晶硅系列专题一：跌宕起伏的光伏发展史

晶硅系列专题2024年5月24日 晶硅系列专题一：跌宕起伏的光伏发展史 在全球应对气候变化、推动能源结构转型的大背景下，能源行业清洁化、低碳化已成为共识，各国都在加速向清洁低碳的新能源转型，并制定了发展战略，随着太阳能技术不断进步，光伏电池的效率不断提高，同时材料和制造成本也在逐渐降低，使得太阳能发电更具竞争力，成为越来越多国家和企业发展新能源的首选。 为促进新能源产业高质量发展，广期所先后上市了工业硅和碳酸锂期货、期权，帮助企业规避价格波动风险，稳定生产经营，为更好的助力产业发展，交易所积极研发新品种，考虑多晶硅将作为光伏产业链下一潜在上市期货品种，本系列报告将对光伏产业进行介绍，以期为市场投资提供一定的参考。 本文作为晶硅系列专题的第一篇，主要对光伏产业的发展历程、产业链情况及相关政策进行介绍，帮助投资者们进一步了解晶硅光伏市场。 一、光伏产业链介绍 光伏是光伏发电的简称，是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成，太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 光伏发电系统主要分为两种，一种是集中式光伏电站，这一类电站主要指在荒漠、戈壁等地区建设的大型光伏电站，如西北地区大型地面光伏发电系统，规模较大，主要优点是可以有效利用太阳能资源，供给远距离负荷，降低运输成本，缺点是资金投入大，且长距离运输使得电力损耗高；另一种是分布式光伏系统，主要指在用户场地附近建设的小型光伏发电站，如工商企业厂房屋顶光伏发电系统、居民屋顶光伏发电系统等，规模较小，优点在于建设周期短、灵活性高，可以充分利用建筑表面、工业园区、居民区等地方的限制空间，减少长距离运输带来的电力损耗，提高能源利用率。 期货（期权）研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 从整个光伏产业链来看，主要包括三个环节，第一个环节是上游光伏原材料的生产加工，包括工业硅到多晶硅料的生产、拉晶及硅片的切割，硅料是制备太阳能电池的主要原材料，硅料的品质不仅直接决定了太阳能电池的性能，也对整个光伏产业链的成本和效率产生影响，多晶硅料通过铸锭或拉晶切片后可做成硅片，进而应用于制造晶硅电池；中游主要包括光伏玻璃、背板、电池片、组件、支架、逆变器等产品生产；下游终端主要是光伏电站的集成和建设，主要应用于无电场合提供电源、太阳能日用电子产品（如各类太阳能充电器、太阳能路灯及太阳能草地灯具等）和并网发电。 图表1：光伏产业链图 资料来源：宏源期货研究所 光伏产业从出现，到现在备受瞩目，成为各国争先发展的产业，其海外发展历程主要可以分为五大阶段： 二、“光伏”技术的诞生与发展：1839年~1954年 1839年，法国科学家贝克雷尔发现光照能使半导体材料的不同部位产生电位差，即后来的“光生伏特效应”，为纪念这一大重要发现，“光生伏特效应”也称“贝克雷尔效应”；1883年，美国科学家查尔斯·弗里茨在锗片上镀上一层硒金属电极,建立了第一块光伏电池，但其转化效率低，且成本极高，从这时起，许多科学家开始对光电效应进行基础研究；1907年，爱因斯坦提出了基于他1905年的光子量子假设的光电效应理论解释，有了理论的支撑，光伏发展开始进入快车道。 1916年，波兰化学家扬·柴可拉斯基发现了提纯单晶硅的拉晶工艺，命名为柴可拉斯基法， 并于20实际50年代开始实际应用于半导体中晶圆的制造；1934年，科学家们开始了对薄膜太阳能电池的研究，并发现在材料中掺杂金属杂质可以提高发电效率；1954年，美国科学家恰宾和皮尔松首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。自此，光伏产业从实验阶段开始步入工业领域。 三、进军工业领域：1954~2000年 1958年，美国的第二颗人造卫星使用化学电池和光伏电池，通过发射器进入太空，开启了太阳能电池在宇宙空间探索领域的应用；1976年，澳大利亚政府通过光伏电站运营内陆地区的整个电信网络，提高了世界范围内对太阳能技术应用的信心；1980年，墨西哥湾的小型无人驾驶石油钻井平台开始配备太阳能电池组件，因其经济性和实用性的优势，逐渐取代了以前使用的大型电池；1983年，美国海岸警卫队开始在信号灯和导航灯供电中使用光伏发电；1990年， 瑞士工程师MarkusReal提出了为房屋配备光伏系统，次年德国启动1,000个屋顶计划，同时“电力上网法”规定公用事业公司必须从小型可再生能源发电厂获取电力，柏林的SolonAG和弗莱堡的太阳能工厂应运而生；1994、1997年，日本、美国相继启动百万屋顶计划。 此时，中国光伏市场尚处于初始起步阶段。1958年，中国研制出了首块硅单晶体；1968-1969年，半导体所为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板，研究人员发现，P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射，造成电池衰减，使电池无法长时间在空间运行；1969年，半导体所停止了硅太阳电池研发，随后，天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵；1975年开始，宁波、开封地区先后建立太阳能电池厂；1983年，甘肃地区建设了10KW民用光伏电站，是我国最老的光伏电站；1998年国内政府开始关注太阳能发电，次年保定英利承建了国家3MW多晶硅太阳能电池及应用系统示范项目。自此，我国光伏产业化拉开了序幕。 四、欧洲市场主导光伏产业：2000年~2011年 各国发展光伏发电主要来自于能源转型的需要。当前全球能源主要以煤炭、石油和天然气三大传统能源为主，随着用电量的增加，由于传统能源不可再生，能源危机日益凸显，能源转型是当今世界能源发展的大趋势，新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段，也是环境治理和生态保护的重要措施，是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。 在光伏产业发展初期，大多数国家都采取完善政策、对产业进行补贴的手段来推动行业发展，2000年德国颁布《可再生能源法（EEG）》，对光伏行业进行补贴后，西班牙、意大利、英国、美国等国家纷纷发力光伏产业，全球光伏发电装机量呈快速增长趋势，本阶段的光伏装机主要集中在欧洲地区。 截至2011年，全球光伏累积装机73.91GW，年化增长率50.75%；欧洲地区光伏累积装机54.73GW，年化增长率66.54%，全球占比74.05%。 图表2：2000-2022年全球及欧洲光伏装机情况图表3：2000-2022年全球及欧洲新增光伏装机情况 1,200.00 1,000.00 单位：GW 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 0% 250.00 单位：GW 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 100% 80% 60% 40% 20% 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 0% 全球欧洲欧洲占比全球欧洲欧洲占比 资料来源：wind，宏源期货研究所资料来源：wind,宏源期货研究所 与海外市场相比，2000年-2011年中国光伏市场逐渐从发展缓慢期走向快速成长期。2000年以后，国家启动了送电到乡、光明工程等一系列扶持项目，通过光伏和小型风力发电解决西部七省（西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙古、陕西和四川）的用电问题，截至2005年，共建成 了721座光伏和风光互补电站；2005年，中国第一座直接与高压并网的光伏发电站在西藏地区建成，并一次并网成功，开创了中国光伏发电系统与电力系统高压并网先河；2006年中国颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，标志着中国光伏产业发展进入快车道。2009年国家能源局和住建部分别开展“金太阳工程”和“光伏建筑应用示范”项目，“金太阳工程”项目实施50%初始投资补贴，带动分布式光伏快速增长。 截至2011年，中国光伏累积装机3.11GW，年化增长率50.95%，全球占比4.20%。 图表4：2000-2022年全球及中国光伏装机情况图表5：2000-2022年全球及中国新增光伏装机情况 1,200.00 1,000.00 单位：GW 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 0% 250.00 单位：GW 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 60% 50% 40% 30% 20% 10% 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 0% 全球中国中国占比 全球中国中国占比 资料来源：wind，宏源期货研究所资料来源：wind,宏源期货研究所 图表6：部分海外主要国家光伏政策 时间 国家 政策法规 主要内容 2000年 德国 颁布《可再生能源法（EEG）》 明确了可再生能源在能源结构中的重要地位，确定了在能源市场投资保护原则中以及能源生产过程中的优先地位；为电网运营商提供了详尽的附加费用标准和分担机制，以附加费的形式向消费者征收补贴费用；对光伏发电设立“固定上网 电价”机制，度电可按照0.5062欧元的价格上网。 2004年 德国 全面修订《可再生能源法 （EEG）》 设定中长期可再生能源扩张目标，并正式引入可再生能源上网电价补贴，对于不同资源类型、不同容量的可再生能源发电设定不同的固定上网电价，要求电网运营商优先保障可再 生能源电力上网。 2008年 德国 颁布《可再生能源供热法》 向现行促进可再生能源利用的“市场激励计划”注入更多资金直至2012年。 2009年 德国 再次修订《可再生能源法 （EEG）》 提升可再生能源发电比例目标、重新修订上网电价，建立起基于发电量的固定上网电价调减机制。 2012年 德国 再次修订《可再生能源法 （EEG）》 首次将可再生能源电力的长期目标写入了法律文件，提出2050年之前使可再生能源发电量占比达到80%。 2005年 美国 《能源政策法案》 2006年1月1日至2007年12月31日期间投入使用的住宅和商业太阳能系统项目可以享受30%的税收抵免。 资料来源：各政府网站，宏源期货研究所 图表7：部分海外主要国家光伏政策（续） 时间 国家 政策法规 主要内容 2009年 美国 《经济刺激法案》 可再生能源项目完成后，美国财务部在60天内必须以现金返 还项目成本的30%。 2012年 日本 通过《可再生能源特别措施法案》 规定电力公司有义务购买个人和企业利用太阳能等发电产生 的电力。采用全量股东价格收购制度，通过事前制定高价格，推动光伏电站在家用住宅和工商企业屋顶的普及。 2000年 西班牙 指导意见《关于特殊领域中 可再生能源和CHP发电》 为IPP重新定价——生物质发电每度0.03欧元，太阳能发电 （5KV以下）每度0.36欧元。 2004年 西班牙 文件《关于特殊领域中可再生能源发电（皇家法令436/2004）》 提出两种方案：（1）固定电价。当发电商向配电商卖电时，将会赚取基于管制电价固定比例的补贴；（2）协商电价。当发电商在自由市场交易时，协商后收取基于市场电价的一定 比例的补贴。 2007年 西班牙 颁布《对可再生能源的FIT 补贴》 只要可再生能源企业的装机未超过100MW，就能被纳入到“特殊领域”中。有两种选择获得补贴：固定的上网电价补贴，或者市场电价加上额外补贴，有效期在整个系统运营期间有效，但会在一段时期后减少，PV、海洋