晶硅系列专题一：跌宕起伏的光伏发展史

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。 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。 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Markus Real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Solon AG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%。 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%。 资料来源：wind，宏源期货研究所 资料来源：wind,宏源期货研究所 五、在制裁和危机中迎来中国光伏时代：2011~2018年 2011年末，受欧债危机影响，各国调整政府补贴政策，陆续降低或取消补贴，欧洲光伏需求萎缩，全球光伏装机增速减缓，而中国的大规模生产及光伏价格下降导致海外企业竞争力缺失，部分海外企业陆续退出光伏市场。 2011年美国挑起对中国光伏产品的“双反”调查，2012年判决对中国光伏产品征收14.78%到15.97%反补贴税，18.32%到249.96%的反倾销税，随后欧洲加入贸易战阵营，对中国光伏电池发起反倾销调查，中国光伏产业遭受重挫，大批企业倒闭。 为促进国内光伏产业走出困境、早日健康持续发展，2012年10月26日，国家电网发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，详细规定了分布式并网的各项工作，除分布式光伏发电项目免收系统备用费外，电网企业为分布式光伏发电项目业主提供接入系统方案制定、并网检测、调试等全过程服务，均不收取费用，此外，为支持分布式光伏发电分散接入低压配电网，国家电网公司还允许富余电力上网，电网企业按国家政策全额收购富余电力，上、下网电量分开结算。 2013年在政策支持下国内光伏产业开始回暖，市场逐渐从海外转向国内用户，中国成为世界最大的光伏市场。2013年国家能源局编写《中国光伏分布式百问百答》，国家发改委发布《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》，给予户用光伏度电0.42元（含税）的补贴，国务院提出“分布式光伏发电”和“光伏发电”二分法，分类制定电价和补贴政策，同期“国五条”的细化配套政策正式下发，中国光伏市场步入“黄金市场”；2014年国家能源局发布《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》，给予户用光伏全额上网补贴；2015年光伏扶贫被国务院扶贫办确定为“十大精准扶贫”之一，国家能源局提出“光伏领跑者计划”，从2015年至2019年共实施三期。 截至2018年，全球光伏累积装机489.31GW，年化增长率31.00%；欧洲光伏累积装机126.51GW，年化增长率12.72%，全球占比降至26%；中国光伏累积装机205.06GW，年化增长率77.90%，全球占比上升至35%。 六、全球多元化发展期：2018年至今 2018年，国家能源局发布《关于2018年光伏发电事项的通知》，要求加快光伏发电电价退坡；2019年国家发改委印发《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》，拉开了中国光伏市场平价上网的序幕，我国光伏产业开始转成市场化市场；2020年补贴退坡愈发明显，且电价继续下调；2022年，政策指导加快推动以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设。 2015年以后，各国陆续将碳中和目标纳入国家发展战略，随着光伏平价上网的推进，光伏装机需求在各国迅速提升，带动全球光伏产业进入多元化的高景气发展期。2015年全球195个 国家在巴黎气候大会上通过了《巴黎协定》，该协定旨在将全球平均气温上升限制在前工业化时期水平之上的2摄氏度以内，并努力将气温上升限制在前工业化时期水平之上的1.5摄氏度以内，为实现这一目标，各国承诺制定并实施本国的应对气候变化政策和行动，其中包括实现碳中和的目标。自《巴黎协定》签署以来，越来越多的国家开始将碳中和纳入其国家发展战略中，并制定了相应的政策和计划，例如，中国提出了“双碳”目标，即力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和；欧盟也提出了类似的目标，即到2050年实现净零排放；美国政府也提出了自己的碳中和目标，并采取了一系列措施来减少温室气体排放，包括推广可再生能源、提高能源效率、促进电动汽车的普及等；日本政府制定了《气候变化对策推进法》，旨在推进减少温室气体排放和实现碳中和。在产业技术不断发展的过程中，光伏产业的成本不断下降，发电成本接近火力发电成本，光伏发电作为发展路径清晰的可再生能源，各国对碳中和目标的提出催化全球光伏产业政策再度加速。 截至2022年，全球光伏累积装机1,053.12GW，年化增长率24.36%；欧洲光伏累积装机236.96GW，年化增长率13.14%，全球占比降至23%；中国光伏累积装机393.13GW，年化增长率36.93%，全球占比上升至37%。 分析师简介： 曾德谦，宏源期货宏观金融分析师，美国东北大学金融学硕士，多年宏观与金融期货分析经验，专注于自上而下分析金融衍生品、经济数据预测解读与市场行情判断，在中证报、腾讯财经、期货日报等多家媒体发表专题与评论文章，报告累计阅读过百万。 宏源期货研究团队 白净F3097282 Z0018999