【原】【独角兽研究】光伏电池入门：分类、趋势以及公司机会

昵称73575604 2021-01-30

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作者|独角兽研究

上次对锂电池进行了一次入门扫盲，今天接着这个主题，对光伏电池进行入门扫盲。为了可读性，文章有些细节会简化，如果逻辑有问题，烦请老司机们提供意见。

2017年的光伏市场可谓热闹非凡，全球光伏市场新增装机将超过100GW，同比增长37%以上，中国光伏新增装机超过50GW，同比增长超过45%，光伏龙头隆基股份前三季度净利润同比增长104%，股价涨幅接近两倍。不过，未来几年光伏市场新增装机量同比增速逐渐下滑是多数机构的一致预期：IHS Markit预计2018年全球太阳能光伏发电装机容量将再增加108GW，其中中国占到将近50%；国金证券预计2018年中国光伏市场新增装机量达到60~70GW，相对乐观。但是今天我们不对光伏市场做过多讨论，而是将焦点放在光伏电池的发展上，因为光伏电池的效率、性价比是未来平价上网的关键因素，即使光伏整体市场可能存在波动，但更高效率、更高性价比的光伏电池总会有更多的新增市场。因此，我们有必要对光伏电池的各个概念进行梳理，以帮助新入投资者获得相对清晰的了解。

一、分类

光伏电池实际上包括晶硅电池和薄膜电池，因为薄膜电池转换效率较低，不适合大规模发展，所以目前大部分光伏电池都是晶硅电池，今天我们也是讨论晶硅光伏电池，简称光伏电池。

光伏电池的分类纬度主要有三个，一是单晶和多晶，二是P型和N型，三是电池技术（主要包括PERC、PERT，PERL，IBC），下面我们一个个来解决。

1）单晶和多晶

单晶和多晶实际上都是由多晶硅料制成的，就是具体的结构不一样，然后表现在力学、光学、热学、电学等性质不一样，我们只要记得，在同样的技术条件下，单晶电池的转换效率比多晶高，只是在具体产业化过程中，由于技术跟进、成本等原因，多晶加上某些电池技术后会比单晶有性价比。

由于成本的下降，单晶电池快速提高了市场份额。近两年随着单晶炉技术和长晶工艺的发展，一台单晶炉每月的产量由五年前500kg/月提升到现在的2.7吨/月，预计今年某些龙头企业可以将产量提高到3.1吨/月；此外，由于单晶硅棒内部晶格序列一致，使用金刚线切割技术减少了耗材使用量并增加了单位出片量，而多晶硅在这方面的改进不明显。目前单晶硅棒的长晶成本已经由几年前的100多元/kg下降到42元/kg(隆基股份水平)，明年可进一步优化到35元/kg。2017年单晶电池的市场份额已经超过30%，2018年预计会接近50%。

2）P型和N型

简化来说，在纯硅中掺入硼，就叫P型；在纯硅中掺入磷，就叫N型。P型硅片的优点是，因为硼与硅分凝系数相当，分散均匀度容易控制，所以制作工艺简单、成本低，而N型硅片掺磷元素，磷与硅相溶性差，拉棒时磷会分布不均。目前光伏行业主流产品是P型硅片，因为P型硅片有较好的抗宇宙射线辐照能力，而太阳能电池原本是从空间航空器应用演化过来的，制作工艺已经成熟简单，成本较低，所以就一直沿用到地面光伏电池上。

但是，P型硅片太阳能电池的最高效率有其固有瓶颈，而N型硅片因为少子寿命大，电池效率可以做得更高，再加上地面应用并不存在宇宙射线辐照的问题，这几年技术的进步已经把原来困扰N型硅片电池的发射结浓度分布、均匀性、表面钝化等难题解决，而且P型和N型单晶硅的生产制备没有本质区别，在离子注入设备国产化、并配上退火、清洗及氧化等工艺后，N型电池的成本正在向P型靠拢，特别是当更多企业认可并扩大生产规模时，两者之间的生产成本会越来越接近。

3）电池技术PERC、PERT、PERL、IBC

PERC（PassivatedEmitter Rear Contact ），“钝化发射极及背局域接触”，即常规电池基础上在背面做一层氧化铝+氮化硅，然后再激光开膜，开膜部分要用到专用的铝浆。

PERT（PassivatedEmitterRearTotally-diffused），“发射结钝化背面全部扩散”，其结构特点是背表面扩散全覆盖，目的是降低电池的背面接触电阻和复合速率。

PERL（PassivatedEmitterRearLocally-diffused），“发射结钝化背面局部扩散”，其结构特点是背面局部接触处重掺杂以降低电池背面局部接触区域的接触电阻和复合速率。

IBC（InterdigitatedBackContact），“叉指状背接触”，指的是把基底与发射区的接触电极以叉指形状全部做在电池背面，这样设计后就不用考虑对电池光学方面的影响，可以更加专注于电池电性能的提高。

PERC主要用在P型电池上；PERT、PERL、IBC主要应用在N型电池上，其中PERT/PERL技术由于相对比较简单的电池结构，且与现有产业化生产有比较好的兼容性，所以它们的规模产业化应该会在IBC技术之前。

二、趋势

光伏电池的种类就是由以上三个维度进行组合而成，由于在技术成熟、条件相同的情况下，单晶会比多晶更有效率，所以从目前行内企业的布局看，未来几年趋势比较明显的光伏电池种类是P型单晶PERC电池、N型单晶电池（PERT、PERL、IBC都可能用到），部分产业专家的观点是，未来3年内将以P型单晶PERC电池为主要趋势，N型单晶电池的产业规模化会相对晚2-3年。

1）在第一部分提到“具体产业化过程中，由于技术跟进、成本等原因，多晶加上某些电池技术后会比单晶有性价比”，但是一旦技术和成本跟上后，单晶性价比就出来了，所以长期来看，单晶替代多晶的趋势比较确定。

同样是使用PERC电池技术叠加于单晶硅片和多晶硅片，PERC+单晶硅片可以带来1.2%的效率提升，而PERC+多晶硅片目前只能带来0.8%的效率提升，以晶澳太阳能为例，其多晶+干法黑硅+perc的60片电池组件最高功率能做到290W，而单晶+perc组件功率可以做到305W。

从整个光伏电站建设成本来看，近些年随着组件价格的不断下滑，电站建设的BOS成本占比越来越高（BOS成本指的是在电站建设过程中的运输、安装、土地、支架、线缆、设计、入网等成本），所以1W装机容量要分摊越来越多的间接费用，这就使得高功率组件更容易得到市场青睐，因为可以更有效地摊销BOS成本，比如“270W的多晶标准组件”的单瓦BOS成本就比“315W的PERC单晶半片组件”高出近0.559元。

2）PERC技术早就在1984年诞生、2012年开发成功，于2014年开始推向市场，2016年在领跑者项目的推动下得到大面积推广。目前从部分企业公布的数据来看，晶科能源P型多晶PERC电池转换效率达22.04%，P型单晶PERC电池效率最新纪录达23.45%，隆基P型单晶PERC电池转换效率达到23.26%，说明P型PERC电池的转换效率已足够满足2017年“领跑者”指标（多晶硅电池和组件转换效率分别达到19.5%和17%以上，单晶硅电池和组件转换效率分别达到21%和18%以上）。

在隆基乐叶、尚德、天合光能等主流光伏公司的推动下，2017 年PERC电池已经明确成为行业技术升级的主流技术。据PV InfoLink统计，2017年PERC电池产能由2016年底的15GW提升到近34GW，PERC组件产量达9.5GW左右，2018年PERC技术将逐渐成为产线标配，而且未来几年内仍将是市场主流。隆基自己的预测是，P型单晶PERC产品市占率将在2020年接近50%。

3）N型电池的转换效率比P型电池高，比如德国Fraunhofer利用Topcon技术制备的N型PERT电池转化效率达25.1%，美国SUNPOWER公司N型IBC电池的实验室最高转换效率是25%，多家公司量产的平均效率也都超过了21%。此外，N型电池相对P型电池还有以下优势：

1、应用在双面电池上时，N型电池的背面转换效率可以达到正面的80%以上，而 P型目前只能达到65%；

2、P型电池的光致衰减率为2-10%，而N型在整个生命周期内无光致衰减，在有效保证光伏电站发电量的同时，也带来了2-10%的发电量增益；

3、P型电池的温度系数为0.42%，而N型为0.38%，更低的温度系数带来1.5%以上的发电量增益；4、和P型电池相比，N型有更好的弱光响应，光伏电站在上午更早启动发电，下午更晚发电，有效增加光伏电站的发电量；

N型目前的劣势是成本高，主要是在硅片、银浆和制造工艺上。不过，从发展趋势来看，成本较低的可能性还是挺大。在硅片上，因为N型硅片制作过程中成本并没有增加，只是目前使用的用户不够多，规模化效应小所以成本高；此外，N型硅片可以做的更薄，而P型的硅片太薄则会牺牲效率。因此，将来N型的硅片价格会和P型接近。在银浆方面，N型双面电池的银浆消耗比较大，但是通过多主栅技术可以大幅度降低银浆的使用量，预计跟P型电池的银浆量差值会越来越小。N型另一个问题是，目前P型已经有完备的检测体系，而N型还缺乏一个大家普遍接受的衡量和检测的标准。

虽然N型电池成本稍高，但同样效率也更高，只要N型效率比P型高0.5%，电池端的成本差异就可以忽略，而组件端成本会更低。根据多家研究机构（IHS、VDMA及ITRPV）预计，到2027年，N型电池的市场份额将从目前的5%增至55%。

三、公司

P型单晶PERC光伏电池路线的代表是隆基股份，其已经计划在2018年6月底，将所有电池产线全部升级为PERC电池产线，到2018年下半年将拥有3.5-4GW的自主PERC电池产能，加上外部战略合作等，将共拥有约8GW的PERC电池产能。N型单晶光伏电池路线的代表是中来股份，公司“年产2.1GW N型单晶双面太阳能电池项目”预计2018年底全部建成投产，到时公司将成为全球最大的N型单晶双面电池规模化生产企业。由于隆基股份的市场预期比较一致，而光伏电池是中来股份新增业务，所以今天主要讨论中来股份。

中来股份的机会：

1）中来股份的N型双面单晶电池正面效率达到21.3%，背面效率达到19%，并通过了各项严苛测试及认证，如TUV莱茵IEC61215及IEC61730产品认证、TUV南德96小时双85抗PID测试等，由于TUV NORD是全球最大的技术咨询服务机构之一，是IECRE检验认证机构，在光伏电站领域颁发IECRE（国际电工委员会可再生能源设备认证互认体系）认证证书，因此中来股份N型双面单晶电池的技术可靠性还是比较大（公司下一步计划发展topcon技术，正面效率预计能提升到22.5%-23%）。

2）中来股份N型电池已经有订单，公司与江苏中军金控新能源有限公司签署了“600MWp光伏并网电站项目光伏组件设备采购合同”，标的为N 型双面315W单晶组件，合同金额总计为人民币20.28亿元。隆基股份与中来股份于2016年5月23日签署了战略合作协议，协议内容有一条是隆基股份承诺2016-2018年采购中来股份生产的50%以上的单晶电池片用于组件生产，具体单晶电池片的采购数量及价格根据市场情况确定。根据业绩报告提供的数据，公司电池和组件的单价是195万／MW，毛利率是9%，如果2.1GW的N型电池项目全部达成销售，将实现41亿的收入，而公司传统背膜业务2016年的营收才接近14亿。如果再往更长期看，中来股份已经跟衢州市、中建投资本在筹划建设年产10GW N型单晶IBC双面太阳能电池生产基地，计划投资总额200亿元人民币，项目全部建成后，可实现年产值300亿元人民币，其中一期建设3GW，计划在2017年底前开工建设，投资约60亿元人民币，开工后18个月内建设完成。因此，如果N型电池在未来几年得到市场认可并大规模使用，中来股份的营收将上升几个级别，具备想象空间。

中来股份的问题：

主要就是N型电池产能建设慢于预期：公司2.1GW N型单晶双面太阳能电池项目的募集资金刚刚到位，产能释放预计今年底完成；3GW N型单晶IBC双面太阳能电池本来计划是2017年底动工，但是现在变成还处于前期准备工作，具体时间不定。

（注：本文对光伏电池的讨论省去了单双面电池、半片技术等概念，原因是这些因素并没有对光伏电池路线起到关键决定作用，它们都是可以叠加到本文提到的三种分类上）

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