能源產(chǎn)業(yè)趨勢深度研究論能源革命的核心降本和提效（下）

能源產(chǎn)業(yè)趨勢深度研究-論能源革命的核心降本和提效（下）五.光伏1.光伏發(fā)電成本穩(wěn)步下降，光電轉(zhuǎn)換效率不斷提升光伏發(fā)電裝機容量僅占12%，滲透率提升空間巨大。光伏發(fā)電的原理是光電效應(yīng)，通過將太陽光照射在半導(dǎo)體材料上，光能轉(zhuǎn)化成了電能。雖然中國光伏行業(yè)在過去幾年里發(fā)展迅速，整個板塊呈現(xiàn)爆發(fā)式增長趨勢，光伏產(chǎn)業(yè)鏈景氣度始終維持高位，但是目前中國光伏發(fā)電裝機容量僅占全國總裝機容量的12%，距離完全替代火電，成為能源結(jié)構(gòu)中的主力能源品種還有相當長的距離，光伏產(chǎn)業(yè)在“十四五”期間的滲透率存在巨大的提升空間。光伏發(fā)電進入平價時代，競爭力優(yōu)勢凸顯?；厮菸覈夥袠I(yè)的發(fā)展，歐美雙反、“531新政”和2019年國家能源局的平價上網(wǎng)通知是三個具有標志性意義的事件，以這些事件為結(jié)點，我國光伏行業(yè)的發(fā)展大致可以劃分為四個階段：（1）兩頭在外（2012年之前）：上游原材料依賴進口，下游組件絕大部分都用于出口，內(nèi)需不足，缺乏核心技術(shù)；（2）產(chǎn)業(yè)扶持（2013－2018年）：政府陸續(xù)推出補貼政策，拉動內(nèi)需，但是出現(xiàn)了一些結(jié)構(gòu)性問題，比如財政補貼窟窿越來越大、騙補現(xiàn)象盛行等；（3）補貼退坡（2018－2020年）：2018年“531新政”降低了光伏的補貼標準，限制了補貼規(guī)模，行業(yè)裝機量出現(xiàn)間歇性回落，劣質(zhì)產(chǎn)能被淘汰，加速了平價時代的到來；（4）平價時代（2021年至今）：憑借低成本和規(guī)?；瘎?chuàng)新優(yōu)勢，目前我國光伏發(fā)電側(cè)已經(jīng)接近平價，部分地區(qū)光伏發(fā)電價格已經(jīng)低于傳統(tǒng)電價，競爭力優(yōu)勢不斷凸顯。光伏全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)完備，國產(chǎn)化自主程度高。中國光伏行業(yè)已經(jīng)完全具備上游高純度晶硅、中游高效太陽能電池片生產(chǎn)、到光伏電站的建設(shè)以及運營的全產(chǎn)業(yè)鏈，并且具備完整的自主知識產(chǎn)權(quán)。在我國全面取消行業(yè)補貼后，光伏行業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)是進一步且快速地降低成本。與此同時，我國開始以“整縣推進”、國企與民企相結(jié)合的方式推廣分布式光伏，充分挖掘分布式光伏在節(jié)約場地成本和遠距離傳輸成本方面的優(yōu)勢，推動光伏產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展。光伏發(fā)電裝機容量符合預(yù)期，新增和累積裝機容量均為全球第一。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2021年，全國新增光伏并網(wǎng)裝機容量達54.88GW，同比增長13.9%。累計光伏并網(wǎng)裝機容量達到308GW，同比增長21.7%。全年光伏發(fā)電量為3259億kWh，同比增長25.1%，約占全國全年總發(fā)電量的4%。2017至2021年期間，我國光伏發(fā)電裝機累計容量由130GW增長至308GW，CAGR為24.1%。新增分布式光伏裝機容量首次超過集中式光伏電站，累計集中式光伏裝機依舊占領(lǐng)市場主導(dǎo)地位。2021年，全國新增集中式光伏裝機25.6GW，分布式光伏裝機29.27GW，分布式光伏裝機占全國全部新增光伏裝機的53.34%，歷史上首次突破50%。全國累計集中式光伏裝機198.47GW，分布式光伏裝機107.5GW，分布式光伏裝機占全國累計光伏裝機的35.13%。平準度電成本（LOCE）下降，分布式光伏電站平準度電成本低于光伏地面電站。2021年，光伏地面電站在1800小時、1500小時、1200小時、1000小時等效利用小時數(shù)的LOCE分別為0.21、0.25、0.31、0.37元/kWh，光伏分布式電站在1800小時、1500小時、1200小時、1000小時等效利用小時數(shù)的LOCE分別為0.19、0.22、0.28、0.33元/kWh。光伏產(chǎn)業(yè)降本提效路徑主要依靠電價下行和各環(huán)節(jié)技術(shù)變革。光伏行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游硅料和硅片環(huán)節(jié)，中游電池片和組件環(huán)節(jié)，以及下游的光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏產(chǎn)業(yè)降本提效路徑包括硅料環(huán)節(jié)的顆粒硅替代多晶硅，硅片環(huán)節(jié)的單晶代替多晶以及硅片大尺寸化、薄片化，電池片環(huán)節(jié)的N型電池替代P型電池以及組件環(huán)節(jié)的半片和雙面組件技術(shù)。2.硅料：顆粒硅市占率提升多晶硅產(chǎn)量大幅提升，單位價格下降明顯。硅料環(huán)節(jié)是指將粗硅通過化學提純得到多晶硅的過程，多晶硅是太陽能電池的基礎(chǔ)原料，硅料環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新較為平穩(wěn)。2010年至2021年期間，我國多晶硅產(chǎn)量大幅上升，產(chǎn)量從2010年的4.5萬噸增長11倍至2021年的50.5萬噸，價格從2011年的730,000元/噸下降至2022年的209,000元/噸，價格下降幅度高達71%。電價下降疊加多晶硅提取工藝進步驅(qū)動硅料環(huán)節(jié)降本。硅料環(huán)節(jié)的成本由金屬硅、電力、人力等成本構(gòu)成，其中，電力成本和金屬硅成本在各項成本中位居前二，分別占成本的34.9%和28%，是硅料環(huán)節(jié)的主要成本?；诖?，電力價格的下降和多晶硅提取工藝的進步是硅料環(huán)節(jié)降本的主要驅(qū)動因素。2.1.降本提效驅(qū)動因素：電力成本電力成本下降推動硅料行業(yè)降本。我國光伏電站指導(dǎo)電價的逐年下降，電價由2011年的1元/kWh下降至2020年的0.4元/kWh，下降幅度達60%，同時越來越多的企業(yè)選擇到西部電費更低的地方（例如新疆等）建廠，硅料行業(yè)在電力成本方面實現(xiàn)了大幅降本。2.2.降本提效驅(qū)動因素：硅烷流化床法生產(chǎn)顆粒硅棒狀硅占市場主導(dǎo)地位，顆粒硅市占率逐步上上。目前主流的多晶硅生產(chǎn)工藝為改良西門子法和硅烷流化床法，產(chǎn)品形態(tài)分別為棒狀硅和顆粒硅。2021年硅烷法顆粒硅市占率達到4.1%，棒狀硅占95.9%。據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會預(yù)測，未來顆粒硅市占率將緩慢逐步上升，但棒狀硅依然占據(jù)硅料市場主導(dǎo)地位。改良西門子法不斷降低生產(chǎn)成本和能耗。西門子法是德國西門子公司在1955年開發(fā)出的一種在1100°C左右的硅芯上，用氫氣(H2)還原高純度三氯氫硅(SiHCl3)，最終將多晶硅沉積在硅芯上的多晶硅生產(chǎn)工藝。西門子法存在多晶硅轉(zhuǎn)化率低及產(chǎn)品排放污染度高（例如SiCl4）的問題，改良西門子法是目前國內(nèi)外最成熟最主流的多晶硅生產(chǎn)工藝，其在西門子法的基礎(chǔ)上增加了尾氣回收和四氯化硅氫化工藝，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的閉路循環(huán)，既避免了化學反應(yīng)產(chǎn)品直接排放污染環(huán)境，又通過尾氣回收和還原實現(xiàn)物料的循環(huán)利用，大大降低了生產(chǎn)成本。除此之外，改良西門子法采用多對棒、大直徑還原爐，有效降低了還原爐消耗的電能。據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2018-2021年期間，使用改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的過程中的各項能耗逐年遞減。硅烷流化床法是生產(chǎn)顆粒硅的主要工藝。硅烷流化床法出現(xiàn)于上世紀60年代，其原理是將硅烷和氫氣從流化床反應(yīng)器底部注入，并逐漸上升至反應(yīng)器中間加熱區(qū)，同時，反應(yīng)器內(nèi)的籽晶會隨著氣體的進入也逐漸懸浮至中間加熱區(qū)，與硅烷和氫氣發(fā)生化學反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進行，硅逐漸沉積在懸浮狀態(tài)的硅籽晶上，籽晶顆粒不斷地變大，當增長到足夠重量的時候，硅顆粒將沉降到反應(yīng)器的底部，排出的就是顆粒硅。硅烷流化床法成本純度低，技術(shù)壁壘高。硅烷流化床法的反應(yīng)原理是下方進氣，會導(dǎo)致懸浮的顆粒不斷與反應(yīng)器內(nèi)壁撞擊并發(fā)生反應(yīng)，內(nèi)壁腐蝕，造成成品顆粒硅中含有其他金屬。除此之外，硅烷流化床法反應(yīng)器的使用壽命較短，由于氣體的緣故，長期下來可能會導(dǎo)致硅粉堵塞出入口。最后，此方法對安全性的要求很高，由于硅烷易燃易爆的化學屬性，因此技術(shù)和裝備的壁壘較高。3.硅片：單晶替代多晶、硅片大尺寸化和薄片化2021年全國硅片產(chǎn)量約為227GW，同比增長40.6%。其中，排名前五企業(yè)產(chǎn)量占國內(nèi)硅片總產(chǎn)量的84%，且產(chǎn)量均超過10GW。隨著頭部企業(yè)加速擴張，據(jù)中國光行業(yè)協(xié)會預(yù)計，2022年全國硅片產(chǎn)量將超過293GW。3.1.降本提效驅(qū)動因素：硅片材料和切割技術(shù)改良硅片環(huán)節(jié)的降本提效主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的變革，已經(jīng)完成的技術(shù)進步是單晶硅片對多晶硅片的替代，當前市場正在進行的產(chǎn)品變革是硅片的大尺寸化和薄片化。單晶硅進一步替代多晶硅，市場占比接近95%。2015年以前，多晶硅片一直因其擴產(chǎn)快，對硅料技術(shù)要求低，生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，一直占據(jù)市場主導(dǎo)地位；雖然單晶硅片的光電轉(zhuǎn)換效率更高，但由于單晶硅片高昂的生產(chǎn)成本，一直未能得到廣泛應(yīng)用。隨著2015年切割和拉棒工藝的升級，單晶硅片的非硅成本（即長晶成本和切割成本）大幅下降，從而獲得生產(chǎn)成本優(yōu)勢，逐漸逆轉(zhuǎn)了多晶硅片的主導(dǎo)地位。2021年，中國單晶硅片市場占比約為94.5%，而多晶硅片的市場份額由2020年的9.3%下降至2021年的5.2%，根據(jù)2021年中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖預(yù)測，未來多晶硅片呈逐步下降趨勢，但仍會在細分市場保持一定需求量。金剛線切片技術(shù)國產(chǎn)化逐步替代砂漿切割。在金剛線切片技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用之前，絕大部分硅片廠商均采用砂漿切割，從2014年開始，隨著金剛線的國產(chǎn)化，金剛線切割開始逐步被引入到光伏硅片制造環(huán)節(jié)。與砂漿切割相比，金剛線切割單晶硅能夠有效提高切割效率、降低材料損耗、增加出片率以及減少污染。硅片大尺寸化降低單位硅片的非硅成本，攤薄制造成本。硅片按邊長的不同，從短到長依次分為M0、M1、M2、M4、G1、M6、M10、G12八