預(yù)見2023：《2023年中國光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)全景圖譜》

導(dǎo)讀：

行業(yè)主要上市公司：隆基股份(601012);晶澳科技(002459);晶科能源(688223);通威股份(600438);天合光能(688599)等。

本文核心數(shù)據(jù)：光伏發(fā)電板塊上市公司研發(fā)費用;光伏發(fā)電相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量。

全文統(tǒng)計口徑說明：1)論文發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計以“solar pv”、“solar photovoltaic”為關(guān)鍵詞，選擇“中國”、“論文”篩選。2)統(tǒng)計時間截至2022年8月29日。3)若有特殊統(tǒng)計口徑會在圖表下方備注。

光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)概況

1、技術(shù)原理及類型

(1)光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)原理

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，其發(fā)電原理如下。

(2)光伏發(fā)電種類

光伏發(fā)電一般分為兩類：集中式發(fā)電和分布式發(fā)電，集中式發(fā)電主要為大型地面光伏系統(tǒng);分布式發(fā)電主要應(yīng)用于商業(yè)/工業(yè)、建筑屋頂。

2、技術(shù)全景圖：主要為光伏電池技術(shù)路線

光伏發(fā)電行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈中游為電池片、電池組件和系統(tǒng)集成，其中各類光伏電池技術(shù)為重點技術(shù)路線。根據(jù)半導(dǎo)體材料的不同，光伏電池技術(shù)主要包括晶硅電池、薄膜電池以及疊層和新結(jié)構(gòu)電池(第三代電池)。

晶硅電池是研究最早、最先進入應(yīng)用的第一代太陽能電池技術(shù)，按照材料的形態(tài)可分為單晶硅電池和多晶硅電池，其中單晶硅電池根據(jù)基體硅片摻雜不同又分為P型電池和N型電池。目前應(yīng)用最為廣泛的單晶PERC電池即為P型單晶硅電池，而TOPCon、HJT、IBC等新型太陽能電池技術(shù)主要是指N型單晶硅電池。

薄膜光伏電池分為硅基薄膜電池和化合物薄膜電池，以銅銦稼硒(CIGS)、銻化鎘(CdTe)和砷化鎵(GaAs)等的化合物薄膜電池為代表。

疊層、新結(jié)構(gòu)電池包括有機太陽能電池、銅鋅錫硫化物電池、鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池、量子點太陽能電池等。

光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展歷程：電池技術(shù)路線演變拉動

光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展主要是由光伏電池技術(shù)路線演變拉動的，從以硅系電池為代表的第一代光伏電池、到以銅銦稼硒(CIGS)、銻化鎘(CdTe)和砷化鎵(GaAs)等材料的薄膜電池為代表的第二代光伏電池，如今光伏電池技術(shù)已發(fā)展至第三代，第三代光伏電池技術(shù)主要包括有機太陽能電池、銅鋅錫硫化物電池、鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池、量子點太陽能電池等，具有薄膜化、轉(zhuǎn)換效率高、原料豐富且無毒的優(yōu)勢。

光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)政策背景：政策加持技術(shù)水平提升

近年來，我國出臺一系列光伏發(fā)電技術(shù)及研發(fā)的相關(guān)政策，通過政策指導(dǎo)，行業(yè)加快光伏發(fā)電技術(shù)的推廣和革新，促進光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)科研投入現(xiàn)狀

(1)國家重點研發(fā)計劃項目

據(jù)已公開的國家重點研發(fā)計劃項目，2018-2021年我國光伏發(fā)電技術(shù)相關(guān)國家重點研發(fā)計劃項目共計15項。

注：2019年未公布光伏發(fā)電技術(shù)相關(guān)國家重點研發(fā)計劃項目。

(2)A股上市企業(yè)研發(fā)費用

光伏發(fā)電行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，產(chǎn)品相對成熟，但行業(yè)整體研發(fā)投入水平較高。從A股市場來看，2017-2021年，我國光伏板塊上市公司研發(fā)總費用逐年增長，2022年第一季度，光伏板塊上市公司研發(fā)總費用約281.13億元。

2、光伏發(fā)電技術(shù)科研創(chuàng)新成果

(1)論文發(fā)表數(shù)量

從光伏發(fā)電相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量來看，2010年至今我國光伏發(fā)電相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，可見光伏發(fā)電科研熱度持續(xù)走高。截至2022年8月，我國已有18289篇光伏發(fā)電相關(guān)論文發(fā)表。

注：統(tǒng)計時間截至2022年8月。

(2)技術(shù)創(chuàng)新熱點

通過創(chuàng)新詞云可以了解光伏發(fā)電行業(yè)內(nèi)最熱門的技術(shù)主題詞，分析該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最新重點研發(fā)的主題。通過智慧芽提取該技術(shù)領(lǐng)域中近約5000條專利中最常見的關(guān)鍵詞，其中，光伏組件、太陽能、光伏板、太陽能板、光伏發(fā)電、太陽能電池板、逆變器等關(guān)鍵詞涉及的專利數(shù)量較多，說明光伏發(fā)電行業(yè)研發(fā)和創(chuàng)新重點集中于光伏組件和光伏板等領(lǐng)域。

(3)專利聚焦領(lǐng)域

從光伏發(fā)電專利聚焦的領(lǐng)域看，目前光伏發(fā)電專利聚焦領(lǐng)域較明顯，其主要聚焦于太陽能、光伏板、太陽能電池、光伏組件等。

主要光伏電池技術(shù)對比分析

從技術(shù)水平來看，硅、砷化鎵、磷化銦、碲化鎘和銅銦硒多元化合物(銅銦鎵硒是其典型代表)是可選光伏材料中綜合性能的最佳集合。而它們各方面性能的優(yōu)劣，直接導(dǎo)致了目前光伏電池技術(shù)百花齊放的現(xiàn)狀。

注：平均轉(zhuǎn)換效率均只記正面效率。

光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展痛點及突破

1、光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展痛點

(1)硅基光伏電池：P型電池轉(zhuǎn)換效率低

由于電池片的光電轉(zhuǎn)換效率直接影響整個光伏系統(tǒng)的效益，因此光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率十分重要，光電轉(zhuǎn)換效率的提升主要依靠技術(shù)更新?lián)Q代?，F(xiàn)階段，晶硅光伏電池面臨著轉(zhuǎn)換效率較低的問題，尤其是P型電池。

據(jù)德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)，PERC電池的理論極限效率為24.5%，PERC產(chǎn)線的量產(chǎn)效率已經(jīng)達到23%，逐步逼近理論極限效率。

(2)薄膜電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率低

薄膜光伏電池具有衰減低、重量輕、材料消耗少、制備能耗低、適合與建筑結(jié)合(BIPV)等特點，但薄膜電池面臨著量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率低的問題，性價比較低。

2、光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展突破

(1)N型電池技術(shù)突破P型電池極限轉(zhuǎn)換效率

相較于P型電池，N型電池技術(shù)少子壽命高、無光致衰減、弱光效應(yīng)好且溫度系數(shù)小，轉(zhuǎn)換效率更高。面臨P型電池逐步逼近理論效率極限，N型電池技術(shù)能夠突破P型電池的理論效率極限并達到更高轉(zhuǎn)換效率。據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(CPIA)，2022-2023年N型電池技術(shù)的平均轉(zhuǎn)換效率就可以達到PERC電池的理論極限效率(24.5%)。

(2)鈣鈦礦電池可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率

鈣鈦礦電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的第三代太陽能電池，鈣鈦礦材料的吸光能力強于晶硅材料，因此鈣鈦礦電池能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。除了擁有高轉(zhuǎn)換效率，鈣鈦礦電池還具備價格低、投資小、制備簡單等優(yōu)勢。

光伏發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向及趨勢：降本增效

2022年8月，工信部五部門聯(lián)合印發(fā)的《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》，提出通過5-8年時間，在太陽能裝備方面重點發(fā)展高效低成本光伏電池技術(shù)，包括推動TOPCon、HJT、IBC等晶體硅太陽能電池技術(shù)和鈣鈦礦、疊層電池組件技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，開展新型高效低成本光伏電池技術(shù)研究和應(yīng)用等。

可見，未來光伏發(fā)電技術(shù)將向著降本增效方向發(fā)展，一方面由于現(xiàn)有光伏電池逐漸逼近最高理論轉(zhuǎn)換效率，因此更高轉(zhuǎn)換效率的電池將成為光伏電池技術(shù)發(fā)展方向;另一方面，光伏組件轉(zhuǎn)換效率的提升以及制造成本的降低，是降低光伏電站建設(shè)成本，并最終降低光伏發(fā)電成本的關(guān)鍵因素。

「前瞻碳中和戰(zhàn)略研究院」聚焦碳中和領(lǐng)域的政策、技術(shù)、產(chǎn)品等開展研究，瞄準國際科技前沿，服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求，圍繞“碳中和”開展有組織、有規(guī)劃科研攻關(guān)，促進碳中和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)新找到技術(shù)突破口，為各級政府提供碳達峰、碳中和的戰(zhàn)略路徑管理咨詢和技術(shù)咨詢。院長徐文強博士畢業(yè)于美國加州大學(xué)伯克利分校，二十余年來一直深耕于低碳清潔能源和綠色材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，擁有55項專利、33篇論文，并已將30多種產(chǎn)品推向市場，創(chuàng)造商業(yè)價值50+億元，專注于氫能、太陽能、儲能等清潔能源研究。