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行业主要上市公司:隆基股份(601012);晶澳科技(002459);晶科能源(688223);通威股份(600438);天合光能(688599)等
本文核心数据:光伏发电板块上市公司研发费用;光伏发电相关论文发表数量
全文统计口径说明:1)论文发表数量统计以“solar pv”、“solar
photovoltaic”为关键词,选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,其发电原理如下。
光伏发电一般分为两类:集中式发电和分布式发电,集中式发电主要为大型地面光伏系统;分布式发电主要应用于商业/工业、建筑屋顶。
2、技术全景图:主要为光伏电池技术路线
光伏发电行业的产业链中游为电池片、电池组件和系统集成,其中各类光伏电池技术为重点技术路线。根据半导体材料的不同,光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池以及叠层和新结构电池(第三代电池)。
晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术,按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池,其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为P型电池和N型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池,而TOPCon、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。
薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池,以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等的化合物薄膜电池为代表。
叠层、新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。
光伏发电行业技术发展历程:电池技术路线演变拉动
光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的,从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池,如今光伏电池技术已发展至第三代,第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等,具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。
光伏发电行业技术政策背景:政策加持技术水平提升
近年来,我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策,通过政策指导,行业加快光伏发电技术的推广和革新,促进光伏发电产业的快速发展。
1、光伏发电行业技术科研投入现状
据已公开的国家重点研发计划项目,2018-2021年我国光伏发电技术相关国家重点研发计划项目共计15项。
注:2019年未公布光伏发电技术相关国家重点研发计划项目。
光伏发电行业经过多年发展,产品相对成熟,但行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看,2017-2021年,我国光伏板块上市公司研发总费用逐年增长,2022年第一季度,光伏板块上市公司研发总费用约281.13亿元。
从光伏发电相关论文发表数量来看,2010年至今我国光伏发电相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势,可见光伏发电科研热度持续走高。截至2022年8月,我国已有18289篇光伏发电相关论文发表。
通过创新词云可以了解光伏发电行业内最热门的技术主题词,分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中近约5000条专利中最常见的关键词,其中,光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词涉及的专利数量较多,说明光伏发电行业研发和创新重点集中于光伏组件和光伏板等领域。
从光伏发电专利聚焦的领域看,目前光伏发电专利聚焦领域较明显,其主要聚焦于太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。
从技术水平来看,硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉和铜铟硒多元化合物(铜铟镓硒是其典型代表)是可选光伏材料中综合性能的最佳集合。而它们各方面性能的优劣,直接导致了目前光伏电池技术百花齐放的现状。
注:平均转换效率均只记正面效率。
光伏发电行业技术发展痛点及突破
(1)硅基光伏电池:P型电池转换效率低
由于电池片的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益,因此光伏电池的光电转换效率十分重要,光电转换效率的提升主要依靠技术更新换代。现阶段,晶硅光伏电池面临着转换效率较低的问题,尤其是P型电池。
据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH),PERC电池的理论极限效率为24.5%,PERC产线的量产效率已经达到23%,逐步逼近理论极限效率。
薄膜光伏电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点,但薄膜电池面临着量产转换效率低的问题,性价比较低。
(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率
相较于P型电池,N型电池技术少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好且温度系数小,转换效率更高。面临P型电池逐步逼近理论效率极限,N型电池技术能够突破P型电池的理论效率极限并达到更高转换效率。据中国光伏行业协会(CPIA),2022-2023年N型电池技术的平均转换效率就可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。
钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池,钙钛矿材料的吸光能力强于晶硅材料,因此钙钛矿电池能够实现高转换效率。除了拥有高转换效率,钙钛矿电池还具备价格低、投资小、制备简单等优势。
光伏发电行业技术发展方向及趋势:降本增效
2022年8月,工信部五部门联合印发的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》,提出通过5-8年时间,在太阳能装备方面重点发展高效低成本光伏电池技术,包括推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化,开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用等。
可见,未来光伏发电技术将向着降本增效方向发展,一方面由于现有光伏电池逐渐逼近最高理论转换效率,因此更高转换效率的电池将成为光伏电池技术发展方向;另一方面,光伏组件转换效率的提升以及制造成本的降低,是降低光伏电站建设成本,并最终降低光伏发电成本的关键因素。
「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究,瞄准国际科技前沿,服务国家重大战略需求,围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关,促进碳中和技术成果转化和推广应用,为企业创新找到技术突破口,为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校,二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化,拥有55项专利、33篇论文,并已将30多种产品推向市场,创造商业价值50+亿元,专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。
一、第一阶段计划经济时期(1949-1978年)
自1949年到1978年,中国电力历史分别有燃料工业部、电力工业部、水利电力部三个阶段。在燃料部与电力工业部阶段,电力管理执行集中管理的方法;时至水利电力部,电力与水利又经历了分散与集中各两次不同管理。
1、燃料工业部时期(1949-1955年)。
2、电力工业部时期(1955年-1958年)。
3、水利电力部时期(1958-1966年)。
4、"文化大革命"时期(1966年-1978年)。
二、第二阶段,摸着石头过河(1979-1997年)
从1978年党的十一届三中全会以后,中国的电力工业体制进入了改革探索时期。
1、第二次成立电力工业部(1979-1982年)。
2、第二次成立水利电力部(1982-1988年)。
3、能源部时期(1988-1993年)。
4、第三次成立电力工业部(1993-1997年)。
企业生存的基础是市场,思想又是行动的先导,为了扩展电力市场,企业一定要转变以往的思想观念,明确以市场为主体的竞争策略,坚持市场的导向作用。
想要做好任何事情都要有健全完善的规章制度作基础,电力市场的有效扩展也是如此。
3、建立以用户为核心的电力市场并拓展新市场
想要增加社会用电数量,并逐步拓展电力市场,就要坚持供电以客户为核心,根据用户的具体需求构建电力市场。
电力市场的有效拓展要依靠企业员工的业务能力和综合素质来完成,随着社会主义市场经济的全面开放,以及现代化技术的逐步兴起,给电力企业员工素质能力提出了更高的要求。
行业主要上市公司:国内光伏产业上市公司主要有隆基股份(601012)、晶澳科技(002459)、晶科能源(688223)、通威股份(600438)、天合光能(688599)等。
本文核心内容:国家政策规划、发展目标、省市政策解读
光伏产业是推动我国能源变革的重要引擎,也是新能源的重要组成部分。根据我国国民经济“九五”计划至“十四五”规划,国家对光伏行业的支持政策经历了从“积极发展”到“重点发展”再到“大力提升”的变化。
“九五”计划(1996-2000年)至“十五”计划(2001-2005年)时期,国家层面仅从宏观角度提出积极发展新能源,但未具体提及光伏等新能源;从“十一五”规划开始,明确提及太阳能光伏发电建设,
“十二五”至“十三五”期间,将光伏产业列入战略性新兴产业,并重点规划推动能源结构优化升级路径。到“十四五”时期,根据《“十四五”规划和2035年远景目标刚要》,构建现代能源体系,大力提升光伏发电规模成为“十四五”时期的重要任务。
我国于2006年1月1日起实施《中华人民共和国可再生能源法》,该法案将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域,并推动增加能源供应,改善能源结构,保障能源安全,保护环境,实现经济社会的可持续发展,并且推动可再生能源市场的建立和发展。2006年以来,为鼓励和扶持光伏产业的发展,国家发改委、财政部、工信部、国家能源局、住房和城乡建设部等多部门密集出台支持和规范光伏产业发展的政策性文件,其范围包括了生产、销售、财税、补贴、土地政策等产业发展的各个相关方面。
——《智能光伏产业创新发展行动计划(2021-2025年)》解读
当前,随着光伏技术逐渐成熟、经济性逐渐提升,光伏产业正进入大发展的战略机遇期。以5G通信、人工智能、先进计算、工业互联网等为代表的新一代信息技术快速兴起,加快光伏产业与信息技术深度融合发展、推动智能光伏产业创新升级成为大势所趋。
工信部等五部门联合印发《智能光伏产业创新发展行动计划(2021-2025年)》,旨在“十四五”期间有效引导行业智能升级,促进光伏产业健康发展,从而推动光伏发电的大规模应用,使我国保持全球光伏制造第一大国和装机应用第一大国地位。
——“碳达峰、碳中和”目标对光伏产业的影响解读
“3060碳达峰碳中和”是多重目标、多重约束的经济社会系统性变革,需要统筹处理好发展和减排、降碳和安全、整体和局部、短期和中长期、立和破、政府和市场、国内和国际等多方面多维度关系,是重塑我国经济结构、能源结构、转变生产方式、生活方式的历史性突破。“碳达峰、碳中和”目标的提出将会对我国光伏产业产生多维度的显著影响。
——国家层面光伏行业发展目标解读
国家能源局数据显示,截至2021年末,我国光伏发电累计装机容量达到3.07亿千瓦,2021年新增装机容量达到0.55亿千瓦。根据2022年5月底国家发改委及国家能源局发布的《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》,旨在锚定2030年我国风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上的目标,加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系。推动新能源在工业和建筑领域应用,到2025年,公共机构新建建筑屋顶光伏覆盖率力争达到50%。从国家层面来看,光伏行业是国家重点支持的朝阳产业,未来十年国家将通过大力提升光伏装机容量规模来促进行业发展,重塑能源体系。
目前,为响应国家能源结构升级调整的战略部署,大部分省市均出台了“十四五”期间能源发展规划,对构建新能源结构体系做出明确指示和要求。其中,光伏产业作为各省市重点发展的可再生能源产业受到极大重视,“十四五”期间将大力提升其装机规模。
——31省市光伏行业发展目标解读
“十四五”期间,我国各省市均提出了光伏行业的发展目标,大部分省份对光伏行业在十四五期间的光伏新增装机量及累计装机量均做出明确计划,具体发展目标如下所示:
以上数据参考前瞻产业研究院《中国光伏产业投资机会与投融资策略建议分析报告》。