淺談光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展具備的優(yōu)勢(shì)
發(fā)布日期：2022-02-23 00:50:00
1、不計(jì)回收的全生命周期的能量回收期短
光伏系統(tǒng)能量回收期是指全壽命周期消耗的總能量（包括生產(chǎn)制造、建設(shè)和運(yùn)行）與年能量輸出的比例，取決于兩個(gè)方面，一是生產(chǎn)制造技術(shù)水平，二是光伏發(fā)電量和壽命。據(jù)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)測(cè)算，310W（60片）組件從生產(chǎn)到發(fā)電總能耗為375kwh。按照2020年平均發(fā)電時(shí)數(shù)1030小時(shí)、自用電率7%、電站25年壽命期衰減到80%計(jì)，310W電池全生命周期共發(fā)電6342kwh，能量回收期約1.5年。2020年大于6000KW火電發(fā)電機(jī)組供電標(biāo)煤耗平均305.5g，有效能量利用率僅37.9%。
2、環(huán)保清潔效應(yīng)強(qiáng)
根據(jù)測(cè)算，制備1W光伏組件綜合能耗為1.21KWh，在年發(fā)電時(shí)數(shù)1030小時(shí)下，25年壽命期共發(fā)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(biāo)煤耗305.5g計(jì)，每度電排放二氧化碳約840g。同時(shí)根據(jù)國(guó)家火電機(jī)組外排煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：粉塵10mg/Nm3、二氧化硫30mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3測(cè)算，年增加60GW光伏裝機(jī)容量，可減少煤炭消耗1890萬(wàn)噸、二氧化碳4907萬(wàn)噸、粉塵1930噸、二氧化硫5794噸、氮氧化物9656噸。
到2025年，光伏累計(jì)裝機(jī)從253GW增加到553GW，年減少二氧化碳排放2.45億噸，占2020年全國(guó)二氧化碳排放量98.94億噸的2.5%，具有較好的環(huán)境效益。
3、技術(shù)進(jìn)步空間大，成本下降可期
光伏發(fā)展史上重大節(jié)點(diǎn)的技術(shù)進(jìn)步均源于我國(guó)，兩次革命性的突破使成本大幅降低，一是2009年協(xié)鑫通過(guò)改良冷氫化工藝大幅降低硅料成本，二是隆基股份通過(guò)金剛線創(chuàng)新帶來(lái)了單晶硅成本大幅下降。
目前，我國(guó)已掌握光伏產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)，硅料領(lǐng)域的通威股份，硅片領(lǐng)域的保利協(xié)鑫、隆基綠能、中環(huán)光伏，電池片領(lǐng)域的通威太陽(yáng)能、天合光能和晶澳太陽(yáng)能，光伏組件領(lǐng)域的晶科能源、晶澳太陽(yáng)能、天合光能以及隆基股份，以及逆變器領(lǐng)域的華為和陽(yáng)光電源，均擁有全球一流的競(jìng)爭(zhēng)力和技術(shù)水平。唯一競(jìng)爭(zhēng)的美國(guó)光伏技術(shù)，采用碲化鎘薄膜組件，成本優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)晶硅技術(shù)。
目前，光伏產(chǎn)業(yè)新興技術(shù)日新月異，變革期不斷縮短。其中硅料單元保利協(xié)鑫和陜西天宏研發(fā)的顆粒硅技術(shù)電耗低，成本不足塊狀硅的50%，存在的雜質(zhì)含量高，摻雜比例低的問(wèn)題正在逐步解決。
硅片單元一是正在全面推進(jìn)大尺寸并形成182(M10)、210(G12)聯(lián)盟，組件可用發(fā)電面積從35%提到80%，組件功率超過(guò)540W，使用G12硅片的組件較166尺寸組件節(jié)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(lái)166尺寸雖通過(guò)設(shè)備改造可轉(zhuǎn)產(chǎn)M10，但約75%的設(shè)備更換，成本較高。
據(jù)PV Infolink預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)，2020年主流是P型單晶硅片，銷(xiāo)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(shù)低、光衰和弱光性好等優(yōu)點(diǎn)，其中異質(zhì)結(jié)和TOPCon電池發(fā)展迅速，有望成為下一代主流技術(shù)，預(yù)測(cè)到2025年占比將超過(guò)20%，2030年超過(guò)40%。
同時(shí)，光伏產(chǎn)業(yè)中非晶硅薄膜技術(shù)，因具有自重輕，適應(yīng)現(xiàn)有建筑物能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，一直受到各國(guó)關(guān)注，最有潛力的是化合物薄膜，美國(guó)First Solar碲化鎘理論光電轉(zhuǎn)化效率超過(guò)晶硅，達(dá)到32%，實(shí)驗(yàn)室效率22.1%，商業(yè)化組件平均效率19%。我國(guó)在四川雙流國(guó)家機(jī)場(chǎng)有示范性設(shè)施。銅銦鎵硒薄膜雖轉(zhuǎn)化效率高，但由于成本高，銦和鎵儲(chǔ)量限制等問(wèn)題商業(yè)化推廣難度較大。國(guó)內(nèi)漢能集團(tuán)、神華、國(guó)家能源集團(tuán)、中建材凱盛等通過(guò)收并購(gòu)國(guó)外技術(shù)和自主研發(fā)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，如果能實(shí)現(xiàn)技術(shù)二次開(kāi)發(fā)突破，商業(yè)化前景較為廣闊。
初步測(cè)算，當(dāng)硅料價(jià)格超過(guò)12萬(wàn)元/t，以漢能收購(gòu)美國(guó)Solar Frontier技術(shù)對(duì)外公布的成本$0.4/WP，薄膜具備了競(jìng)爭(zhēng)力。此外，砷化鎵技術(shù)，鈣鈦礦也在異軍突起。技術(shù)迭代促使生產(chǎn)成本大幅下降，配合火電靈活性改造、儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步、電網(wǎng)消納比例提升、分布式政策落地實(shí)施等利好，未來(lái)度電成本將越來(lái)越低，《中國(guó)2050年光伏發(fā)展展望》預(yù)測(cè)，2025年光伏新增裝機(jī)發(fā)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(shù)的商業(yè)化應(yīng)用將帶來(lái)以老產(chǎn)能出清為主的行業(yè)格局洗牌。
4、分布式光伏發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道
傳統(tǒng)光伏以集中利用為主，在2010-2015年間，我國(guó)集中式光伏電站一直處于投資風(fēng)口，大批電站項(xiàng)目上馬，主要集中在西部地區(qū)，但由于項(xiàng)目過(guò)于集中，電網(wǎng)消納困難（據(jù)國(guó)網(wǎng)測(cè)算，電網(wǎng)最大可消納比例約15%。）、高線損（約7%）等問(wèn)題，出現(xiàn)大量棄光現(xiàn)象。為此，國(guó)家密集出臺(tái)分布式光伏相關(guān)政策，各地加大投資及建設(shè)力度，截至2020年底，分布式光伏累計(jì)裝機(jī)占比31.01%。
2021年6月20日，國(guó)家能源局下發(fā)《關(guān)于組織申報(bào)整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)方案的通知》，被視作實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”與鄉(xiāng)村振興兩大國(guó)家戰(zhàn)略的重要舉措。9月14日，國(guó)家能源局正式印發(fā)試點(diǎn)名單，全國(guó)共有676個(gè)縣（市、區(qū)）被列為整縣屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)。截至2021年10月底，全國(guó)累計(jì)納入2021年國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼戶用光伏項(xiàng)目裝機(jī)容量13.6GW。按照“十四五”規(guī)劃分布式光伏比例40%測(cè)算，新增裝機(jī)約120GW，投資額近4800億。以分布式光伏托管運(yùn)維招標(biāo)均價(jià)每年0.035元/瓦計(jì)，運(yùn)維市場(chǎng)空間約210億元。
5、下游利用多樣化，助力多個(gè)領(lǐng)域清潔低碳發(fā)展
雙碳政策出臺(tái)后，各能源消耗行業(yè)紛紛制定節(jié)能減排措施，尤其是占全國(guó)能耗65%的工業(yè)部門(mén)，其中電力行業(yè)積極推進(jìn)能源體系清潔低碳發(fā)展，加大光伏和風(fēng)電投資力度，加快構(gòu)建適應(yīng)高比例可再生能源的新型電力系統(tǒng)，完善清潔能源消納長(zhǎng)效機(jī)制。交通領(lǐng)域提出打造智慧交通，鼓勵(lì)在服務(wù)區(qū)、邊坡等公路沿線合理布局光伏發(fā)電設(shè)施，與市電等并網(wǎng)。住建部提出千鄉(xiāng)萬(wàn)村沐光行動(dòng)和整縣制光伏發(fā)電試點(diǎn)方案。工業(yè)領(lǐng)域，工信部鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)、園區(qū)建設(shè)綠色微電網(wǎng)，優(yōu)先利用可再生能源。
根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃，“十四五”期間電網(wǎng)將通過(guò)多種途徑解決新能源消納問(wèn)題，充分利用我國(guó)光伏發(fā)電在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的跨界融合優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)水光互補(bǔ)、農(nóng)光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等應(yīng)用模式。
一是光伏和制氫技術(shù)耦合，充分利用低價(jià)值谷電生產(chǎn)氫氣，可以較好地解決鋼鐵和石化行業(yè)替代煤炭制氫路線，解決碳排放限制，既實(shí)現(xiàn)能源全生命周期清潔化，又有效解決行業(yè)發(fā)展權(quán)，樹(shù)立綠色產(chǎn)品品牌。
二是光伏與5G通訊的融合，配套微電網(wǎng)，有效降低電力基礎(chǔ)設(shè)施投資成本，支持國(guó)內(nèi)新基建建設(shè)。根據(jù)規(guī)劃，全國(guó)至少有1400萬(wàn)個(gè)基站需要新建或改造，以5G基站全網(wǎng)功耗是4G的4.62倍計(jì)，可減少電網(wǎng)負(fù)荷20GW。
三是光伏建筑一體化（BIPV），充分使用屋面結(jié)構(gòu)面積。2020年全球BIPV總裝機(jī)量2.3GW，約占全球光伏市場(chǎng) 1%，成本回收期5-7年。以2020年我國(guó)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(yè)類(lèi)建筑配套BIPV計(jì)，市場(chǎng)空間約340億元。
按照產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)有用工人數(shù)80%計(jì)，到2025年可解決就業(yè)約2000萬(wàn)個(gè)，增加外匯320億美元，減少二氧化碳排放2.45億噸，經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)性均比較顯著。
光伏系統(tǒng)能量回收期是指全壽命周期消耗的總能量（包括生產(chǎn)制造、建設(shè)和運(yùn)行）與年能量輸出的比例，取決于兩個(gè)方面，一是生產(chǎn)制造技術(shù)水平，二是光伏發(fā)電量和壽命。據(jù)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)測(cè)算，310W（60片）組件從生產(chǎn)到發(fā)電總能耗為375kwh。按照2020年平均發(fā)電時(shí)數(shù)1030小時(shí)、自用電率7%、電站25年壽命期衰減到80%計(jì)，310W電池全生命周期共發(fā)電6342kwh，能量回收期約1.5年。2020年大于6000KW火電發(fā)電機(jī)組供電標(biāo)煤耗平均305.5g，有效能量利用率僅37.9%。
2、環(huán)保清潔效應(yīng)強(qiáng)
根據(jù)測(cè)算，制備1W光伏組件綜合能耗為1.21KWh，在年發(fā)電時(shí)數(shù)1030小時(shí)下，25年壽命期共發(fā)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(biāo)煤耗305.5g計(jì)，每度電排放二氧化碳約840g。同時(shí)根據(jù)國(guó)家火電機(jī)組外排煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：粉塵10mg/Nm3、二氧化硫30mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3測(cè)算，年增加60GW光伏裝機(jī)容量，可減少煤炭消耗1890萬(wàn)噸、二氧化碳4907萬(wàn)噸、粉塵1930噸、二氧化硫5794噸、氮氧化物9656噸。
到2025年，光伏累計(jì)裝機(jī)從253GW增加到553GW，年減少二氧化碳排放2.45億噸，占2020年全國(guó)二氧化碳排放量98.94億噸的2.5%，具有較好的環(huán)境效益。
3、技術(shù)進(jìn)步空間大，成本下降可期
光伏發(fā)展史上重大節(jié)點(diǎn)的技術(shù)進(jìn)步均源于我國(guó)，兩次革命性的突破使成本大幅降低，一是2009年協(xié)鑫通過(guò)改良冷氫化工藝大幅降低硅料成本，二是隆基股份通過(guò)金剛線創(chuàng)新帶來(lái)了單晶硅成本大幅下降。
目前，我國(guó)已掌握光伏產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)，硅料領(lǐng)域的通威股份，硅片領(lǐng)域的保利協(xié)鑫、隆基綠能、中環(huán)光伏，電池片領(lǐng)域的通威太陽(yáng)能、天合光能和晶澳太陽(yáng)能，光伏組件領(lǐng)域的晶科能源、晶澳太陽(yáng)能、天合光能以及隆基股份，以及逆變器領(lǐng)域的華為和陽(yáng)光電源，均擁有全球一流的競(jìng)爭(zhēng)力和技術(shù)水平。唯一競(jìng)爭(zhēng)的美國(guó)光伏技術(shù)，采用碲化鎘薄膜組件，成本優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)晶硅技術(shù)。
目前，光伏產(chǎn)業(yè)新興技術(shù)日新月異，變革期不斷縮短。其中硅料單元保利協(xié)鑫和陜西天宏研發(fā)的顆粒硅技術(shù)電耗低，成本不足塊狀硅的50%，存在的雜質(zhì)含量高，摻雜比例低的問(wèn)題正在逐步解決。
硅片單元一是正在全面推進(jìn)大尺寸并形成182(M10)、210(G12)聯(lián)盟，組件可用發(fā)電面積從35%提到80%，組件功率超過(guò)540W，使用G12硅片的組件較166尺寸組件節(jié)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(lái)166尺寸雖通過(guò)設(shè)備改造可轉(zhuǎn)產(chǎn)M10，但約75%的設(shè)備更換，成本較高。
據(jù)PV Infolink預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)，2020年主流是P型單晶硅片，銷(xiāo)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(shù)低、光衰和弱光性好等優(yōu)點(diǎn)，其中異質(zhì)結(jié)和TOPCon電池發(fā)展迅速，有望成為下一代主流技術(shù)，預(yù)測(cè)到2025年占比將超過(guò)20%，2030年超過(guò)40%。
同時(shí)，光伏產(chǎn)業(yè)中非晶硅薄膜技術(shù)，因具有自重輕，適應(yīng)現(xiàn)有建筑物能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，一直受到各國(guó)關(guān)注，最有潛力的是化合物薄膜，美國(guó)First Solar碲化鎘理論光電轉(zhuǎn)化效率超過(guò)晶硅，達(dá)到32%，實(shí)驗(yàn)室效率22.1%，商業(yè)化組件平均效率19%。我國(guó)在四川雙流國(guó)家機(jī)場(chǎng)有示范性設(shè)施。銅銦鎵硒薄膜雖轉(zhuǎn)化效率高，但由于成本高，銦和鎵儲(chǔ)量限制等問(wèn)題商業(yè)化推廣難度較大。國(guó)內(nèi)漢能集團(tuán)、神華、國(guó)家能源集團(tuán)、中建材凱盛等通過(guò)收并購(gòu)國(guó)外技術(shù)和自主研發(fā)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，如果能實(shí)現(xiàn)技術(shù)二次開(kāi)發(fā)突破，商業(yè)化前景較為廣闊。
初步測(cè)算，當(dāng)硅料價(jià)格超過(guò)12萬(wàn)元/t，以漢能收購(gòu)美國(guó)Solar Frontier技術(shù)對(duì)外公布的成本$0.4/WP，薄膜具備了競(jìng)爭(zhēng)力。此外，砷化鎵技術(shù)，鈣鈦礦也在異軍突起。技術(shù)迭代促使生產(chǎn)成本大幅下降，配合火電靈活性改造、儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步、電網(wǎng)消納比例提升、分布式政策落地實(shí)施等利好，未來(lái)度電成本將越來(lái)越低，《中國(guó)2050年光伏發(fā)展展望》預(yù)測(cè)，2025年光伏新增裝機(jī)發(fā)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(shù)的商業(yè)化應(yīng)用將帶來(lái)以老產(chǎn)能出清為主的行業(yè)格局洗牌。
4、分布式光伏發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道
傳統(tǒng)光伏以集中利用為主，在2010-2015年間，我國(guó)集中式光伏電站一直處于投資風(fēng)口，大批電站項(xiàng)目上馬，主要集中在西部地區(qū)，但由于項(xiàng)目過(guò)于集中，電網(wǎng)消納困難（據(jù)國(guó)網(wǎng)測(cè)算，電網(wǎng)最大可消納比例約15%。）、高線損（約7%）等問(wèn)題，出現(xiàn)大量棄光現(xiàn)象。為此，國(guó)家密集出臺(tái)分布式光伏相關(guān)政策，各地加大投資及建設(shè)力度，截至2020年底，分布式光伏累計(jì)裝機(jī)占比31.01%。
2021年6月20日，國(guó)家能源局下發(fā)《關(guān)于組織申報(bào)整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)方案的通知》，被視作實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”與鄉(xiāng)村振興兩大國(guó)家戰(zhàn)略的重要舉措。9月14日，國(guó)家能源局正式印發(fā)試點(diǎn)名單，全國(guó)共有676個(gè)縣（市、區(qū)）被列為整縣屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)。截至2021年10月底，全國(guó)累計(jì)納入2021年國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼戶用光伏項(xiàng)目裝機(jī)容量13.6GW。按照“十四五”規(guī)劃分布式光伏比例40%測(cè)算，新增裝機(jī)約120GW，投資額近4800億。以分布式光伏托管運(yùn)維招標(biāo)均價(jià)每年0.035元/瓦計(jì)，運(yùn)維市場(chǎng)空間約210億元。
5、下游利用多樣化，助力多個(gè)領(lǐng)域清潔低碳發(fā)展
雙碳政策出臺(tái)后，各能源消耗行業(yè)紛紛制定節(jié)能減排措施，尤其是占全國(guó)能耗65%的工業(yè)部門(mén)，其中電力行業(yè)積極推進(jìn)能源體系清潔低碳發(fā)展，加大光伏和風(fēng)電投資力度，加快構(gòu)建適應(yīng)高比例可再生能源的新型電力系統(tǒng)，完善清潔能源消納長(zhǎng)效機(jī)制。交通領(lǐng)域提出打造智慧交通，鼓勵(lì)在服務(wù)區(qū)、邊坡等公路沿線合理布局光伏發(fā)電設(shè)施，與市電等并網(wǎng)。住建部提出千鄉(xiāng)萬(wàn)村沐光行動(dòng)和整縣制光伏發(fā)電試點(diǎn)方案。工業(yè)領(lǐng)域，工信部鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)、園區(qū)建設(shè)綠色微電網(wǎng)，優(yōu)先利用可再生能源。
根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃，“十四五”期間電網(wǎng)將通過(guò)多種途徑解決新能源消納問(wèn)題，充分利用我國(guó)光伏發(fā)電在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的跨界融合優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)水光互補(bǔ)、農(nóng)光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等應(yīng)用模式。
一是光伏和制氫技術(shù)耦合，充分利用低價(jià)值谷電生產(chǎn)氫氣，可以較好地解決鋼鐵和石化行業(yè)替代煤炭制氫路線，解決碳排放限制，既實(shí)現(xiàn)能源全生命周期清潔化，又有效解決行業(yè)發(fā)展權(quán)，樹(shù)立綠色產(chǎn)品品牌。
二是光伏與5G通訊的融合，配套微電網(wǎng)，有效降低電力基礎(chǔ)設(shè)施投資成本，支持國(guó)內(nèi)新基建建設(shè)。根據(jù)規(guī)劃，全國(guó)至少有1400萬(wàn)個(gè)基站需要新建或改造，以5G基站全網(wǎng)功耗是4G的4.62倍計(jì)，可減少電網(wǎng)負(fù)荷20GW。
三是光伏建筑一體化（BIPV），充分使用屋面結(jié)構(gòu)面積。2020年全球BIPV總裝機(jī)量2.3GW，約占全球光伏市場(chǎng) 1%，成本回收期5-7年。以2020年我國(guó)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(yè)類(lèi)建筑配套BIPV計(jì)，市場(chǎng)空間約340億元。
按照產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)有用工人數(shù)80%計(jì)，到2025年可解決就業(yè)約2000萬(wàn)個(gè)，增加外匯320億美元，減少二氧化碳排放2.45億噸，經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)性均比較顯著。
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