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2020-2030年中国光伏产业链各环节关键指标分析(附多晶硅环节电耗、水耗、能耗、硅单耗;还原余热利用率;组件功率及平均转换效率)[图]

    一、光伏产业链

    光伏产业链包括硅料、铸锭(拉棒)、切片、电池片、电池组件、应用系统等6个环节。上游为硅料、硅片环节;中游为电池片、电池组件环节;下游为应用系统环节。

光伏产业链

资料来源:智研咨询整理

    二、光伏产业链各环节关键指标

    (一)多晶硅环节

    多晶硅,是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。

    1、还原电耗

    智研咨询发布的《2021-2027年中国光伏行业市场研究分析及投资决策建议报告》显示:多晶硅还原是指三氯氢硅和氢气发生还原反应生成高纯硅料的过程,其电耗包括硅芯预热、沉积、保温、结束换气等工艺过程中的电力消耗。随着市场对单晶产品需求的增大,2020年中国多晶硅平均还原电耗为49kWh/kg-Si,较2019年有小幅下降,未来随着气体配比的不断优化、大炉型的投用和稳定生产、以及单晶厂家对于菜花料的试用,还原电耗仍将呈现持续下降趋势,预计到2030年还原电耗有望下降至44kWh/kg-Si。

2020-2030年中国多晶硅环节还原电耗走势(单位:kWh/kg-Si)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    2、冷氢化电耗

    冷氢化技术是把多晶硅生产过程中的副产物四氯化硅(SiCl4)转化为三氯氢硅(SiHCl3)的技术,其电耗包括物料供应、氢化反应系统、冷凝分离系统和精馏系统的电力消耗。2020年中国冷氢化平均电耗在5.3kWh/kg-Si左右,同比下降3.6%,预计到2030年有望下降至4.7kWh/kg-Si以下。

2019-2030年中国多晶硅环节冷氢化电耗走势(单位:kWh/kg-Si)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    3、综合电耗

    综合电耗是指工厂生产单位多晶硅产品所耗用的全部电力,包括合成、电解制氢、精馏、还原、尾气回收和氢化等环节的电力消耗。2020年中国多晶硅平均综合电耗已降至66.5kWh/kg-Si,同比下降5%。未来随着生产装备技术提升、系统优化能力提高、生产规模增大等,预计至2030年有望下降至60kWh/kg-Si。

2019-2030年中国多晶硅环节综合电耗走势(单位:kWh/kg-Si)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    4、水耗

    水耗是指生产单位多晶硅产品所需要补充的水量,水的消耗主要包括蒸发、清洗等。2020年,多晶硅平均水耗在0.12t/kg-Si的水平,同比下降7.7%;预计到2030年,通过余热利用降低蒸发量,精馏塔排出的物料再回收利用降低残液处理水耗等措施,耗水量降至0.09t/kg-Si。

2019-2030年中国多晶硅环节水耗走势(单位:t/kg-Si)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    5、蒸汽耗量

    蒸汽耗量是指生产单位多晶硅产品外购蒸汽量,不考虑还原炉余热利用所产生的蒸汽(该能量已通过电力的形式计入)。2020年企业蒸汽耗量均值为23kg/kg-Si左右,同比下降17.9%,随着企业还原余热利用率提升、提纯、精馏系统优化等,预计2030年企业蒸汽耗量将降至18kg/kg-Si。

2019-2030年中国多晶硅环节蒸汽耗量走势(单位:kg/kg-Si)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    6、综合能耗

    多晶硅综合能耗包括多晶硅生产过程中所消耗的天然气、煤炭、电力、蒸汽、水等。2020年多晶硅企业综合能耗平均值为11.5kgce/kg-Si。随着技术进步和能源的综合利用,预计到2030年预计可降到9.6kgce/kg-Si。

2020-2030年中国多晶硅环节综合能耗走势(单位:kgce/kg-Si)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    7、硅单耗

    硅单耗指生产单位高纯硅产品所耗费的硅量,主要包括合成、氢化工序,外购硅粉、三氯氢硅、四氯化硅等含硅物料全部折成纯硅计算,外售氯硅烷等按含硅比折成纯硅计算,从总量中扣除。近5年,中国硅单耗变化幅度不大,2020年硅耗在1.1kg/kg-Si水平,基本与2019年持平,随着氢化水平的提升,副产物回收利用率的增强,预计到2030年将降低到1.07kg/kg-Si。

2019-2030年中国多晶硅环节硅单耗走势(单位:kg/kg-Si)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    8、还原余热利用率

    还原余热利用率是指回收利用还原工艺中热量占还原工艺能耗比。2020年中国多晶硅还原余热利用率平均水平在80.5%,随着多晶硅工厂大炉型的使用以及节能技术的进步,余热利用率有望进一步提升,预计2030年还原余热利用率为82.5%。

2020-2030年中国多晶硅环节还原余热利用率走势

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    9、三氯氢硅西门子法多晶硅生产线设备投资成本

    2020年中国投产的万吨级多晶硅生产线设备投资成本已降至1.02亿元/千吨的水平;预计到2030年三氯氢硅西门子法多晶硅生产线设备投资成本为0.89亿元。

2020-2030年中国三氯氢硅西门子法多晶硅生产线设备投资成本走势(单位:亿元/千吨)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    (二)硅片环节-拉棒电耗

    单晶拉棒电耗是指直拉法生产单位合格单晶硅棒所消耗的电量,可以通过改善热场、保温性能、提升设备自动化、智能化程度、提高连续拉棒技术等方法,降低拉棒生产电耗。

    2019年中国拉棒平均电耗水平为29.1kWh/kg-Si;2020年中国26.2kWh/kg-Si(方棒);预计到2025年,中国硅片拉棒电耗有望下降至21.4kWh/kg-Si。

2019-2025年中国硅片拉棒电耗走势(单位:kWh/kg-Si)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    (三)电池片环节

    太阳能电池片分为晶硅类和非晶硅类,其中晶硅类电池片又可以分为单晶电池片和多晶电池片;单晶硅的效率较多晶硅也有区别。

各种晶硅电池名称缩写及释义对照表

名称缩写
各种晶硅电池释义
AI-BSF
铝背场电池(AluminiumBackSurfaceField)一为改善太阳能电池的效率,在p-n结制备完成后,在硅片的背光面沉积一层铝膜,制备P+层,称为铝背场电池。
PERC
发射极钝化和背面接触(PassivatedEmitterandRearContact)--利用特殊材料在电池片背面形成钝化层作为背反射器,增加长波光的吸收,同时增大p-n极间的电势差,降低电子复合,提高效率。
TOPCon
隧穿氧化层钝化接触(TunnelOxidePassivatedContact)一在电池背面制备一层超薄氧化硅,然后再沉积--层掺杂硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构。
HJT
具有本征非晶层的异质结(HeterojunctionwithIntrinsicThinLayer)一在电池片里同时存在晶体和非晶体级别的硅,非晶硅的出现能更好地实现钝化效果。
IBC
交指式背接触(InterdigitatedBackContact)一把正负电极都置于电池背面,减少置于正面的电极反射一部分入射光带来的阴影损失。
PERT
发射极钝化和全背面扩散(PassivatedEmitterRearToally-diffused)--PERC技术的改进型,在形成钝化层基础上进行全面的扩散,加强钝化层效果。

资料来源:智研咨询整理

    2020年中国规模化生产的P型单晶电池均采用PERC技术,平均转换效率达到22.8%,较2019年提高0.5个百分点;采用PERC技术的多晶黑硅电池片转换效率达到20.8%,较2019年提高0.3个百分点;常规多晶黑硅电池则转换效率约19.4%,较2019年提升0.1个百分点;铸锭单晶PERC电池平均转换效率为22.3%,较单晶PERC电池低0.5个百分点;N型TOPCon电池平均转换效率达到23.5%,异质结电池平均转换效率达到23.8%。预计未来随着生产成本的降低及良率的提升,N型电池将会是电池技术的主要发展方向之一。

2020-2030年中国各种光伏电池技术平均转换效率变化趋势

-
分类
2020年
2021年
2023年
2025
年2027年
2030年
P型多晶
BSFP型多晶黑硅电池
19.40%
19.50%
19.50%
-
-
-
PERCP型多晶黑硅电池
20.80%
21.10%
21.40%
21.70%
22.00%
22..5%
PERCP型铸锭单晶电池
22.30%
22.60%
23.00%
23.30%
23.50%
23.70%
P型单晶
PERCP型单晶电池
22.80%
23.10%
23..4%
23.70%
23.90%
24.10%
N型单晶
TOPCon单晶电池
23.50%
24.00%
24.50%
25.00%
25.30%
25.70%
异质结电池
23.80%
24.20%
24.80%
25.20%
25.50%
25.90%
背接触电池
23.60%
24.00%
24.50%
25.00%
25.40%
25.80%

资料来源:智研咨询整理

    (四)组件环节

    2020年中国中国光伏产业BSF多晶黑硅组件(157mm)、PERCP型多晶黑硅组件、PERCP型铸锭单晶组件的功率分别为345W、415W、445W;PERCP型单晶组件、PERCP型单晶组件(182mm)、PERCP型单晶组件(210mm)的功率分别为450W、540W、540W;TOPCon单晶组件、异质结组件、IBC组件(158.75mm)的功率分别455W、460W、350W;MWT单晶组件功率为465W,未来几年,随着技术的进步,各种类型组件功率基本上以≥5W/年的增速向前推进。

2020-2030年中国不同类型光伏组件功率变化趋势

晶硅电池72片半片组件平均功率(W)
2020年
2021年
2023年
2025年
2027年
2030年
多晶
BSF多晶黑硅组件(157mm)
345
350
350
-
-
-
PERCP型多晶黑硅组件
415
420
425
435
440
450
PERCP型铸锭单晶组件
445
450
460
465
470
475
P型单晶
PERCP型单晶组件
450
455
465
470
475
480
PERCP型单晶组件(182mm)
540
545
550
555
560
570
PERCP型单晶组件(210mm)
540
545
550
557
565
575
N型单晶
TOPCon单晶组件
455
465
475
485
490
495
异质结组件
460
470
480
490
495
505
IBC组件(158.75mm)
350
355
360
370
375
380
MWT封装
MWT单晶组件
465
470
488
505
513
520

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理
(注:1、本指标均以采用9BB电池片的单玻单面组件为基准,双面组件只记正面功率;2、P型单晶组件(210mm)以55片为基准,IBC组件以60片为基准,MWT组件以78片为基准,其他组件均以72片为基准;3、非特殊注明,均以166mm尺寸电池为基准。2020年MWT组件采用PERC电池技术及162mm尺寸电池片;2021年将采用TOPCon电池技术及166mm尺寸电池片;4、除异质结组件外,以上其他组件均为半片组件。)

    (五)薄膜太阳能电池/组件

    1、CdTe薄膜太阳能电池/组件转换效率

    薄膜太阳能电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点,目前能够商品化的薄膜太阳能电池主要包括铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe),砷化镓(GaAs)等。

    2020年碲化镉CdTe小电池片实验室最高转换效率为20.2%,碲化镉CdTe组件量产最高转换效率为16.0%,碲化镉CdTe组件量产平均转换效率为15.1%;预计2021年有望提升。

2020-2030年中国CdTe薄膜太阳能电池/组件转换效率变化趋势(单位:%)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

    2、CIGS薄膜太阳能电池/组件转换效率

    铜铟镓锡(CIGS)薄膜太阳能电池,一般采用玻璃材质衬底,也可以采用柔性衬底(如不锈钢箔等)。2020年中国CIGS小电池片(≤1cm2孔径面积)实验室最高转换效率为23.2%。量产的玻璃基CIGS组件(面积为1200╳600mm2)最高转换效率约17.6%,平均转换效率(面积为1200ⅹ600mm2)已提升至16.5%。柔性CIGS组件(≤1m2开口面积)最高转换效率为17.3%,量产平均转换效率16.1%;预计2021年中国CIGS薄膜太阳能电池/组件转换效率、小电池片实验室最高转换效率、玻璃基组件量产最高转换效率、玻璃基组件量产平均转换效率、柔性组件最高转换效率、柔性组件量产平均转换效率分别有望达到23.5%、18.2%、17.4%、18.0%、17.0%。

2020-2030年中国CIGS薄膜太阳能电池/组件转换效率变化情况(单位:%)

资料来源:工信部、光伏协会、赛迪智库集成电路研究所、智研咨询整理

本文采编:CY315

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标签: 光伏

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