對光伏發電事業的深層次思考

0 引言

石化能源是不可再生能源，總有耗盡的一天。因此，發展可再生能源是人類生存與發展道路上一道不可回避的命題。科學家估計人類于本世紀三四十年代即會越過石化能源的使用高峰，水電、風電、光電等新能源將在人類的能源結構中扮演越來越重要的角色。在這樣的背景下，全球許多國家都制定了新能源的發展目標，而光伏發電是這個目標下的分項任務。

在美國的大力宣傳下，地球暖化的概念被廣泛接受，科學家們認為，地球近幾十年的加速暖化，是二氧化碳大量排放的結果。為了保持地球在物理上的平衡，人類必須改變能源生產及消費的方式，這為發展光伏發電等零排放新能源提供了進一步的理論依據。

在這樣的背景下，德國在本世紀初開始推廣光伏發電，并曾一度占據全球市場的一半，成為光伏產業的第一號推手。隨后，歐洲其他國家及美國、日本等相繼發力，共同推動了光伏發電市場的成長。過去幾年，全球光伏市場的動能由西方向東方切換，中國和印度取代德國成為其主要推手；歐洲光伏市場出現持續的退坡現象；與此同時，中國成為全球光伏產業及應用的強者。

既然光伏發電那么美好，為什么歐洲會減速發展呢？光伏發電的經濟意義是什么？晶硅光伏是通往未來平價發電的道路嗎？為什么Q-cell、無錫尚德、江西賽維等龍頭企業在“太陽升起時”不支倒下？英利、阿特斯、韓華等巨星又是否會步前者的后塵呢？這一切問題都發人深省，并最終回歸到一個基本命題——光伏發電的本質是什么？

1 光伏發電的歷史與當前面貌

光伏發電技術源自上世紀50年代。1955年，美國的貝爾實驗室研發出全球第一片單晶硅太陽電池，其轉換效率為1%。60多年后的今天，晶硅類太陽電池的最高轉換效率已超過20%，而與非晶硅薄膜相結合的n型單晶硅HIT太陽電池的轉換效率更是達到了25%。

上世紀70年代，真空鍍膜技術的成熟，推動了科學家研究第二代太陽電池，這些技術分別以硅基薄膜、銅銦鎵硒(CIGS)、碲化鎘(CdTe)、砷化鎵(GaAs)薄膜為基礎。其中，CIGS薄膜太陽電池的實驗室轉換效率已達到22.6%(ZSW，2016-06-16)。除此之外，有機類及化學類太陽電池也是科學家研究的方向。

面向未來，科學家正在開展第三代太陽電池的理論研究，這些以熱載流子、多帶隙及多層堆棧結構為基礎的技術仍是以真空鍍膜技術為核心，其中，熱載流子太陽電池的理論極限效率可達到86.8%。可以預期，光伏發電技術仍將不斷更新換代，就像液晶電視取代陰極管電視一樣，而技術的創新為后來者提供了切入競爭的機遇，就像韓國三星取代日本的同類企業成為全球顯示器的王者一樣。

光伏發電技術的產業化源自上世紀90年代，并在本世紀初呈現爆炸性增長。德國率先推行的上網電價法為全球樹立了典范及可操作模式，開通了由公共財政消費或變相的公共財政消費拉動光伏應用市場發展的道路，并由此進一步推動了光伏產業的發展。

直到今天，光伏發電市場仍是一個由各種補貼構成的政策市場，各國政府在本質上扮演了最終消費者的角色。2017年，全球光伏市場規模達到102 GW，而在2012年時，全天光伏市場規模只有32 GW，2007年時則僅為2.932 GW。在累計裝機容量方面，2017年全球累計裝機容量約為405 GW，提供全球不到2%的電量。根據國家統計局的數據，截至2017年末，我國光伏裝機容量為130 GW，占全球總裝機容量的32%。2017年，我國總發電量為64951.4億kWh，其中，光伏發電占比約為1.7%。

根據國際能源協會(IEA)的預測，光伏發電到2050年將達到全球發電量的16%，累計光伏發電裝機規模將達到4600 GW，即未來32年全球仍要生產超過6000 GW的光伏組件(以20年生命周期計算)，到2040年時市場的年供應量超過250 GW才可滿足這一預計的安裝量。然而，將會以何種技術生產這些組件，仍是單晶硅與多晶硅模塊嗎？

聚焦我國的光伏產業。2017年，不管是在應用端還是生產端，我國均占據了全球光伏的大半壁江山，擁有無可匹敵的完整光伏產業鏈，生產成本全球最低，晶體硅組件成本由2010年的約1.4美元/W下降到2017年末的約0.3美元/W，周期逆變器則由約11美分/W下降到約3美分/W，競爭力世界第一，推動全球更進一步接近平價發電的目標，為全球新能源的發展作出了重大貢獻。我國光伏產業的銷售收入也由2011年的1519.47億元上升到2017年的5483.27億元。

表1 2017年我國光伏產量分布情況

根據《可再生能源發展“十三五”規劃》，到2020年，我國非石化能源占一次能源消費比重達15%，到2030年進一步擴大至20%。對于光伏產業，國家能源局發布的《太陽能發展“十三五”規劃》中提出，2020年光伏電價同比2015年下降50%以上，在用戶側實現平價上網的目標。這意味著光伏上網電價將降至0.5元/kWh的水平。同其他國家一樣，補貼的下降引發了搶裝潮，令我國提早實現“十三五”規劃的裝機目標，強勁的需求也誘導企業進一步擴產。

電價的下降預示著系統投資成本要由2017年的約6元/W進一步降至5元/W的水平，這對于整個光伏產業鏈而言，無疑是一個重大的挑戰。我國的晶體硅產業鏈可以達成這一使命嗎？

2018年，我國GW級的光伏企業已達21家，其中，超過2 GW的企業12家，上市公司約60家，許多采用垂直整合發展模式，行業規模由2011年至今擴大了3倍以上，年均復合增長率約達29%。2017年，隨著產品售價的下跌，企業利潤普遍下滑。若以過去10年的10大光伏企業作樣本可以發現，累計虧損遠大于累計盈利，僅尚德、賽維的虧損及破產損失加上英利的累計虧損已達數百億元。這或許說明了一個事實：各國的光伏消費只是填補了部分產業成本，并未在整體上轉化為生產制造環節的利潤。今年，業界估計將是繼2012、2013年之后另一個艱苦的年頭，行業的大洗牌一觸即發。這或許是晶體硅產業鏈最后一次成年禮，卻絕非光伏發電事業的最后一次洗牌。

表2 2012～2017年我國光伏發電標桿上網電價

2 光伏發電平價上網離我們有多遠

世界各地的戶用電價及發電側上網電價有很大的差異，從幾美分到幾十美分不等。因此，在相同的系統價格下，各地區距離光伏發電平價上網的目標遠近不一，光伏電力在各地區體現的經濟意義也不大相同，并無統一模版。

光伏發電平價上網存在兩個概念，一是在用戶側與低壓配電網的連接，二是在發電側與高壓輸電網進行連接。光伏業內人士經常宣講這樣一個概念：對于戶用型發電設施，當其發電成本(加上折舊及營運等)等同消費電價，便已實現了用戶側的平價上網發電；對于集中式的發電設施而言，當其發電成本等同火力標桿上網電價時，便已實現了發電側的平價上網發電。

這一邏輯在光伏裝機容量及發電量相對于整個電力系統而言占比很小時是成立的，主要是由于光伏發電的瞬間波動性、日間波動性與四季波動性均不會對電力系統構成影響。

然而，隨著光伏裝機容量的上升，整套平價上網邏輯便要修改。從用戶側來看，假如相當大比例的用戶安裝了光伏發電系統并達到日間需求的動態平衡，那就意味著火力電廠及電網在這些時段出現閑置資源，火力電廠的發電量要下調，電網的傳輸量也相應下降。然而，光伏發電的巨大波動性使電力系統不能舍棄這些暫時或瞬間閑置的電力資源。換句話說，當我們考慮用戶側的平價上網時，必須考慮整個電力系統因光伏發電而產生的額外日間閑置率所造成的邊際經濟成本。以這樣的邏輯來看，當我們建立自己的戶用發電裝置時，電力系統實際上也為我們保存或建立了相應的備份系統，在經濟意義上來看，社會支付了雙重成本。

為了簡化問題，我們假設地球上只有一戶家庭，僅建了一家發電廠和一套輸電系統，將電力輸送到這個家庭。若該家庭安裝了一套戶用型光伏發電系統，正午時分時，光伏系統的輸出正好滿足了這個家庭的能耗需求，此時發電廠和電網就可以停止工作。因此，光伏發電的引入令火電的產能利用率下降，造成成本的增加。這一項因光伏發電造成的火電及電網的度電邊際成本的增加，應當疊加到光伏發電的成本上。

因此，在大規模引入戶用光伏發電裝置后，用戶側平價上網發電的概念應進行修改。計算方程是消費電價減去電力系統因光伏發電而產生的閑置成本。分攤到每一度電，每一度戶用電力的成本構成在扣除稅收因素后，大概是發電者占4成，傳輸者占6成。依據這樣的邏輯，由于每一度戶用發電排斥了一度電力系統供電，雙方存在競爭關系，因此，這一度電的實際經濟成本等于光伏發電成本加上電網供電設施閑置成本。依據此算法，用戶側平價上網發電很可能是一道偽命題。從宏觀意義上講，當前的光伏系統根本不存在這種平價上網的可能。

那么在發電側又怎樣去理解平價上網呢？為了簡化討論，暫不考慮與光伏發電存在競爭關系的火力電廠因光伏發電而閑置的問題，僅以電網利用率進行論述。電網就如道路，所不同的是，道路上的載體是汽車流，而在電網上傳輸的是電能流。若一條道路僅在日間使用，夜間關閉，必然令單位流量的使用成本上升，電網也一樣。光伏發電主要是利用太陽光，且呈現由早到晚的發電量變化，為了滿足最高日照時的電能傳輸要求，電網必須與光伏發電的裝機容量進行匹配。因此，電網為光伏發電預留的通道的使用率便因夜間不發電及日間發電量變化大而產生閑置。因此，理論上光伏發電度電傳輸成本要高于火電，以2016年國家統計局的數據進行對比，如表3所示。

表3 不同發電方式對比

由表3可以看出，即使剔除由于光伏發電基數低、增長高所造成的扭曲，火電每瓦裝機容量每年的輸出仍高于光伏發電4倍。然而，電網的建設不是與輸出電量匹配，而是與峰值輸出功率匹配，因此，每瓦裝機量的發電量越低，相對應的傳輸成本便越高。光伏發電只是日間有效，并且具有只在中午時分達到發電峰值的特點，這使得光伏發電的傳輸成本在目前技術條件下高于火電。因此，從宏觀體系來看，光伏發電的并網價格要遠低于火電才具有綜合成本效益。假如要享受相同的并網價格，光電發電系統便需要加裝儲能裝置，讓電能全天24 h輸出與負載匹配，如此才可以提高單位電網容量的利用率。從這一角度來看，在發電側平價上網的道路仍遙遠。

不管是光伏發電還是風電，必須引入儲能裝置，令電力輸出保持穩定并與負載匹配，這才具有廣泛的社會應用意義。在歐洲光伏發電先行國家集體退坡的情況下，我國更應在高歌猛進之時，對光伏經濟作出更深層次的思考，捋清各種光伏發電的經濟關系。

3 光伏經濟中的非對稱博弈

在現代商品經濟中，博弈在宏觀的法律框架下由生產者、流通者和消費者三方進行，任何一方都不具備凌駕于博弈方的不對稱的博弈優勢。在這一種博弈中，市場的動態平衡由三方共同構建。企業為了獲得更大的競爭優勢，可透過執行垂直整合的策略統一供應側的核心產出及流通要素，使博弈成為供應側及需求側的簡單游戲。在這一種經濟體系中，供與需常處于博弈的動態平衡，價格隨競爭有序演變，行業隨優勝劣汰的規則進化。在該行業，大型企業往往擁有更多的競爭優勢，大者恒大。然而，從光伏產業的發展經驗來看，大者往往“危大”。由Q-Cell到尚德，再由賽維到Solarworld，可以看出，先行者似乎更易深陷泥潭，為什么會這樣呢？這是因為光伏經濟的本質是一種非對稱博弈，消費者并非真正的買家，真正的買家實際上是世界各國的政府，他們可以頭腦一熱便推出龐大的刺激政策，也可以把心一橫便大幅下調補貼，打破光伏價值鏈的動態平衡；再不達目的，還可以征收光伏產品進口稅或光伏發電暴利稅，這一種行為全無規則可言，業界也無法反對，大企業轉身難，適應更難。大家都還記得，德國曾大幅削減補貼，歐美也曾實施“雙反”。今天的光伏產業實際上是由中國、印度、日本、美國幾大光伏發電大國與全球光伏業者進行的一場非對稱博弈，任何國家都不可能用公共財政資源去制造億萬富翁，許多做光伏的人，由富翁做到兩袖清風，那些仍在向前沖的勇士有多少將成為烈士，大家心中有數。這一切都是由光伏經濟的非對稱博弈所致。

除了政策因素，光伏產業是一個動態產業，技術在不斷革新，這體現在設備的性價比提高、制程的進化和產品轉效的提升3方面。由于光伏產品都屬于價格敏感型，品牌優勢并不明顯。后來者只要在政策突然改變后以更新的成本及技術結構切入競爭便會享有競爭優勢。事實上，技術及裝備的進步令單位產能的投資大幅下降，很多光伏先行者的負債遠高于企業的重置成本，令他們處于競爭的劣勢。長江后浪推前浪，尚德與賽維不會是光伏產業的絕唱，數風流人物還看他朝。

4 誰是全球光伏發電博弈的贏家

從經濟的角度看，光伏發電的根本目的是產生電力，減低排放只是光伏能源投資的長期副產品，在投入階段增加的能源消費并無減排意義。在這一場跨世紀的博弈中，不同的階段出現不同的贏家。

若回到2012年，我們看到的畫面是西方國家的光伏消費打造了中國的光伏產業，毫無疑問中國是贏家。

然而，當我們站在2018年去看這個問題時，看法或許會不一樣。我國光伏產業過去10年虧損的比賺取的多，這使我們不敢確定自己是否是贏家。反觀泰國、印度、澳洲等國，他們用近乎零的產業投入，通過購買我國物美價廉的光伏產品去補充自己的能源缺口，打造自己的藍色天空。而我國在穩居光伏產業世界第一的同時，也背上巨大的產業包袱。因此，在這一時期，或許純光伏應用國是贏家，因為他們是以最低的經濟投入成本換取了光伏發電使用。盡管我們有130 GW的裝機容量，在產業制造端卻耗費了數以千億元的資本。這是否劃算，要看這條道路是否可以通向真正意義上的平價發電應用，讓我們擺脫政府消費帶來的不對稱博弈。

面向未來，我相信第一個達到平價發電及掌握相關技術的國家會是這一場光伏新能源博弈的贏家，而最終的贏家必然是全人類，當我們能使用又便宜、又清潔的新能源時是何其美哉！然而，使我們達成這一成就的光伏技術還會是晶體硅技術嗎？

從產業鏈條的內部分工看，光伏發電商在本質上是全球光伏公共財政消費的代言人，利益永遠受到保障。正如巴菲特曾說過的，光伏發電雖然不能讓你發達，卻可令你保持富有。投資者透過保險工具化解發電風險，剩下的只是國家或電網的信用風險，幾乎可以忽略不計，項目內部收益率遠高于制造業。因此，任何一個時期擁有光伏發電設施的人都是贏家。而系統安裝商和項目開發商以輕資產模式運作，轉身便利、無包袱，也是贏家，相對而言，他們并不受補貼下調的影響。

對于光伏制造鏈，耗資數以千億資本打造、不斷迭代更新技術的光伏產業，若可通向平價上網的未來，我們便是贏家。這等同擁有了一個千秋萬代取之不竭的大油田。

5 對未來的思考

今天，我國的光伏產業已是全球強者，但光伏產品的定價權卻不是由我們掌握，如其他的產業一樣，我國只享有減價權而無定價權，甚至連減價權都沒有，動不動就被“雙反”。產能的無序擴張導致另一場光伏寒冬的腳步已跨進家門。面向未來，我們需要思考：我們的機會在哪里？我們的威脅是什么？

若干年前，我國曾經是彩色電視機的生產大國，擁有完整的產業鏈，和今天光伏產業的情況大致相同。然而，一場平板顯示器的革命讓我國的制造業幾乎錯失了整個平板顯示的黃金年代。直到今天，我們仍遠遠落后于韓國。盡管我國每年都出口近20億個液晶顯示設備，但顯示屏仍主要依靠進口。假如有一天，世界出現一場光伏技術革命，我國的光伏產業將如何應對呢？在光伏產業的上一個浪潮，晶體硅光伏擊敗了薄膜光伏，我國的晶體硅業者也淘汰了世界大部分地區的競爭者。當我們站在勝利的山崗上頂冠同慶時，世界各國的研究單位正埋頭苦干，研發新一代的光伏技術。德國巴登符騰堡太陽能和氫能源研究中心(ZSW)就于2016年6月16日宣布，其研制出了轉換效率為22.6%的CIGS薄膜太陽電池。對于制程全自動化的薄膜光伏技術，我國不管在裝備端還是生產環節都不具備優勢。這讓我想到有一天，我們或許會將打開平價并網發電大門的鑰匙交給別人，就如第二代顯示屏的發展史一樣。歷史總在一些我們認為是低概率的領域不斷重演。

從技術發展的角度看，世界或許在不久的將來即會迎來第二代光伏技術的春天。除此以外，儲能系統也必然成為光伏發電系統的未來標配。

從經濟的角度看，光伏電力在當前依然相當昂貴，必須依靠補貼去維持光伏產業引擎的運轉，這對國民經濟而言是一種負擔。全球光伏產業在這條道路上能走多遠，難以估計。只有快速達至平價發電，擺脫補貼經濟的非對稱博弈，才可獲得光伏產業的長治久安。

太陽能取之不竭，用之不盡。我堅定相信光伏發電將與科學家描述的一樣，是人類未來的主流能源。全球光伏產業也將在一個又一個的浪潮中汰弱留強，茁壯成長，走向美好的未來！

6 結語

發展新能源及推動世界進入能源消費的新時代是一種大國責任，為人類的長遠生存與發展奠定基礎。在當前的成本及技術條件下，光伏發電并未能達到真正意義上的平價發電。因此，過量地將資本投入在某一光伏技術領域并不一定符合長遠地經濟發展戰略，也不符合公共財政資源的運用原則。我國全社會在光伏發電端及產業端投入的資源世界第一，累計規模估計超過1萬億元人民幣。光伏發電在本質上是一項政府消費，而其在補貼發電的道路上還能走多遠難以估計，一旦各國退出補貼政策，將對我國光伏業者造成致命打擊。

光伏從業者應在冬天來臨前加快新技術的研發，并為光伏發電引入儲能系統，解決光伏發電的波動性問題，提升集中式光伏發電的電網利用率，使光伏發電成為火電真正的替代品。通過進一步降低成本，使光伏產業可實現真正意義上的平價發電，從與各國政府的非對稱博弈中走出來，使光伏產業成為世界新能源博弈真正的贏家。到那時，我國西北部豐富的太陽能資源將成為我國未來能源安全的最大保障。

(本文內容僅代表作者個人觀點，與《太陽能》雜志無關)