本、小体积的储电设备需求增长将加速,从而拉动相关制造业的发展。三是光伏设备制造业。目前国内有十几家光伏设备生产企业,国产硅芯炉、硅铸锭炉的技术水平已经接近世界先进水平,进口设备一统国内光伏产业的情况已经得到改变,但丝网印刷机、高温烧结炉等关键设备仍主要依靠进口。随着一些关键技术和工艺被突破,国内光伏设备制造业的发展也将提速。
总之,太阳能光伏发电与火力发电、水力发电、柴油电站比较具有许多优点,无论从近期还是远期,无论从能源环境的角度还是从应用领域需求的角度来考虑,太阳能光伏发电都极具吸引力。目前,太阳能光伏发电系统大规模应用的唯一障碍是其成本高,随着科技的进步和技术的不断革新,预计到2050年左右,太阳能光伏发电的成本将下降到与常规能源发电相当。届时,太阳能光伏发电将成为人类电力的重要来源。