光伏十年系列 | 組件:技術革新驅動行業變革

光伏十年系列 | 組件:技術革新驅動行業變革

  • 2022-12-15
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  • 來源:能源雜誌

在2012年的兩會政府報告中,除了提到大力培育新能源、提高新能源比重外,也提及促進新能源利用,擴大國內需求,防止太陽能製造盲目擴張。

而就在兩會閉幕5天之後,美國商務部卻扣動“雙反”的扳機,決定向中國進口的太陽能電池板徵收2.90%-4.73%的反補貼稅,並追溯90天徵稅。

“凜冬將至”的寒氣迅速傳導給了光伏巨頭們。5月17日,美國商務部公布反傾銷初裁決定,稅率為31.14%-249.96%。英利、無錫尚德、天合光能將分別被徵收31.18%、31.22%、31.14%的反傾銷稅,未應訴中國光伏企業的稅率為249.96%。歐盟、澳大利亞和加拿大等地區和國家步後塵,揮起了鐵拳。

2011年中國70%以上光伏產品依賴於歐洲市場的出口,此番遭遇彼時兩大光伏出口市場—美國和歐盟的“圍獵”,幾近瀕死。國內諮詢機構數據显示,2011年僅光伏行業生產鏈的重要環節(硅棒、硅片、電池片和組件),其擁有生產商數由807家激增至901家,而2012年中國從設備製造、硅料生產到電池組件加工的全光伏產業鏈上,破產和停產的企業超過350家。

面對危局,2013年一系列政策迅速出手救市,在國內市場及亞洲等新興市場的重啟下,光伏製造業的危機逐步得以緩解。但歷經“兩頭在外”的慘烈教訓后,行業也進入了技術研發內生動力的發展期。

單晶突圍

2014年前,大量企業選擇了生產成本低、建設周期短、技術要求不高的多晶組件路線,市場份額一度超過80%。

以隆基綠能為代表的光伏企業選擇相對小眾的單晶路線,認定多晶路線深陷產能過剩的“痛”,若無法實現降本增效終究會走入下一次困局,但“群體壓力”下的決策必然煎熬又孤獨。

2017年以來金剛線切割已在單晶領域完全取代了砂漿切片。得益於金剛線帶來的技術進步,徹底打破了日本企業的技術垄斷,使得單晶硅片切割成本大幅下降,其價格從2006年100元/片降低至如今的3元出頭。與此同時,拉晶、切割等關鍵技術的國產化,了單晶路線的真正突圍。

伴隨着單晶硅片價格的逐步平價,隆基入局產業下游,越來越多的企業順勢選擇單晶技術路線。而2015年開始的“光伏領跑者計劃”,則進一步推動單晶技術路線成為主流。

“光伏領跑者計劃”是國家能源局從2015年開始,之後每年都實行的光伏扶持專項計劃,在“領跑者”計劃中採用行業絕對領先的技術和產品,來建設擁有先進技術的光伏發電示範基地、新技術應用示範工程等方式實施。國家推行用先進技術和設備對每年的光伏行業發展做出引導先行者的項目,發改委協同有關部門制定激勵政策,鼓勵能效“領跑者”產品的技術研發、宣傳和推廣。

憑藉更高的轉換效率,PERC技術正是15-17年“領跑者計劃”的最大受益者。2015年的領跑者項目中單晶PERC組件佔比21%,在新型組件佔比中遙遙領先,PERC技術進入用戶視野。2016年,PERC產品的應用比例和規模進一步提升,整體佔比達30%,其中單晶PERC組件佔比約為80%。

次年領跑者基地技術指標門檻有所提高,單多晶組件效率所對應的電池效率約為20.5%和19.4%,以當年電池平均轉換效率來看,單多晶都需要採用PERC技術路徑才能滿足上述標準,最終在5GW應用基地的中標項目中,採取PERC技術路徑的比例高達65.51%。政策的刺激加上PERC電池在LID和LeTID性能上的優勢,使得單晶PERC電池擴張推廣得到迅速的發展。

縱觀2015-2017年三期“領跑者計劃”的中標項目,單晶硅組件的應用比例逐年升高,由第一年的60%上升到接近90%,年複合增長率達到18.59%,單晶PERC組件則由第一期的21%上升至55.28%,年複合增長率達到62.25%,單晶技術路線逐漸成為主流。



產業糾偏,回歸技術創新

2018年5月31日,國家發改委、財政部和國家能源局三部委聯合下發發改能源〔2018〕823號文件,暨《國家發展改革委財政部國家能源局關於2018年光伏發電有關事項的通知》,業界稱之為“5.31光伏新政”。僅僅時隔近6年,全產業鏈遊離“冰河期”的邊緣,野蠻生長的篇章徹底終結。

新政倒逼光伏行業激活新的增長動能。經歷了531新政后,超六成的光伏上市公司出現了盈利下滑現象,但諸如隆基綠能、通威股份、陽光電源等少數龍頭企業憑藉過往科技硬實力的積累實現逆勢攀升。

在平價上網的大趨勢下,組件開始進入大規模量產新時代,各項高效技術疊加成為了每家公司的必備技能,同時也為組件下一步的增效降本開闢新的空間。

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行業龍頭通過布局大尺寸電池、高功率組件進一步降低系統的度電成本。從156毫米、166毫米、182毫米再到210毫米,近兩年關於光伏硅片“尺寸”的爭論從未停息。2019年,166組件和210組件的激烈對壘打開了大尺寸硅片“尺寸之爭”的大門,而182組件在2020年成為了210組件的有力競爭者。

“毫米”之爭的背後,不僅是對尺寸的突破,更是一場光伏產業降本增效、實現全面平價上網的技術競逐,由此帶來的組件、輔材以及產品性能的改變,都成為企業戰略選擇的關鍵考量。

在PERC電池效率不斷攀升

的同時,中國光伏企業也在积極探索下一代光伏電池技術。在“光伏領跑者計劃”的帶動下,各種先進技術開始競相進行技術創新與升級。在此後陸續推出的三批領跑者基地中,PERT、TOPCon、異質結、MWT、IBC等技術陸續登場。

各家光伏企業已經根據自身需要和技術儲備,開始了下一代N型電池的研發、規模化生產。如國家電投集團目前已掌握N-TOPCon、N-IBCC-HJT和C-HJT(銅柵線異質結電池)三種高效電池製造技術,建成國內首條N型IBC電池及組件產線,量產平均效率達到24%,研發效率超過25%,鈣鈦礦/晶硅疊層電池經德國TüV認證,轉換效率達到28.08%,是目前國際有報道的最高記錄,成本遠低於SUNPOWER、LG公司。回顧PERC產能的投放節奏不難發現,相對較高的效率溢價和相對較低的成本是新型電池技術被廣泛認可的必要前提。

在中國光伏產業有序、健康的發展中,技術創新已經成為中國光伏產業的核心競爭力。

光伏下一站

十年前美國還是光伏產業巨頭,如今中國的硅片產量佔全球97%,累計裝機容量也是穩居世界第一。有數據显示,2020年中國光伏產業各環節的全球佔比分別為:硅料67%、硅片97%、電池片79%、組件71%。

中國光伏行業已擁有全球最完整的產業供應鏈,全球最大的光伏發電市場,國際環境中肆意揮動的“制裁大棒”越來越難以撼動中國光伏的地位,行業內部經過多年的理性調整也越發穩健,產業鏈自主可控,是我國光伏產業屹立於世界之巔的底氣。

在全球能源發展進入“雙碳”時代之後,光伏的靈活性特徵在全球能源轉型中愈發凸顯。據中國建築節能協會發布的《中國建築能耗研究報告(2020)》显示,2018年我國建築運行階段能耗佔全國能源消費的21.7%,建築運行階段二氧化碳排放量為佔全國碳排放的21.9%。要解決建築運行階段的能耗,BIPV建築光伏一體化(Building Integrated Photovoltaic)逐漸成為綠色建築領域的重要應用技術之一。

在整縣推進、綠色建築、節能減排等政策推動下,分佈式光伏高速發展,BIPV滲透率提高。隨生產成本降低和電池技術發展,BIPV巨大市場逐步打開。2020年BIPV裝機容量709MW,預計到2025年BIPV總裝機量達23.66GW,25年BIPV市場規模1022.6億元。

類似BIPV這樣的“光伏+”商業模式能夠使光伏在多能互補、能源轉型、產業帶動等方面的價值得到充分發揮,促進全球能源轉型。

2022年全球預計新增光伏裝機228GW,2030年這一数字將增加到334GW。隨着今年全球光伏裝機總量達到1000GW,光伏行業將邁入“太瓦時代”。

站在全球光伏產業之巔的中國光伏企業在能源轉型中扮演着至關重要的角色。面對即將到來的“太瓦時代”,光伏企業需要持續的科技創新,力促光伏發電降本增效,把太陽真正變成人類取之不盡、用之不竭的無限財富。


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