光伏產(chǎn)業(yè)未來關(guān)鍵技術(shù)突破方向

:傳統(tǒng)化石能源危機(jī)、環(huán)境壓力、新能源技術(shù)的發(fā)展和投資的快速增長(zhǎng)已經(jīng)促使太陽能產(chǎn)業(yè)成為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要選擇。光伏太陽能產(chǎn)業(yè)是一個(gè)充滿機(jī)遇與挑戰(zhàn)的朝陽產(chǎn)業(yè)，其獨(dú)有的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)和戰(zhàn)略地位吸引了國(guó)內(nèi)外政府、企業(yè)界以及研究機(jī)構(gòu)的空前關(guān)注。

（來源：微信公眾號(hào)“光伏測(cè)試網(wǎng)”ID：TestPV）

太陽能產(chǎn)業(yè)的政策環(huán)境

隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)得到了許多國(guó)家和政府的大力支持。美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼提出了光伏發(fā)電的政策規(guī)劃，如美國(guó)的“太陽能百萬屋頂計(jì)劃（Million Solar Roofs Initiative) 1”、日本的“新陽光計(jì)劃（New Sunshine Project) 2”等，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了普及應(yīng)用。

我國(guó)作為世界上最大的電力能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，近年來在可再生能源領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就。我國(guó)對(duì)于太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分關(guān)注，制定了多項(xiàng)政策計(jì)劃。如2012年3月27日，國(guó)家科技部發(fā)布《太陽能發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》3，旨在提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)光伏電池基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新能力，最終使我國(guó)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

太陽能產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈簡(jiǎn)析

太陽能產(chǎn)業(yè)不是一個(gè)孤立的技術(shù)或者市場(chǎng)環(huán)節(jié)，它的發(fā)展需要將反之帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈條中諸多相關(guān)行業(yè)的協(xié)調(diào)進(jìn)步。具體而言，太陽能光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈總體上可分為三個(gè)層次。

上游產(chǎn)業(yè)是對(duì)以硅礦石和高純度硅料的開采、提煉和生產(chǎn)為代表的原材料生產(chǎn)行業(yè)，包括硅礦石開采與冶金硅提純、多晶硅提純、單晶/多晶硅片加工與切割等環(huán)節(jié)。

中游產(chǎn)業(yè)是技術(shù)核心環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)各類專用設(shè)備的研發(fā)制造等。包括單晶/多晶硅電池片、電池組件生產(chǎn)與組裝。

下游產(chǎn)業(yè)是包括太陽能并網(wǎng)發(fā)電工程、太陽能電池組件的生產(chǎn)及安裝、光伏集成建筑等在內(nèi)的光伏產(chǎn)品系統(tǒng)集成與安裝。

結(jié)合技術(shù)視角的劃分，我們可以對(duì)當(dāng)前我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行相對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。當(dāng)前，我國(guó)光伏太陽能產(chǎn)業(yè)在國(guó)外市場(chǎng)的刺激下，產(chǎn)能迅速膨脹。但總體而言，我國(guó)光伏太陽能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不均衡。

光伏產(chǎn)業(yè)鏈的壁壘最高的環(huán)節(jié)是高純多晶硅原料生產(chǎn)，它占電池總成本的70%。目前，高純度硅料的供應(yīng)商主要來自美國(guó)、德國(guó)和日本的公司。全球多晶硅基本由歐洲、美國(guó)和日本的七大供應(yīng)商壟斷，具體包括美國(guó)的MEMC、黑姆洛克半導(dǎo)體公司（Hemlock）、挪威的REC、日本的三菱高純硅株式會(huì)社（Tokuyama）以及德國(guó)瓦克化學(xué)電子公司（Wacker）。

這七大廠商生產(chǎn)的高純度晶體硅總產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的95%以上，擁有10家多晶硅生產(chǎn)工廠，其中美國(guó)有5家、日本有3家、歐洲有2家。七大廠商具備從硅料到硅片的完整產(chǎn)能，壟斷了高純度多晶硅規(guī)?；a(chǎn)的核心技術(shù)，從而在成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)規(guī)模上均具有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)國(guó)內(nèi)產(chǎn)量近年來雖然有了大幅提升，但仍然難以保障整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的需求潛力，在未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，晶體硅生產(chǎn)仍將是產(chǎn)業(yè)鏈中的瓶頸。

從中游的太陽能電池來看，光伏發(fā)電的核心部件是太陽能電池或光伏電池。

目前，晶硅太陽能電池是發(fā)展速度最快、技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模最大的一種太陽能電池。全球光伏發(fā)電中的太陽能電池仍以硅基太陽能電池為主，約占市場(chǎng)份額的90%，大面積商品化電池效率單晶硅為16%至20%，多晶硅為15%至18%。此外，非晶微晶硅薄膜太陽能電池發(fā)展訓(xùn)讀，占全球光伏組件銷量的10%至15%。非晶硅與微晶硅疊層電池效率在8%至10%。其它如碲化鎘（CdTe）電池、銅銦鎵硒（CIGS）電池等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，市場(chǎng)份額相對(duì)較小，但發(fā)展迅速。

未來，光伏新興技術(shù)的突破方向主要有先進(jìn)薄膜和有機(jī)電池、新型光伏概念、聚光技術(shù)。中游的光伏太陽能電池制造由于資金門檻和技術(shù)含量較低，發(fā)展較快，規(guī)模較大，中國(guó)是世界上最大的太陽能電池板供應(yīng)商之一。但隨之而來出現(xiàn)了很多問題，如大量過剩產(chǎn)能形成嚴(yán)重堆積，從客觀上不可避免地面臨較大程度的產(chǎn)業(yè)整合。

全球太陽能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

近年來，因環(huán)境減排壓力、能源危機(jī)、技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)、光伏發(fā)電成本降低及各國(guó)政府的激勵(lì)政策驅(qū)動(dòng)等因素，光伏太陽能發(fā)電應(yīng)用市場(chǎng)迅速發(fā)展。

對(duì)全球太陽能相關(guān)專利進(jìn)行主題檢索，分析年度專利申請(qǐng)量變化趨勢(shì)，如圖2所示。在1985年之前，太陽能相關(guān)專利只是零星分布，年度專利申請(qǐng)量未突破百件，屬于摸索期。從1985年起，專利申請(qǐng)量激增至200件，并隨時(shí)呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。到2006年，專利申請(qǐng)量接近1萬件。2007年，全球太陽能專利申請(qǐng)量突破萬件，并加速上升，到2017年達(dá)到8.8萬件的頂峰。綜合全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)，可以看出，因環(huán)境減排壓力、能源危機(jī)、技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)、光伏發(fā)電成本降低及各國(guó)政府的激勵(lì)政策驅(qū)動(dòng)等因素，光伏太陽能發(fā)電應(yīng)用市場(chǎng)迅速迅猛，成為全球的焦點(diǎn)。

全球光伏電池產(chǎn)量發(fā)展迅速，據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)—?dú)W洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SolarPower Europe）發(fā)布的數(shù)據(jù)4來看（如圖3所示）。縱觀全球光伏電池的發(fā)展歷程，有兩個(gè)重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)值得關(guān)注，它們分別是2008年和2016年。2008年是全球光伏電池產(chǎn)量的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在此之前，全球光伏電池產(chǎn)量一直處于緩慢增長(zhǎng)之中。2008年以后，全球光伏裝機(jī)進(jìn)入快速發(fā)展階段，在2008～2016年之間呈現(xiàn)數(shù)量持續(xù)上漲的現(xiàn)象。2016年，全球光伏電池產(chǎn)量成斷崖式上升，這與中國(guó)的光伏電池產(chǎn)量的急速發(fā)展密不可分，到了2018年，光伏電池產(chǎn)量破百，達(dá)到了102.4GW。

中國(guó)太陽能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的融合發(fā)展，全球太陽能產(chǎn)業(yè)格局愈發(fā)明晰。在多晶硅的工序環(huán)節(jié)中，歐洲、美國(guó)和日本的七大生產(chǎn)商處于絕對(duì)壟斷的地位，我國(guó)針對(duì)該情況，主要引進(jìn)俄羅斯的改良西門子法，但存在技術(shù)差距，導(dǎo)致產(chǎn)能較低。在硅錠和硅片的工序環(huán)節(jié)上，國(guó)際單晶、多晶技術(shù)都相對(duì)成熟；我國(guó)單晶硅拉制技術(shù)比較成熟，已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的單晶爐價(jià)格也較為低廉，但多晶硅澆筑爐仍需依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴。在電池及組件工序環(huán)節(jié)上，我國(guó)的生產(chǎn)工藝和國(guó)際相當(dāng)，光伏太陽能電池封裝行業(yè)的發(fā)展最為迅速。

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的光伏太陽能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)培育起步較晚，但是，得益于歐洲對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的大力支持以及由此產(chǎn)生的龐大的市場(chǎng)需求，也得益于我國(guó)改革開放以來積累的雄厚的制造業(yè)基礎(chǔ)，更得益于我國(guó)相對(duì)低廉的勞動(dòng)力成本和資源成本，進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)的光伏制造業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。

中國(guó)太陽能產(chǎn)業(yè)存在的主要問題

隨著可再生能源在全球范圍內(nèi)的快速發(fā)展，中國(guó)太陽能產(chǎn)業(yè)也取得了驕人的成績(jī)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模迅速壯大，技術(shù)整體水平不斷提升，關(guān)鍵技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)突破，設(shè)備已基本具備整線供給能力。但是，光伏產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展仍暗藏隱憂，存在產(chǎn)業(yè)集中度低、核心技術(shù)落后、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不平衡、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)育緩慢、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不一、投資盲目等問題。原料、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備、市場(chǎng)需求“三頭在外”的現(xiàn)象，早已成為我國(guó)太陽能產(chǎn)業(yè)的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)。

1.產(chǎn)業(yè)鏈集中度低，規(guī)?；潭炔桓?/p>

太陽能產(chǎn)業(yè)是一個(gè)典型的高投入、高產(chǎn)出、高收益的技術(shù)驅(qū)動(dòng)型行業(yè)。目前，從整個(gè)行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r看，中國(guó)太陽能產(chǎn)品總產(chǎn)量居于世界前列，但產(chǎn)業(yè)鏈某些環(huán)節(jié)，尤其是產(chǎn)業(yè)進(jìn)入門檻較低的產(chǎn)業(yè)鏈下游企業(yè)數(shù)量最多，產(chǎn)業(yè)集中度低，離產(chǎn)業(yè)規(guī)?；杏芯嚯x，規(guī)模效應(yīng)不明顯，導(dǎo)致整體產(chǎn)品附加值低、競(jìng)爭(zhēng)力不足、產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)薄弱。

2.產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)技術(shù)參差不齊，發(fā)展不平衡

我國(guó)光伏太陽能技術(shù)整體水平不高，缺乏資助創(chuàng)新能力，核心技術(shù)多依賴國(guó)外。從光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)上來看，技術(shù)參差不齊，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不平衡。先進(jìn)的光伏技術(shù)研發(fā)進(jìn)展較慢，高效、低成本、環(huán)境友好的光伏技術(shù)有待進(jìn)一步突破。上游晶體硅材料生產(chǎn)技術(shù)水平較低，中端太陽能電池制造技術(shù)自主創(chuàng)新能力不高，下游光伏發(fā)電集成應(yīng)用于國(guó)外相當(dāng)。生產(chǎn)硅基太陽能電池乃至部分薄膜太陽能電池的關(guān)鍵設(shè)備均依賴進(jìn)口。

3.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不一，有待政府規(guī)劃

目前，我國(guó)太陽能制造業(yè)缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。很多光伏制造企業(yè)在技術(shù)實(shí)力、管理能力、品質(zhì)意識(shí)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模上層次較低，造成太陽能產(chǎn)業(yè)鏈各企業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)差異較大。需要加快建立光伏產(chǎn)品和發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量認(rèn)證制度，將一些行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)轉(zhuǎn)化為國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，并積極參與國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

4.產(chǎn)業(yè)發(fā)展無序，投資嚴(yán)重盲目

目前，由于光伏太陽能產(chǎn)業(yè)鏈部分環(huán)節(jié)進(jìn)入門檻低，面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)需求的飛速增長(zhǎng)，大量投資者紛紛盲目投資、重復(fù)建設(shè)，造成產(chǎn)能過剩，惡性競(jìng)爭(zhēng)、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等現(xiàn)象。

綜上所述，中國(guó)太陽能企業(yè)在市場(chǎng)、技術(shù)和發(fā)展結(jié)構(gòu)等方面存在嚴(yán)重缺陷，而隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，特別是歐洲主要光伏產(chǎn)品進(jìn)口國(guó)相關(guān)政策的調(diào)整以及美國(guó)等一系列國(guó)家“雙反”訴訟的威脅和高額“反傾銷”稅的制裁，中國(guó)太陽能產(chǎn)業(yè)正面臨前所未有的困難局面，中國(guó)太陽能行業(yè)能否重生取決于兩方面的因素：是否得到政策有效支持以及能否實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破。前者是中國(guó)太陽能企業(yè)平穩(wěn)度過難關(guān)的暫時(shí)性途徑，后者才是中國(guó)太陽能產(chǎn)業(yè)能夠獨(dú)立生存和健康發(fā)展的本質(zhì)。

中國(guó)太陽能企業(yè)在市場(chǎng)、技術(shù)和發(fā)展結(jié)構(gòu)等方面存在嚴(yán)重缺陷，而隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，特別是歐洲主要光伏產(chǎn)品進(jìn)口國(guó)相關(guān)政策的調(diào)整以及美國(guó)等一系列國(guó)家“雙反”訴訟的威脅和高額“反傾銷”稅的制裁，中國(guó)太陽能產(chǎn)業(yè)正面臨前所未有的困難局面。

太陽能產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展機(jī)遇

關(guān)鍵技術(shù)著力點(diǎn)

1.多晶硅原材料提煉技術(shù)

多晶硅主要采用化學(xué)提純、物理提純兩種方法進(jìn)行生產(chǎn)，其中化學(xué)提純方法主要有西門子法（氣相沉淀反應(yīng)法）、硅烷熱分解法、流態(tài)化床法，物理提純方法主要有區(qū)域熔化提純法（FZ）、直拉單晶法（CZ）、定向凝固多晶硅錠法（鑄造法），等等。目前最為成熟的多晶硅提純工藝是西門子法，全球80%以上的多晶硅產(chǎn)量采用改良的西門子法生產(chǎn)。

2.晶體硅錠/硅片生產(chǎn)和切割技術(shù)

晶體硅錠/硅片生產(chǎn)和切割技術(shù)是光伏產(chǎn)業(yè)鏈的第二個(gè)環(huán)節(jié)，近年來在光伏市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，晶體硅錠/硅片制造業(yè)發(fā)展迅速。目前，我國(guó)晶體硅錠/硅片生產(chǎn)廠家超過60家。

硅片切割是硅片生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，切割的質(zhì)量與規(guī)模直接影響到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的后續(xù)生產(chǎn)。多絲切割作為一種先進(jìn)的切割技術(shù)，目前已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割，成為硅片切片加工的主要切割方式。

3.光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

目前，光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)主要集中于光伏建筑一體化和大型化電站兩個(gè)領(lǐng)域。

光伏建筑一體化是利用建筑物上空置的屋頂及外墻空間安裝光伏組件，將光伏組件與建筑材料集成化，用光伏組件代替屋頂、窗戶和外墻，它是“新能源建筑”的典型代表，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已被廣泛應(yīng)用，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段無外乎光電幕墻和光電屋頂兩種。

光伏電站是通過太陽能、采用特殊材料諸如晶硅板、逆變器等電子元件組成的發(fā)電體系，與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)，它是光伏太陽能發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部門的重要發(fā)展方向，是當(dāng)今世界光伏太陽能發(fā)電技術(shù)的主流趨勢(shì)。目前，光伏電站正由小型的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)向大規(guī)模的太陽能發(fā)電站方向快速發(fā)展。

原標(biāo)題:光伏產(chǎn)業(yè)未來關(guān)鍵技術(shù)突破方向