光伏产业现状及其面临的挑战

2011-03-26童志义

电子工业专用设备 2011年5期

童志义

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京101601)

资源枯竭，环境恶化所造成的能源危机，人类已经意识到它的严重性。许多国家开始从节约能源，保护环境入手试图解决能源危机，但却无法改变现有矿物资源的储量有限性及使用后对环境的污染性这两个不争的事实，而只能在一定程度上对危机进行缓解。解决能源危机的根本途径也是最终途径就是寻找一种可再生的清洁型新能源。

从目前的发展态势看，太阳能、风能及核能将成为未来人类社会的主流能源，与后两者相比，除了以大规模电站形式的应用外，太阳能更易于应用于人们的日常生活，前景和市场更为广阔。太阳能凭借其分布的广泛性、资源清洁性、能源可再生性以及技术发展的充分性，必将在未来替代传统能源。

当光伏产业经历了2008年的产品价格暴涨、2009年的突然下跌以及2010年的高调回暖后，正在逐步过渡到正常轨道上。2010年随着太阳能电池的大规模量产，以及德国、美国、意大利等国家吉瓦级市场的领先增长，使得太阳能光伏行业表现非常亮丽（见图1）。

1 市场现状

1.1 全球市场

根据市场研究机构Solarbuzz最新年度太阳能市场报告指出，2010年全球光伏市场安装量达18.2 GW，相较于前年增长139%，其中，欧洲地区光伏市场规模为14.7 GW，占全球81%的需求（见图2）。重大的发展为在光伏系统的安装成本及光伏发电成本大幅的下降后，全球除了德国外，出现了数个重要的吉瓦级市场，如意大利、美国、日本、捷克等。在全球主要的光伏市场中，德国自2009年的3.8 GW大幅增长到2010年估计的6～8 GW，其他的主要光伏终端市场，如日本、美国、意大利、法国、捷克和中国也在2010年大幅度地增长。中国已成为全球的光伏制造业发展最快的国家。2010年，我国太阳能电池产量超过8 GW，占全球太阳能电池总产量的53%。

图1 太阳能光伏产业

据行业预测，到2015年光伏全球的安装量为35 GW。也就是说，未来每年光伏安装量增幅估计为20%～25%。与之前每年2倍的行业增速相比，增长速度显著降低。

晶体硅市场还是以欧洲为主，市场份额约占80%。2010年意大利市场增长较快，北美市场虽然绝对需求量不是很大，但增长也非常快。2011年晶体硅效率的提升，应在0.5%～1%。

图2 2010年全球光伏市场安装量

随着太阳能发电日益成为全球推行环保能源的重要选择，光伏设备的产能和收益正在朝着更高水平发展。然而，为了达到更高的生产水平，必须在量产环境中实施整合工艺控制方法。许多前沿实验室环境中的研究与建模已经证明，电池效率的进一步改善是可以实现的。继续向前发展就要在量产光伏制造环境中部署综合工艺控制解决方案，去真正付诸实施和充分利用在实验室模拟过的规律和方法。我们看到越来越多的前沿晶圆代工厂正在朝着这个方向发展。

传统发电的平均每瓦价格预计在下一个10年将持续攀升，而太阳能发电的价格则预计会显著下降。随着两个价格曲线趋于相交，预计美国将在2013～2015年之间实现“电网同价”（太阳能发电成本与传统发电成本相当），届时对太阳能电池板的需求将加速上升，引发对光伏太阳能电池需求的爆炸式增长。

1.2 国内市场

中国市场方面，晶体硅生产可以占到全球份额60%左右，但市场应用较弱。晶体硅产业链完整，原材料竞争较充分，比较有全球竞争力。上游硅料、硅片是瓶颈，2010年硅料进口额与自主生产约各占50%，2011年进口还会占据一定份额。硅料生产的核心技术仍掌握在欧美人手中，总体上讲，国内硅料的生产成本较国外高，但至2010年底，部分大企业的成本已能接近欧美水平。

下游拉棒、切片设备主要还是以欧美为主，但组件设备则主要在国内。国内大公司的电池片质量已可以与欧美电池片平起平坐，台湾厂商的电池片也进入全球排名前十。但尖端技术还是在欧美日本等国家，国内还是空白。2010年中国电池片和组件在全球的市场份额已迅速成长到60%，并且这60%里面至少有2/3为自主品牌。

当今光伏产业是典型的规模经济型产业，企业规模速度制胜已不是秘密，但是，在这新一轮复苏的一年半时间里，中国光伏企业再次爆发出惊人的制造能力。一方面，以英利、保利协鑫、赛维LDK等为代表的光伏企业，加快脚步完善自身垂直一体化产业链，特别是扩大其硅料业务的产能；以尚德、天合、阿特斯、晶澳等为代表的光伏企业基本上都在计划将自身光伏电池和组件的产能提升到更高一个层面，纷纷进入吉瓦时代;另外一方面，一些新进企业以及国有企业也大踏步投资进驻，动辄几十亿的投资架势丝毫不弱于现有光伏大鳄们，国内光伏行业又迎来一轮投资热潮，产能扩张竞争日趋激烈。

2010年多晶硅价格持续上涨，价格已经达到了80美元/kg，需求超预期是最主要的原因。这一方面跟去年迅速增长的全球光伏装机容量有关，去年装机容量从年初预期的9 GW升至14 GW左右，较上一年度实现了近100%的增长，预计2011年全球装机容量增速仍有望实现30%的增长，达到18 GW的规模，快速增长刺激了对上游多晶硅原料的需求;另一方面多晶硅受建设周期的限制，无法快速拉高出货量，导致现阶段产能供不应求。有人曾质疑，保利协鑫18 000吨、赛维11 000吨、英利3 000吨、天威硅业3 000吨、乐电天威3 000吨、东汽峨半厂2 200吨、宜昌南玻1 500吨等项目都达到上千吨产能的规模，近期又有不少企业扩产多晶硅项目，如博尼斯硅业在沈阳建一座年产6 000吨的电子级多晶硅现代化生产基地，还有渑池光伏产业园总投资14.6亿元的多晶硅一期生产项目也开始启动，加上国外供应，难道多晶硅还会供不应求?

这里应区分产能与产量混淆的误区。有时候我们不能过多地关注企业标榜的产能，产能是全部生产线达产后的产量，这个数据与实际产出量有一定的差距。比如鄂尔多斯、国电、景德、中旺刚投产，如果这些扩产企业产能兑现70%以上，那么整个行业都有可能出现过剩，但实际情况是：一些企业的产能充满着不确定性，都还没量产或者产量很小，几乎可以忽略不计。虽然目前国内有这么多家企业宣布了其多晶硅扩产计划，但从准备建设到达产需要一个时间段，其产量未必达到了市场真正的需求量，至少目前是处于缺口状态，根据全球光伏产业的发展速度，今年多晶硅需求还将持续旺盛。

供不应求的局面引来了多晶硅价格的上涨，其可观的利润也吸引了行业内外及投资者的青睐，加快了扩产、投资的步伐。在国内多晶硅企业迅速扩产、国内同行纷纷投资的背景下，高位运行的多晶硅价格显然也将坚挺不了多久，相信在持续去年至今年上半年价格相对上涨后，预计今年下半年后多晶硅价格将会逐渐趋于平稳并呈现下降趋势。

1.3 成本控制是关键

进入2011年，光伏企业最关注的焦点发生了改变，在无法延续超高速增长的背景下，首当其冲的问题是成本控制。谁能够有更低的价格、更好的品牌，才能够在2011年的市场上生存。今年成本将决定光伏厂商的命运。

全球领先的太阳能光伏产品制造商、无锡尚德电力董事长兼CEO施正荣日前在上海参加2011国际太阳能产业及光伏产业论坛时表示：“10年内，亚洲将成为世界最大的光伏市场，而中国作为亚洲最大市场，很可能成为世界光伏产品最大的消费国。”。

施正荣表示：“经过过去10年的努力，中国的光伏发电已进入1.4元至1.5元/kW·h的上网电价时代。今后5年，光伏产业在亚洲的发展速度将和欧美市场持平甚至超过欧美市场”。

2010年光伏行业在技术上的重大发展，主要为低成本而且可达到大规模量产的高效电池的问世。例如晶澳太阳能(JA SOLAR)新开发成功的“赛秀”高效能电池片，就达到了的19%的转换效率，比一般太阳能电池16%～17%的转换效率高了两个百分点。

2011年，新的高效电池技术将进一步提升转换效率，达到量产规模。透过转换效率的提升，电池和组件成本将逐步降低，光伏系统安装费用及太阳能发电成本也将随之下降，将进一步靠近上网电价。

目前，在多晶硅光伏电池的产业链条中，中国企业所抢占的主要是硅锭硅片生产、电池片生产、组件封装线等低附加值环节，而在产业链最上游的多晶硅料生产和最下游的光伏应用等高附加值环节则较少涉及。最近几年，随着国内多晶硅(光伏电池的主要原料)项目大批上马，“两头在外”的情况，演变为“一头在外”，即市场在海外的局面。目前中国95%的太阳能电池生产厂商的产品都是用于出口，实际上都是在帮助世界减少成本。中国多晶硅生产企业的生产成本为30～50美元/kg不等，销售价格平均在55～60美元/kg之间，所以降低生产成本才能实现盈利。

1.4 政策和政府补贴

全球各国政府迄今一直在太阳能产业发展方面发挥重要作用，运用指令、补助和投资等手段来推动部署。但是，政府的鼓励与投资会随着政治力量的更迭而变化。因此，每千瓦时价格必须继续降低，直到实现电网同价，也就是当光伏发电与其他传统发电方法成本相当，然后胜出时，就能够实现这一点。为了尽快实现电网同价，并最终不断提高盈利能力，在光伏电池板制造中有效部署先进的工艺控制方法，将是降低总成本和提高生产收益的一个关键要素。随着太阳能市场从依靠政府支持转为得到真正的市场力量推动，对光伏产品的需求将呈爆炸式增长。

已经拥有有效的工艺控制解决方案（例如，质量控制可以识别“优质与劣质”晶圆及电池，以阻止有缺陷的部分继续前进；工艺控制可以实时监测生产参数与警报级别，以防止出现废品，并立即纠正新出现的问题；工艺改善可以侦测问题并查找根源，以杜绝缺陷来源，并不断改善工艺，实现更优效率和更高收益；分类分级可以根据各种不同标准对成品进行拣选）的那些制造商将占据更佳地位，去回应更高的需求，并在扩展机遇中攫取更大的市场份额。

1.5 日本核电站爆炸警示

日前日本9.0级地震引发的核电站爆炸事件成为全球舆论的中心，关于发展新能源的问题也再度引发新一轮议论高潮。在国内，刚刚结束的“两会”把新能源发展带到一个小高潮，而日本核电站爆炸事件则把新能源发展推到一个迫在眉睫的实行阶段。在一二五规划和两会议题中，战略性新能源产业的风头明显盖过核能发展。

日本核电危机提醒我们对传统能源的成本需要重新审视。而随着各国核电发展的放缓，光伏也会体现更大的竞争力。有业内专家表示，此次日本地震引发核电站爆炸事件将促使我国加快战略性新能源产业进程，同时也将带来国家对光伏产业的更加重视。日本地震及核泄漏事故给光伏产业带来意外机遇。国内不少光伏企业正密切关注全球新能源战略的新进展，并拟以扩产来迎接。

2010年全球光伏市场安装量约1.5万MW，其中来自中国的光伏组件产品占到50%以上。中国光伏产业原料与市场“两头在外”的被动发展局面，在金融危机之后变得更加严峻。2011年中国国内光伏市场安装量有望达到500 MW，但生产量却有望增至1.2万MW。

2 发展趋势

2.1 薄膜技术

薄膜太阳能光伏产业主要由CdTe(碲化镉)、CIS(铜铟硒)/CIGS(铜铟硒镓)、硅基薄膜三类电池组成。薄膜太阳能电池，指在塑胶、玻璃或是金属基板上形成可产生光电效应的薄膜。这种薄膜厚度仅需数微米，在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量。

薄膜代表着一个新的潮流（见表1），这个光伏行业需要不断的创新、不断的进步。因为这是一个能源领域的产品，现在光伏行业的发展瓶颈主要在它的成本，薄膜的产品与晶体硅不太一样，也是用硅作的，但是，薄膜的厚度才是硅片1%的厚度，所以它用的材料非常少，它有很大降低成本的空间。薄膜的竞争力就是在成本上。竞争力的来源就是转换效率必须在10%左右，能够有10%的转换效率再加上它本身用料少和制造成本的低廉，使它整体的产品成本能够比晶硅更有优势。

未来3年晶体硅仍是主流，效率会不断提升，成本会继续下降。薄膜的问题主要在于效率较低，较难实现大批量生产。聚光的转换效率高，能达到41%左右，但技术上有门槛，大规模应用还可以，小规模还较难实现。但聚光前景很好。

目前有20多个国家正在积极安装光伏系统，60多个国家正在开始对光伏技术进行更为深入的研究。从技术层面来看，CIGS（铜铟镓硒）薄膜技术似乎已经取得了突破并且走上了正轨，将会继续保持旺盛的发展态势。2010年，电子技术被首次引入光伏系统，这将有助于提高光伏系统的效率。

表1 薄膜太阳能光伏产业的发展现状

据电子行业研究公司IMS Research的调查，三星、台积电、友达光电等电子巨头都已宣布了庞大的光伏扩张计划，他们选择此时进入，主要是因为光伏电池成本趋于稳定，且欧洲6%～8%的电站投资回报率也清晰可见。三星和LG这样的大型电子企业正在向光伏行业进军，其中三星自己的光伏电池转换效率近22%。尽管中国光伏公司的竞争力仍很强，短期内被国际巨头超越的可能性并不大。但过3～5年后，市场格局很有可能发生质变。

目前（国内）薄膜电池的投资费用太高也是一个问题，建设一个1 000 MW晶体硅光伏电站的钱，若用在以薄膜电池为材料的电站项目上，只能有几百兆瓦的规模。占世界光伏市场80%份额的晶体硅电池成本下降得太快，而薄膜电池的成本下降速度赶不上晶体硅。从而影响了薄膜电池的大批量生产。

日本研究人员2011年2月宣布，他们在世界上首次开发出了通过涂抹液体硅形成非晶硅薄膜，进而生产太阳能电池的技术。新技术将有助于降低薄膜太阳能电池的成本。

目前多用固态和气态的硅材料制造太阳能电池，但是加工固态和气态的硅材料成本较高，所需时间也较长。

北陆尖端科学技术大学院大学教授下田达也率领的研究小组，2006年以一种含硅和氢的高分子化合物为溶质制造出稳定的液体硅。此次，他们在彻底研究液体硅特性的基础上，开发出了这种制造薄膜太阳能电池的新技术。

新技术生产太阳能电池首先要清除液体硅中的杂质，然后在充满氮的设备内，把液体硅滴到玻璃基板上，并让基板以每分钟约3 000次的高速旋转，使液体硅均匀分布在基板上，形成薄薄的一层，最后在约400℃的高温下加热数十秒，就制成了性能稳定的非晶硅薄膜。

重复上述工序3次，并加入硼和磷等成分，就可以制造出3层性质不同的硅薄膜。在加入电极制造出太阳能电池后，其发电效率为普通太阳能电池的20%左右。虽然效率尚不高，但是成本降低了60%～70%。

2.2 国内市场需求

在过去的几年里，中国的光伏公司获得了极大成功，在中国建立起了大规模、低成本的生产设施，并且向欧洲和其他国家出口。随着欧洲市场增长的放缓，中国本土的装机市场将会变得越来越重要。在过去的几个月里，中国政府已经发出了非常积极的信号——为“金太阳”项目提供了扶持（见图3），并且可能会制定到2012年使本土装机容量达到1 GW的目标。最终中国可能会成为最大的太阳能市场。

图3 金太阳示范工程

今年新能源产业被国家列为七大新兴产业之首，这对光伏产业来说是一个新的发展机遇。“十二五”规划再次将新能源产业提升到更为重要的位置，未来国内市场将成为推动光伏产业发展的重要支撑。

“十二五”期间，中国将建设100座新能源示范城市，并进一步建设并网光伏发电站，在中西部等太阳能资源丰富的地区发展微电网示范区，通过多种手段推动光伏发电在国内的应用。

3 面临的挑战

中国光伏产业如何摆脱“技术和市场在外”，依赖出口、依靠政策和政府补贴生存的被动局面？中国光伏企业应该如何保持持续成长？

短时间内中国光伏产业很难摆脱这种被动局面，这和中国国情有关，光伏业会成长，但由于成本问题，考虑到中国民生，光伏在中国还不会成为主流。

中国光伏产业现有的技术突破已经处于世界领先的地位，晶澳在开发赛秀电池技术之后，转换效率和成本更可望继续保持行业领先的地位。而以市场来说，太阳能发电成本仍然相当程度的高过上网电价，因此短期内仍需要依赖政府的补助政策。目前整个光伏产业主要还是依赖欧洲和美国的市场。在未来两三年内，如果中国政府可以大力支持太阳能产业，加强政策补贴措施，进一步开发国内的光伏发电市场，达到政府节能减排的目标，和减低产业对国外市场的依赖性。期望在2015年前，透过产业内进一步的成本降低，逐步缩减光伏发电成本和一般电价的差距，以达成平价上网的终极目标，达到产业永续发展的目标。

由于晶体硅的提炼技术限制，中国目前仍未能有效解决国内原料产量不足的问题。目前，中国光伏产业所需多晶硅材料仍主要从海外进口，这使光伏产业背负着沉重的成本负担。同时，由于缺乏有效的运营模式，加上光伏并网发电受到一定限制，致使国内市场难以打开。这些因素很大程度上制约了中国光伏产业的快速发展。

2011年PV市场将继续保持强势。尽管德国市场会缩减，预计2011全球装机量将超过20 GW。然而，由于2010年许多企业增加了产能，结果可能导致电池片和电池组件制造商降低价格，从而产生收益压力。

因2010年下半年以来的光伏扩产浪潮席卷全球，不少国内光伏企业对于今年全年的光伏市场增速和需求深表担忧。分析人士表示，由于近期国际国内不少光伏企业并未停止扩产步伐，而计划投产的项目尚未开始释放产能，因此今年全年的光伏市场将伴随着产能过剩的隐忧，如果投产热情不能得到及时遏制，下半年可能会出现产能过剩的苗头。

3.1 多数中小多晶硅企业面临被淘汰

尽管对于今年光伏市场容量的具体增速，业内还存在分歧，但今年不可能再现2010年的高增速已经成为行业共识。在这种情况下，并非所有的光伏扩产行为都能够收获好的结果。业内专家表示，相比较而言，具有品牌优势、产品质量和口碑较好的光伏产品生产商将具有较强的风险防御能力，即使面对市场增速下滑也能够维持平稳增长，而对于没有独立品牌，规模较小，为国外光伏产品做“低端代工”的国内光伏企业将首当其冲成为牺牲品。

光伏行业时刻面临着新的机遇与挑战——降低成本提高效益，提高耐久性和组件性能。在产业链快速发展及规模经济效应的推动下，光伏行业发展迅猛，已从之前的作坊式生产发展为尖端的、专业的、全自动的工业化生产。

2010年1月24日，工信部、国家发改委、环保部联合对外发布酝酿多时的《多晶硅行业准入条件》（下称《准入条件》），明确了多晶硅项目的规模、能耗等关键性指标。《条件》提出到的2011年底的电耗限期整改令，令一批中小企业面临被淘汰的命运。如若严格执行该标准，整改后符合条件的企业不会超过10家，80%左右的企业将面临产业整合或被淘汰。

按照工信部电子司的调研，全国多晶硅行业目前计划投资总额超过1 300亿元，实际投资仅为400亿元，在建项目设计产能达到6万多吨。这就清楚地表明国内多晶硅行业的投资冲动很大，但是真正掌握核心技术，能够最终形成规模的却很少。因此，这个政策，对于行业里真正做起来的大企业来说，可以说是一种扶持，而对于中小企业争议的问题主要集中在两点，一个是《条件》规定太阳能级多晶硅项目每期规模要大于3 000吨/年，一个是新建和改扩建项目投资中最低资本金比例不得低于30%。

《条件》出台后，有大企业认为国内不少企业的项目规模已达到5 000吨/年，3 000吨/年的规模相对较低，而小企业则认为很难在短时间内从现有的几百吨的规模一下跳至3 000吨/年。从《条件》的精神看来，多晶硅行业本身要求企业要具备一定的生产规模，规模上不去的话很难做下去。

目前中国多晶硅生产的平均综合电耗为160～200（°）/kg，生产线比较好的大企业的综合电耗已经能够达到60（°）/kg，但大多数小企业的电耗基本都在200（°）/kg以上，所以《条件》提出“到2011年底前，淘汰综合电耗大于200 kW·h/kg的太阳能级多晶硅生产线”将对耗能高、污染严重的企业形成约束。

3.2 国内需求不足的制约

事实上，制约我国光伏产业发展的主要因素正是国内市场需求不足，目前我国新能源发展还处在需要政府扶植的阶段，尽管中国的光伏产业规模已经达到了全球的50%以上，但国内市场需求却只占到全球的5%。因此如何制定一个更好的更加持续的支持政策，从而将我国国内的市场启动起来，将成为中国光伏产业谋求发展的最佳路径。

2010年，我国太阳能电池产量超过8 GW，占全球太阳能电池总产量的53%，“十二五”期间，我国将继续保持全球太阳能电池生产大国地位。与此同时，我国国内光伏应用市场在政策的支持下将迅速成长，我国光伏产业“两头在外”的局面在“十二五”期间将得到有效改善，预计2015年我国太阳能光伏发电装机将达到500万kW。

2011年全球光伏供需关系出现了新的变化。在需求端，综合数家主流机构的预测，今年全球需求同比增长在30%左右，增速明显放缓。在供给端，由于去年市场供不应求，2010年下半年组件厂商开始大肆扩产，而组件的投产周期仅为6～12个月，预计今年内大部分产能都将投产。预计，2011年底全球组件产能可能超过40 GW。相对于19～24 GW的全球需求估计总量，今年光伏市场供需严重失衡的态势明显。这种供需不平衡的局面首先势必带来组件厂商价格下调的风险。实际上，近期市场已经开始有所反映。2011年3月初，国内多家大型光伏企业的一批多达数百兆瓦的组件在欧洲港口遭遇欧洲企业的集体拒收，对方期望大幅降价。研究机构iSuppli认为，由于德国、意大利等国纷纷下调补贴，如果光伏系统厂商不降价，市场需求将会萎缩。在目前行业增速放缓、供需失衡的市场大背景下，这将引起光伏产品价格集体下降。由于不同企业之间的成本、品牌差异很大，显而易见，势必会造成强者更强。

3.3 成本控制

2011年全球光伏供需关系出现了新的变化。在需求端，综合数家主流机构的预测，今年全球需求同比增长在30%左右，增速明显放缓。在供给端，由于去年市场供不应求，2010年下半年组件厂商开始大肆扩产，而组件的投产周期仅为6～12个月，预计今年内大部分产能都将投产，中金公司甚至预计，2011年底全球组件产能可能超过40 GW。相对于19～24 GW的全球需求估计总量，今年光伏市场供需严重失衡的态势明显。

这种供需不平衡的局面首先势必带来组件厂商价格下调的风险。实际上，近期市场已经开始有所反映。目前光伏组件厂商的行业毛利率水平在30%左右，为了保住市场份额和市场增长，光伏企业适当作出价格让步，显然是大势所趋，也符合商业规则。