全球光伏产业发展及中美两国对比

■文/赵三珊 华 珉 肖浥青

各国“碳中和”时间表陆续推出，能源转型是重中之重，光伏发电作为最灵活、最具成本优势的清洁能源，发展速度和发展空间将大幅提升，“光伏平价+碳中和”所带来的全球能源格局转型大势已定。

全球光伏产业发展趋势

随着光伏发电“平价时代”的来临，清洁能源替代加速，整个光伏产业发展前景广阔。2019年，光伏发电占全球发电量约2.7%，因最终产品具备高度同质性，所以其核心竞争力在于经济性。光伏技术的不断进步带动装机成本的持续下降，如图1 所示，整个光伏行业将进入对传统能源存量替代的爆发阶段。

受全球新冠肺炎疫情影响，光伏行业短期或有些许波动，但从中长期发展趋势来看前景广阔。各国“碳中和”时间表陆续推出，能源转型是重中之重，光伏发电作为最灵活、最具成本优势的清洁能源，发展速度和发展空间将大幅提升。据各国清洁能源未来占比路线图以及多家能源研究机构预测，在未来的10年、20年、30年间，全球光伏发电渗透率将分别达到15%、20%、40%，“光伏平价+碳中和”所带来的全球能源格局转型大势已定。

光伏技术发展现状和国际竞争格局

光伏电池的基本原理是利用半导体器件的光电效应，将太阳能转化为电能。然而，不同材料特性各异，因此效能也不尽相同。光伏电池大致包括晶体硅电池、薄膜电池和复合电池三代，从第一代、第二代到第三代光伏技术范式的转变，为光伏产业发展提供了巨大的增长潜力。

图1 全球光伏发电历年新增装机量及增速

晶体硅光伏电池是当前全球光伏市场的绝对主流。晶体硅电池可分为单晶硅电池和多晶硅电池，2019年全球晶体硅光伏电池产量占比95.37%，是目前最为成熟的光伏电池技术（见图2）。在能量转换效率、使用寿命等综合性能以及组件价格方面，晶体硅电池明显优于非晶硅电池。目前，晶体硅普通组件价格已降到1.8 元/瓦左右，光电转换效率在17%左右。曾经的全球晶体硅光伏霸主——美国SunEdison 公司于2016年被中国保利协鑫能源公司收购，目前产能主要集中在中国。

图2 2019年全球光伏电池细分产品结构产量占比

薄膜光伏电池有望成为光伏市场新的增长点。碲化镉薄膜电池（CdTe）是典型的薄膜电池技术，占全部薄膜电池产量的85.5%。薄膜电池虽然在转换效率和成本上没有优势，但应用场景广泛。通过激光打掉薄膜电池中的膜层，牺牲部分转换效率可实现更高的透光性能，加上纤薄的结构，薄膜电池可敷设于建筑墙面或为新一代光伏汽车供能。碲化镉薄膜电池技术壁垒较高，目前实现产业化的公司仅有3家，其中，美国First Solar公司是绝对霸主，不仅保持实验室效率纪录，而且产量也占全球总产量的95%左右。此外，德国的Calyxo 公司和中国的龙焱能源公司也有少量组件出货。

复合光伏电池正从实验室逐步走向成熟。钙钛矿电池技术是复合光伏电池的典型代表。钙钛矿作为新兴光伏材料，具有良好的物理特性，且生产高效、成本低廉，拥有巨大的市场潜力。钙钛矿与薄膜电池技术结合可形成薄膜钙钛矿光伏电池，其实验室光电转换效率为25.2%。钙钛矿也可与常规晶体硅电池结合，形成“硅-钙钛矿”串联电池，光电转换效率为29.1%，超过常规硅电池27%的光电转换效率，未来可能成为传统晶体硅光伏电池的替代品。从专利授权数量来看，中国、美国和日本成三足鼎立之势。目前，钙钛矿电池技术已被全球数十家公司商业化，中国的纤纳光电、协鑫纳米以及英国的牛津光伏等公司正在积极尝试生产规模化。

中美两国光伏产业发展对比

中国凭借低成本和规模化创新优势，在全球光伏产业中占据绝对领先地位。在2004年至2011年以欧洲为代表的第一轮光伏需求爆发中，中国通过劳动力等成本优势完成了原始积累。自2011年起，中国推行光伏标杆上网电价补贴政策，助力国内光伏市场快速扩容，规模效应释放加速了国内供应链的建立。随后，补贴退坡倒逼产业链降本增效，技术研发迭代加快。目前，中国已建立起由光伏上游硅材料及设备、中游电池组件到下游发电系统的全产业链，年产值超5 000 亿元，占全球年产值七成以上。截至2020年，中国光伏发电新增装机量已连续8年位居全球第一，累计装机量连续6年位居全球第一，光伏产品出口额达到197.5 亿美元，海外市场仍在不断扩大。

美国虽然是光伏技术的起源地，但是几经波折后早已处于落后地位。一是美国的人工成本、设备及基础建设投资显著高于我国。以多晶硅行业为例，2016年瓦克公司在美国田纳西州项目投资达12 亿美元/万吨，而我国同期投产的新疆大全3A 项目投资约12 亿元/万吨。目前，我国新项目投资已降至8 亿～10 亿元/万吨。二是美国光伏贸易保护政策引发了一系列负面效应。过去4年间，美国对华光伏产品实行“双反”（反倾销和反补贴）政策，阻碍中国产品流入，这反而导致美国国内光伏产品价格整体偏高，与传统能源相比竞争力不足，大批中下游企业破产，就业岗位不断减少，对海外的依赖度不降反增。三是美国长期实行“去工业化”政策，导致产业布局严重偏科。鉴于美国在过去几十年内重点发展互联网、金融等虚拟经济，2020年其国内生产总值（GDP）中第二产业占比不足20%，远低于中国的37.8%，空心化严重，供应链极其薄弱，短期内推动制造业回流和复苏的难度不小。

2020年全球光伏企业排名前10 位中有8 家是中国企业，而美国只有First Solar一家企业上榜，在除组件外的产业链上游几乎所有环节中国都牢牢掌握着绝对的话语权。因此，中国的光伏产业竞争力已经全面碾压美国。

美国未来光伏产业布局和技术发展重点

在中国提出“3060”目标后，美国提出了“3550”目标，即到2035年通过向可再生能源过渡实现无碳发电，到2050年实现碳中和。为此，美国能源部最近宣布在未来10年内将光伏发电成本降低60%，即到2025年，将目前每千瓦时4.6 美分的成本降至3 美分，到2030年再降至2 美分。

为达成该目标，美国能源部宣布将提供近1.28亿美元的资金，用于研发新兴技术、降低成本和提高性能。一是加快钙钛矿光伏技术研发，并迈向商业化。积极推动钙钛矿光伏设备的制造研究，开发新型电池，提高组件性能，缩短创新周期；设立初创企业奖励，为新成立的公司提供种子资金，加快商业化进程。二是推进低成本碲化镉薄膜光伏技术，提高市场份额。国家可再生能源实验室将成立技术联盟，推进国内研究，大幅降低碲化镉薄膜光伏电池制造成本，提升全球市场份额。三是优化硅基光伏系统组件，延长使用寿命。通过改进逆变器、连接器、电缆、机架、追踪器等光伏组件，将硅基光伏系统生命周期从30年延长至50年，从而降低能源成本，减少废弃物。四是开展集中式光热发电（CSP）示范项目，降低发电成本。建设新一代CSP组件和系统测试中心，提高光伏发电可靠性，研发长时间热能储存装置并与CSP 发电厂更好地结合在一起，助力实现电力行业低碳化。

自拜登就任美国总统以来，美国政府对光伏产业不断加大政策支持和资金投入力度。在优惠政策方面，政府继续采用投资补贴、价格补贴、税收抵免等财政优惠政策，加大对光伏企业研发费用投入（计划未来5年投入15 亿美元），提升光伏企业成本竞争力，刺激市场需求，推动装机容量和发电量迅速增长。在基础设施方面，因光伏发电具有间断性、不稳定性的特点，政府要求不断升级电网，提高光伏发电效率和并网消纳能力。在劳动力保障方面，政府鼓励传统能源从业者向可再生能源领域切换，为光伏制造行业输送新鲜血液，构建完整产业链，实现绿色制造产业的全面国产化。在贸易政策方面，政府暂停“双反”、关税庇护等贸易管制型政策，发挥国际合作伙伴的杠杆作用，以应对主要战略竞争对手。

中国光伏产业面临的问题和挑战

近年来，虽然我国光伏产业取得了爆发式增长和重大技术进展，但是仍面临一些问题和挑战，引起了业界的高度关注。

第一，分布式户用光伏市场发展相对缓慢。美国的分布式市场从2010年发展至今呈现连续上升的发展趋势，其中户用市场的增长最稳定，市场规模达到千亿美元级别。美国民用电价高昂，大约为工业用电价格的2 倍，而中国居民用电价格低于工商业用电价格，所以经济效应不高，户用市场的发展相对缓慢。

第二，弃光限电和补贴拖欠问题难以解决。在弃光限电方面，光伏发电的大规模集中上网与西部地区电网配套建设滞后形成冲突，没有形成东、中、西部协同消纳市场，西部地区消纳水平有限，输电通道建设滞后，现有电网调峰能力及灵活性不足，未建立健全的调峰辅助服务机制。在补贴拖欠方面，由于光伏发电装机规模增长快，可再生能源补贴无法应收尽收，而且补贴发放程序过于复杂，导致光伏发电补贴拖欠问题严重。

第三，光伏组件回收监管体系不成熟。随着第一批商业化应用的光伏产品纷纷进入退役期，回收高峰即将到来，据国际可再生能源机构（IRENA）预测，中国将在2030年面临高达150 万吨的光伏组件回收，2050年则达到1 900 万吨。在需求不断增长的情况下，组件回收和再利用是确保光伏行业在全生命周期中维持绿色、环保、可持续的关键。欧盟建立了从绿色发电到废物管理的光伏回收组织（PV CYCLE），美国华盛顿州也发布了光伏组件回收新政策，但我国强制性回收政策不完善，相关标准不全面，回收机构也处于空白状态。

“近年来，虽然我国光伏产业取得了爆发式增长和重大技术进展，但是仍面临一些问题和挑战，如分布式户用光伏市场发展相对缓慢、弃光限电和补贴拖欠问题难以解决、光伏组件回收监管体系不成熟等。

我国光伏产业发展与建议

未来，我国可从以下几个方面着手，促进光伏产业发展。

第一，加大多元化的技术研发，促进智能光伏产业蓬勃发展。例如，我国可以设立专项基金，重点支持钙钛矿、碲化镉薄膜等前沿光伏技术领域高效电池和高功率组件产品的研发，加强先进电池技术与数字技术、智能技术的深度融合，推动跟踪系统、AI 智能运维等解决方案的应用，持续优化产品生产工艺，以技术创新推进产业升级。

第二，集中式与分布式并举，挖掘光伏发电成本下降潜力。一方面，我国可以推动建设大规模集中式和分布式光伏发电项目，通过优化系统设计、压缩非技术成本等手段，以超大市场规模支持光伏发电成本的持续下降。另一方面，我国还可以因地制宜开发利用，在资源丰富的“三北”地区实行基地式、规模化开发，通过风光水火储等打捆方式远距离输送，在中东南部地区实行分布式开发就近消纳，满足当地用能需要。

第三，推进“光伏+”发展模式，进一步拓展光伏市场空间。在创新商业模式方面，我国可以推动发展“光伏+储能”“光伏+建筑”“光伏+交通”“光伏+5G通信”“光伏+农业”“光伏+油田”“光伏治沙”“光伏制氢”等新业态，不断丰富应用场景，鼓励光伏企业从输出产品向输出服务转变，实现生产端和应用端的双赢。此外，我国还可以借鉴海外户用光伏运营商的经营模式，完善户用光伏系统及设备规范标准，强化诚信体系和信用融资渠道建设，搭建金融对接光伏资产的中间桥梁。

第四，加快电网升级改造，为光伏并网消纳提供有力保障。加快构建适应高比例可再生能源发展的新一代电力系统；高度重视电网控制技术、平衡技术及大规模储能技术的研究；加强特高压网架及电网支撑能力，构建更加灵活的特高压交直流电网运行方式，提升电网跨省、跨区资源配置能力和互济调节能力；统筹推进电力中长期交易、现货市场和辅助服务市场建设；加强配电网双向智能互动、局部供需平衡、弹性恢复能力建设；推进分布式能源、智能微电网、增量配电网以及虚拟电厂建设，实现源网荷储协调优化运行。

第五，延长硅基光伏组件使用寿命，加强回收和再利用。我国应重视硅基光伏组件可靠性水平研究，延长组件使用期限，对报废的光伏组件合理进行废气、废液和废物的收集与处理，避免含氟晶硅组件对周围地区造成二次污染。此外，我国还应完善专门针对光伏组件回收再利用的强制性政策和相关标准的制定，积极培育相关企业、非营利组织及相关技术人才，鼓励“二手”光伏组件的修复和再销售。