中國光伏發電產業影響因素分析

文/王嘉銘 劉建超 黃錦濤 吳旭曉 縱 冉

0 引言

自從機器取代人力以后，常規的化石燃料的使用，使全球二氧化碳排放量增加，進而導致全球冰川融化，海平面上升，從而危及人類的生存安全，環保清潔的能源方式日益被人們所需。其中，利用太陽能的光伏發電產業逐漸受到了全球各個國家的重視，是節能減排，促進綠色發展，踐行綠色發展理念的重要手段。在全球光伏產業迅猛發展的背景下，我國在2015年太陽能光伏累計裝機容量成功摘得全球光伏發電的桂冠，然而不容忽視的是在2014年中國仍有超3吉瓦的落差相較于備案規模。因此，對中國光伏發電產業影響因素分析對于我國合理利用太陽能輻射資源，減少進口多晶硅，提高硅片生產量有著重要的意義。近20年來，我國光伏產業發展整體呈現增長趨勢。2000年，我國光伏市場累計用量僅為19兆瓦，其中建筑光伏和大型電站累計用量均為零。而從2008年起，這兩項數據均有了大幅增加，其中建筑光伏從往年的2兆瓦猛增至10 兆瓦。有研究指出目前晶硅電池占據市場的十分之九，其中鈣鈦礦太陽能電池轉換效率高，成本低，有望代替傳統電池。也有研究者對國內外光伏發電技術的研究成果進行比較，從一代的晶硅電池、二代的薄膜電池、三代的半導體電池進行逐一比較其電池轉換效率，進而對未來的光伏電池進行預測。因此，對光伏產業未來發展的影響因素有很多，并有著重要的研究價值。自從我國開始大規模發展光伏產業以來，光伏產業技術不斷革新，其中作為光伏電池重要原料的多晶硅進口量卻猛增不減。以2008年到2013年中國多晶硅供需情況為例，進口量從2008年的17 017噸漲至2013年的88 000噸，漲幅巨大，而出口量卻從2008年的5 132噸跌至2 000噸。為解決上述問題，本文擬通過對中國光伏發電產業影響因素進行分析，減少國外進口硅的依賴，提高光伏產業利潤，促進光伏產業發展。通過整合國內外已發表的關于中國光伏發電產業影響因素的分析，將眾多影響因素與中國光伏產量逐一進行比對，逐步分析每個因素作用，進而發現規律，建立科學模型，來為后期提高中國光伏市場競爭力提供更為科學的指導。

1 材料與方法

1.1 模型變量的選擇

中國光伏裝機量是反映一個國家光伏產業發展情況的一個十分關鍵的指標，它代表了整個光伏產業目前的發展現狀，因而人們選取它的累計裝機量作為模型的因變量。如何定量分析各種影響因素對光伏產業發展的作用，并把重要的影響因素轉化為可量化的經濟指標，是光伏產業發展系統分析的重要內容。結合中國目前的技術條件和社會經濟水平，光伏產業的快速健康發展，除了加大政府宏觀調控力度和調整國際貿易戰略之外，還要看光伏產業的下游企業對它有沒有需求和經濟條件上有無可行性?？梢詺w納為以下幾個方面：一是光伏產品對光伏產業發展的影響；二是生產原料對光伏產業發展的影響；三是供電需求對光伏產業發展的影響；上述幾個方面的需求構成了光伏產業發展的主要因素。光伏產品的數量可用太陽能組件產量來反映；生產原料需求可以用多晶硅產量、多晶硅進口量來綜合反映；供電需求可用發電裝機容量、發電量來反映；因此初步確定太陽能組件產量X1、多晶硅產量X2、多晶硅進口量X3、發電裝機容量X4、發電量X5作為影響中國累計光伏裝機Y的自變量。

1.2 本文數據的獲取

由于2009年以前有些指標數據缺失，本文從知網（https：//www.Cnki.net/）等數據分析網站采集了關鍵詞（太陽能組件產量、多晶硅產量、多晶硅進口量、發電裝機容量、發電量等）和2009—2019年的數據并進行建模分析，用2009—2019年的數據來驗證模型的精度。詳細數據見表 1。

表1 中國光伏產量影響因素分析

1.3 數據的分析與處理

1.3.1 模型單因素篩查

為了體現出回歸模型的合理性，計算出各個因素之間的相關系數來分析各變量之間的相關關系。在引入模型時，研究人員選擇與因變量相關較高的自變量。通常研究人員將相關程度分為下面幾種情況：非常相關，|R|≥0.8；一般性相關，0.5≤|R|≤0.8；相關性低，0.3≤|R|≤0.5。當R＜0.3時，可以看出兩個變量之間的相關性極低，視為不相關。上文得出中國累計光伏裝機量和各個影響因素間的相關關系，通過計算處理可以得出其影響相關性系數如表2所示。

表2 中國累計光伏裝機對于中國光伏產業的影響相關性分析

1.3.2 多元線性回歸模型的選擇

本次的試驗數據存在較大的共線性。在時間序列變化特征的圖表中，太陽能組件產量X1，多晶硅產量X2和發電量X5這3個數據存在較為嚴重的共線性。于是在建立回歸模型時，研究人員應當舍棄采用逐步線性回歸的方法。因為在較為嚴重的共線性的情況下，用逐步線性回歸方法建立模型時，回歸模型中的隨意誤差會有較大的自相關。在上述這種情況下，研究人員日常運用的一系列的檢驗失效。因此，在本次的試驗中，研究人員使用多元線性回歸模型，在1.3的試驗數據中可以看到，采用的多個自變量與因變量高度相關，因此在構建多元線性回歸模型的過程中，不但能消減在多組數據中存在的較大的共線性，還能更加明顯地展現出自變量與因變量之間的聯系。在軟件上對上述試驗數據進行分析，把多組自變量和因變量的數據放入數據視圖中，采用多元線性回歸分析，同時在Statistic中選擇想要的共線性診斷和Durbin-Watson(U)，生成所有的自變量與因變量之間的多元線性回歸方程。

1.3.3 多元線性回歸模型的建立

回歸模型的回歸分析用下式表示：

在SAS軟件中，筆者對于表1里面的數據進行分析，分析的結果如表 3所示。由表 3可得出中國累計光伏裝機回歸模型的方程：

在這個方程中，可以看出各組數據對光伏產業發展的影響，回歸模型通過方程和計算分析檢驗。在SPSS軟件中，筆者進行數據分析得到中國光伏產業發展的模型，如表3所示；同時，還能得出本次試驗的模型參數，如表 4所示。在表 3中的非標準化系數中，數值的正負號表示各個自變量對于因變量的數值影響的方向性。

表4 模型參數

1.3.4 多元線性回歸模型的驗證

將2017—2019年數據作為驗證，并通過下式計算偏差率：

式中，o為觀測值，p為計算值，d為偏差率，值越低，則模擬結果越優秀。

2 結果

2.1 模型自變量的確定

太陽能組件產量、多硅晶產量和發電量這幾個因素R皆大于0.8，與中國光伏發展高度相關。多硅晶進口量的R為0.644，發電裝機容量的R為0.641，可視為中度相關。

所以導入模型的自變量為X1太陽能組件產量、X2多硅晶產量、X3多硅晶進口量、X4發電裝機容量、X5發電量。

2.2 中國光伏產業與影響因素的時序變化特征

自2008年以來，中國光伏產業影響因素如圖 1所示。多晶硅晶體、發電和太陽能電池板的產量總體上呈逐年增加的趨勢，而多晶硅晶體的進口量則呈現先增加后減少的趨勢。多晶硅進口量從2008年到2017年保持穩定增長，從2008年的22 755噸增加到2017年的15.2萬噸。2018—2019年，由于國內新增產能不斷釋放，我國對進口多晶硅的依賴程度呈現下降趨勢，但降幅并不大，2019年僅比2017年減少了1萬噸。

多硅晶產量自2009年至2019年呈快速增長趨勢，2009年中國多硅晶產量僅20 084噸，到了2019年中國多硅晶產量已有344 000噸，具體來看在2009年到2013年增速較緩，4年內僅增加76 916噸，2013年后增速猛增，僅2014年就增加了39 000噸。實現這一突變，一方面是因為在2013年國家發改委發布文件將多晶硅從產能過剩行業中移除，國家政策開始大力扶持，另一方面是因為全球光伏市場需求明顯。內外雙重作用促進了多硅晶行業快速復蘇。

中國發電量持續增加，從2009年的37 147億千瓦時，增加到2019年的75 034.3億千瓦時，保持較快的增長速度，從而帶動了光伏產業的發展。

2.3 回歸模型建立

由表4可得中國光伏產業多元回歸模型：

其中，所有的自變量對中國光伏產業的貢獻有顯著性意義(P＜0.05)。模型通過方程和參數的顯著性檢驗，可確定這5個因素為中國光伏產業的關鍵影響因素，并用這些因素來解釋中國光伏產業的變化規律及其原因。

通過表 5的標準系數分析，|2.141|＞|0.133|＞|-0.822|＞|-0.398|＞|-0.071|，可以得知太陽能組件產量的標準系數為2.141，對中國光伏產業影響程度最高，且呈正相關。這說明太陽能組件的生產極大地促進了中國光伏產業的發展。太陽能組件是光伏發電最為主要的消耗品之一，可以說整個太陽能組件產量90%以上都是應用于中國光伏產業。發電裝機容量的標準化系數為0.133，說明對光伏產業發展有一定的影響，且呈正相關，側面說明發電裝機容量對中國光伏產業發展的促進關系。發電裝機容量有很多因素所構成，其中占比最多的為火力發電和水力發電。相關文獻顯示，以2018年裝機容量為例，第1名：火電，占比60%；第2名：水電，占比19%；第3名：并網風電，占比10%；第4名：并網太陽能發電，占比9%。多硅晶產量的相關系數為-0.822，說明多硅晶產量與中國光伏發展高度相關，與因變量呈負相關。多硅晶進口量的標準系數為-0.071，說明多硅晶進口量與中國光伏發展關聯度較低，這里不予討論。發電量的標準系數為-0.398，說明發電量與中國光伏發展相關度較高，呈負相關，這從側面說明中國光伏發展仍有較大的發展空間。

表5 回歸模型分析

2.4 回歸模型驗證

通過表 6，將2017—2018年的數據通過計算得出，合成橡膠產量的模擬值偏差率分別為：0.86%，-7.2%，3.47%，均不超過10%。模擬結果優秀。

表6 2017—2018年數據驗證

3 討論

通過本文的數據分析，在過去的10年中，中國光伏發電產業的發展呈上升趨勢，中國累計光伏裝機量成為中國光伏發電產業的關鍵因素。它對中國光伏發電產業的增長有著非常顯著的貢獻。但從目前來看，中國累計光伏裝機量占總裝機量比例較少。以2018年的數據為例，占比最大得是火電，占比60%，而光伏發電僅占比9%。鑒于此，筆者認為可以通過以下幾個方面來努力促進中國光伏產業進一步發展。

3.1 提高創新水平，掌握核心技術

早在2016年，中國光伏新增和累計光伏量已位居全球第1。在這光環的背后卻是核心技術的缺乏，絕大部分的光伏制造企業集中在產業鏈的中下流，缺乏足夠的競爭優勢和抗風險能力，企業同質化發展的現象越發普遍。因此，提高中國企業的競爭力，加大市場扶持，掌握核心競爭力成為重中之重。

3.2 保持多硅晶產量的持續增長

多硅晶是中國光伏發展的重要原材料。多硅晶不僅是制造半導體和光伏電池的重要基礎原材料，對我國光伏的持續發展極為重要，也是降低光伏組件價格，提高市場競爭力的關鍵瓶頸。近幾年來，多硅晶原料價格的暴漲，對我國光伏中下游企業的生存產生了巨大的沖擊，因此提高國內多硅晶產量成了當前的重中之重。

3.3 促進中國太陽能組件的出口

通過線性回歸分析可以得出中國光伏產業的發展與太陽能組件產量呈正相關。在2020年，雖然受到新冠疫情的影響，但是我國太陽能組件產量依舊比2019年同期增長了13.4%。不容忽視的是同年的出口量依舊與2019年的28.2 吉瓦持平，因此，如何在保持現有的增長勢頭的情況下，依舊維持出口量的旺盛增長成了當前的重中之重。

4 結語

本文以2009年至2019年的中國光伏產業的累計光伏裝機量的變化作為研究對象，通過對太陽能組件產量、多晶硅產量、多晶硅進口量、發電裝機容量進行線性回歸分析，建立多元線性回歸模型，模型模擬結果優秀，可以為未來變化新態勢下中國光伏產業的合理布局提供科學依據。

（1）保持多硅晶產量和發電裝機容量，能較為明顯地影響我國光伏產業的累計裝機容量。模型可以反映不同變量的影響程度。太陽能組件產量對中國光伏產業的累計裝機量有較大的影響。提高太陽能組件產量可以促進中國光伏產業累計裝機量的發展。

（2）對國內的多硅晶產業進行政策扶持并擴大產能，可以有效預防止國際市場的價格波動對國內光伏產業的沖擊。

（3）企業應該研發新技術，掌握核心技術，提高多硅晶的利用率，從而減低光伏產業對進口多硅晶的依賴程度， 提高市場競爭力。