繼往開來——單晶技術引領光伏行業新時代

北極星太陽能光伏網訊:摘要

光伏行業在我國屬朝陽行業，存在較高技術壁壘。隨著市場需求的快速增長，以及政策對行業發展的積極引導，我國光伏行業快速發展，產業規模迅速擴張。本文將對光伏發電原理、全行業產業鏈構成、行業技術路線、以及近年來行業發展情況等方面進行簡要介紹。由於光伏行業的發展受行業政策影響較大，本文將對近年來重要行業政策進行梳理，介紹國家如何通過政策對行業發展進行引導及幹預。此外，為實現光伏發電的「平價上網」，近年來全行業參與者的成本控制能力面臨嚴峻挑戰。本文將介紹光伏行業產業鏈各環節的成本構成，對相關產品的價格進行分析，並對不同技術路線下相關產品的價差進行分析。在此基礎上，本文將在一定的假設前提下，通過簡單的模型測算，判斷在目前市場環境下，何種技術路線更具優勢。最後，本文例舉了在產業鏈各環節中，市場參與者所應用的最新的降本增效手段。

一、概況

1．光伏發電原理及產業鏈介紹

光伏發電是利用半導體界面的光產生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術；當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被矽材料吸收；光子的能量傳遞給矽原子，使電子發生越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率，此過程為光子能量轉變為電能的過程。

圖1光伏發電原理示意圖

資料來源：文獻檢索

光伏發電系統為利用光伏發電原理，將太陽能電池經過串聯後進行封裝保護，形成大面積的太陽電池組件方陣，使得方陣電壓達到系統輸入電壓的要求，再通過逆變器的作用，將直流電轉換為交流電，輸送至電力變壓器，通過變壓器進行升壓將電腦能輸送到高壓電網。

圖2光伏發電系統示意圖

資料來源：文獻檢索

光伏行業產業鏈較長，且存在單晶及多晶兩大技術路線。隨著行業的發展及政策的引導，全產業鏈的綜合成本不斷下行，未來全球單晶相關產品市場份額將快速上升，並完成對多晶技術路線的替代。

光伏行業產業鏈相對較長，其中主要由矽料、矽棒及矽錠製造、電池片及組件製造、電站開發運營等基本環節構成。如下圖所示，光伏行業產業鏈自上遊中段開始出現單晶拉棒、多晶鑄錠的兩大技術路線，以及向下遊衍生的光伏產品，最終單晶矽棒及多晶矽錠均經過加工製造成為光伏電池組件。

圖3光伏行業產業鏈示意圖

資料來源：文獻檢索

光伏行業發展至今，「單多晶之爭」是伴隨行業發展的一大重要話題，兩大產品線的綜合成本和發電效率直接影響著相關產品的市場佔有率，從而影響相關企業的發展。目前看，單晶技術路線製造的光伏電池組件，具有更高的光電轉換效率，但以單晶為原材料的各類光伏產品價格較高。

從全球市場份額來看，2017年全球單晶產品市場份額僅為28%，但2018年快速攀升至46%。根據PV Info Link的預測，2019年全年全球單晶產品市場份額將達到62%，市場佔有率將首次超越多晶產品。2023年，全球單晶產品市場佔有率將接近90%，多晶產品面臨被完全替代的風險。

從國內市場份額來看，2018年全國單晶矽市場份額為45%，根據中國光伏業協會預測，2019年全年全國單晶矽片市場份額將超過50%。隨著異質結HJT電池、N型PERT電池的應用推廣，N型單晶矽片的市場份額也將逐年提高。而多晶矽片的市場份額未來將逐步下降。鑄錠單晶技術在2018年有了技術突破，由於其轉化率更接近單晶技術，且成本方面較傳統多晶有一定優勢，其市場份額有望增加，中國光伏業協會在統計中將鑄錠單晶矽片合併在了多晶矽片中。但即使鑄錠單晶會在短期內助力多晶市場的發展，從長遠來看，2025年我國單晶矽電池市場佔有率將超過70%，仍大幅超過多晶電池的市佔率。考慮到該統計中多晶矽片包含鑄錠單晶產品，因此在2025年我國多晶矽片實際市場佔有率將遠低於30%，國內市場亦將完成單晶對多晶的替代。

綜上，隨著光伏行業發展的日趨成熟以及行業政策的積極引導，產業鏈綜合成本快速下行，單晶產品技術路線優勢逐漸顯現。光伏行業中單晶產品的市場份額大幅提升，並將迅速完成對多晶的替代。未來單晶相關產品將成為光伏發電行業的主流。

圖4 2017－2023年全球單晶產品市場佔比預測

數據來源：PV Info Link

圖5 2018－2025年全國單晶產品市場佔比預測

數據來源：中國光伏業協會

2．技術路線介紹

光伏行業對技術進步依賴程度較高，不斷降低生產成本及增加光電轉換效率是行業內參與者提升競爭力的重要手段。目前產業鏈各環節參與者均在積極嘗試各種手段實現降本增效。

上遊方面，在拉棒環節中，目前主要應用的技術為改良西門子法，該方法可在拉棒環節提高單爐投料量和拉晶效率，從而降低拉棒成本；在切片環節中，目前主要通過金剛線切割技術代替砂漿切割進行矽片製造，以減少損耗、減薄矽片來提高出片率，從而降低切片成本。此外，在薄片化的基礎上，業內參與者仍在不斷嘗試通過增加矽片尺寸以實現效率的提升，從而攤薄成本。

中遊方面，在電池片環節，太陽能電池片的生產過程是將矽片生產成能夠實現光電轉換的太陽能電池片的過程，該生產過程對光伏下遊應用端產品的性能、成本等關鍵指標起著至關重要的作用。電池片的光電轉換效率也成為了體現晶體矽太陽能發電系統技術水平的關鍵指標。目前我國太陽能電池技術路線逐步由BSF鋁背場工藝向P型高效（PERC、黑矽技術）和N型高效（PERT、HIT及IBC技術等）轉移，從而實現轉換效率的提升。如下表所示，各類電池片轉換效率逐年增長，且單晶路徑電池轉換效率明顯高於多晶路徑電池轉換效率；在組件環節，組件的CTM值越高表示組件封裝功率損失的程度越小。採用陷光玻璃、半片及疊片技術，多主柵（MBB）技術、反光焊帶等封裝技術，均可提升CTM值，甚至超過100%。

註：

具有本徵非晶層的異質結（Heterojunction with intrinsic thin layer）——在電池片裡同時存在晶體和非晶體級別的矽，非晶矽的出現能更好地實現鈍化效果。

發射極鈍化和全背面擴散（Passivated emitter rear totally-diffused）——PERC技術的改進型，在形成鈍化層基礎上進行全面的擴散，加強鈍化層效果。

改良西門子法其原理是在1100℃左右的高純矽芯上用高純氫還原高純三氯氫矽，生成多晶矽沉積在矽芯上。改良西門子工藝是在傳統的西門子工藝的基礎上，同時具備節能、降耗、回收利用生產過程中伴隨產生的大量H2、HCI、SiCI4等副產物以及大量副產熱能的配套工藝。

鋁背場電池（Aluminium back surface field）——為改善太陽能電池的效率，在P-N結製備完成後，在矽片的背光面沉積一層鋁膜，製備P+層，稱為鋁背場電池。

發射極鈍化和背面接觸（Passivated emitter and rear contact）——利用特殊材料在電池片背面形成鈍化層作為背反射器，增加長波光的吸收，同時增大P-N極間的電勢差，降低電子複合，提高效率。

交指式背接觸（Interdigitated back contact）——把正負電極都置於電池背面，減少置於正面的電極反射一部分入射光帶來的陰影損失。

CTM值（Cell To Module）為衡量電池封裝成為組件過程中的功率損失，即用組件額定功率與電池片功率總和的比值來表示。

表1 2018－2025年各類電池轉換效率變化趨勢及預測（單位：%）

資料來源：中國光伏業協會

下遊方面，電站建設成本的降低不僅依賴於光伏產品成本的下降，也受非技術成本（如土地成本、電網接入成本等）和融資成本的影響，在光伏行業產品端不斷進行降本增效的同時，行業參與者亦不斷嘗試通過其他手段降低電站建設的綜合成本，但組件、矽片價格的變動，仍是影響成本的最大因素。

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