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利用由半导体材料制成的电池把太阳能直接转化电能
光热发电(CSP)技术:
利用反射设备太阳能集中照射到一处以产生热量,
太阳能技术再由此发电
太阳能水热技术:
利用太阳能收集器收集热能后直接加热相应体积的水
太阳能暖通技术:
利用太阳能预热建筑物中流通的空气
图1常见的太阳能技术
(2)晶硅电池技术不等于光伏发电
从下图2中我们可以看出,光伏电池大致分为晶硅电池和薄膜电池两大类,其中晶硅电池占据了绝大部分市场份额,达到了90%。
目前已经进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有三种:
非晶硅薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池。
其中,碲化镉薄膜电池和铜铟镓硒薄膜电池同属于多元化合物薄膜电池。
非晶硅薄膜电池,又称为硅基薄膜电池,主要以非晶硅(a-Si,无定形硅)作为感光材料,具有耗硅量低、生产成本低、弱光响应好、高温特性好等优点,但同时也存在寿命短、稳定性差、光电转化率低等不足。
化合物薄膜电池的光电转换率要比非晶硅薄膜电池高很多。
全球市值最大的太阳能上市公司美国第一太阳能(FirstSolar)就是碲化镉薄膜电池技术的典型代表。
2009年第一太阳能的薄膜电池生产量达到1.1GW,在全球光伏电池生产商中排名首位。
其光伏电池的光电转换率在当年提高到11.1%,生产成本则降至84美分/瓦。
尽管较之多晶硅光伏电池,碲化镉薄膜电池的光电转化率还明显偏低,但其材料消耗量、生产成本、制造能耗和平均售价都比前者低出很多。
第一太阳能在生产成本和产品毛利率上明显优于采用晶硅电池技术的生产厂商。
单晶硅电池(48.2%)
晶硅电池(90%)
光伏太阳能电池多晶硅电池(51.8%)
非晶硅电池(46.1%)
薄膜电池(10%)
其他化合物电池(53.9%)
图2光伏电池的基本分类及其市场份额
显而易见的是,晶硅电池技术在光伏发电领域是占据着绝对优势的主流技术。
据国际太阳能咨询机构Solarbuzz统计,2009年晶硅电池的出货量占全球光伏电池总出货量的81.8%。
1.2光伏产业链
图片来源:
无锡尚德公司网站
图3光伏产品产业链示意图
从上图3中,我们可以清楚地看到光伏产业链的构成。
光伏产业链包括硅料、硅片、电池片、电池组件、应用系统5个环节。
上游为硅料环节;
中游为硅片、电池片、电池组件环节;
下游为应用系统环节。
从全球范围来看,产业链5个环节所涉及企业数量依次大幅增加,光伏市场产业链呈金字塔形结构。
在整个产业链中,硅料尤其是高纯度的硅料毛利率最高。
由于近年来光伏产业的快速发展,硅料出现供不应求的状况,硅料的价格更是节节攀升。
其次是硅片生产的利润率较高,而组件生产和工程安装利润率最低,约为10%左右。
目前,大部分光伏企业的产品集中在硅片、电池片和电池组件,以及应用系统方面。
硅料的利润增长点主要是来自高纯度的多晶硅,而纯度较低的工业硅(纯度为98%~99%)则价格极为低廉。
工业硅料的生产主要在发展中国家进行,是产业链中高能耗、高污染的一环。
工业硅料经提纯后得到高纯度的硅料(纯度在99.9999%以上)则价格高昂。
高纯度硅料的供应商主要来自美国、德国和日本的公司。
随着光伏产业的发展,这些公司有扩大高纯度硅料产能的趋势,如美国HSC公司(HemlockSemiconductorCorporation)的多晶硅产能将从目前的1万吨增加到2008年的1.45万吨,到2010年扩产至1.9万吨;
另一家公司MEMC公司(MEMCElectronicMaterialsInc.)的产能也将由4900吨提高至2009年的8000吨。
下表1反映了当前光伏产业链各环节目前国外和国内的技术现状,产业链上游的晶硅技术主要掌握在德国、美国和日本手中,我国在这方面技术还比较落后,在产业链中下游,我国与德国美国日本的差距较小,产量比较大,但生产设备制造水平还不高,很多设备基本上靠从德国进口。
表1光伏产业链各环节目前技术现状
工序环节
国际技术状况
国内技术现状
多晶硅
技术主要掌握在美国、日本、德国,产能主要技术在全球7大生产商手中
主要都为引进俄罗斯的改良西门子发,技术相对有一定差距,产能相对较少
硅锭、硅片
单晶、多晶技术都相对成熟,切割工艺不断提升,硅片厚度不断下降
单晶硅控制技术比较成熟,单晶炉已实现国产化,价格低廉;
多晶硅浇铸炉依靠进口,价格昂贵
电池及组件
电池片的光转化效率高
生产工艺和国际相当,生产设备国产化率最高,从事企业多,且扩产最快,产量最大的一个环节。
由于技术和资金门槛低,同时可以充分利用劳动力成本低廉的优势,中国太阳能光伏电池封装行业的发展最为迅速。
2发展历程
2.1光伏市场
2.1.1全球光伏市场
数据来源:
EPIA,2011
图42000-2011年全球累计装机容量(MW)
图52000-2011年全球每年装机容量(MW)
图4反映的是2000-2011年全球光伏累计安装容量,图5反映的是全球光伏每年新增安装容量,从图中我们可以对光伏行业的发展历程有个清晰的了解。
(1)光伏行业近十年来发展十分迅猛,光伏年安装总量以接近50%甚至超过50%的增速在增长,截至2011年底,全球光伏发电市场累积安装量达87652MW以上,当年新增安装量达29665MW,相比2010年的16817MW增长76.399%。
(2)从全球整个地域分布来看(见下表2),光伏的消费市场主要在欧洲。
其次在亚洲太平洋地区,亚洲太平洋地区除了包括中国、日本,还包括韩国、澳大利亚、台湾、泰国。
第三大市场在北美,在北美和非洲市场发展潜力也比较大。
表2全球光伏市场分布图
地区
2010新增市场
2010年累计容量
2011新增市场
2011年累计容量
欧洲
13367
29741
21939
51680
中国
520
893
2200
3093
APAC
澳大利亚
387
524
774
1298
印度
60
161
300
461
日本
991
3618
1296
4914
韩国
138
662
92
754
马来西亚
0.5
11
台湾
13
32
70
102
美洲
美国
878
2528
1855
4383
加拿大
105
200
364
563
墨西哥
30
10
40
巴西
27
5
中东和非洲
以色列
45
66
130
196
南非
1
41
CPIA,2011,作者整理所得
欧洲太阳能光伏发电市场一直位居首位,是全球主要的光伏市场。
2011年,欧盟的光伏发电新增21939MW,约占全球新增装机的73.956%。
长期以来,德国一直是全球最大的太阳能光伏发电消费市场,2011年意大利以9.3GW的装机容量超过德国(7.5GW)成为全球第一,两国的装机容量加总起来约占全球的60%,随后是法国(1.7GW)和英国(784MW),见下图6。
在欧盟之外,美国、日本的市场容量也比较大。
根据CPIA(2011)整理所得
图62011年欧洲市场分布图
图72011年欧洲以外的市场分布图
2.1.2我国光伏市场
在最初几年的发展过程中,我国光伏产业存在“两头在外”的显著市场特征,即产业所需要的80%以上的原材料需要从国外市场进口,而生产出来的电池组件有90%以上流向国外市场。
高度的双重“对外依赖性”使得我国光伏产业的内生动力不足,而且产业的风险系数较高。
近几年,经过业界的共同努力和培育,国内光伏应用市场正在兴起。
一方面,国内出现了数量较多的硅材料生产企业,国产多晶硅占我国多晶硅消费总量的比例越来越高;
另一方面,随着国内光伏装机市场的逐步兴起,光伏电池组件的国内销售量也在上升,“两头在外”的局面正得以改变。
图8是我国光伏原材料和产品的市场变化情况。
图82007~2011年光伏行业原材料和产品的国内市场变化情况
2.2光伏生产
2.2.1原材料产业
我国光伏电池的发展主流是硅基电池,非硅基的薄膜电池目前只占到我国光伏电池产量的较少一部分。
在硅基电池的生产过程中,需要用到大量的太阳能级多晶硅和单晶硅,而多晶硅等的生产又要用到大量的工业硅(金属硅)。
经过数十年的自我发展和吸收引进,我国已经建立起较为成型的硅工业体系,工业硅产量(见图9)已连续多年雄居世界首位。
据中国有色金属工业协会硅业分会的统计,截至2011年底,我国工业硅建成产能320×
104t/a,2011年工业硅年产量达到136×
104t,其中约有18×
104t左右用于多晶硅及三氯氢硅的生产。
图9我国工业硅年产量变化趋势
多晶硅方面,近年来我国的多晶硅工业体系发展迅速,改良西门子法多晶硅生产体系得到较大范围推广。
2011年,我国多晶硅产量达到7.9×
104t,其中西门子法多晶硅7.5×
104t,物理法及硅烷法多晶硅0.4×
104t。
图10为我国(大陆地区)多晶硅年产量的变化趋势。
图10我国(大陆地区)多晶硅年产量变化趋势
国内多晶硅产能的集中涌现,加上国际多晶硅巨头对华出口力度的显著增强,造成了自2011年下半年以来我国多晶硅市场价格一路下跌的局面。
由于利润微薄乃至亏本经营,多晶硅企业不堪重负,目前国内有接近80%左右的多晶硅企业处于停产歇业状态。
然而,尽管国内多晶硅行业“产能堆积”现象明显,2011年还是从美国、韩国等国家进口了大量的太阳能级多晶硅(见表3)。
表3近5年中国多晶硅进口情况
项目
2007年
2008年
2009年
2010年
2011年
国内多晶硅需求量
11500
25500
45000
85000
130000
国内多晶硅产量
1139
4500
18300
43500
79000
实际进口数量
9209
16994
22727
47510
64613
2.2.2设备制造产业
光伏电池的生产需要经过硅材料生产、硅片加工、太阳能电池片制造、组件封装等过程。
在这一系列生产过程中,需要用到大量的生产、检测和模拟设备,比如扩散炉、等离子刻蚀机、多晶硅铸锭炉、层压机等。
经过数十年的发展,我国光伏设备制造业水平已大有提高,少数领域已赶上国际先进水平。
据笔者的初步统计,目前国内能提供光伏设备现货的企业有30多家,比较有名的有北京中联科利、武汉三工、长沙万全、中电48所、秦皇岛博硕光电、中电2所等,提供的设备有国产的扩散炉、烧结炉、单晶硅炉、多晶硅炉、电池片切割机、蚀刻机以及用于制绒、划线、清洗、烘干、丝网印刷、覆膜、组件层压的设备等,同时还能生产一些电池性能测试仪。
据中电48所相关人土介绍,目前国产的单晶炉等已有一定数量的出口。
然而需要指出的是,目前国内还没有能够提供光伏电池全套生产线的企业,而且国内企业提供的上述设备,在性价比方面与国际大厂商的产品相比仍有较大差距。
2.1.3光伏电池制造业
我国光伏电池制造业发展时间并不太长。
本世纪初,一批光伏学者海外学成归国创业,国内光伏制造业开始规模化发展。
2006年以后,随着无锡尚德、赛维LDK等一批企业在海外上市取得巨大成功,光伏行业显示出强大的造富能力,促使国内一部分企业快速转战该领域,光伏制造业规模迅速壮大,从业企业数量从最初的10多家迅速发展为几百家。
截至2011年底,中国光伏电池制造企业数量已超过500家,在江浙、冀豫、川赣等地形成了明显的产业集群。
同时,我国光伏电池制造业在世界光伏制造业的地位和权重也在显著增大。
(1)自2004年之后光伏产品的出货量一路激增(见下表4),2004年年增长率达到61%,之后的增长率基本上都在40%以上,在2008年增长率达到98%,几乎在2007年的基础上翻了一番。
表42002-2010年世界太阳能电池发货总量(MWp)及增长率
年份
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
总量
561
744.26
1195
1759
2500
4000
7900
10660
16200
增长率
0.33
0.61
0.47
0.42
0.60
0.98
0.35
0.52
(2)光伏产品的生产主要来自于欧洲、中国、美国、日本以及中国台湾地区(见图11),在2004年之后各地区的光伏产品发货量都迅速升高,其中,以中国增长速度最快。
图112002-2010世界太阳能电池发货量(MWp)
图122011年全球光伏组件出货量top10(GW)
(3)中国光伏发货量发展迅速,已经位居世界第一。
从2007年起中国的光伏发货量达到1088MWp,在2006年的基础上增长172%,2008年又在2007年的基础上增长138.97%,2009年比2008年增长54.27%,2010年比2009年增长99.45%。
上图12是是2011年全球光伏组件出货量前十的光伏企业,黄色标注的是中国企业,从中我们可以看出,前十的10家企业中中国的光伏企业有6家,位居第一位的是尚德电力,前五名中除了firstsolar之外都是中国企业,包括尚德、英利、天合光能、阿特斯太阳能,中国的另外两家企业晶科太阳能、韩华太阳能分别位于第七、九位。
全球这前十家光伏企业的光伏发货量占据了全球一半的发货量,以此能看出中国的光伏发货量在全球的首要地位。
3发展动因
3.1全球市场的驱动
3.1.1欧洲光伏政策补贴
欧洲市场的拉动是我国光伏产业发展的主要动因,欧盟和其他一些国家对发展太阳能光伏有一个政府补助的政策,比如说像德国搞了一个屋顶计划,鼓励老百姓在屋顶上装太阳能光伏并且政府给予补助,也能够比较好的上网,太阳能的需求非常旺盛,纷纷到中国采购太阳能电池,这很好的刺激了中国光伏业的发展。
中国的光伏产业在2004年之后经历了快速发展的过程,连续5年的年增长率超过100%。
2007-2011年中国连续5年光伏电池产量居世界首位。
2010年,中国光伏电池产量超过全球总产量的50%。
3.1.2光伏价格下降
2011年开始欧洲各国光伏补贴不断下调,但全球光伏装机量依旧大幅增长,此时的原因在于;
光伏产品价格显著下降,弥补了光伏补贴下调的损失,确保了光伏电站投资的合理内部收益率。
2011年光伏产品价格下降最大的原因是由于行业产能严重过剩,竞争激烈降低了产品价格。
据不完全统计,目前全球光伏产能已经超过50GW,接近一半的产能被闲置。
此外,规模效应和生产效率提升也降低了光伏产品的价格。
目前光伏产业链的利润已经被严重压缩,光伏产品价格继续大幅下降空间有限,2012年全球光伏行业产能过剩问题继续存在。
首先,在政策制约下,2012年包括德国、意大利等传统市场很难再现大幅增长。
其次,包括中国、印度在内的新兴市场尚未建立起可持续发展机制。
此外,虽然存在大量的其它有潜力新市场,但市场开发还尚需要一个过程。
3.2我国政策扶持
光伏产业属于我国中央政府确定的战略性新兴产业,其发展、壮大离不开政策体系的支持和约束。
一方面,我国光伏产业目前正处于上升发展初期,未来的发展目标、方向和前景还不太明确,需要国家相关产业发展政策来进行规划和引导;
另一方面,我国光伏产业目前形成的产业链体系还较为脆弱,加之太阳能光伏发电与常规能源发电相比在成本控制等方面不具备竞争优势,因而需要政策体系来进行扶持;
同时,由于发展伊始,目前我国光伏行业还没有形成强有力的自我约束机制,为净化产业发展环境、优化产业结构,需要有调控政策体系来进行监督和约束。
近年来,在党中央和国务院的高度重视下,在业界的共同呼吁下,政府主管部门在参考欧美等光伏产业发展先进国家经验的基础上,先后出台了一系列产业政策,我国光伏产业政策体系初步形成。
总的来看,目前国家产业政策体系主要包括规划政策、扶持政策、约束督导政策三个部分(见表5)。
表5国家光伏产业相关政策文件部分统计(在有效期内)
政策类别
文件名
主导发文单位
发文号
规划政策
《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》
国务院
国发[2010]32号
《可再生能源中长期发展规划》
国家发改委
发改能源[2007}2174号
《可再生能源“十二五”规划》
持颁
《关于促进战略性新兴产业国际化发展的指导意见》
商务部
商产发[2011]310号
《可再生能源产业发展指导目录》
发改能源[2005]2517号
《国家能源科技“十二五”规划》
国家能源局
国能科技[2011]395号
《产业关键共性技术发展指南(2011年)》
工信部
工信部科[2011]320号
《产业接哦股调整指导目录(2011年本)》
发展改革委令2011年第9号
《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》
2012年2月24日颁布
扶持政策
《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》
财政部
财建[2011]128号
《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》
发改价格[2006]7号
《可再生能源发展基金征收使用管理暂行办法》
财综[2011]115号
《关于实施金太阳工程的通知》
财建[2009]397号
《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》
发改价格[2011]1594号
《关于加强太阳能光电建筑应用示范后续工作管理的通知》
财建[2011]623号
《关于组织2012年度可再生能源建筑应用相关示范工作的通知》
财建[2011]167号
《关于做好2012年金太阳示范工作的通知》
财建[2012]21号
《关于组织实施2012年度太阳能光电建筑应用示范的通知》
财办建[2011]187号
约束督导政策
《外商投资产业指导目录(2011年修订)》
国家发改委、商务部
2011年第12号令
《多晶硅行业准入条件》
工联电子[2010]137号
3.2.1规划政策
近年来,国家发改委等先后出台《可再生能源“十一五”规划》、《可再生能源中长期发展规划》等文件,对我国光伏产业的发展目标、方向进行明确和规划,并根据产业发展的实际情况,通过制定政策文件对先前制定的发展目标和方向进行适时调整。
据国家能源局介绍,即将出台的《可再生能源发展“十二五”规划》已将我国2015年的太阳能发电装机规划量提高到15GW,并要求力争形成年发电量达到200×
108kW·
h的能力。
3.2.2扶持政策
扶持政策可分为4个部分:
第一,为解决我国光伏产业等新能源产业扶持资金的来源问题,国家发改委、财政部制定并完善了“可再生能源电价附加”征收制度,目前已将征收额度从0.4分/(kW·
h)提高到0.8分/(kW·
h),并出台了《可再生能源发展基金征收使用管理暂行办法》等管理措施,为我国光伏产业等新能源产业的扶持资金奠定下来源基础;
第二,为探索产业激励机制,提升国内业界信心,我国政府在2009年、2010年先后组织了两次光伏特许权项目招标,启动了我国大型荒漠电站的建设历程;
第三,为壮大国内光伏装机市场,吸引更多光伏企业从事国内光伏电站的开发,国家发改委、财政部、住房与城乡建设部等先后多次组织实施了“金太阳示范工程”、“太阳能光电建筑应用示范”等项目;
第四,为建立国内并网光伏发电价格回报机制,提升业界信心,国家发改委和财政部等联合制定了我国并网光伏电站的上网电价政策。
3.2.3约束督导政策
近年来,为优化产业发展结构、倡导有序竞争、减少产能堆积,工信部等出台了《多晶硅行业准入条件》等限制性政策。
还应该说明的是,在国家产业政策的带动下,一些省市,包括浙江、江苏、山东、辽宁、江西等也先后出台了一些光伏产业政策,以促进本地区光伏产业的发展。
4发展特点
4.1政府补贴“拔苗助长”
近年来,光伏产业深受资本市场与各地政府的宠爱,至今中国已涌现出100多个产业基地,产能占据全球半壁江山。
光伏行业需要国家补贴,这是欧盟、美国等的普遍做法。
对光伏行业这样的新兴产业来说,如果没有政府补贴,就没有人会去做,恐怕至今相关技术还躺在实验室里。
当国家补贴光伏行业的时候,问题的关键在于国家如何补贴光伏行业,是补贴光伏制造企业,还是补贴消费者。
国家产业补贴用的是纳税人的钱财,因此不能乱花,而是应该以最有效率的方式支持一个产业的发展。
目前,我国对光伏行业补贴主要是补贴光伏制造企业。
虽然这一政策对我国光伏行业的发展起到了至关重要的作用,但是现在全国光伏行业园遍地开花,光伏制造企业竞争激烈,不少光伏企业债台高筑,有必要重新审视这一政策,并进行调整。
显然,国家补贴不能代替市场自由竞争、优胜劣汰,而因为国家补贴的存在,往往令市场机制失去弹性。
不可否认,现在很多光伏企业已经几乎靠各级财政补贴生存了。
光伏企业成了地方的政绩工程、形象工程,在国家补贴的带动下,地方也不惜拿出巨资补贴当地的光伏企业。
如江西赛维屡屡曝出巨亏,却又屡屡被当地政府出手相救,如今收到当地政府几十亿元的补贴、注资。
因为国家补贴的存在,一些该倒闭的光伏企业不但没有倒闭,反而成为不断吞噬财政资金的无底黑洞。
不可否认,很多补贴资金实际上是在为一些企业的经营不善买单。
这恰恰是没有效率的,而且违背市场规律。
欧盟、美国等对光伏行业的补贴,主要还是补贴光伏发电,也就是度电补贴,由国家财政为光伏发电的价差买单。
这样的补贴旨在促进和扩大光伏发电的使用,有利于做大整个光伏行业的蛋糕,从而间接给光伏制造企业带来利好。
这样的补贴好处是显而易见的,既有利于建立更多的光伏发电站,给光伏制造企业带来商机,同时,又能充分发挥市场竞争机制。
毫无疑问,这是最有效率的一种方式。
国家直接补贴光伏制造企业是直接干预市场竞争中的微观主体,有违公平原
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