全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展及中美兩國對比

■文/趙三珊 華 珉 肖浥青

各國“碳中和”時間表陸續(xù)推出，能源轉(zhuǎn)型是重中之重，光伏發(fā)電作為最靈活、最具成本優(yōu)勢的清潔能源，發(fā)展速度和發(fā)展空間將大幅提升，“光伏平價+碳中和”所帶來的全球能源格局轉(zhuǎn)型大勢已定。

全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

隨著光伏發(fā)電“平價時代”的來臨，清潔能源替代加速，整個光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。2019年，光伏發(fā)電占全球發(fā)電量約2.7%，因最終產(chǎn)品具備高度同質(zhì)性，所以其核心競爭力在于經(jīng)濟性。光伏技術(shù)的不斷進步帶動裝機成本的持續(xù)下降，如圖1 所示，整個光伏行業(yè)將進入對傳統(tǒng)能源存量替代的爆發(fā)階段。

受全球新冠肺炎疫情影響，光伏行業(yè)短期或有些許波動，但從中長期發(fā)展趨勢來看前景廣闊。各國“碳中和”時間表陸續(xù)推出，能源轉(zhuǎn)型是重中之重，光伏發(fā)電作為最靈活、最具成本優(yōu)勢的清潔能源，發(fā)展速度和發(fā)展空間將大幅提升。據(jù)各國清潔能源未來占比路線圖以及多家能源研究機構(gòu)預(yù)測，在未來的10年、20年、30年間，全球光伏發(fā)電滲透率將分別達到15%、20%、40%，“光伏平價+碳中和”所帶來的全球能源格局轉(zhuǎn)型大勢已定。

光伏技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和國際競爭格局

光伏電池的基本原理是利用半導(dǎo)體器件的光電效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。然而，不同材料特性各異，因此效能也不盡相同。光伏電池大致包括晶體硅電池、薄膜電池和復(fù)合電池三代，從第一代、第二代到第三代光伏技術(shù)范式的轉(zhuǎn)變，為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了巨大的增長潛力。

圖1 全球光伏發(fā)電歷年新增裝機量及增速

晶體硅光伏電池是當(dāng)前全球光伏市場的絕對主流。晶體硅電池可分為單晶硅電池和多晶硅電池，2019年全球晶體硅光伏電池產(chǎn)量占比95.37%，是目前最為成熟的光伏電池技術(shù)（見圖2）。在能量轉(zhuǎn)換效率、使用壽命等綜合性能以及組件價格方面，晶體硅電池明顯優(yōu)于非晶硅電池。目前，晶體硅普通組件價格已降到1.8 元/瓦左右，光電轉(zhuǎn)換效率在17%左右。曾經(jīng)的全球晶體硅光伏霸主——美國SunEdison 公司于2016年被中國保利協(xié)鑫能源公司收購，目前產(chǎn)能主要集中在中國。

圖2 2019年全球光伏電池細分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)量占比

薄膜光伏電池有望成為光伏市場新的增長點。碲化鎘薄膜電池（CdTe）是典型的薄膜電池技術(shù)，占全部薄膜電池產(chǎn)量的85.5%。薄膜電池雖然在轉(zhuǎn)換效率和成本上沒有優(yōu)勢，但應(yīng)用場景廣泛。通過激光打掉薄膜電池中的膜層，犧牲部分轉(zhuǎn)換效率可實現(xiàn)更高的透光性能，加上纖薄的結(jié)構(gòu)，薄膜電池可敷設(shè)于建筑墻面或為新一代光伏汽車供能。碲化鎘薄膜電池技術(shù)壁壘較高，目前實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的公司僅有3家，其中，美國First Solar公司是絕對霸主，不僅保持實驗室效率紀錄，而且產(chǎn)量也占全球總產(chǎn)量的95%左右。此外，德國的Calyxo 公司和中國的龍焱能源公司也有少量組件出貨。

復(fù)合光伏電池正從實驗室逐步走向成熟。鈣鈦礦電池技術(shù)是復(fù)合光伏電池的典型代表。鈣鈦礦作為新興光伏材料，具有良好的物理特性，且生產(chǎn)高效、成本低廉，擁有巨大的市場潛力。鈣鈦礦與薄膜電池技術(shù)結(jié)合可形成薄膜鈣鈦礦光伏電池，其實驗室光電轉(zhuǎn)換效率為25.2%。鈣鈦礦也可與常規(guī)晶體硅電池結(jié)合，形成“硅-鈣鈦礦”串聯(lián)電池，光電轉(zhuǎn)換效率為29.1%，超過常規(guī)硅電池27%的光電轉(zhuǎn)換效率，未來可能成為傳統(tǒng)晶體硅光伏電池的替代品。從專利授權(quán)數(shù)量來看，中國、美國和日本成三足鼎立之勢。目前，鈣鈦礦電池技術(shù)已被全球數(shù)十家公司商業(yè)化，中國的纖納光電、協(xié)鑫納米以及英國的牛津光伏等公司正在積極嘗試生產(chǎn)規(guī)模化。

中美兩國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展對比

中國憑借低成本和規(guī)模化創(chuàng)新優(yōu)勢，在全球光伏產(chǎn)業(yè)中占據(jù)絕對領(lǐng)先地位。在2004年至2011年以歐洲為代表的第一輪光伏需求爆發(fā)中，中國通過勞動力等成本優(yōu)勢完成了原始積累。自2011年起，中國推行光伏標(biāo)桿上網(wǎng)電價補貼政策，助力國內(nèi)光伏市場快速擴容，規(guī)模效應(yīng)釋放加速了國內(nèi)供應(yīng)鏈的建立。隨后，補貼退坡倒逼產(chǎn)業(yè)鏈降本增效，技術(shù)研發(fā)迭代加快。目前，中國已建立起由光伏上游硅材料及設(shè)備、中游電池組件到下游發(fā)電系統(tǒng)的全產(chǎn)業(yè)鏈，年產(chǎn)值超5 000 億元，占全球年產(chǎn)值七成以上。截至2020年，中國光伏發(fā)電新增裝機量已連續(xù)8年位居全球第一，累計裝機量連續(xù)6年位居全球第一，光伏產(chǎn)品出口額達到197.5 億美元，海外市場仍在不斷擴大。

美國雖然是光伏技術(shù)的起源地，但是幾經(jīng)波折后早已處于落后地位。一是美國的人工成本、設(shè)備及基礎(chǔ)建設(shè)投資顯著高于我國。以多晶硅行業(yè)為例，2016年瓦克公司在美國田納西州項目投資達12 億美元/萬噸，而我國同期投產(chǎn)的新疆大全3A 項目投資約12 億元/萬噸。目前，我國新項目投資已降至8 億～10 億元/萬噸。二是美國光伏貿(mào)易保護政策引發(fā)了一系列負面效應(yīng)。過去4年間，美國對華光伏產(chǎn)品實行“雙反”（反傾銷和反補貼）政策，阻礙中國產(chǎn)品流入，這反而導(dǎo)致美國國內(nèi)光伏產(chǎn)品價格整體偏高，與傳統(tǒng)能源相比競爭力不足，大批中下游企業(yè)破產(chǎn)，就業(yè)崗位不斷減少，對海外的依賴度不降反增。三是美國長期實行“去工業(yè)化”政策，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)布局嚴重偏科。鑒于美國在過去幾十年內(nèi)重點發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)、金融等虛擬經(jīng)濟，2020年其國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）中第二產(chǎn)業(yè)占比不足20%，遠低于中國的37.8%，空心化嚴重，供應(yīng)鏈極其薄弱，短期內(nèi)推動制造業(yè)回流和復(fù)蘇的難度不小。

2020年全球光伏企業(yè)排名前10 位中有8 家是中國企業(yè)，而美國只有First Solar一家企業(yè)上榜，在除組件外的產(chǎn)業(yè)鏈上游幾乎所有環(huán)節(jié)中國都牢牢掌握著絕對的話語權(quán)。因此，中國的光伏產(chǎn)業(yè)競爭力已經(jīng)全面碾壓美國。

美國未來光伏產(chǎn)業(yè)布局和技術(shù)發(fā)展重點

在中國提出“3060”目標(biāo)后，美國提出了“3550”目標(biāo)，即到2035年通過向可再生能源過渡實現(xiàn)無碳發(fā)電，到2050年實現(xiàn)碳中和。為此，美國能源部最近宣布在未來10年內(nèi)將光伏發(fā)電成本降低60%，即到2025年，將目前每千瓦時4.6 美分的成本降至3 美分，到2030年再降至2 美分。

為達成該目標(biāo)，美國能源部宣布將提供近1.28億美元的資金，用于研發(fā)新興技術(shù)、降低成本和提高性能。一是加快鈣鈦礦光伏技術(shù)研發(fā)，并邁向商業(yè)化。積極推動鈣鈦礦光伏設(shè)備的制造研究，開發(fā)新型電池，提高組件性能，縮短創(chuàng)新周期；設(shè)立初創(chuàng)企業(yè)獎勵，為新成立的公司提供種子資金，加快商業(yè)化進程。二是推進低成本碲化鎘薄膜光伏技術(shù)，提高市場份額。國家可再生能源實驗室將成立技術(shù)聯(lián)盟，推進國內(nèi)研究，大幅降低碲化鎘薄膜光伏電池制造成本，提升全球市場份額。三是優(yōu)化硅基光伏系統(tǒng)組件，延長使用壽命。通過改進逆變器、連接器、電纜、機架、追蹤器等光伏組件，將硅基光伏系統(tǒng)生命周期從30年延長至50年，從而降低能源成本，減少廢棄物。四是開展集中式光熱發(fā)電（CSP）示范項目，降低發(fā)電成本。建設(shè)新一代CSP組件和系統(tǒng)測試中心，提高光伏發(fā)電可靠性，研發(fā)長時間熱能儲存裝置并與CSP 發(fā)電廠更好地結(jié)合在一起，助力實現(xiàn)電力行業(yè)低碳化。

自拜登就任美國總統(tǒng)以來，美國政府對光伏產(chǎn)業(yè)不斷加大政策支持和資金投入力度。在優(yōu)惠政策方面，政府繼續(xù)采用投資補貼、價格補貼、稅收抵免等財政優(yōu)惠政策，加大對光伏企業(yè)研發(fā)費用投入（計劃未來5年投入15 億美元），提升光伏企業(yè)成本競爭力，刺激市場需求，推動裝機容量和發(fā)電量迅速增長。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，因光伏發(fā)電具有間斷性、不穩(wěn)定性的特點，政府要求不斷升級電網(wǎng)，提高光伏發(fā)電效率和并網(wǎng)消納能力。在勞動力保障方面，政府鼓勵傳統(tǒng)能源從業(yè)者向可再生能源領(lǐng)域切換，為光伏制造行業(yè)輸送新鮮血液，構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)綠色制造產(chǎn)業(yè)的全面國產(chǎn)化。在貿(mào)易政策方面，政府暫停“雙反”、關(guān)稅庇護等貿(mào)易管制型政策，發(fā)揮國際合作伙伴的杠桿作用，以應(yīng)對主要戰(zhàn)略競爭對手。

中國光伏產(chǎn)業(yè)面臨的問題和挑戰(zhàn)

近年來，雖然我國光伏產(chǎn)業(yè)取得了爆發(fā)式增長和重大技術(shù)進展，但是仍面臨一些問題和挑戰(zhàn)，引起了業(yè)界的高度關(guān)注。

第一，分布式戶用光伏市場發(fā)展相對緩慢。美國的分布式市場從2010年發(fā)展至今呈現(xiàn)連續(xù)上升的發(fā)展趨勢，其中戶用市場的增長最穩(wěn)定，市場規(guī)模達到千億美元級別。美國民用電價高昂，大約為工業(yè)用電價格的2 倍，而中國居民用電價格低于工商業(yè)用電價格，所以經(jīng)濟效應(yīng)不高，戶用市場的發(fā)展相對緩慢。

第二，棄光限電和補貼拖欠問題難以解決。在棄光限電方面，光伏發(fā)電的大規(guī)模集中上網(wǎng)與西部地區(qū)電網(wǎng)配套建設(shè)滯后形成沖突，沒有形成東、中、西部協(xié)同消納市場，西部地區(qū)消納水平有限，輸電通道建設(shè)滯后，現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)峰能力及靈活性不足，未建立健全的調(diào)峰輔助服務(wù)機制。在補貼拖欠方面，由于光伏發(fā)電裝機規(guī)模增長快，可再生能源補貼無法應(yīng)收盡收，而且補貼發(fā)放程序過于復(fù)雜，導(dǎo)致光伏發(fā)電補貼拖欠問題嚴重。

第三，光伏組件回收監(jiān)管體系不成熟。隨著第一批商業(yè)化應(yīng)用的光伏產(chǎn)品紛紛進入退役期，回收高峰即將到來，據(jù)國際可再生能源機構(gòu)（IRENA）預(yù)測，中國將在2030年面臨高達150 萬噸的光伏組件回收，2050年則達到1 900 萬噸。在需求不斷增長的情況下，組件回收和再利用是確保光伏行業(yè)在全生命周期中維持綠色、環(huán)保、可持續(xù)的關(guān)鍵。歐盟建立了從綠色發(fā)電到廢物管理的光伏回收組織（PV CYCLE），美國華盛頓州也發(fā)布了光伏組件回收新政策，但我國強制性回收政策不完善，相關(guān)標(biāo)準不全面，回收機構(gòu)也處于空白狀態(tài)。

“近年來，雖然我國光伏產(chǎn)業(yè)取得了爆發(fā)式增長和重大技術(shù)進展，但是仍面臨一些問題和挑戰(zhàn)，如分布式戶用光伏市場發(fā)展相對緩慢、棄光限電和補貼拖欠問題難以解決、光伏組件回收監(jiān)管體系不成熟等。

我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展與建議

未來，我國可從以下幾個方面著手，促進光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

第一，加大多元化的技術(shù)研發(fā)，促進智能光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。例如，我國可以設(shè)立專項基金，重點支持鈣鈦礦、碲化鎘薄膜等前沿光伏技術(shù)領(lǐng)域高效電池和高功率組件產(chǎn)品的研發(fā)，加強先進電池技術(shù)與數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)的深度融合，推動跟蹤系統(tǒng)、AI 智能運維等解決方案的應(yīng)用，持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，以技術(shù)創(chuàng)新推進產(chǎn)業(yè)升級。

第二，集中式與分布式并舉，挖掘光伏發(fā)電成本下降潛力。一方面，我國可以推動建設(shè)大規(guī)模集中式和分布式光伏發(fā)電項目，通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計、壓縮非技術(shù)成本等手段，以超大市場規(guī)模支持光伏發(fā)電成本的持續(xù)下降。另一方面，我國還可以因地制宜開發(fā)利用，在資源豐富的“三北”地區(qū)實行基地式、規(guī)模化開發(fā)，通過風(fēng)光水火儲等打捆方式遠距離輸送，在中東南部地區(qū)實行分布式開發(fā)就近消納，滿足當(dāng)?shù)赜媚苄枰?/p>

第三，推進“光伏+”發(fā)展模式，進一步拓展光伏市場空間。在創(chuàng)新商業(yè)模式方面，我國可以推動發(fā)展“光伏+儲能”“光伏+建筑”“光伏+交通”“光伏+5G通信”“光伏+農(nóng)業(yè)”“光伏+油田”“光伏治沙”“光伏制氫”等新業(yè)態(tài)，不斷豐富應(yīng)用場景，鼓勵光伏企業(yè)從輸出產(chǎn)品向輸出服務(wù)轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)生產(chǎn)端和應(yīng)用端的雙贏。此外，我國還可以借鑒海外戶用光伏運營商的經(jīng)營模式，完善戶用光伏系統(tǒng)及設(shè)備規(guī)范標(biāo)準，強化誠信體系和信用融資渠道建設(shè)，搭建金融對接光伏資產(chǎn)的中間橋梁。

第四，加快電網(wǎng)升級改造，為光伏并網(wǎng)消納提供有力保障。加快構(gòu)建適應(yīng)高比例可再生能源發(fā)展的新一代電力系統(tǒng)；高度重視電網(wǎng)控制技術(shù)、平衡技術(shù)及大規(guī)模儲能技術(shù)的研究；加強特高壓網(wǎng)架及電網(wǎng)支撐能力，構(gòu)建更加靈活的特高壓交直流電網(wǎng)運行方式，提升電網(wǎng)跨省、跨區(qū)資源配置能力和互濟調(diào)節(jié)能力；統(tǒng)籌推進電力中長期交易、現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場建設(shè)；加強配電網(wǎng)雙向智能互動、局部供需平衡、彈性恢復(fù)能力建設(shè)；推進分布式能源、智能微電網(wǎng)、增量配電網(wǎng)以及虛擬電廠建設(shè)，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化運行。

第五，延長硅基光伏組件使用壽命，加強回收和再利用。我國應(yīng)重視硅基光伏組件可靠性水平研究，延長組件使用期限，對報廢的光伏組件合理進行廢氣、廢液和廢物的收集與處理，避免含氟晶硅組件對周圍地區(qū)造成二次污染。此外，我國還應(yīng)完善專門針對光伏組件回收再利用的強制性政策和相關(guān)標(biāo)準的制定，積極培育相關(guān)企業(yè)、非營利組織及相關(guān)技術(shù)人才，鼓勵“二手”光伏組件的修復(fù)和再銷售。