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太阳能发电产业发展前景广阔

2007-06-19 11:55
Minor昔年
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能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展,能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移,化石能源的稀缺性越来越突显,且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下,大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。
 
  太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点,在长期的能源战略中具有重要地位。
 
  我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式,其中,光电利用(光伏发电)是近些年来发展最快,也是最具经济潜力的能源开发领域。太阳能电池光伏发电系统中的关键部分,包括硅系太阳电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅电池)和非硅系太阳能电池等。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅材料较少,又无效率衰退问题,并且可以在廉价衬底材料上制备,其成本远低于单晶硅电池,经济效益较好。此外,非多晶硅薄膜电池也具有极大的发展潜力。
 
  在晶体硅太阳能电池的产业链上分布着晶硅制备、硅片生产、电池制造、组件封装四个环节。上游环节的企业掌握技术优势,具有较强的议价能力,可以通过提高产品价格将成本压力向下游传导,从而保证自身获得较高的盈利能力。非多晶硅薄膜电池可以用IC废料作为原料,成本低廉。
 
  在各国政府的扶持下,世界太阳能电池产量快速增长,1995-2005年间,全球太阳能电池产量增长了17倍。我们预计,2010年全球太阳能电池的年产量有望较2005年的年产量增长6.3倍,整个行业的销售收入有望增长3.5倍。
 
  我国太阳能资源非常丰富,开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔,可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持,先后出台了一系列法律、政策,有力的支持了产业的发展。
 
  2005年后,我国太阳能发电产业有了突飞猛进的发展,无锡尚德、天威英利、新光硅业、浙江中意、赛维LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司纷纷进入成长期,生产规模不断扩大,技术水平不断提高,企业竞争力不断增强。
 
  目前,各国市场均给予太阳能发电相关公司较高的估值水平,从一个侧面也反映出各国投资者对这一产业发展前景乐观的预期。我国太阳能发电产业正处在成长初期,发展前景广阔。
 
  一、世界能源供应紧张,发展可再生能源
 
  急迫能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展,能源消费也相应的持续增长。跟据美国能源情报署的预测,2001年至2025年间,全球能源消费总量将从102.4亿吨油当量增加到162亿吨油当量,增幅54%。目前,化石能源(石油、煤炭、天然气等)是全球能源消费的主要组成部分,其消费总量逐年攀升。但是,化石能源是不可再生的,且储量有限,其产量的萎缩不可避免。根据《BP世界能源统计2006》的统计数据,全球石油探明储量可供生产40多年,天然气和煤炭分别可以供应65年和155年。随着时间的推移,化石能源的稀缺性越来越突显,且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。
 
  能源供应的紧张和价格的高涨对能源消费大国有着深刻的影响。作为全球能源市场日趋重要的组成部分,目前我国的能源消费量已占世界能源消费总量的15%。据预测,目前我国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比大致为全球平均水平的50%、40%和70%左右,均早于全球化石能源枯竭速度,能源安全问题越发重要。此外,化石能源利用所产生的污染环境、温室效应等问题也是困扰我国社会经济发展的重要因素。
 
  在化石能源供应日趋紧张的背景下,世界各国均努力寻求稳定充足的能源供应,其中大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。从世界可再生能源的利用与发展趋势看,风能、太阳能和生物质能发展最快,产业前景最好,其开发利用增长率远高于常规能源。
 
  太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,也是清洁能源。从理论上看,太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦,如转化为电能,则每年的发电量相当于目前世界上能耗的40倍。此外,太阳能具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点,因此,国际上普遍认为,在长期的能源战略中,太阳能具有更重要的地位。
 
  二、太阳能利用和太阳能电池
 
  1、太阳能的利用截至目前,我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式,其中,光电利用是近些年来发展最快,也是最具经济潜力的能源开发领域。光电转换(即光伏发电)的原理是利用半导体界面(硅材料或其他材料)的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,其优点是较少受地域限制,还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。
 
  光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器构成。光伏发电系统可分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统:独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式,典型特征为需要蓄电池来存储能量,在民用范围内主要用于边远的乡村,如家庭系统、村级太阳能光伏电站;在工业范围内主要用于电讯、卫星广播电视、太阳能水泵,在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统等。并网太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式,成为电网的补充。
 
  2、太阳能电池太阳能电池是光伏发电系统中的关键部分,根据所用材料的不同,可分为硅系太阳能电池和非硅太阳能电池两大类。硅系太阳能电池应用广泛,技术相对成熟,几乎占据了全部太阳能电池市场。非硅太阳能电池包括多元化合物太阳能电池;功能高分子材料太阳能电池;纳米晶太阳能电池等,这些材质的电池多处于实验室研发阶段,尚未规模应用。
 
  (1)硅系太阳能电池硅系太阳能电池包括单晶硅电池、多晶硅薄膜电池和非多晶硅薄膜电池。其中,单晶硅大阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上形成的,具有最高的转换效率(光电转换率可以达到23%),在现阶段的大规模应用和工业生产中占据主导地位。但是,通常的单晶体硅太阳能电池是在厚度350-450μm的高质量硅片上制成的,这种硅片由硅锭锯割而成,消耗的硅材料较多。因此,受硅材料价格持续上涨影响,单晶硅电池成本居高不下,阻碍了其大规模发展。为了节省高质量的硅材料,现在各国均在寻找单晶硅电池的替代产品,其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池是较好的选择。
 
  制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法,包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅材料较单晶硅少,又无效率衰退问题,并且可以在廉价衬底材料上制备,其成本远低于单晶硅电池,且光电转换效率可以达到17%,经济效益较好。可以预见,多晶硅薄膜电池将会取代单晶硅电池,成为太阳能电池市场中的主要品种。
 
  非晶硅薄膜太阳能电池于20世纪70年代中期开发成功,80年代其生产曾达到高潮,约占当时全球太阳能电池总量的20%左右,但由于非晶硅太阳能电池转化效率低于晶体硅太阳能电池,而且非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点(光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减),其发展速度逐步放缓。目前,非晶硅薄膜太阳能电池产量约占全球太阳能电池总量的12%左右。非晶硅薄膜太阳能电池更少的使用硅材料,成本低,便于大规模生产,而且近期在转换效率方面也有较大突破:最优技术下的第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到了13%,缩小了与多晶硅电池在转换效率上的差距。因此,在硅材料价格持续上涨的背景下,非多晶硅重新得到人们的重视。我们认为,非晶硅太阳能电池仍然有着巨大的发展潜力,未来将成为太阳能电池的重要组成部分之一。
 
  (2)非硅太阳能电池非硅太阳能电池包括多元化合物太阳能电池;聚合物多层修饰电极型太阳能电池;纳米晶太阳能电池等。多元化合物薄膜太阳能电池主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。其中,硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,也可以大规模生产,但是,金属镉有剧毒,会对环境造成严重污染,因此,目前镉系太阳能电池并不适合大规模生产。
 
  聚合物多层修饰电极型太阳能电池的工作原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势,在导电材料(电极)表面进行多层复合,制成单向导电装置。这种电池的优点是有机材料柔性好,制作容易,材料来源广泛,成本低等,但是,其使用寿命和电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。因此,聚合物太阳能电池能否发展成为具有实用意义的产品,还有待研究。
 
  纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是目前学术界研究的重点方向之一。纳米晶TiO2工作原理是:染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态,激发态不稳定,电子快速注入到紧邻的TiO2导带,染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿,进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜,然后通过外回路产生光电流。纳米晶TiO2太阳能电池的优点是成本低(制作成本为硅太阳电池的1/5-1/10)、工艺简单、稳定好。但是,其光电效率在10%左右,低于非晶硅电池,而且此类电池的研究和开发刚刚起步,能否产业化尚待观察。
 
  三、太阳能电池产业链分析
 
  在晶体硅太阳能电池的产业链上分布着晶硅制备(单晶硅、多晶硅、非多晶硅薄膜)、硅片生产、电池制造、组件封装四个环节。产业链最上游是太阳能晶硅制备,这个环节技术门槛高(尤其是多晶硅),具有一定垄断性,Hemlock、Wacker、Tokuyama、REC、MEMC、Misubishi和Sumitomo等公司掌握晶硅制备技术,占据全球太阳能多晶硅总产量的95%以上。第二个环节是硅片(Wafer)生产。这一环节的主要技术流程包括铸锭(或单晶生长)、切方滚磨、用多线切割机切片、化学腐蚀抛光,其中铸锭(或单晶生长)环节属于高能耗,切割机等的投资规模相对较大,具有工艺、资金方面的壁垒。在这个环节中Sharp、Q-cells、BP Solar、Deutsche Solar、Kyocera等公司占据较大的市场份额。我国的,天威英利是这个领域的竞争者之一,具备生产单晶硅片的能力,技术难度仅次于多晶硅的制造。第三个层次是太阳能电池制造,我国的代表企业是无锡尚德和天威英利,产能、产量都属于全球主流的太阳能电池制造商。第四个环节是组件封装,技术含量相对较低,进入门槛低,属于劳动力密集型产业,国内有较多企业参与这个市场。
 
  在整个产业链中,上游环节的企业掌握技术优势,具有较强的议价能力。在硅材料价格持续上涨的情况下,上游企业(如晶硅、硅片生产商)可以通过提高产品价格将成本压力向下游传导,从而保证自身获得较高的盈利能力;下游的组件封装厂商议价能力相对较弱,在成本传导不畅的情况下,其盈利能力会受到影响。
 
  非晶硅与晶硅相比,最大的区别在其工艺是将粗硅料制备为硅烷气体,然后直接将硅烷气体进行玻璃镀膜,最后制作电极和封装。非多晶硅工艺相对简单,产业链上环节较少,且材料可以为IC废料,成本较低。
 
  提高转换效率、降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素。对于我国硅系太阳能电池产业来说,从技术层面提高转换效率的难度很大,何时能够取得技术突破较难预测。相比之下,通过提高工艺水平降低成本更加可期,这也是我国太阳能电池产业可以寻求突破的环节。
 
  四、太阳能发电产业发展现状及趋势
 
  1、全球太阳能发电产业发展现状及趋势在化石能源日益稀缺的背景下,各国均大力发展太阳能利用,其中日本、欧洲国家(德国)和美国等经济发达、能源消耗大的国家起步较早,在技术和应用上都处于领先地位。由于太阳能发电成本较传统能源高,因此需要政府给予政策扶持。从20世纪90年代末开始,欧美、日本等国家纷纷实行“阳光计划”,在太阳能发电的价格、税收、发展基金等方面给予较大优惠。同时,在政府资助下,欧洲一些高水平的研究机构也加大了太阳能能源利用的研究。
 
  欧美、日本等国家还制定了长期的能源发展战略,对太阳能的发展进行了长期规划。1997年6月美国提出“百万太阳能屋顶计划”,计划到2010年将在100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统,包括太阳能光伏发电系统、太阳能热水系统和太阳能空气集热系统。欧洲也于1997年左右也宣布了百万屋顶计划,其中,在太阳能利用领域领先的德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于1998年10月提出了计划——在6年内安装10万套太阳能屋顶系统,总容量在300-500MV,每个屋顶约3-5KW。日本政府的计划目标是,到2010年安装500MW屋顶光伏发电系统。
 
  在各国政府的扶持下,世界太阳能电池产量快速增长,1995-2005年间,全球太阳能电池产量增长了17倍。2005年,全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦,累计装机发电容量超过5GW,其中,日本太阳能电池产量达到762兆瓦,增长率为27%;欧洲产量增加48%,达到了464兆瓦;美国增加12%,达到了156兆瓦;世界其他地区增加96%,达到了274兆瓦。我们预计,2010年全球太阳能电池的年产量有望达到10400兆瓦,较2005年的年产量增长6.3倍;整个行业的销售收入有望在2005-2010年间,从130亿美元提高至450亿美元,在未来5年内增长3.5倍。同时,受益于规模经济、生产效率和工艺水平的提高,整个产业链的成本都有望下降,行业利润率有望保持在较高水平上。
 
  2、我国太阳能发电产业发展现状及趋势
 
  我国太阳能资源非常丰富,大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上,理论储量达每年1.7万亿吨标准煤,太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。从全国太阳年辐射总量的分布来看,青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带均为太阳能资源丰富或较丰富的地区。
 
  我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔。第一,我国有荒漠面积100余万平方公里,主要分布在光照资源丰富的西北地区,如果利用荒漠安装并网太阳能发电系统则可以提供非常可观的电量。第二,太阳电池组件不仅可以作为能源设备,还可作为屋面和墙面材料,既供电节能,又节省了建材,具有良好的经济效益。第三,迄今我国边远地区仍有较多居民尚未用电,如果单纯依靠架设电网供电,则成本高,建设周期长,不经济。太阳能发电无需架设输电线路,且建设周期短,可以有效解决边远地区用电的难题。
 
  我国政府对太阳能产业也给予了充分的扶持。2006年1月,《中华人民共和国可再生能源法》正式实施,此法在资源调查与发展规划、产业指导与技术支持、推广与应用、价格管理与费用分摊、经济激励与监督措施、法律责任等方面做出了规定。随后,国家又陆续出台了《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》、《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》等支持可再生能源发展的实施细则,使国家在可再生能源领域方面的扶持政策日趋明朗化。这一系列法律、政策无疑有力的支持了我国太阳能发电产业的发展。
 
  近20年来,我国太阳能发电产业长期维持在全球市场1%左右的份额。2005年后,产业有了突飞猛进的发展,无锡尚德、天威英利、新光硅业、赛维LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司纷纷进入成长期,生产规模不断扩大,技术水平不断提高,企业竞争力不断增强。而且,浙江、保定、四川等地的公司已经开始多晶硅太阳电池的生产或试车,市场上形成了单晶硅和多晶硅两种主打电池产品的局面。目前,我国非多晶硅薄膜电池产业也展现出迅猛发展的势头,很多国内公司通过与国外公司的合作已经开始进行或计划进行非多晶硅薄膜电池项目的投资。
 
  五、各国主要太阳能发电产业相关厂商情况日本、欧洲、美国是太阳能发电产业发展领先的国家,涌现出一批优秀的公司。
 
  Sharp夏普(日本)是全球最大的太阳能公司。2006年,公司实现营业收入237亿美元(太阳能业务收入约占7%),净利润7.52亿美元,目前静态市盈率24倍,市净率2.12倍。
 
  Kyocera京磁(日本)是全球第2大太阳能公司。2006年,公司实现营业收入100亿美元(太阳能业务收入约占8%),净利润5.9亿美元,目前静态市盈率21倍,市净率1.4倍。
 
  Conergy AG(德国)是世界最大的太阳能批发商,德国太阳能系统安装的领导者。2006年,公司实现营业收入7.52亿欧元,净利润0.3亿欧元,分别同比增长42%和12%,目前静态市盈率52倍,市净率8.74倍。
 
  SolarWorld(德国)是德国领先的太阳能公司之一。2006年,公司实现营业收入6.79亿美元,净利润1.72亿美元,目前静态市盈率26倍,市净率5.7倍。
 
  MEMC(美国)是全球最大的硅料制造商之一,2006年,公司实现营业收入15.4亿美元,净利润3.7亿美元,目前静态市盈率30倍,市净率10倍。
 
  Motech茂迪(中国台湾)是台湾地区领先的电池和组件企业,2006年,公司实现营业收入1.36亿美元,净利润0.35亿美元,目前静态市盈率42倍,市净率23倍。
 
  Evergreen Solar(美国)是世界领先的硅切片生产商,拥有先进的工艺技术。2006年公司实现营业收入1.03亿美元,同比增长134%,亏损0.27亿美元。目前公司总市值为6.6亿美元,市净率为6.7倍。
 
  近2-3年间我国太阳能发电产业发展迅猛,也涌现出一批优秀的公司(如下表1)。其中,无锡尚德、中电光伏、常州天合、林洋新能源、赛维LDK等公司还先后在海外市场挂牌上市。
 
  无锡尚德主要从事晶体硅太阳电池、组件以及光伏发电系统的研究,制造和销售。2005年12月14日,公司在美国纽约证券交易所上市,成为中国内地首家在纽交所上市的非国有高科技企业。2006年,尚德公司太阳电池产能位列全球第四位。当年,公司实现营业收入5.98亿美元,净利润1.06亿美元,目前静态市盈率52倍,市净率为8倍。
 
  中电光伏是中电电气与澳大利亚博士团队于2004年6月合作创立的一家集太阳电池的研发、制造、为一体的高新技术企业,2007年5月在美国纳斯达克上市。目前,公司拥有6条太阳电池生产线,年生产能力为192MW,位居全国第二。2006年,公司实现营业收入1.50亿美元,净利润0.12亿美元,目前静态市盈率22倍。
 
  常州天合位于江苏常州电子产业园,在美国纽约证券交易所上市。公司业务涉及单晶、硅片、组件和系统安装,实现了光伏产业链的垂直一体化整合。2006年,公司实现营业收入1.43亿美元,净利润0.12亿美元,目前静态市盈率58倍,市净率为6.1倍。
 
  江苏林洋新能源有限公司成立于2004年8月,是一家集太阳能电池片、电池组件的研发,生产,销售为一体的企业,2006年末在美国上市。2006年,公司实现营业收入0.82亿美元,净利润0.13亿美元,目前静态市盈率26倍,市净率为2.7倍。
 
  赛维LDK太阳能高科技公司是目前亚洲规模最大的太阳能多晶硅片生产企业(2006年10月产能达到200兆瓦),拥有国际最先进的生产技术和设备。公司拥有稳定原材料供应,专注于生产最经济的太阳能多晶硅片,正致力于发展成为一个“世界级光伏企业”。
 
  从上述公司的基本情况中可以看到,目前各国市场均给予太阳能发电相关公司较高的估值水平,从一个侧面也反映出各国投资者对这一产业发展前景乐观的预期。我国太阳能发电产业正处在成长初期,发展前景广阔。
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