财富研究光伏追踪系列之五：钙钛矿叠层电池效率创新高，多省增加能源规划

钙钛矿-叠层电池转换效率突破30%，再创历史新高。近期，洛桑联邦理工学院和瑞士电子与微技术中心共同研发了钙钛矿-叠层电池，其转化效率突破30%，达到31.3%，再创历史新高。钙钛矿电池相比于其他太阳能电池有许多优点，并且未来转换效率有望突破50%，是目前商用太阳能电池的2倍左右。目前，科学家正在全力克服钙钛矿电池的缺点，待逐一克服并且商业化之后，太阳能电池的转换效率将会再上一个台阶。 十八省最新发布“十四五”能源规划，光伏预计新增260GW+。在双碳政策的号召之下，我国十八个省市纷纷出台了“十四五”期间的光伏新增政策，光伏预计新增260GW+，在未来一段时间，由于政策从需求端拉动，整个光伏行业将会迎来一段高景气发展。 光伏行业原材料价格持续增长，硅料突破30万元/吨。硅料维持上涨趋势，各类硅料的涨价幅度同比上周虽然涨幅有所收窄，但仍然处于上升通道中，最低价普遍上涨0.3万元/吨，最高价上涨0.9-1万元/吨，最高成交价突破30万元/吨，突破历史新高。原材料端价格的持续上涨将会给下游组件企业带来重大影响，如果硅料价格继续保持高位，地面电站项目存在放缓的可能性。 光伏企业开始参与碳交易和绿电交易市场，赋能绿色经济高质量发展。近期，光伏企业开始纷纷加入碳交易和绿电交易市场。碳交易和绿电交易这两大市场是我国使用调节能源结构的市场手段，光伏企业的加入有助于为绿色经济的高质量发展提供新的动力。 中国首批光伏组件在2030将迎来密集报废期，可回收容量可达1780万千瓦。于21世纪初投产使用的光伏组件，即将抵达20-25年设计使用寿命的终点。届时光伏组件的可回收容量将可达到1780万千瓦。 在光伏组件回收中面临着经济性提升和技术完善的挑战，所以在政策层面推出支持性的税收政策和专利保护制度，建立并完善回收标准、规范和技术要求，鼓励和支持回收技术跨区域合作和技术交流等。市场层面应推动实施绿色供应链，促进上下游合作探索新商业模式，加强跨领域合作，推动技术产学研转化并将更多资本引入回收市场。 风险提示：疫情等因素对生产经营产生影响；硅料供给释放不及预期； 电池技术迭代风险。 1.事件聚焦 1.1.钙钛矿-叠层电池转换率突破30%，再创历史新高 事件：近期，洛桑联邦理工学院和瑞士电子与微技术中心共同创造了钙钛矿-叠层电池新的世界记录，转换率突破30%，达到31.3%。 解析：自P型电池转换效率达到瓶颈后，N型电池开始成为市场研究的主流。目前市场主要N型电池包括HJT、TOPCon和IBC等，HJT最高转化效率目前已超26%，目前平均量产效率超24%。TOPcon量产效率也已经能达到24.6%，晶科能源最新N型TOPCon电池转化效率达25.4%。 但是就理论极限而言，晶硅电池理论极限效率为29.4%，TOPCon电池理论极限效率为28.7%，理想条件下最高效率在27.5%;HJT效率上限在28.2%-28.7%。 图1全球高纯石英原料资源分布情况 钙钛矿电池具有显著优点：1）钙钛矿最大的优点就是效率高。因为钙钛矿材料吸光性能远强于晶硅，能量转换过程损耗低，在室内或者弱光的条件下依旧可以实现高能量转换，所以近十年的时间钙钛矿电池转换效率飞速增长，完胜铜铟镓硒等薄膜电池。2）第二个优点是成本低。低成本主要体现在原材料和加工两个环节，原材料储量丰富，且电池加工过程的环境和能耗均较晶硅低。3）其他优点还包括由于其可以制成彩色和半透明薄膜，可以实现不同的彩色效果，因此可以应用到BIPV上，应用更多样。 同时，钙钛矿电池也存在一些弊端：1）耐用性较差。由于钙钛矿属于离子晶体材料，所以比晶硅脆弱且稳定性差，有易氧化和不耐高温等缺点，需要额外支付其他成本提高其稳定性和耐用性。2）涂覆技术不成熟导致制造困难。因为涂覆技术不成熟，钙钛矿层没法均匀涂抹在设备表面，对器件性能有明显负面影响，需要提升喷涂工艺。3）尽管实验效率高，但实际转化效率可能低。因为普遍使用TCO（透明导电氧化物）薄膜收集电流，而此类材料的部分物理性质会造成光损失，且随着面积的增大愈发明显，这导致钙钛矿组件的效率会明显低于单体电池。4）原材料元素含铅等有毒金属物，存在环保问题。 业内预计未来使用新型电池的钙钛矿电池器件的转换效率可以达到50%，是目前商业化太阳能电池的2倍左右。随着后续研究的逐步深入，钙钛矿电池的缺点被逐一克服之后，届时商业太阳能电池的转化效率将会比如今再上一个台阶。 1.2.十八省最新发布“十四五”能源规划：光伏预计新增260GW+ 事件：在双碳目标的指引之下，各地方政府纷纷相应国家号召，下达各省份的“十四五”光伏能源规划，助力国家实现碳达峰、碳中和的目标。 表1各省市区光伏新增规划（单位：万千瓦） 解析：根据表格数据以及各省市的十四五规划的统计数据来看，十八省市到2025年，光伏新增将会达到260GW+。其中山东省在规划中指出为了加快发展集中式光伏充分利用潍坊、滨州、东营等市盐碱滩涂地和济宁、泰安、菏泽、枣庄等市采煤沉陷区,重点打造鲁北盐碱滩涂地千万千瓦级风光储输一体化基地、鲁西南采煤沉陷区百万千瓦级“光伏＋”基地.鼓励采用农光互补、渔光互补、盐光互补、生态治理等模式,因地制宜发展“光伏＋”集中式电站.大力发展分布式光伏。开展整县(市、区)分布式光伏规模化开发试点,建成“百乡千村”低碳发展示范工程。 推进工业厂房、商业楼宇、公共建筑、居民住宅等屋顶光伏建设,优先发展“自发自用”分布式光伏。到2025年，光伏发电装机规模达到5700万千瓦，位列十八省首位。 除山东省外，其他17个省市也纷纷根据各地具体情况推出政策来规划光伏装机量，从需求端拉动光伏行业的发展，在未来一段时间之内，整个光伏行业会迎来高景气。 1.3.光伏行业原材料价格持续增长，硅料均价291.6元/kg 事件：从开年以来，硅料价格持续上涨，近期国内单晶复投料价格区间在288-300元/kg，成交均价为291.6元/kg；单晶致密料价格区间在286-298元/kg，成交均价为289.6元/kg；单晶菜花料价格区间在283-295元/kg，成交均价为287.1元/kg。 图2硅料价格持续上涨，光伏行业成本增加 解析：硅料维持上涨趋势，各类硅料的涨价幅度同比上周虽然涨幅有所收窄，但仍然处于上升通道中，最低价普遍上涨0.3万元/吨，最高价上涨0.9-1万元/吨，最高成交价突破30万元/吨，突破历史新高。原材料端价格的持续上涨将会给下游组件企业带来重大影响，如果硅料价格继续保持高位，地面电站项目存在放缓的可能性。 目前欧洲国家为规避相关风险，持续囤积硅料，对组件涨价的接受度较高，对硅料价格形成支撑作用。供需方面，据硅业分会此前介绍，7月份国内有检修计划的企业增加到5家，包括新疆协鑫、新疆大全、东方希望、天宏瑞科、洛阳中硅，且个别企业减产幅度也大于预期，根据各企业排产预计，7月份同期虽有三家企业扩建产能少量释放，国内多晶硅产量仍将进一步下调预期，环比降幅约5%。 上述情况会直接加剧硅料供不应求，推动硅料价格不断上涨。目前的组件价格已经对项目按时供货、大基地建设等造成一定不利影响，如果上游价格不能及时调整到位，组件企业按原本中标价格供货的难度较大，全年地面电站装机规模或低于预期。 1.4.光伏企业开始参与碳交易和绿电交易市场，赋能绿色经济高质量发展 事件：最近，光伏企业开始纷纷加入碳交易和绿电交易市场。碳交易和绿电交易这两大市场是我国使用调节能源结构的市场手段，光伏企业的加油，有助于为绿色经济的高质量发展提供新的动力。 解析：碳交易市场基本原理是通过引入总量控制与交易机制，使纳入交易市场的控排企业受到碳排放限额约束，以市场交易机制，激励减排成本更低的市场主体进行减排，以降低全社会碳减排成本。我国的碳交易市场可按强制减排市场和自愿减排市场来划分。强制减排市场可细分为一级市场和二级市场;自愿减排市场作为强制减排市场的补充机制，允许各类减排项目签发核证减排量，向强制减排市场出售减排量获得减排激励。 图3我国碳交易市场的运行机制图 典型的碳交易市场的利益相关方主要有政府、排放企业、减排项目业主、交易中心、碳金融机构、商业银行、产业技术供应方及咨询方等其他市场服务商。政府提供顶层设计及全过程监督管理职能，并向排放企业发放配额;交易中心作为自律组织，在接受政府部门监管的同时，为市场主体提供交易结算等服务，并行使一定的市场监督职能;控排企业则接受政府部门的管理和监督，控制温室气体排放量，根据自身的排放水平和碳配额盈缺情况，参与市场交易完成履约。碳金融机构和商业银行则为交易机构提供结算托管支持，同时为市场主体提供各种类型的资金融通服务，帮助控排主体在碳市场中以最低成本履约的同时，获取超额收益。 全球市场截至2021年，四大洲的36个国家、17个州或省以及7个城市已经实施了碳交易，这些地区的GDP总量占全球的42%。国内市场2011年底，中国启动“两省五市”(湖北省、广东省、北京市、上海市、天津市、重庆市和深圳市)碳排放权交易试点建设。各试点均优先纳入了排放量较大的工业企业。部分城市级试点则将交通运输业、服务业、公共管理部门等纳入其中。截至2021年12月底，中国的区域试点碳市场共成交配额5.15亿吨，成交金额超过127.5亿元。 绿色电力通常是指以光伏、风电等为主的可再生能源电力。绿色电力相比于化石燃料发电，除同样拥有电能量属性外，还具有化石能源替代、环境保护等社会边际效益，即额外的环境属性。绿色电力的环境属性通常可以直接以可再生能源电能交易实现转移，也可以以绿色电力证书为权益间接载体进行交易转移。发电企业可以通过两个市场将绿电环境权益卖给有需求的消费者，消费者通过购买绿电以满足自身生产生活环节对能源绿色环境价值的需求。 图4我国绿证政策演变及产品体系 我国的绿色电力证书交易早在2017年就先行探索启动，相关政策产品体系也一直在不断完善。绿证认购平台最新数据显示，截至2022年4月24日，我国绿色电力证书合计成交188万个，其中补贴绿证78895个，无补贴绿证1731550个，绿电绿证70163个。由于无补贴绿证项目价格相对较低，且绿证买方普遍更倾向额外性更好的无补贴项目，无补贴绿证已成为当前主流的绿证交易产品。 1.5.中国首批光伏组件在2030将迎来报密集废期，可回收容量可达1780万千瓦 事件：于21世纪初投产使用的光伏组件，即将抵达20-25年设计使用寿命的终点。届时光伏组件的可回收容量将可达到1780万千瓦。 解析：作为非水可再生能源中的主力新能源之一，自2000年以来，我国光伏发电装机增势明显。截至2021年底，我国光伏累计装机量达3.06亿千瓦，已连续数年保持全球装机量首位。全球性环保组织绿色和平在近日发布的《可再生能源零废未来：风电、光伏回收产业发展研究》中预计，中国2030年光伏组件将进入密集报废期，预计可回收容量高达1780万千瓦，光伏退役组件累计规模将达到约2.5亿千瓦。 由于光伏部件在生产过程中的能源消耗与工艺流程会产生二氧化碳排放，高效的回收产业可以大幅度减少组件全生命周期的碳排放，极大助力碳中和目标的实现。若1吨废弃光伏组件被回收利用，可以减少约5.41吨二氧化碳的排放;若2040年累计回收量到达约2.5亿千瓦，可以减少约1.08亿吨碳排放。而用绿色环保的回收方式能够缓解装机退役后产生的环境污染与资源浪费。 中国可再生能源回收行业发展至今，已具备市场空间规模大、产业链丰富度高、“双碳”目标执行力强三大有利条件，因此具有巨大的发展潜力。 随着光伏的爆发式增长，伴随而来的退役光伏组件也将带来新的业态和商机。国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》已明确“推进退役动力电池、光伏组件、风电机组叶片等新兴产业废物循环利用”，循环经济降碳行动是我国应对气候变化、实现“双碳”目标的必要路径。 作为新兴固废的废旧光伏组件的综合利用技术和产业化应用势必得到更大关注和投入，光伏组件回收将迎来多重机遇。首先，退役光伏组件的环保回收之后，可在原