国家能源安全 中国绿色未来
SEMI中国光伏委员会
2009年3月
世界对可再生能源的需求
全球气候变暖
生态环境恶化
常规能源短缺 能源价格攀升
能源的保障
国家的安全 投资发展可再生 能源对每一个国 家都具有战略性 的重要意义
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中国光伏发展路线图
中国能源结构 中国电力需求 中国温室气体排放
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中国的能源消费结构
2006年中国一次能源消费构成
数据来源: 中国光伏发展研究报告 (2006-2007) 2007 中国光伏发展报告
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中国二氧化碳排放
煤炭燃烧二氧化碳排放量 , 1990-2030
中国 1,8863,8274,3415,5756,6657,6268,6119,5553.2
全球 8,26310,80311,37813,01714,64715,93717,32418,7682
中国占全球比例 23%35%38%43%46%48%50%51%
Data Source: International Energy Outlook 2008
中国的电能消耗
全球 10,54314,30114,78119,04521,69924,37127,13330,1162.7
中国 5511,4521,6712,7833,5044,2565,0625,9714.8
中国占全球比例 5%10%11%15%16%17%19%20%
数据来源 : International Energy Outlook 2006
缺口, 6.4%
核能, 2.1%
中国未来电力发展预测
2010
核能, 3.8%
数据来源 : 中国光伏发展研究报告 (2006-2007)
中国未来电力缺口需要用可再生能
源来填补。 太阳能光伏发电占据重要位置。
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中国光伏发展路线图
光伏的优越性 太阳能的未来
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光伏发电的优越性 -环境效益
太阳能取之不尽,用之不竭。
光伏发电无噪音、无污染气体排
放。
每 1MW 光伏系统,每年可减排 900
多吨 CO2,可替代 500多吨标准煤。
根据目前晶体硅光伏电池原材料、
器件及系统应用的技术水平,以
及中国太阳能辐射平均水平,光
伏发电系统的能量回收期已小于 2
年。
随着硅材料能耗下降,电池片耗
材减少,光伏电池效率继续提
高,能量回收期将进一步减少。
薄膜电池因耗能低,其能量回收
期为一年左右。
Source: 中国光伏发展研究报告 (2006-2007)
光伏发电的优越性 -经济及社会效益 保障国家能源安全,发展多样化的能源结构,减少对煤炭的依 赖。
作为高新技术和新能源产业,光伏产业已成为许多国家新的经 济增长点。
光伏产业促进国家及地方经济的发展。
光伏产业可以提供重要的就业机会。
农村电气化可以解决无电人口的用电问题,促进边远地区的经 济发展和社会的平衡发展。
光伏发电成本迅速下降,在不远的将来便能和常规发电竞争, 成为市场驱动的产业。
中国特有的光伏优越性
丰富的太阳能资源,一 半以上处于太阳能资源 最丰富带和很丰富带 丰富的硅矿石资源 丰富的劳动力资源
光伏产业已成为拥有一 定知识产权和强大国际 竞争力的产业
巨大的未来光伏市场
中国太阳能资源分布图
年均发电小时 I 最丰富带 >=1750II 很丰富带 1400-1750III 丰富带 1050-1400D
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太阳能光伏的未来
EPIA and Greenpeace 预测2030年全球年装机量将达到 281GW,累计总装机量将达到1,864GW。 全球近10%的电力需求将来自光伏发电。
Source: Solar Generation V – 2008, EPIA and Greenpeace
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中国光伏发展路线图
世界光伏发电 市场现状
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世界光伏发电应用市场现状
数据来源 : Solar Generation V – 2008, EPIA and Greenpeace Solar Plaza (2008 data)
世界光伏发电应用市场现状
数据来源 : Solar Generation V – 2008, EPIA/Greenpeace
中国 2007年装机 量为 20 MW, 仅 占全球总装机量 的 0.8%
2007年全球总装机量 2,932 MW
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世界光伏发电应用市场现状
数据来源 : Solar Generation V – 2008, EPIA/Greenpeace
2007年中国累 计装机量为 100 MW, 仅占全球 的 1.1%
2007年全球总累计装机量 9,162 MW
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世界光伏发电应用市场现状
光伏发电应用
全球范围内并 网光伏系统是 最主要的光伏 发电应用形式
中国并网系统 只占总中国总 装机量的 6%
来源 : Solar Generation V – 2008, EPIA/Greenpeace
中国光伏发电应用市场现状
用比例很小,只占总安装量的 6%。而全球范围内约 90%为并网光伏系统。 中国最大的光伏市场是农村电气化。
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中国光伏发展路线图
世界及中国光伏 产业发展概况
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世界太阳能电池产量
时期。
49.5%。
世界太阳能电池产量 MW
数据来源 : 中国光伏发展研究报告 (2006-2007)
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世界太阳能电池产量份额
中国光伏产业在世界光 伏市场的拉动下近几年 发展迅速。
2007年,中国电池产量 达到 1,088 MW,占世界 总量的 29%,居世界首 位。 2007年不同国家和地区太阳电池产量份额 总产量 4,000 MW
数据来源 : Solar Generation V – 2008, EPIA/Greenpeace
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世界主要太阳能电池生产商
为中国公司 2008
2008年全球前
年全球前
年全球前25
25
25家 家 太阳电池生产商中 有 8家是中国企业
来源 : Greentech Media
中国光伏产业现状
中国光伏产业现状
随着国际光伏产业的高速发展,我 国的光伏产业同样进入了高速增长 时期,2004-2008年年均增长率达 156%。
中国光伏产业成为国际光伏产业的 一支重要力量
产业规模迅速壮大
2008年产值达1,500亿元 就业人数超过15万
十余家中国光伏企业先后在海外上 市
厂商数目
多晶硅 40
硅锭 /硅片 60
太阳电池 62
组件(含非晶硅) 330
20072008产值 (亿元) 1,0001,500就业人数 80,000150,000
南京中电 晶澳 林洋 天合 正泰 赛维LDK 尚德 江阴浚鑫 阿特斯 浙江昱辉 天合
海外上市公司
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中国光伏产业面临挑战
产业发展和应用市场发展的极大不平衡
98% 的光伏产品靠出口
对海外市场的依赖导致中国光伏产业受海外市场的牵制。 海外需求、汇率、国外补贴政 策等等都会给中国光伏企业带来直接影响
去年以来海外市场萎缩给中国企业带来危机,造成产品积压、产能闲置、毛利下滑
中国光伏产业链的不平衡
从原材料到组件生产,呈现倒金字塔型,形成一个不协调的格局
大部分高纯硅材料需要进口,国内企业不具备大规模生产能力,且技术落后,能耗高于 世界平均水平,硅材料成为光伏产业的一大瓶颈
很多盲目上马的企业,缺乏长远规划,存在技术来源不可靠,产品质量不高,规模小, 效率低等问题
大部分企业缺乏自主创新能力,很多设备和技术完全依靠国外,企业对基础研究的投入远远小 于世界先进水平
发展中国光伏产业的战略意义
中国已在世界光伏产业占有重要地位
中国光伏产业具有一定知识产权和强大的国际竞争力
原材料成本优势
制造成本优势
劳动力成本优势
光伏产业产生极大的经济、社会和环境效益
随着全球对光伏发电需求的不断增长,中国光伏产业短期成为 振兴经济的产业,长期很可能发展成为中国的支柱产业之一
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中国光伏发展路线图
光伏发电技术 光伏发电成本
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光伏发电技术类型 晶体硅光伏电池 单晶硅
多晶硅
薄膜光伏电池 非晶硅
碲化镉 (CdTe) 铜铟镓硒 (CIGS) 其他电池类型 聚光电池 纳米电池 生物质电池 其他
光伏发电主流技术类型
晶体硅是当前 太阳能光伏电 池的主流。 薄膜电池虽然 只占市场的小 部分,但发展 速度快。
预测到2012年,薄膜光伏 电池将占到光
伏市场的30%。
Source: Prometheus Institute and Greentech Media
决定光伏发电的成本的因素
组件和系统成本
转换率
日照条件
光伏系统寿命
运行维护成本
其他成本(贷款、项目开发等)
晶体硅光伏发电系统
成本决定因素 硅材料 硅锭硅片 电池片 组件
系统及安装
晶体硅光伏发电系统成本 中国的成本优势
中国的成本优势::
在硅材料上无明显优势
在硅锭硅片、电池片、组件生产环节上有明显优势 在系统安装上和其他国家相比有极大优势
晶体硅光伏系统发电成本预测 光伏发电成本降价趋势
光伏发电成本降价趋势::
太阳能资源很丰富带2012年可达到一元一度电 太阳能资源很丰富带2016年可达到平价上网
薄膜电池的分类
a-Si 2044342,1925,201
CIGS 271429123,088
其他技术 51558145
合计 4421,0464,2589,607
Data Source: Prometheus Institute and Greentech Media
薄膜光伏发电系统
薄膜太阳能电池板被 美国时代杂志评为 2008年最佳50发明之 一。 薄膜电池由于耗材少 生产周期短,加之不 断的技术革新,发电 成本有很大的降价潜 能。
国际领先厂商(First Solar) 宣称发电成 本已达到传统发电成 本。
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中国光伏发展路线图
中国光伏发电市场 发展路线图
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2010
2020
2030世界累计装机量
25278
1,864中国占世界比例
1.2%
0.6%
0.5%
2010
2020
2030
世界电力需求 19,045 24,371 30,116 中国占世界比例
15%
17%
20%
中国的 “ 十一五 ” 计划
总装机量 (GW)
总电力需求 (Billion kWh)
中国未来电力需求占 世界总需求的比例越 来越大,但太阳能发 电总装机量却只占世 界的极小部分。
为满足未来能源需
要,中国必须大力发
展可再生能源。 太阳能光伏发电具有 战略性的重大意义。
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中国光伏发电路线图
前提条件
政府优惠的政策促进光伏产业和光伏市场的加速 发展
可以预见的技术和生产进步促使光伏发电成本迅 速下降
原材料成本大幅下降
规模化生产导致生产成本的进一步下降
充足的资金投资于光伏产业和光伏市场
所有计算适用于太阳能资源很丰富带(年日照小 时 2,000)
中国光伏发电路线图
2010
2012
2015
2020年装机量 (MW)425
900 1,250 2,000 累计装机量 (MW)
740 2,140 5,490 15,115 总电力需求 (Billion kWhs)
2,783 3,057 3,504
4,256 光伏总发电量 (Billion kWhs)
1.18
3.64
9.88
27.21
光伏发电量占总电力需求的比例
0.04%
0.12%
0.28%
0.64%年二氧化碳减排量 (Million Metric Tons)0.71 2.18 5.93 16.32 累计二氧化碳减排量(Million Metric Tons)1.46 3.64 9.57 25.90 年产值 (Billion Yuan)285 827 1,654 3,346 光伏产业就业人数
245,000
698,000
1,373,000
2,760,000
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中国光伏发电路线图
中国光伏发电路线图
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中国光伏发展路线图
政府对光伏的 扶持政策
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光伏发展需要政府支持
目前中国光伏产业发展处于初期阶段,政府的介入和支持是必要 和有益的。
光伏发电的成本高于常规火力发电成本,仍缺乏市场化竞争能力。 但如果考虑火电对环境、社会和经济的附加成本,则火电总成本 大大增加,光伏发电已在成本上具有竞争力。
随着技术不断进步和规模化生产,光伏发电成本将继续大幅度下 降,达到平价上网。
政府的支持不仅促进光伏产业的发展及应用市场的发展,更能够 促进光伏达到平价上网的进程,最终将光伏产业推向市场化。
政府对光伏发展的扶持模式
各国政府的补贴政策是光伏发展的基础。在缺乏市场竞争力的前 提下,光伏发展增速仍将受制于政府补贴力度。
各国政府对光伏的补贴政策主要有两类:
补贴安装成本,一次性价格补贴或退税的形式。
上网电价补贴(Feed-in Tariff),实施20-25年,电价不变。 中国应该借鉴国外经验并实施最适合中国国情的政府扶持政策, 并不一定要照搬其他国家的模式。
主要光伏国家光伏补贴政策 总体规划 光伏政策
德国 原计划到2010年可再生能源发电量
比例达到12.5%的目标已实现;计
划到2020年将可再生能源发电量比
例提高到25-30%.
根据不同规模,给予0.38-0.49欧元/度的电价补 贴;20年上网电价合同保质期;新建项目电价补 贴每年减少从原来的5%-6.5%提高到8%-10%。
西班牙 2010年可再生能源发电占总发电量
的30%。目前总装机量已远远超过
2010年总装机量的目标1.2GW。
根据不同规模,给予0.23-0.44欧元/度的电价补 贴;25年上网电价合同保质期;无新项目电价补 贴递减率。
日本 2010年可再生能源发电占总发电量
的1.35%。
2006年取消了原有的对安装家用太阳能发电设备 补贴政策,2006-2008年为完全市场化发展;随 后日本温室气体排放量创历史新高,政府决定从 2009年起从新启动补贴政策并加大补贴力度。
美国
2010年可再生能源发电占总发电量
的10%。
2005年起实施光伏投资减免税政策(Investment Tax Credit),每光伏项目减免最多2000美元; 2008年底该政策到期后,参议院又通过将ITC政 策延续的议案,并取消了2000美元的减免上限。 D
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政府对光伏发电项目扶持模式的建议 政府全部或部分直接注资于新建光伏发电项目
简化项目审批和操作程序
易于和电力公司沟通合作
便于集中管理和各部门的协调
此模式适合大型荒漠并网电站
政府给予并网电价补贴
中国可再生能源法明确规定电网公司应该按照合理上 网电价全额收购光伏电量
实际执行和操作流程复杂,困难众多
政府直接注资模式
政府直接注资可以以最快的速度启动中国的光伏应用市场。 政府直接注资可以最有效地扶持中国光伏产业,扩大产业规
模,降低成本,逐步形成产业自我发展、自我完善的良性循 环。
政府投资的回报率将逐年增加。
如果考 虑火 力发电的 附 加成本 及 光伏带来的 社会 、环 境 和经 济 效 益 ,投资的实际回报率将要 高出 很多。
政府直接注资模式
第一阶段 – 政府直接投资大型电站,启动中国光伏应用市场,扶持中国光伏产业,促进光伏成本下降。 第二阶段 – 光伏发电成本降至一元一度电,政府应加大投资光伏发电,以满足未来电力需求和环境需求。 第三阶段 – 光伏发电成本低于火电。光伏应用市场从政府驱动转为市场驱动。市场需求将决定光伏应用市 场的规模。实际装机量很有可能远远超出表中的数目。
并网电价补贴模式
第一阶段 – 随着光伏发电成本不断下降,火电成本不断上升,并网电价补贴将逐步减少。
第二阶段 – 当光伏发电成本低于火电成本,平价上网的目标得以实现,不再需要政府补贴,光伏发电 应用市场从政府驱动转入市场驱动的时代。
如果考虑火电的附加成本及光伏发电带来的社会、环境及经济效益,实际补贴数目将大大减少。
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中国光伏发展路线图
光伏发电的应用
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中国光伏产业发展路线图(逆变器部分)
《中国光伏产业发展路线图》
(三)集中式逆变器发展概述
1、集中式逆变器简介
光伏逆变器作为光伏系统的主要部件之一, 核心任务是跟踪光伏阵列的最大功率, 并将 光伏组件的直流电转换成交流电馈入电网。
逆变器依据单机功率的大小,可分为集中式逆变器、组串式逆变器、微型逆变器。 通常 情况下单机功率大于 100kW 称为集中式逆变器。目前主流机型仍然是 500KW/630KW,并 逐步过渡到单机 1MW-2MW ,多台并联组成 1-6MW 单元。直流电压等级逐步从 1000V 向 1500V 过渡。
集中式逆变器通常采用 DC/AC单级拓扑结构, 主要特点是单机功率大、 元器件数量少、 稳定性好、 单位成本低, 同时便于维护, 因此可以大幅度降低电站生命周期的系统成本,包 括初始投成本和后期运维成本。
集中式逆变器 MPPT 数量相对较少,因此主要应用于平坦的大型地面电站、水上光伏 及大型屋面电站。此类应用场合组件安装朝向一致,没有遮挡,因此 500KW/630KW一路 MPPT 完全可满足应用要求。 从仿真和实际运行效果看, 在此类平坦应用场景中集中式和组 串式发电量持平。
此外, 随着光伏发电渗透率不断提高, 电网接入要求不断提高, 集中式逆变器解决方案 由于设备并联数量少,更稳定、快速的响应电网有功、无功调度控制。在弱电网应用时,相 互之间产生谐振的风险大大降低。
2、集中式逆变器技术发展现状
光伏逆变器的技术发展是伴随着光伏系统技术和电力电子技术不断进步而不断成长的。 在光伏发电应用的早期, 由于系统不成熟,成本高,光伏系统功率较小,组串式逆变器最先 得到应用。 随着组件技术、 电力电子技术和逆变器技术的不断进步, 以及在国家政策的引导, 光伏装机量不断提高。 为了进一步降低系统成本, 集中式逆变器应运而生, 逐渐发展到现在 以单机 500kW-2MW ,几台并联组成 1-6MW 解决方案的的主流应用形式。近年来,集中 式逆变器技术日益成熟,在大型电站中获得了广泛应用。
2.1最大转换效率超过 99%, MPPT 效率达到 99.9%
现有的逆变器最大效率超越了 99%,中国效率最高 A 级。 MPPT 精度在 98%~99%,
以阳光电源为代表的部分逆变器厂家 MPPT 精度已达 99.9%。逆变器效率的提高给投资者 带来了最直接的经济效益,以 100MW 电站为例,按年日照峰值小时数等于 1500h 计算, 当逆变器效率提升 0.2%, 25年生命周期内可带来 750万元收益提升,大约占到光伏电站 逆变器总投资额的 15%~25%。
2.2 多电平技术的应用
多电平技术可降低开关损耗, 提高转换效率, 减少注入电网的谐波含量, 大幅降低系统 成本。集中式逆变器主要是以 2电平和 3电平为主,国内阳光电源的 1000V 和 1500V 集 中式逆变器均采用 3电平技术,已广泛应用于国内外光伏电站中,另外海外 PowerOne 的 4电平、 SMA 的 5电平、 ABB 的简化 5电平拓扑均有部分应用。 H 桥级联技术适用于输 入不共地的多组件光伏系统。 随着光伏逆变器电压的持续提高, 单机功率不断增加, 模块化 多电平 MMC 也将用于光伏系统中。
2.3功率器件以 IGBT 为主,少量采用 SIC 器件
目前逆变器主电路采用的电力电子器件主要以 IGBT 模块为主, 属于 Si 功率半导体器件, Si 功率半导体器件较低的临界击穿场强限制了器件的最高工作电压及导通电阻,使得 IGBT 模块的开关损耗难以达到理想状态, 并且 IGBT 模块禁带宽度较小及热导率较低限制了器件 的最高工作温度及最大功率。 为了满足电力电子工业发展需求, 新型的半导体材料 SiC 、 GaN 等得到了应用。 SiC 器件禁带宽度大,工作温度高,导通电阻比 Si 的同类器件低很多,开 关损耗低,热导率高适用于高频化,整个系统的体积和成本进一步减小。
2.4 智能风冷为主的散热技术
散热设计作为逆变器的一项核心技术, 对逆变器转换效率、 系统的发电能力都至关重要, 同时逆变器的散热方式对逆变器寿命和系统可靠性影响较大。 散热方式可根据逆变器功率等 级进行选择, 集中式逆变器目前仍然以风冷为主, 散热效率高, 逆变器具有更宽的工作温度 范围, 适用于沙漠等高温应用场景。 国内阳光电源、 特变电工等厂家的集中式逆变器均可做 到环境温度 50℃满载运行, 45℃ 1.1倍过载。同时也有少量采用水冷方式的应用研究,散 热效率高,但成本较高,后期维护不便。
2.5单机功率不断提高,最大可达 2.5MW
提高单个功率单元的容量, 是降低系统成本的有效手段, 目前在欧美等光伏应用领先的 市场,容量 1MW~2.5MW的功率单元是集中式光伏电站的主流方案,其中印度地区有部 分 6MW 的集成方案已投入应用。 2014年德国逆变器厂家 SMA 发布了单机容量 2457kVA 的集中式逆变器, 2015年阳光电源推出了 1000V 系统单机 2.5MW 的箱式逆变器解决方案、 1500V 系统单机功率 3MW 的方案, 2017年推出了 6MW 解决方案。 国内大型电站也在做
这方面的尝试, 早在 2013年国内西北电站就出现了单个功率单元 2MW 的应用案例。 单机 容量增大后,运输、安装成本降低,系统箱变、通讯、高压等部件成本大幅度降低。
2.6直流电压逐步从 1000V 向 1500V 过渡
集中式逆变器目前的仍然以 1000V 拓扑技术主。 随着电力电子的器件技术、 拓扑技术、 绝缘技术、直流灭弧等技术的进步, 1500V 直流电压等级的逆变器已基本成熟,并在多个 电站中成功应用。
光伏系统电压等级的提升,可有效降低系统成本,降低系统损耗。相比 1000V 直流电 压等级, 1500V 汇流箱和逆变器数量减少,安装维护工作量减少,施工成本和运维成本降 低, 同时相同容量电站并网点减少, 高压线缆用量减少, 变压器数量和成本降低。 目前 1500V 的逆变器、 1500V 组件、汇流箱等相关部件已满足大批量生产条件。国内 2015年已经安 装了部分示范电站, 2016~2017年已经完成了从示范向商业化应用阶段, ,美国、印度等 地区也已实现大批量安装。
3、集中式逆变器技术发展趋势
随着电力电子技术、 元器件等多种新技术的快速发展及与互联网技术的整合带动逆变器 技术的不断进步,同时在追求更低度电成本(LCOE )的驱动下,集中式逆变器正朝着更高 效率、更高功率等级、更高直流电压、更高集成度、更智能化、电网更加友好的方向发展。 另外, 随着全球可再生分布式能源的大规模应用, 逆变器结合储能技术将是保障分布式电网 稳定运行和规模化应用的重要发展方向。
3.1更高效率
SiC 、 GAN 等新型半导体材料、高效的磁性材料、性能优异的 DSP 、新型拓扑结构的 应用、 MPPT 技术改善, 促使逆变器的效率不断提高, 目前逆变器的最大效率已经达到 99%, 下一个目标是 99.5%;中国效率已经达到 A 级,下一个目标是 A+, A++。
3.2更大功率、更高集成度、更高电压等级 、更高防护等级
2.5MW 及以上更大功率等级的逆变器将广泛应用,与 1MW 方案相比, 2.5MW 的方 案至少可降低成本 0.1元 /W,即 100MW 的电站可降低 1000万初始投资。此外,通过电 缆匹配后,可保证直流部分的损耗一致。
更高集成度的逆变器及方案将得到广泛应用, 如箱式中压逆变器, 高度集成逆变器、 变 压器、配电、通讯、照明、烟感等。集成度提升一方面可降低系统生命周期的成本,包括电 缆成本、项目施工成本、项目管理成本、后期运维成本等,另一方面系统之间耦合性更强, 更加可靠。
1500V 直流系统受到越来越多的关注,相比 1000V 系统,除可以节省系统投资外,还 可以进一步降低系统损耗,目前国内 1500V 系统正向 GW 级规模迈进,将是大型电站的发 展的必然趋势。
集中式逆变器的防护等级为一般 IP21,放在集装箱里后,实现了 IP54的防护等级,以 满足实际工况要求。 IP54高防护等级主要是为了保护逆变器的核心精密器件,例如 IGBT 、 电子器件、 电路板等, 避免水气、 灰尘等接触到它们。 随着技术的进步和应用环境的复杂性, 逆变器自身防护等级将会越来越高,如户外逆变器自身的防护可达到 IP54,可以脱离集装 箱, 系统将更加简单, 易维护。 国内阳光电源在 2017年的 SNEC 展会上率先发布了户外单 机集中逆变器 SG1250,可以直接应用在户外高温、高湿、风沙、盐雾等各种恶劣环境。
3.3电网适应性更强,更加友好,更加智能
随着光伏系统的规模化应用, 光伏渗透率逐年增大, 逆变器作为能量传递的纽带直接与 电网连接,因此对逆变器的电网友好性要求提升到了新的高度。
逆变器不仅需要自身适应电网环境的变化, 如具备低电压穿越、 零电压穿越、 高电压穿 越能力, 以保证在电网出现问题时光伏系统不会大规模脱网, 造成事故扩大。 逆变器自身还 应具有良好的支撑功能, 如逆变器具备更强的无功能力, 以适应电网的变化从而主动对电网 进行支撑,角色由适应电网到支撑电网转变。
3.4光伏与储能技术深度融合
随着光伏渗透率的提升, 光伏发电天然的随机性、 波形性, 以及通过电力电子装置并网, 惯性小等特点, 使得光伏与储能深度融合成为必然, 发电侧以多能互补为平台, 通过储能实 现光伏电站调峰、 平滑光伏电站输出, 提升电网稳定性, 在用电侧以智能光储微电网为平台, 通过储能实现峰谷平衡, 提高光伏消纳能力, 实现精准供能。 光储深度融合取决于逆变技术 与储能技术的发展, 因此基于储能用的逆变器的虚拟同步发电机技术 (VSG ) 将会得到广泛 的应用。基于储能系统的 VSG 技术可模拟发电机的惯性特点,实现电网特性与逆变器的功 率控制的耦合,从而更好的适应电网和支撑电网。
(四)组串式逆变器发展概述
1、组串式逆变器简介
光伏逆变器的技术发展是伴随着光伏系统技术和电力电子技术不断进步而不断成长的。 在光伏发电应用的早期, 由于光伏系统功率较小, 成本高,组串式逆变器最先得到应用。我 国最早的光伏并网案例是 2003年应用于上海奉贤的 10kW 项目,采用的是阳光电源研制 的 10kW 组串式逆变器。
组串式逆变器单机功率较小,一般在 100kW 左右。阳光电源 2016年面向全球发布了 单机功率最大的 125KW 组串逆变器。直流电压从 600V 到 1500V ,并网电压包括 220V 、 380V 、 480V 、 540V 800V 等多种类型,以满足不同类型的接入电压等级;拓扑结构通常 采用 DC/DC升压和 DC/AC全桥逆变两级电力电子器件变换,但随着应用的多样化需求, 目前有很多单级拓扑的组串式逆变器投入了应用;防护等级一般为 IP65。
组串式逆变器的主要特点为 MPPT 数量多。多路 MPPT 可以有效的改善光伏在复杂应 用场景中出现的组件遮挡失配、 并联失配现象,提高发电量。 如在复杂的山丘电站、复杂的 屋顶电站,由于地形复杂,平地很少,无法做土地平整,朝向正南的地形也有限,组串式逆 变器可以在一定程度上提升发电量。
2、组串式逆变器技术发展现状
2.1最大转换效率超过 99%,中国效率超过 98.5%
随着逆变器技术的进步, 同集中式逆变器一样, 组串式逆变器的最大转换效率已经超过 了 99%,中国效率在最大可达 98.4%,部分厂家如阳光电源、华为均达到了 98.49%。逆 变器作为能量转换的桥梁,在当前光伏系统整体效率(PR )不高的情况下,逆变器本省的 转换效率尤为重要,可为投资者带来了最直接的经济效益的提升。
2.2单机功率以 80kW 及以下为主, 1500V 系统单机功率更大,超过 100kW
2016年国内市场中的组串式逆变器以 50-60KW 为主流产品,少量 80KW ; 2017年 随着逆变器龙头企业阳光电源推出 1000V 系统全球单机功率最大的 80kW 的组串逆变器, 其在系统成本和发电量上的优势明显,受到用户广泛认可。预计 80kW 逆变器将会成为主 流的产品,华为等公司也推出了 70KW 组串产品。随着光伏扶贫、分布式项目的应用增多 以国家政策的引导,单机 3~36KW的组串式逆变器发展迅速,覆盖了整个户用及分布式市 场,厂家主要以阳光电源、古瑞瓦特、固德威、华为等逆变器企业为主。
随着 1500V 技术的发展, 1500V 组串逆变器应运而生,在 2016年底 -2017年初, 2016年阳光电源面向全球发布了单机功率最大的 125KW 组串逆变器, ABB 、 KACO 、正 泰等厂家纷纷效仿, 均推出了 125KW 左右的组串式逆变器。 华为推出了单机 95KW 1500V组串逆变器。
2.3 单个方阵 MPPT 数量增多
组串式逆变器的 MPPT 路数主要和逆变器的单机功率和接入路数相关。户用市场应用 的逆变器,其中 3kW 机型为单路 MPPT ,大于 3kW 的为多路 MPPT 。 10KW 的组串逆变 器以多路 MPPT 为主,均按照 2~4路组串接入 1路 MPPT 进行设计。目前单路 MPPT 的
组串式逆变器也得到了广泛应用,相对于集中式既可以提高单个方阵的 MPPT 数量,相对 于多路 MPPT 的组串逆变器成本更低,逆变器采用单极变换,系统更可靠,特别适合于分 布式电站应用,因此在欧美等国家受到普遍欢迎,例如阳光电源单路 MPPT 的 60KW 组串 逆变器近年来一直是欧洲等国家的畅销品, 在国内村级扶贫电站等分布式应用场景也广受欢 迎。
2.4 散热方式多样化
逆变器的散热设计, 对系统的可靠性、 设备寿命、 以及电站的发电量均起到至关重要的 作用。 目前市场上组串逆变器主要有智能风冷散热和自然散热两种, 各自均有较为广泛的应 用。通常情况下,单机功率小于 25kW 的逆变器可采用自然冷却,单机功率大于 25kW 的 逆变器采用智能风扇散热设计效果更佳。主要是因为:
(1)智能风冷设计具有更低的温升,实验数据表明,逆变器内部关键器件如 IGBT 温 度比自然散热设计低 20℃以上,按照电子元器件寿命 10度法则,器件温度每上升 10℃, 寿命将缩短一半,因此智能风冷具备更长的寿命。
(2)智能风冷设计由于散热好,具有更宽的工作温度范围,可以确保高温环境下不限 电。 随着屋顶等分布式电站的兴起, 针对屋顶温度高的场景, 智能风冷散热逆变器不会出现 过热降额的现象,保障项目收益;针对高海拔等恶劣环境,具备更好的运行特性。
(3)目前风扇防护等级均可以达到 IP65以上,国内阳光电源组串式逆变器采用的风 扇防护等级达到 IP68,完全满足防护等级的要求,寿命满足 25年使用要求。
2.5 超配能力
随着光伏电站逐渐向 II 、 III 、 VI 类光照资源的中东部转移, 组件和逆变器的容量比如果 按照 1:1设计,系统将长期处于轻载工作,间接增加了系统成本。因此逆变器的超配能力 设计得到了光伏行业的高度重视, 当前除了自然散热设计的逆变器外, 智能风冷设计的逆变 器均支持 1.1~1.5倍的超配能力,充分利用逆变器的容量,增加满载运行的时间段,提高 逆变器的利用率。 超配设计已成为降低光伏系统度电成本的有效手段, 目前欧美等国家光伏 电站普遍按照 1.2-1.4倍超配比进行设计,部分日本用户甚至按照 2倍超配进行设计。
3、组串式逆变器技术发展趋势
自 2015年国家推出“光伏领跑者计划”的竞价模式以来,国内光伏产业得到了快速发 展。 尤其是随着领跑者项目中复杂山丘电站的增多, 组串逆变器的新产品、 新技术应用层出 不穷,组串式逆变器正朝着功率等级多样化、更高效率、更高单机功率、更智能化、更高的 集成度等方向发展。
3.1更高效率
SiC 、 GAN 等新型半导体材料、 五电平等新型拓扑结构的应用、 调制算法的创新、 MPPT 技术改善,促使逆变器的效率不断提高,组串逆变器的最大效率已经达到 99%,下一个目 标是 99.5%;中国效率已经达到 A 级,下一个目标是 A+, A++。
3.2 更大单机功率,更高的电压等级
增大逆变器的单机功率, 同容量的逆变器的数量更少、 电缆成本更低, 而且可以组成更 大容量的功率单元,进一步节省变压器的成本。以 80kW 逆变器为例,与 50kW 逆变器相 比可节省系统成本 0.1元 /W以上, 100MW 电站容量下,至少可以节省系统初始投资成本 1000万元以上。
2016年以前组串逆变器 60kW 以下为主流产品, 随着电力电子技术的进步和散热技术 的进步,组串逆变器的单机功率呈增大趋势,其中阳光电源的 1000V 组串式逆变器达到了 80kW , 1500V 逆变器单机功率达到 125kW 。未来随着技术的进步和度电成本的驱动,组 串逆变器的单机功率将会更大, 1000V 系统的组串式逆变器单机功率将超过 100kW , 1500V 系统的单机功率将超过 160kW 。
3.3 型谱多样化
随着光伏应用场景的多样化和分布式发电的发展, 产品的型谱将更加多样化, 以适应不 同的应用要求。单相、三相电路结构并存,直流电压 600V-1500V ,多种输出电压并存如 220V/380V/480/540V/690V等, 单机功率从 3KW-160KW 相互配合以满足不同应用场景 的常用需求。
3.4 ,智能风扇散热技术与自然散热共存
散热设计作为组串式逆变器的核心设计, 关乎逆变器的可靠性, 在中东部地区炎炎的夏 季, 屋顶等场景温度高达五六十度, 逆变器面临内部功率损耗带来的热量及外部高温的烘烤, 如果逆变器长期在这种温度下工作, 产品的可靠性、 稳定性和寿命将受到影响, 影响系统的 发电量。当逆变器功率超过 25kW 时自然散热设计的逆变器的散热效果很难达到要求,因 此未来大功率的组串逆变器将会以智能风扇散热为主, 小功率组串逆变器将会以自然散热为 主。
3.5组串智能检测与精细化管理
先进的智能化运维管理成为电站发展的主流趋势, 通过智能化运维管理不断提高系统运 维效率, 减少系统发电量损失。 此外, 实现智能化运维管理除了需要依靠互联网大数据技术 以外,关键是需要更精细、更准确的传感器技术,从组件 -组串 -设备 -方阵 -电站 -电网,每
个环节都需要精细化、 高精度传感器进行检测, 为智能运维建立准确的数据基础。 现在部分 厂商已经实现 0.5%高精度组串智能检测与 IV 扫描功能, 未来精度会更高, 从而精确识别并 定位发电异常组件,提升故障处理效率。
3.6 更高集成度,与其他系统深度融合
光伏组件长期暴露在高温、潮湿的环境中,很容易产生 PID 效应,影响电站发电量, 致使业主收益大幅降低。为有效抑制组件 PID 衰减,必须从系统上去解决,组串式逆变器 集成 PID 自主防护及修复将成为标配。 集成 PID 防护后, 可从系统层面解决系统 PID 问题, 将方阵内所有组件负极电位抬升, 保证负极电位最低的组件负极电压高于地面电压, 从而彻 底消除 PID 现象。对已经发生 PID 衰减的组件,在电池板负极和大地之间施加正向偏压, 修复 PID 衰减组件,无需额外增加设备。
跟踪系统可提升项目的收益, 应用将会越来越多, 跟踪系统本身需要电力供给和运行状 态监测, 而跟踪系统电力通常来自于电站的站内供电系统, 属于单路供电。 组串式逆变器集 成跟踪系统的双冗余供电和通讯, 降低系统成本和提升系统可靠性, 从而提升客户价值。 随 着农光互补和渔光互补等多种发电形式的发展, 逆变器集成农业系统和渔业系统的供电、 通 讯等功能,将会是一个重要的创新方向。
(五)功率优化器发展概述
1、功率优化器简介
随着国内光伏电站可用地形越来越复杂, 组件朝向和遮挡的差异性导致系统失配越来越 严重, 如何彻底解决组件间的串并联失配, 提升发电量越来越受到重视。 已有光伏电站的投 入运行年限逐渐增加, 电站运维的重要性和需求量日渐升高, 开始出现组件级的监测和诊断 概念; 以北美为代表的建筑物上组件关断功能的强制推行, 组件级别的快速关断功能在行业 内的接受度增加。 可解决以上问题、 提升光伏系统发电效率的功率优化器产品正逐渐被光伏 行业和客户所认可和重视。
光伏组件功率优化器将太阳能逆变器中的最大功率追踪功能独立出来, 对组件输出进行 优化和调节,可以对每一块光伏组件执行最大功率点跟踪,简称功率优化器。
实际应用中, 功率优化器和光伏逆变器配合使用。 优化器安装在组件背面, 输出串联后 形成组串, 多个组串并联接入光伏逆变器。 相当于在传统的光伏逆变系统增加额外的组件级 MPPT 扫描, 实现每一块光伏组件的最优输出, 大幅降低阴影遮挡或组件故障导致的组件串 联失配损失,在复杂光伏场景下可提升系统发电效率 5%~10%。此外,功率优化器具备的 快速关断功能, 可以关闭单个故障组件输出, 防止故障组件导致起火, 也可根据指令关闭整 个方阵输出,方便检修,解决了光伏方阵的安全问题。
应用场景方面, 目前功率优化器主要应用与住宅和小型商业系统中, 随着功率优化器的 成本持续下降和可观的效率提升, 功率优化器将加由户用快向大型电站领域扩展。 随着住宅 和商业光伏市场将蓬勃发展, 对功率优化器带来了大量的潜在市场需求, 预计功率优化器在 未来五年将保持快速增长。 而国内超级领跑者计划重视新技术的应用, 也给功率优化器在大 型电站的应用推广带来良好契机。
2、功率优化器技术发展现状
功率优化器的应用方案可分为三类:一是功率优化器 +传统逆变器,即在传统方案基础 上组件加装功率优化器, 由于在已有的光伏电站升级较为简单, 因此在存量光伏市场上具有 一定的应用空间, 随着成本进一步降低, 在新建光伏电站也有一定的竞争力; 二是功率优化 器 +简化版逆变器 (移除逆变器的 MPPT 模块 ) , 目前仅 SolarEdge 一家提供此类解决方案, 可一定程度上降低光伏系统整体成本;三是智能组件方案,即将优化器、通信、关断功能集 成在组件中,由于具有较大的成本领先,未来在增量优化器市场拥有绝对优势。
由于以 Solaredge 为代表的传统功率优化器厂家在过去两年内出货量增长迅速,因此 当前市场上以功率优化器 +逆变器的解决方案为主。
2.1较高的单体功率,额定输入功率达到 375W
随着越来越多的双面双玻组件应用到光伏系统中, 单个组件的额定功率更高, 和其配套 的功率优化器在允许输入的最大功率上必须满足要求。 目前国内主流厂家的功率优化器的额 定直流输入功率已达到 375W 。
2.2 电路拓扑
功率优化器的主电路拓扑为 DC-DC 变换电路,目前常用的两种拓扑为的 Buck 电路以 及 Buck-Boost 电路。从成本和效率考虑, Buck 更优。但 Buck/Boost拓扑可以更灵活的 调节电压, 匹配不同功率等级逆变器,适应住宅屋顶类复杂场合。 此外,当在单块组件遮挡 或优化器单体失效以及局部组串安装等需要升压的情况下, 采用 Buck 型功率优化器会存在 组串串并联失配的风险, 而对于 Buck-Boost 型功率优化器则基本无影响。 此外, 由于 Buck 型拓扑优化器不具备防逆流功能, Buck-boost 型功率优化器天生具有防逆流功能,因此在 需要 SVG 方案的光伏电站中是最佳选择。
BUCK 拓扑的逆流路径
BUCK-BOOST 拓扑的防逆流互顶开关
2.3更高效率,最大效率达到 99.6%
功率优化器的推出是为了消除阴影或组件故障带来的组件串联失配, 以提升光伏系统的 发电效率,因此功率优化器对效率的要求成为首位。现有的功率优化器最大效率已达到 99.6%,加权效率 99%,可有效提升系统发电量。
2.4 高防护等级, IP65为基本要求
功率优化器直接安装在光伏组件背面, 工作环境较为恶劣, 因此防护等级要求较高, 应 不低于 IP65。部分技术条件更为先进的厂家如阳光电源、华为,推出了防护等级 IP68的功 率优化器。
2.5快速关断功能
功率优化器的快速关断功能将纳入优化器必备功能,此功能最初主要是基于安全要求。 北美 NEC2017 690.12要求安装在建筑物上的光伏系统具有 Rapid Shutdown功能,在触 发 Rapid Shutdown 功能 30秒之内,距离电池板 305mm 以内的任意导体之间的电压需 要控制在 80V 以内。 这就要求光伏系统具备组件级别关断能力, 以提供最好的系统安全性。
按照关断方式,可分为彻底关断 (输出电压电流为 0) 、关断后输出小电压信号以及关断 后输出较低功率三种方案。
2.6 通讯监控系统
功率优化器可以监测组件的电压、电流、实时功率、温度、工作状态等参数,上传至通 讯后台,实时、 连续、 精准地监测组件的发电状态以及功率优化器的工作状态。同时要接收 监控后台下发的关断指令, 所以通讯功能也是功率优化器所必需的。 目前常用的功率优化器 通讯功能包括组件关断 (单向接收) 、 组件监测 (单向发送) 、 组件监测及关断 (双向通信) , 可采用单向 PLC 、双向 PLC 、对地共模 PLC 、 Zigbee 、 LoRa 等通讯方式。
3、功率优化器技术发展趋势
随着技术的不断发展, 光伏系统在高效率、 低成本之外提出了更高的要求, 即更高集成 度、更智能化,未来功率优化器也将向智能化方向发展。
3.1智能监控及运维
由于光伏组件和功率优化器在整个系统中数量较多, 故障点增多, 因此对运维提出了较 高的挑战,功率优化器应可实现智能化运维和监控,包括组件监测、组件诊断、自诊断,通 过监控系统中的电压、电流、温度等参数,实时监控组件和优化器自身的运行状态,及时定 位故障并上报。 并进一步实现组件的 I-V 扫描 (全仿真扫描、 局部组串扫描、 特定组件扫描 ) , 精确识别并定位发电异常组件,避免发电量损失,减少人工排查,降低运维成本。
3.2进一步提升优化器效率
通过采用更高效的磁性材料、性能优异的 DSP 、优化的拓扑结构,进一步提升功率优 化器的最高效率和加权效率。
3.3 更大单体功率,支持双面组件应用
目前功率优化器最大输出功率支持 375W 。 未来组件会朝双面双玻组件发展, 组件之间 光照条件的差异性会进一步加剧,对组件式 MPPT 的需求会增加。目前英利的新一代 n 型 “熊猫”双面发电组件正面发电功率可超过 300瓦,在优化后的系统安装现场,组件背面 可贡献最高 30%的正面发电量,实际发电功率超过 380瓦,功率优化器需在额定输入功率 上跟随组件发展脚步。
3.4更高集成度
将功率优化器和组件集成,一体化实现组件的 MPPT 跟踪、通讯以及关断功能,可大 幅降低系统成本, 因此功率优化器和组件集成的智能组件解决方案将是未来的一个发展趋势。 目前已有多个组件厂家开始寻求合作开发智能组件, 如晶澳智能组件集成了功率优化器和通 信功能,天合光能智能组件集成功率优化器、通信、关断功能。
中国光伏产业发展路线图2016年版
3.3.9 p型硅电池发射极掺杂技术
目前,掺磷的 p 型硅电池发射极掺杂技术以 POCl 3气相扩散的均匀掺杂为主, 2016年其市场 份额占比达到 98.2%,
未来 10年仍将是技术主流。 回刻蚀的选择性发射极技术和离子注入掺杂的均 匀发射极技术未来会占有小部分市场。激光掺杂 的选择性发射极技术在 2020年左右可能会出现 应用,随着激光掺杂技术逐渐成熟,该种技术将 是一种比较有潜力的技术。图 34给出了 2016~2025年掺磷的 p 型电池发射极技术市场占比的 变化趋势预测。
中国光伏产业发展路线图 2016年版 (下 )
■ 中国光伏行业协会 中国电子信息产业发展研究院
流技术。随着涂源法硼掺杂和离子注入硼掺杂技 术成熟度及可靠性提高,未来会逐渐得到更多应 用。图 35给出了 2016~2025年 n 型硅电池发射 极掺杂技术的变化趋势预测。
图 34 2016~2025年掺磷的 p 型电池发射极技术
市场占比变化趋势预测
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 气相 扩散 的 均 匀 发射极 98.20% 98.10% 97.80% 97.20% 95.20% 90.50%离 子 注 入 的 均 匀 发 射 极 0.20% 0.20% 0.30% 0.50% 1.00% 3.00%回 刻 蚀 的 选 择 性发射极 1.60% 1.70% 1.80% 2.00% 3.00% 5.00%激 光 掺 杂 选 择 性 发射极 0.00% 0.00% 0.00% 0.10% 0.50% 1.00%其 他 选 择 性 发 射 及 技 术 0.00% 0.00% 0.10% 0.20% 0.30% 0.50%
市 场 占 比 /%
3.3.10 n型硅电池发射极掺杂技术
BBr 3扩散硼掺杂技术是目前 n 型硅电池发 射极掺杂的主流技术, 2016年其市场份额占比 在 90.5%左右,该技术成熟度高,未来仍将是主
图 35 2016~2025年 n 型硅电池发射极掺杂
技术变化趋势预测
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 BBr 3扩散掺杂 90.5% 90.0% 88.9%
86.7% 85.0% 81.0%离子注入掺杂 7.0% 7.5% 8.0% 9.0% 9.5% 11.0%涂源法掺杂 2.5% 2.5% 3.0% 4.0% 5.0% 7.0%
其他
0.0% 0.0% 0.1% 0.3% 0.5% 1.0%
市 场 占 比 /%3.3.11 背钝化技术
背 面 钝 化 技 术 主 要 应 用 在 PERC 电 池 或 PERT 电 池 上。 目 前, 背 面 钝 化 技 术 主 要 有 “ PECVD AlOx +盖层”和“ ALD AlOx +盖层” 两种。其中, PECVD AlOx 技术采用相对成熟的 PECVD 沉积设备,当前应用比较多, 2016年市 场占比在 90%左右,未来预计仍会占据较大市 场份额; ALD 沉积工艺有更精确的层厚控制和 更好的钝化效果,但受限于目前设备的产能效率 及成本,还需要进一步提升设备及工艺成熟度。 图 36给出了 2016~2025年背面钝化技术全球市
场占比的变化趋势预测。
图 36 2016~2025年背面钝化技术全球
市场占比变化趋势预测
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 PECV D AlOx +盖 层 90.0% 87.9% 85.7% 80.0% 76.0% 70.0%ALD AlOx +盖层 10.0% 12.0% 14.0% 19.0% 22.0% 25.0%其他技术
0.0% 0.1% 0.3% 1.0% 2.0% 5.0%
市 场 占 比 /%
3.3.12 电池正面细栅线宽度
晶体硅太阳电池正面金属化电极由用于汇 流、串联的主栅线和载流子收集的细栅线组成。 在保持电池串联电阻不提高的条件下,减小细 栅宽度有利于降低对太阳光的遮挡,减少正银 用量,随着浆料技术和印刷工艺的进步,细栅 宽度仍会保持一定幅度下降。目前,栅线宽度 一般控制在 50 μm ,预计未来还有 48%的下降 空间,到 2025年将下降到 26 μm 左右。细栅宽 度的下降将得益于浆料技术及印刷设备精度的 提升,印刷设备精度将由目前的 ±10 μm 提高到 ±5 μm 。图 37给出了 2016~2025年正面金属化 参数的变化趋势预测。
图 37 2016~2025年正面金属化参数变化趋势预测
年份
60
50403020100
2016 2017 2018 2020 2022 2025
正 面 金 属 化 参 数 /μm
细栅宽度
对准精度
3.3.13 各种主栅市场份额占比
2016年,我国电池片仍以三主栅和四主栅 工艺为主,其中四主栅电池片市场占比在 60%左右,三主栅电池片市场占比接近 30%。在不 影响电池遮光面积及串联工艺的前提下,提高主 栅数目有利于减少电池功率损失,提高电池应力 分布均匀性以降低碎片率。同样 60片电池片的 组件,五主栅技术相对四主栅技术可以提高 2~3 W的组件功率,有利于成本下降。随着工艺技 术成熟及设备升级,五主栅技术将成为主流,而 早期的三主栅技术会逐渐被淘汰,四主栅技术可 能仍会占据一定市场份额。图 38给出了 2016~2025年各种主栅市场份额占比的变化趋势预测。
图 38 2016~2025年各种主栅市场
份额占比变化趋势预测
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 三主栅
29% 20% 12% 10% 3% 0%四主栅 60% 58% 55% 35% 20% 10%五主栅
10% 20% 30% 50% 70% 80%
无主栅及其他 1%
2%
3%
5% 7%
10%
市 场 占 比 /%
3.4 组件环节 3.4.1 组件人均产出率
2016年,我国自动化水平比较高的组件工 厂人均产出率为 1.5 MW/(人 ? 年 ) ,随着《中国 制造 2025》的推进,产线自动化、数字化和智 能化水平提高,未来人均产出率将不断提升,有 望提升至 3 MW/(人 ? 年 ) 。图 39给出了 2016~2025年组件工厂人均产出的变化趋势预测。 3.4.2 电池到组件 (CTM)封装损失
CTM(Cell To Module)值为衡量电池封装成 为组件带来的效率损失,即用组件输出功率与电 池片功率总和的百分比来表示。该指标值与电池
图 40 2016~2025年电池
到组件 (CTM)封装损失变化趋势预测
图 41 2016~2025年全片和
半片电池组件市场占比变化趋势预测
种类、 盖板玻璃的透光率、 封装材料的光学特性、 封装工艺等因素相关, CTM 值越高表示组件封 装功率损失的程度越小。目前,组件的 CTM 都 在 95%以上。随着采用组件光线陷光技术、半 片及叠片等电池技术,以及高透光率玻璃、反光 焊带等封装材料技术, CTM 有望继续提升。图 40给出了 2016~2025年电池到组件 (CTM)封 装损失的变化趋势预测。
3.4.3 60片电池的组件功率
2016年,主流的 60片多晶和单晶电池组件 功率已分别达到 265 W和 280 W,使用 PERC 技 术的单晶和采用黑硅技术的多晶电池组件功率则 分别可达到 290 W和 270 W, n 型硅 PERT 电池组 件、 异质结电池组件则可分别达到 290 W和 305 W。 未来 10年,随着技术的进步,各种电池组件基本 上以每年一个档位 (5 W)的增加速度向前推进。
表 4 2016~2025年 60片电池片的组件功率
变化趋势预测
3.4.4 全片和半片电池组件市场占比
目前,全片电池片的组件占据市场绝大部分 份额,市场占比接近 99%,未来仍是市场主流。 半片或更小片的电池片组件的功率封装损失更 小,未来半片及更小尺寸电池片应用市场份额占 比会上升。图 41给出了 2016~2025年全片和半 片电池组件市场占比的变化趋势预测。
C T M /%
10110099989796
95
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 单 晶 常 规组件 CTM 87.50% 97.80% 98.20% 98.70% 99.10% 99.30%多 晶 常 规 组 件 CTM
99.10% 99.30% 99.80% 100.20% 100.5% 100.70%
单 晶 白 色 双 玻 组 件 CTM 97.20% 97.40% 97.70% 28.10% 38.50% 58.70%多 晶 白 色 双 玻 组 件 CTM 98.70% 98.80% 99.10% 99.40% 99.60% 99.80%单 晶 透 明 双玻 组 件 CTM 95.40% 95.70% 96.00% 96.30% 96.50% 96.70%单 晶 透 明 双玻 组 件 CTM 97.10% 97.40% 97.70% 98.20% 98.50%
98.80%
年份
1009080706050403020100
2016 2017 2018 2020 2022 2025
市 场
占 比 /%
全片电池组件 半片及其他比例电池组件
图 39 2016~2025年组件工厂人均产出变化趋势预测
年份
3.22.82.42.01.61.2
2016 2017 2018 2020 2022 2025
人 均 产 出 /M W ? (人 ? 年 ) -1
3.4.5 60片和 72片组件市场占比
2016年, 60片组件仍然是市场主流,市场 占有率达到近 65%;但 72片组件功率较大,可 节省安装空间,有利于在场地较为平缓的地区使 用。预计未来这两种组件仍将共存,其他应用于 特殊场合的定制化组件也会受到重视。图 42给 出了 2016~2025年 60片和 72片组件市场占比 的变化趋势预测。
图 42 2016~2025年 60片和 72片组件
市场占比变化趋势预测
100
80604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 60片 电 池 片 的 组 件 64.6% 62.0% 59.0% 57.0% 56.0% 55.0%72片 电 池 片 的 组 件 33.9% 35.5% 37.5% 37.5% 36.3% 35.0%
使用其他数量的 组 件
1.5% 2.5% 3.5% 5.5% 7.7% 10.0%市 场 占 比 /%
3.4.6 组件封装钢化非镀膜玻璃透光率
钢化非镀膜玻璃的透光率是指在 AM 1.5光 谱环境下,对 300~1200 nm 波长可见光的平 均透光率。目前,钢化非镀膜玻璃的透光率在 91.5%左右。按照现有工艺技术水平,未来 10年还能有 0.5个百分点的提升空间。图 43给出 了 2016~2025年组件封装钢化非镀膜玻璃透光 率的变化趋势预测。
图 43 2016~2025年 3.2 mm组件 封装钢化非镀膜玻璃透光率变化趋势预测
年份
92.192.091.991.891.791.691.591.491.3
2016 2017 2018 2020 2022 2025
透 光 率 /%3.4.7 组件封装钢化镀膜玻璃透光率
目前, 钢化镀膜玻璃的透光率在 94%左右。 随着工艺进步,透光率仍有一定增长空间,预计 到 2020年透光率有望达到 94.5%。图 44给出了 2016~2025年组件封装钢化镀膜玻璃透光率的 变化趋势预测。
图 44 2016~2025年 3.2 mm组件
封装钢化镀膜玻璃透光率变化趋势预测
年份
95.295.094.894.694.494.294.093.8
2016 2017 2018 2020 2022 2025
透 光 率 /%3.4.8 不同盖板材料的市场占有率
2016年正面为减反射镀膜盖板玻璃的组件 市场占有率约为 84%,正面为非镀膜盖板玻璃的 组件占到 16%左右。未来自清洁镀膜盖板玻璃 作为前盖板材料的应用会逐渐增多,尤其在双玻 组件的应用上。图 45给出了 2016~2025年不同 盖板材料的组件市场占有率的变化趋势预测。
图 45 2016~2025年不同盖板材料的组件
市场占比变化趋势预测
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年
正 面 为 普 通 盖 板玻璃
15.0% 14.5% 14.0% 10.0% 8.0% 5.0%正 面 为 减 反 射 镀 膜 盖 板 玻 璃 84.0% 83.8% 83.4% 83.5% 81.0% 75.0%正 面 为 自 清 洁 镀 膜 盖 板 玻 璃 0.2% 0.5% 1.0% 3.0% 6.0% 10.0%
其他正 面 盖 板材料
0.8% 1.2% 1.6% 3.5% 5.0% 10.0%市 场 占 比 /%
3.4.9 不同盖板玻璃厚度的市场占有率
2016年,组件前盖板玻璃厚度仍以 3.2 mm 厚度为主,厚度为 4.0 mm 盖板玻璃的组件仍有 部分市场占有率。未来前盖板玻璃厚度呈逐渐下降
的趋势,主流组件前盖板厚度将由 3.2 mm过渡到 2.5 mm,到 2020年左右, 2.0 mm厚度的玻璃也将 得到更多应用。图 46给出了 2016~2025年不同 前盖板玻璃厚度的组件市场占比的变化趋势预测。
3.4.12 不同封装背板材料的市场占有率
背 板 材 料 可 大 概 分 为 TPT 背 板 和 非 TPT 背 板 (包 括 TPE 背 板、 APA 背 板、 TPA 背 板 等 ) 。 2016年,非 TPT 背板市场份额占比将超过 80%,预计未来几年市场份额将有所下滑,但仍 将保持市场主流地位; TPT 背板 2016年市场占 比预计将接近 14%,但由于其价格相对较高且下 降幅度有限,未来市场份额将逐年下滑。玻璃背 板由于其突出的耐久性优势,将是未来背板材料 重要发展方向。图 49给出了 2016~2025年不同 封装背板材料的市场占有率的变化趋势预测。
图 46 2016~2025年不同前盖板玻璃厚度的组件
市场占比变化趋势预测
图 47 2016~2025年不同电池片互联技术
市场占比变化趋势预测
图 48 2016~2025年不同封装胶膜材料的
市场占比变化趋势预测
图 49 2016~2025年不同封装背板材料的
市场占比变化趋势预测
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 前 盖 板玻璃 厚 度 为 2. 0 mm
0.1% 1.0% 2.0% 10.0% 15.0% 19.0%
前 盖 板玻璃 厚 度 为 2. 5 mm 10.0% 12.0% 14.0% 22.0% 35.0% 50.0% 前 盖 板玻璃 厚 度 为 2. 8 mm 0.2% 2.0% 4.0% 6.0% 2.0% 1.0% 前 盖 板玻璃 厚 度 为 3.2 mm 64.6% 62.0% 59.0% 50.0% 35.0% 19.0% 前 盖 板玻璃 厚 度 为 4. 0 mm 25.0% 22.0% 20.0% 10.0% 5.0% 1.0% 其他厚 度 盖 板玻璃 0.1% 1.0% 1.0% 2.0% 8.0% 10.0%
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 含铅焊 带 100% 97% 97% 65% 48% 25% 不含铅焊 带 0% 1% 5% 20% 30% 40% 导 电 胶 0% 1% 3% 5% 7% 10% smart wire及 其他 互 联 技术 0% 1% 5% 10% 15% 25%
市 场 占 比 /%
3.4.10 电池片互联技术市场占有率
焊带仍是最主要的电池片互联材料。 2016年,含铅焊带作为电池片互联材料的市场份额 占比接近 100%。随着对环保的重视力度不断加 大,不含铅焊带将是未来发展趋势;像导电胶互 联、 smart wire及 MWT 等互联技术未来也会得到 更多应用;通过互联技术提高电池性能、 降低成 本将是未来技术发展的主要方向。 图 47给出了 2016~2025年不同电池片互联技术市场占有率 的变化趋势预测。
10080604020
0市 场 占 比 /%
3.4.11 不同封装胶膜材料的市场占有率
当前 EV A 胶膜占封装材料大部分市场份额, 约为 93%,但随着新型材料的推广,该比例将逐
年减少。 POE 胶膜目前已开始大规模使用, 2018年市场份额占比将达 10%,预计未来市场占有率 将进一步扩大。而 PVB 胶膜主要应用在双玻组 件上,随着双玻组件的发展,其市场份额也将有 所提升。图 48给出了 2016~2025年不同封装胶 膜材料的市场占有率的变化趋势预测。
100
9080706050403020100
1009080706050403020100
市 场 占 比 /%市 场 占 比 /%
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 其他 封 装 材料 0% 1% 3% 4% 5% 6% PVB胶膜 0% 1% 1% 2% 3% 4% POE胶膜 7% 8% 10% 15% 21% 30% EV A 胶膜 93% 90% 86% 79% 71% 60%
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 TPT 背板 13.90% 13.00% 12.10% 9.70% 8.70% 8.20% 非 TPT 背板 81.10% 19.00% 76.90% 73.30% 68.30% 56.80%
玻璃 背板
5.00% 8.00% 11.00% 17.00% 23.00% 35.00%
3.4.13 不同边框材料的市场占有率
目前边框材料主要还是铝型材边框, 2016
年市场份额占比接近 100%,未来使用铝材边框 仍是市场主流。塑料及其他材料边框是未来重点 研究方向,随着高分子材料及新材料的发展及应 用,预计 2025使用塑料及其他材料边框的市场 份额占比将达到近 15%。 3.4.14 不同粘接材料的市场占有率
边框与玻璃间粘接目前主要采用硅酮胶作为 粘接封装材料,预计 2016年硅酮胶作为粘接封 装材料的市场份额约 97%,未来仍是市场主流。 胶带目前已经有企业开始使用,未来市场份额会 逐年上升。图 50给出了 2016~2025年不同粘接 封装材料市场占有率的变化趋势预测。
图 50 2016~2025年不同粘接封装材料
市场占比变化趋势预测
的趋势。图 52给出了 2016~2025年组件对电池 片厚度要求的变化趋势预测。
3.5 薄膜太阳电池
薄膜太阳电池理论效率高、材料消耗少、制 备能耗低, 主要包括硅基薄膜、 铜铟镓硒 (CIGS)、 碲化镉 (CdTe)、砷化镓 (GaAs)等。硅基薄膜电 池目前由于技术提升空间有限,企业相继退出、 减产,或将硅基薄膜组件用于具有更高附加值的 光伏建筑一体化领域。 CIGS 及 CdTe 电池目前 实验室最高转换效率分别达到 22.6%及 22.1%, 组件全面积转换效率均已超过 16%,技术上仍有 提升空间,且产业化技术逐步成熟,发展前景看 好。此外,具有超高转换效率的 GaAs 电池,在 特殊的应用场景具备很大的发展潜力,但是目前 由于成本较高,还未实现大规模量产。 3.5.1 CdTe薄膜太阳电池转换效率
2015年,全球具备规模生产 CdTe 薄膜太阳 电池的企业仍只有 3家:美国的 First Solar、德
10080604020
市 场 占 比 /%
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 硅 酮 胶
97.00% 96.30% 95.60% 94.20% 92.80% 90.00%
胶带及其他粘接材料 3.00% 3.70% 4.40% 5.80% 7.20% 10.00%
3.4.15 组件关键环节生产效率
组件生产中较为关键的环节即为串焊和层 压环节。以 2015年的生产效率为基准, 2016年 串焊效率和层压效率均将有不同程度的提升,未 来一段时间内,随着设备性能的提升及工艺的进 步,生产效率仍有较大的提升空间。图 51给出 了 2016~2025年组件关键环节生产效率的变化 趋势预测。 3.4.16 电池片厚度
考虑到层压时的碎片率问题,组件厂商对电 池片的厚度要求相对保守。组件厂可接受的多晶 硅电池或硅片的最小厚度在未来 3年内可能仍保 持在 180 μm 左右,而单晶硅电池则有逐步降低
图 52 2016~2025年组件对电池片厚度要求变化趋势预测
年份
未来组件技术条件下可使用的多晶硅电池片最小厚度
未来组件技术条件下可使用的单晶硅电池片最小厚度
190170150130110907050
2016 2017 2018 2020 2022 2025
最 小 厚 度 /μm 图 51 2016~2025年组件关键环节生产效率变化趋势预测
年份
串焊环节
(以 2015年为 100%)压焊环节 (以 2015年为 100%)
135130125120115110105100
2016 2017 2018 2020 2022 2025
生 产 效 率 /%
国的 Calyxo 和中国的龙焱能源科技。预计 2016年,我国 CdTe 组件量产平均效率将超过 13%, 2020年量产平均效率将超过 16%。
表 5 2016~2025年 CdTe 薄膜太阳电池
转换效率变化趋势预测
数据来源 :龙焱能源及国内其他 CdTe 企业 (不考虑 First Solar)
3.5.2 CIGS薄膜太阳电池转换效率
2015年,全球具备 CIGS 生产规模的企业包 括日本的 Solar Frontier、 中国的汉能等。 2016年, CIGS 小面积 (1 cm2
) 的转换效率已提升至 21%,
15.89 cm2小组件面积的转换效率达到 18.7%。 量产的玻璃基 CIGS 组件最高转换效率将超过 16.5%,柔性 CIGS 组件量产平均转换效率超过 16.0%。预计到 2020年, CIGS 小电池片的实验 室效率有望达到 23.5%,全面积组件超过 18%。 未来,在大面积均匀镀膜、快速的工艺流程,以 及更高效的铜铟镓硒镀膜设备的开发、组件效率 的提升、生产良率的提高、规模经济效益的发挥 等因素带动下, CIGS 薄膜太阳电池有进一步的 成本下降空间。
3.5.3 GaAs薄膜太阳电池转换效率
由于该领域的设备及技术独特性,进行研发 的研究机构及企业较少,国内目前主要有汉能、 国电科环、厦门乾照、天津十八所等几家企业在 研究。预计到 2017年,双结电池研发效率达到 32.5%左右,三结电池的研发效率大于 35%。
表 6 2016~2025年 CIGS
薄膜太阳电池转换效率变化趋势预测
表 7 2016~2025年 GaAs
薄膜太阳电池转换效率变化趋势预测 3.6 逆变器和系统环节
3.6.1 不同类型逆变器的中国效率
逆变器的发电效率会直接影响光伏发电系统 的整体发电量, 而随着工作电压和负载率的不同, 逆变器的转换效率会在不同工况下有较为明显的 差异,仅以某一次测得的最大效率来衡量逆变器
发电性能的好坏会存在一定的片面性。因此,欧 美等国家发布和实施了相关的标准和法规,分别 推出欧洲效率和加州效率,即通过不同输出功率 条件下的逆变器发电效率配以不同加权系数来模 拟真实使用环境,用于综合评价光伏逆变器发电 效率。 由于我国太阳能资源条件与欧美相差较大,
欧洲效率或加州效率不能完全适用于我国使用要 求。中国效率是在借鉴欧美地区光伏逆变器效率 评价方式的基础上, 从我国太阳能辐照条件出发, 优化了不同负载率下逆变器效率的权重系数,并 进一步结合了对逆变器实际发电量有重要影响的 MPPT 效率之后,在不同输入电压条件下所得出 的平均加权总效率。中国效率可以更加全面地评
价逆变器的发电效率及逆变器对发电量的影响。
2016年,集中式逆变器的中国效率平均在 98.2%左右,集散式逆变器的中国效率平均在 98.3%左右,组串式逆变器的中国效率平均在 98.3%左右。逆变器内部的功率半导体器件、磁 性器件在工作过程中所产生的损耗是影响逆变器 效率的重要因素。随着未来硅半导体功率器件技 术指标的进一步提升,碳化硅等新型高效半导体 材料工艺的日益成熟,磁性材料单位损耗的逐步 降低,并结合更加完善的电力电子变换拓扑和控 制技术,中国效率指标在未来仍有进一步提升的 空间。图 53给出了 2016~2025年不同类型逆变 器中国效率的变化趋势预测。
重要指标。目前,集中式逆变器、集散式逆变器 和组串式逆变器的最大效率均已达到 99%,其未 来的变化趋势与中国效率的提升趋势基本相同。 图 54给出了 2016~2025年不同类型逆变器的中 国最大效率的变化趋势预测。
图 53 2016~2025年不同类型逆变器的
中国平均效率变化趋势预测
年份 集中式逆变器
集散式逆变器
组串式逆变器
98.7098.60
98.50
98.4098.3098.2098.1098.00
中 国 平 均 效 率 /%图 54 2016~2025年不同类型逆变器的
中国最大效率变化趋势预测
年份
100.0099.5099.0098.50
98.00
97.50
97.0096.5096.0095.5095.00
中 国 最 大 效 率 /%
集中式逆变器 集散式逆变器 组串式逆变器 微型逆变器
3.6.3 不同功率等级逆变器的市场份额
大型地面电站当前采取的主流 1 MW方案将 逐渐减少, 逐步向 2 MW甚至 3 MW的方向发展, 以期进一步降低系统成本。分布式电站采用的逆 变器率等级也将逐渐从 40 kW/50 kW向更高功率 等级的方向发展。户用逆变器市场份额也将逐步 增加,功率段主要在 5~10 kW 。微型逆变器的 市场份额随着户用系统及民用产品的增加也在逐 渐增加。图 55给出了 2016~2025年不同功率等 级逆变器市场占比的变化趋势预测。
3.6.2 不同类型逆变器的最大效率
逆变器在某一特定输入电压条件、特定负载 率条件下,会测得一个效率最大值,即逆变器最 大效率。最大效率表征了逆变器所能达到的一个 效率极值,也是代表逆变器技术发展水平的一个
图 55 2016~2025年不同功率等级逆变器的
市场占比变化趋势预测
100
9080706050403020100
市 场 占 比 /%
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 X ≥ 1000 kW逆变器
20.50% 21.80% 23.70% 29.80% 29.90% 30.10%
100 kW ≤ X <1000 kw="" 逆="" 变="" 器="" 39.20%="" 35.70%="" 30.00%="" 5.80%="" 20.30%="" 18.90%="" 10="" kw="" ≤="" x="">1000><100 kw="" 逆="" 变="" 器="" 35.40%="" 36.60%="" 37.40%="" 39.60%="" 39.70%="" 40.50%="" x="">100><10 kw="" 逆="" 变="">10>
4.90% 5.90% 6.90% 9.60% 10.10% 10.50%
3.6.4 不同类型逆变器的市场占比
随着大规模并网电站占比的下降,集中式
逆变器的市场占有率也会逐年下滑。集散式方 案凭借其可实现大容量和多路 MPPT 跟踪优势, 未来市场应用会逐年增加并占据一定市场份额。 分布式市场正在快速崛起,组串式机型 (包括单 相和三相 ) 的应用会越来越多。微型逆变器在国 内市场应用较少,未来的应用会随着户用市场 及民用市场的发展逐渐增加。图 56给出了 2016~2025年不同类型逆变器市场占比的变化趋势 预测。
领跑者基地和光伏扶贫指标等基本完成建设, 加上部分 2016年未批先建项目,预计新增装机 量可达到 20 GW 以上;且 2017年光伏上网电 价调整将是大概率事件,将不排除再次发生抢 装,乐观情形下 2017年新增装机量可达到 30 GW 。考虑到光伏发电“十三五”规划目标为 累计装机 110~150 GW,且有电价下降、补贴 延迟发放、弃光限电等问题,预计 2018~2020年保守情形下国内市场规模在 10 GW 左右, 但随着分布式发电的崛起,乐观情形下可到 20 GW 。 2020年后,电改开始见成效,光伏发电 在部分地区具备竞争力的市场恢复到较高装机 水平,但受电力市场需求影响,光伏市场将处 于相对平稳发展状态。图 58给出了 2011~2015年国内光伏年度新增装机规模及 2016~2025年 新增装机规模预测。
图 56 2016~2025年不同类型逆变器的
市场占比变化趋势预测
市 场 占 比 /%
100
9080706050403020100
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年
集 散逆 变 器 5.0% 6.0% 8.0% 11.0% 15.0% 16.0% 集中逆变器 62.0% 54.0% 50.0% 41.0% 39.0% 39.0% 组串逆变器
32.0% 37.5% 40.0% 45.0% 43.0% 42.0%
微型逆变器 1.0% 1.5% 2.0% 3.0% 3.0% 3.0%
3.7 系统环节
3.7.1 全球光伏新增装机量
虽然国内光伏新增装机量未来两三年出现政 策性调整较大, 但随着全球气候协议 《巴黎协定》 落实及光伏发电 LCOE 的不断下降,光伏发电应 用地域和领域将会继续扩大,全球光伏市场将会 逐年增加。以彭博、 EnergyTrend 、 Gartner 等机 构预测的最低值作为保守情形、最高值作为乐观 情形进行未来市场规模预测, 2016年全球光伏 年度新增装机有望达到 70 GW以上,如图 57所 示, 2016~2020年间全球光伏市场将以 9%的 复合增长率继续扩大市场规模。 3.7.2 国内光伏年度新增装机量预测
2016年,国内新增装机量达到 34.54 GW 。 2017年,保守情形下 2016
年确定的普通电站、
图 57 2016~2025年全球光伏年度新增装机预测
年份
14012010080
60
40200
20112013201520182017202020122014201620192025
新 增 装 机 /G W
乐观情形
保守情形 图 58 2011~2015年国内光伏年度新增装机规模及
2016~2025年新增装机规模预测
年份
454035302520151050
20112013201520182017202020122014201620192025
新 增 装 机 /G W 乐观情形
保守情形
利好分布式,分布式光伏装机有望达到 6 GW 以 上,预计占比超过 20%;而 2016年下发的领跑 者基地、普通光伏电站及扶贫电站建设,大型地 面电站占比仍将在 78%以上。 2018年之后,分 布式电站在国家相关规划引导下占比将会快速增 大,但考虑到安装空间、商业模式等问题,大型 地面电站在特高压输电建设、电改及“光伏 +” 等因素驱动下,仍将占据一定市场空间。同时, 光伏发电作为可移动电源,也将在消费品领域得 到较大应用。图 60给出了 2016~2025年不同类 型光伏应用市场的变化趋势预测。
图 59 2016~2025
年大型地面电站投资成本变化趋势预测
3.7.5 不同系统电压等级的市场占比
2016年,光伏电站建设仍主要以 1000 V系 统为主,占比 90%以上;但未来随着光伏应用 多样化,占比将逐年降低。 1500 V系统可有效 降低线损等,已经有部分地面电站开始使用,未 来将逐渐在地势一致性较好的地面电站上成为主 流。其他系统电压主要包括工商业分布式系统电 压及户用系统电压,随着分布式光伏电站的发 展,其他系统电压等级的市场份额将逐渐增加。 图 61给出了 2016~2025年不同系统电压市场占 比的变化趋势预测。 3.7.6 跟踪系统市场占比
跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系 统,其中单轴跟踪系统又分为平单轴和斜单轴。 当前跟踪系统市场主要以单轴跟踪系统为主流。 2016年跟踪系统的市场份额占比接近 5%,未来
图 60 2016~2025年不同类型光伏应用市场变化趋势预测
3.7.3 国内光伏电站投资成本预期
光伏发电系统投资主要由组件、逆变器、 支架、电缆等主要设备成本,以及土建、安装 工程、项目设计、工程验收和前期相关费用等 部分构成。 虽然电缆、 建安等投资下降空间不大, 但组件、逆变器等设备成本仍有一定下降空间, 而接网、土地、项目前期开发费用等不同项目 差别较大,这里取典型值计算。 2016年,系统 投资平均成本为 7.3元 /W左右,到 2017年可 下降至 6.9元 /W左右,到 2020年可下降至 5.7元 /W。如若能有效降低土地、电网接入及项目 前期开发费用等非技术成本,至 2025年电站系 统投资可有望下降至 5元 /W以下。考虑到未来 部分电站为了提高发电小时数,可能会引入容 配比设计、跟踪系统、智能化运维等,投资成 本可能会提升,但发电成本总体会呈现下降趋 势。图 59给出了 2016~2025年大型地面电站投
资成本的变化趋势预测。
8.00
7.006.005.004.003.002.001.000.00
投 资 成 本 /元 ? W -1
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年
总 计 7.30 6.91 6.49 5.71 5.16 4.64 安 装 成本 1.00 0.98 0.90 0.80 0.70 0.70 通 讯 、 监 控 及 其 他 设 备 成 本 0.15 0.15 0.15 0.14 0.14 0.10 电缆成本 0.30 0.29 0.29 0.27 0.27 0.20 汇 流 箱 等 主 要 电 气 设 备 成 本 0.50 0.49 0.48 0.46 0.45 0.40
逆变器成本 0.30 0.28 0.27 0.20 0.18 0.15 支架成本 0.35 0.34 0.32 0.30 0.28 0.25 光伏组件成本 3.30 3.00 2.80 2.40 2.20 2.00 一次性土地成本 0.30 0.31 0.32 0.34 0.34 0.34 电网接入成本
0.50 0.50 0.45 0.40 0.30 0.20
前 期 开 发 成 本 , (含 管 理 费 等 ) 0.60 0.57 0.51 0.40 0.30 0.30
市 场 占 比 /%
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 大 型地面电站 87.5% 78.5% 66.0% 52.5% 54.0% 55.0% 分布式电站 12.0% 21.0% 33.0% 45.0% 43.0% 40.0% 其他应用 0.5% 0.5% 1.0% 2.5% 3.0% 5.0%
3.7.4 光伏应用市场
2016年分布式发电装机容量达到 4.24 GW, 市场份额占比预计达到 12%;而大型地面电站仍 将是主流, 预计占比在 85%~90%。 预期 2017年, 随着扶贫电站的建设,以及可能的电价政策调整
(转第 23页 )
此系统,留下了严重的安全隐患。
2) 现场光伏组件、组串和方阵的 I -V 曲线测 试后需要对光强和温度进行修正,必须按照 IEC 61829和 IEC 60891进行测试和修正,但大多数 第三方检测机构并未按照 IEC 的标准执行,所测 试的结果如何让人相信呢?
3)IEC 62446-1(光伏电站验收标准 ) 要求组 件制造商按照 IEC 61730-2的要求确定光伏组 串过电流保护的保险丝容量,实际上是按照 EN 50380通过试验测试出光伏组件的最大“反向电 流能力 (RCA)”,然后将 RCA 的值作为保险丝 容量标注在光伏组件技术清单上。然而,很少有 组件制造商真正按照 IEC 标准通过测试得到保险 丝的容量,而是不负责任地、有意无意地将压低 了的保险丝容量标注在数据清单上,造成实际工 程中保险丝经常烧毁,带来不必要的麻烦和经济 上的损失。
5 对于下一步 IEC 技术标准转化工作的建议
综上所述,对于下一步 IEC 技术标准转化工 作,提出以下几点建议:
1) 加强 IEC 技术标准的转化工作,最好是 直接转化成为国标,如果有困难,则考虑是否可 转化成团体标准。
2) 可将需要转化的标准张榜公布,征求承担 单位,经过讨论评选出有能力承担标准转化的牵 头单位和参与单位。
3)IEC 技术标准的转化要求:①准确翻译 IEC 技术标准;②基于 IEC 技术标准,认真讨论 国家差异。
4) 因为 IEC 技术标准已在国际上采用,海 外项目如果发生技术争议,一定会按照 IEC 技 术标准进行仲裁,因此急需将已发布的 IEC 技 术标准转化为国标,不宜拖延太久。建议转化 应该自批准立项起 6个月内完成,最迟不得超 过 9
光伏电站配套跟踪系统将是行业发展的一个重要 方向。图 62给出了 2016~2025年跟踪系统市场
占比的变化趋势预测。
4 后记
值此《路线图》付梓之际,恰逢国家刚刚出 台有关光伏规划等政策措施, 我们希望 《路线图》
图 62 2016~2025年跟踪系统市场占比的变化趋势预测
市 场 占 比 /%
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年
其他 0% 0% 0% 1% 3% 3% 跟踪系统 5% 10% 13% 24% 27% 32% 固定系统
95% 90% 87% 75% 70% 65%
(接第 17页 )
图 61 2016~2025年不同系统电压市场占比的
变化趋势预测
市 场 占 比 /%
10080604020
2016年 2017年 2018年 2020年 2022年 2025年 其他 3.0% 4.0% 6.0% 8.0% 15.0% 25.0% 1500 V系统 5.0% 10.0% 18.0% 25.0% 27.0% 30.0% 1000 V系统
92.0% 85.0% 76.0% 67.0% 58.0% 45.0%
的发布,能更有利于助力产业技术创新,以进一 步增强我国光伏核心竞争力,更有效贯彻落实国 家相关规划,以早日实现平价上网。我们深信:今天的所有思考、探索和付出,必将催生我国光 伏产业发展的又一春天!最后,感谢工业和信息 化部电子信息司的指导和大力支持。
《中国光伏行业发展路线图》完整版
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为贯彻落实****在网络安全和信息化工作座谈会上提出的有关突破核心技术讲话精神,在工业和信息化部电子信息司指导下,中国光伏行业协会(CPIA)、中国电子信息产业发展研究院(CCID)组织专家编制完成了《中国光伏行业发展路线图》(2016年版)(以下简称《路线图》),于2017年2月16日在由中国光伏行业协会主办的“2016年光伏产业发展回顾与2017年展望研讨会”期间正式发布。有关政府部门领导、业内专家、企业代表等共500余人出席发布会。
《路线图》涵盖了光伏产业链各环节,涉及多晶硅、硅棒/硅锭/硅片、电池、组件、平衡部件、系统等各环节共62项关键指标。在编制过程中广泛征集了近百家光伏企业、研究机构和各方面意见,经过数轮研讨和论证,在此基础上,根据产业发展实际,预测了2017、2018、2020、2022和2025年的发展目标,体现了产业、技术和市场等方面的发展趋势,反映了现阶段专家学者和企业家对光伏产业未来发展的共识,对行业发展具有重要指导意义。
接下来,编制组将根据光伏产业发展情况,每年组织对《路线图》进行修订,使《路线图》能够更及时、准确地反映产业实际情况,更好地指导行业发展。
附件:《中国光伏行业发展路线图》(2016版)
【来源:中国光伏行业协会】
中国光伏产业发展技术路线图
中国光伏产业发展技术路线图
发展光伏产业从根本上讲是为了解决能源问题。 面对日益枯竭的化石能源和 不断恶化的生态环境, 人类需要进行第三次能源结构转换, 从矿物能源向可再生 能源转换,用可再生能源替代矿物能源,用无碳能源、低碳能源替代高碳能源。 与石油、天然气、煤炭、铀等化石能源相比,光伏发电最大的优点是资源取 之不尽;与风能、水能、生物质能等可再生能源相比,光伏发电最大的优点是可 开采资源几乎是无限的。据测算,全球太阳能可开采资源达 6000亿千瓦,是 20 08年全球电力装机容量的 100倍。
过去 10年,是光伏产业快速发展的 10年,光伏电站累计装机容量从 1998年的 962MW 增长到 2008年的 14730MW 。 其中,欧洲占 65%、日本占 15%、美 国占 8%。
2008年,全球发电装机容量约 60亿千瓦(6000GW );其中,中国累计装 机约 8亿千瓦(800GW )。光伏发电装机容量仅占发电装机容量的 0.25%。按照 电力装机年均增长 3%、 2020年光伏电站装机容量占发电装机容量的 3%测算, 2 020年光伏电站的累计装机容量超过 255GW 。
1998年,全球光伏电池实现营收 5.1亿美元; 2008年,全球实现营收 203. 7亿美元。按照市场规模增长 1倍,太阳能光伏发电系统成本下降 10%测算,上 述 255GW 光伏发电系统市场规模超过 7200亿美元。
面对每年超过 2500万千瓦市场需求、 超过 5000亿元人民币终端市场价值的 新兴产业和新兴市场, 对于中国而言, 问题的关键在于找准市场定位, 壮大产业 规模,扩大市场份额。
拉动光伏产业形成和发展的主要力量来自于市场, 市场需求是决定产业规模 的核心要素, 但其发展速度却可以通过有效的政府公共政策来推动。 市场拉动和 政府推动是促进光伏产业发展的主要外生力量。
高成本是制约光伏发电大规模应用的主要障碍。 2008年,光伏电站的平均 初始投资高达 2.8万元 /千瓦,按照年发电小时数 1500小时、 25年设备使用期计 算,发电成本达 1.47元 /千瓦时,根本无法与常规能源发电竞争。目前,光伏发
电需求主要还是靠政府支持, 包括初始投资补助、 上网电价补贴、 净电量回购等。 通过降低电池材料成本、 提高光电转换效率、 提高发电量、 降低系统固定成本等 形式,光伏发电有望在 2012年实现“平价上网”,从而实现由政府扶持转向市 场化发展。
由于光伏产业政策的缺位, 2008年以前中国光伏产业总体上处于自我发展 状态,形成了生产大国和消费小国的发展格局。 2009年 3月,财政部、住房和 城乡建设部联合下发的 《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》 标志着 中国光伏产业政策逐渐补位,中国光伏产业将进入政策扶持下的规模化应用阶 段。
从消费者角度看, 光伏产品可以分为三类:一是电力服务类, 为消费者提供 220/380伏交流电服务;二是电源服务类,为通讯等生产生活设备提供非标电源 (主要是直流电源) ; 三是日用服务类, 与各类日用品一起为消费者提供光电服 务(如 PV-LED )。其中电源服务类、日用服务类光伏产品市场化程度高,从发 达国家的发展经验看, 依托市场力量基本上能够解决, 政府的主要工作应放在电 力服务类产品的市场推广上。
总体上看,并网光伏发电是光伏产品的主流应用领域。 2000年以来,并网 光伏的市场份额不断攀升,目前占 80%左右,居市场主体地位。
光伏产品用于并网发电需要解决的核心问题是 “平价上网” 问题, 也就是光 伏发电与化石能源发电 (我国主要是煤炭发电) 上网电价的市场竞争问题。 技术 路线主要围绕这个问题展开。
1、大幅降低光伏电池材料成本
目前, 工业化生产的无机半导体太阳能光电材料主要有两类:一是元素半导 体,主要有硅(Si )、锗(Ge )、硒(Se );二是化合物半导体,主要有Ⅲ -Ⅴ 族化合物半导体(如砷化镓 GaAs )、Ⅱ -Ⅵ族化合物半导体(如碲化镉 CdTe ) 以及多元化合物半导体(如铜铟镓硒 CIGS )。其中,化合物半导体材料主要用 于生产薄膜太阳能电池; 近年来, 多晶硅、 非晶硅也被批量用于生产薄膜太阳能 电池,但市场主流依然还是多晶硅 /单晶硅太阳能电池,约占 80%市场份额。 2008年, 晶体硅光伏电站系统平均成本为 4.2美元 /Wp(约合 2.8万元 /千瓦) 。 其中, 电池组件占 60%、 系统及安装占 40%。 在电池组件成本中, 硅材料占 50%、
硅片生产占 24%、电池片生产占 16%、组件封装占 20%。硅片、电池片、电池 组件以及光伏系统平衡部件的生产具有规模经济性, 随着光伏电站装机规模的扩 张、固定成本的摊薄,其生产成本将不断降低。因此,实现“平价上网”的根本 途径在于大幅度降低光伏电池材料成本。
从现状看,降低光伏电池材料成本的技术途径有三:
一是冶金法生产太阳能级多晶硅(UMG-Si )。相比较于目前主流的改良西 门子法生产多晶硅工艺,冶金法具有明显的成本优势。规模化生产成本前者约 3 0美元 /公斤、后者约 10美元 /公斤。目前的主要障碍在于冶金法生产的多晶硅杂 质不稳定性十分明显, 杂质分布不均匀, 批次间质量不稳定。 如何解决质量稳定 性问题已经成为冶金法最重要的课题。
二是改进硅片生产工艺。 通过降低硅片厚度、 减少切片损耗降低硅材料成本。 目前硅片厚度已普遍从 370微米降到 200微米甚至更薄。
三是采用薄膜技术。 薄膜太阳能电池的厚度一般只有 1~10微米, 制备在玻 璃等相对廉价的衬底材料上, 可以实现低成本、 大面积的工业化生产。 对于非晶 硅薄膜、 多晶硅薄膜太阳能电池而言, 目前的主要问题是转换效率低, 而且存在 光致衰减。
2、逐步提高光电转换效率
太阳能电池是大面积的 p-n 结二极管, 用于接收太阳辐射光引起光生伏特效 应实现光能向电能转换。 光电转换效率对光伏发电成本影响显著。 以晶体硅为例, 效率提高 1个百分点,单位发电成本降低 10%;未来转换效率若提高到 22%, 则成本可下降一半左右。
提高光电转换效率主要朝两个方向发展:一是太阳光;二是光伏电池。 围绕太阳光提高光电转换效率目前的技术路径有三:一是减少太阳光反射; 二是通过“聚光”技术发展聚光太阳能电池;三是通过“跟踪”技术提高太阳光 照度。
围绕光伏电池提高光电转换效率目前的技术路径也有三:一是改进光生载流 子效能, 有效收集光生载流子, 减少光生载流子的复合损失; 二是减少光伏效应 损失, 减少电极直接电阻损失; 三是改善光谱效应, 通过整合光伏电池材料改善 光谱效应,提高光伏电池的光吸收系数,实现更宽光谱的光能收集。
3、有效降低光伏系统固定成本
就并网型光伏产品而言,光伏系统由两部分组成:一是光伏组件(阵列); 二是系统平衡部件(逆变器、输变电设备等)。降低光伏系统固定成本主要朝三 个方向发展:一是发展光伏装备制造业, 提高光伏组件生产及检测设备本土化率, 通过技术创新降低固定资产的初始投入成本; 二是发展大功率并网发电系统集成 设备、 电池生产辅助材料等配套产业, 通过产业链优化降低光伏系统平衡部件的 初始投入成本; 三是提高光伏生产及检测设备使用率, 通过产能释放、 市场规模 扩张“摊薄”单位产品的固定成本。据测算,光伏系统市场规模扩张 1倍,光伏 系统成本下降 10~18%(所谓光伏产业摩尔定律)。
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