光伏发电应用及效益_太阳能发电的应用领域和功能有哪些？

大家好！今天让小编来大家介绍下关于光伏发电应用及效益_太阳能发电的应用领域和功能有哪些？的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

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未来十年光伏行业前景怎么样

行业主要上市公司:国内光伏行业上市公司主要有隆基股份(601012)、金高科技(002459)、晶科能源(688223)、通威股份(600438)、天合光能(688599)等。

本文核心数据:产能利用率、装机容量、弃光率、光伏发电量、系统建设成本。

行业概况

1.定义

光伏产业，简称PV(光伏)，主要指硅材料应用开发形成的光电转换产业链，包括高纯多晶硅原料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备制造和光伏发电应用。随着二氧化碳排放峰值碳中和国家目标的推进，以新能源为主体的新型电力体系建设正在加快推进。光伏与复兴号高铁、国产商用飞机、新一代运载火箭一起获得了中共十九大纪念邮票。光伏产业地位显著提升，迎来历史性发展机遇。

光伏产业的下游应用主要是光伏发电，根据建设规划定位可分为集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。集中式光伏发电系统，如大型西北地面光伏发电系统；分布式光伏发电系统(以> 6MW为界)，如工商企业和住宅建筑的屋顶光伏发电系统。

2.产业链分析:产业链长。

随着光伏发电在能源供应体系中发挥越来越重要的作用，光伏相关产业也日益壮大，形成了从高纯硅材料、硅锭/棒/片、电池/组件、光伏辅助材料和配件、光伏生产设备到光伏产品的系统集成和应用的完整产业链。

光伏产业链的上游主要是与光伏电池相关的原材料，包括构成电池的单晶硅和多晶硅。上游单晶硅和多晶硅生产商主要有保利协鑫、隆基、通威、中环。然而，硅片生产企业已呈现双寡头格局，中国的太阳能硅片占据了全球大部分市场份额。在中国市场，主流厂商主要有隆基和中环，产能格局依然高度集中。在硅片对外销售规模中，中环股份和隆基股份占据绝对领先地位。

中游主要是电池芯片和电池模组制造商以及系统集成企业。电池芯片和模组的中游厂商主要有通威、隆基、晶澳等。光伏发电系统中的逆变器厂商主要有阳光电源等企业；系统集成包括亿晶光电、正泰电气等。一些企业如隆基，已经基本形成了从单晶硅到组件再到电站光伏运营的完整光伏发电产业链。是下游光伏发电应用领域，包括分布式光伏发电和集中式电站。

行业发展过程:行业处于快速发展阶段。

在欧洲市场需求的推动下，中国的光伏产业从2005年左右开始起步。十几年来，实现了跨越式的大发展，建立了完整的市场环境和配套环境。成为国内为数不多的能够同时参与国际竞争并达到国际领先水平的战略性新兴产业。也成为中国工业经济发展的全新名片，推动中国能源改革的重要引擎。目前，我国光伏产业在制造规模、产业化技术水平、应用市场拓展和产业体系建设等方面均居世界前列，具备了坚实的智能光伏基础。中国光伏产业经历了以下几个历史阶段:

行业背景:政策加持，光伏产业加速发展

我国自2006年1月1日起实施《中华人民共和国可再生能源法》。该法将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域，促进增加能源供给，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会可持续发展，建立和发展可再生能源市场。自2006年以来，为鼓励和支持光伏产业发展，国家发改委、财政部、工信部、国家能源局、住建部等部门密集出台政策文件，支持和规范光伏产业发展，涵盖了生产、销售、财税、补贴、土地政策等产业发展的各个相关方面。

工业和信息化部、住房和城乡建设部、交通运输部、农业农村部、国家能源局联合发布《智能光伏产业创新发展行动计划(2021-2025年)》，旨在“十五”期间有效引导产业智能化升级，促进光伏产业健康发展，从而推动光伏发电规模化应用，保持我国作为世界光伏制造和装机应用第一大国的地位。

“3060年二氧化碳排放峰值碳中和”是一项具有多重目标和约束的系统性经济和社会变革。重塑中国经济结构、能源结构，改变生产方式和生活方式是历史性的突破，需要处理好发展与减排、减碳与安全、整体与局部、短期与中期、建立与破除、政府与市场、国内与国际等多维关系。“二氧化碳排放峰值，碳中和”的目标将对中国光伏产业产生显著的多维影响。

行业发展状况

1.光伏产品市场供应能力较强，产能利用率有待提高。

根据光伏行业市场重点公司光伏产品产量和产能利用率，2021年中国光伏产品市场供给能力较强，隆基绿能光伏产品产量遥遥领先其他公司，单晶硅片产量达到69.96GW，单晶组件产量达到38.69GW，从产能利用率来看，2021年光伏市场公司产能利用率不高，仍有较大提升空间。

2.光伏新增装机再创新高，累计装机超过300 GW。

我国太阳能光伏产业虽然起步较晚，但发展迅速。特别是2013年以来，在国家和地区政策的推动下，太阳能光伏发电在我国呈现爆发式增长。据国家能源局统计，2017年，我国光伏发电新增装机53.06GW，创历史新高。2018年，受光伏531新政影响，各地光伏发电新开工项目下降，全年新增装机受国家光伏行业补贴、财政扶持等政策影响，2020年和2021年光伏装机大幅上升。2020年，中国光伏装机容量增加48.20GW，同比增长59%。2021年，中国光伏新增装机再创新高，达到54.88GW，同比增长14%。

据国家能源局统计，2013年以来，我国光伏发电累计装机容量快速增长。2013年，我国光伏发电累计装机容量仅为19.42GW，到2019年已经增长到204.58GW。2013-2019年，中国光伏发电累计装机容量增长超过10倍。到2021年，全国光伏发电累计装机容量306.56GW，同比增长21%。

3.光伏弃光率明显下降，光伏发电量稳步增长。

随着光伏发电的快速发展，一些地方也存在严重的弃光问题。国家能源局数据显示，2015-2018年，新疆和甘肃最高弃光率超过30%。2019-2021年，新疆和甘肃轻弃率明显下降，2021年新疆轻弃率降至1.7%，甘肃降至1.5%。弃光率的大幅下降主要是因为光伏发电的并网运行，促进了资源的利用水平。

据国家能源局统计，2013年以来，我国光伏发电量快速增长。2013年全国光伏发电量仅为91亿千瓦时。到2021年，全国光伏发电量3259亿千瓦时，同比增长25%。预计2021年，我国光伏发电量将占全社会用电量的3.92%。

4.光伏发电系统建设成本呈下降趋势，光伏上网进入平价。

我国地面光伏系统初期总投资主要由组件、逆变器、支架、电缆、一次设备和二次设备等关键设备费用，以及土地费用、电网接入、建设安装和管理费用构成。其中，一次设备包括箱式变压器、主变压器、开关柜、升压站(50MW、110kV)等设备，二次设备包括监控和通信设备。土地成本包括全生命周期地租、植被恢复费或相关补偿费；电网的接入成本只包括50MW、110kV、10km的反向改造；管理费用包括前期管理、勘测、设计和招标。建筑安装费用主要是人工费、土方工程费、常规钢筋混凝土费等。，且未来下跌空间不大。随着技术进步和规模效益，组件、逆变器等关键设备的成本仍有一定下降空间。网络连接、土地、项目前期开发费用等。都是非技术成本，不同地区和项目差异很大。降低非技术成本，有助于加速光伏发电低价上网推广。

2021年中国地面光伏系统初始总投资成本约为4.15元/w，比2020年上涨0.16元/W，涨幅为4%。其中，组件约占投资成本的46%，比2020年提高了7%。非技术成本约占14.1%(不含融资成本)，比2020年下降3.2个百分点。预计2022年，随着产业链各环节新增产能的逐步释放，组件价格将回归合理水平，光伏系统初期总投资成本将降至3.93元/w。

中国工商业分布式光伏系统初期总投资主要由组件、逆变器、支架、电缆、安装费用、并网、屋顶租赁、屋顶加固、一次设备和二次设备构成。一次设备包括箱式变压器、开关箱和预制舱。根据中国光伏产业发展路线图，2020年和2021年中国工业和商业分布式光伏系统的初始投资成本分别为3.38元/W和3.74元/W，预计2022年将降至3.53元/W。

2020年中国光伏上网电价补贴政策结束，平价逼近:中国上网电价政策经历了标杆电价、竞价上网、平价上网三个阶段。2020年招标项目规模26GW，增长14%。同时，2020年也将是光伏并网平价年，平价项目33GW，增长124%，首次超过招标项目规模。平价将至，2021年将是中国光伏上网全面平价元年。

太阳能发电的应用领域和功能有哪些？

行业主要上市公司：隆基股份(601012);晶澳科技(002459);晶科能源(688223);通威股份(600438);天合光能(688599)等

本文核心数据：光伏发电板块上市公司研发费用;光伏发电相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“solar pv”、“solar

photovoltaic”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

光伏发电行业技术概况

1、技术原理及类型

(1)光伏发电行业技术原理

光伏发电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，其发电原理如下。

(2)光伏发电种类

光伏发电一般分为两类：集中式发电和分布式发电，集中式发电主要为大型地面光伏系统;分布式发电主要应用于商业/工业、建筑屋顶。

2、技术全景图：主要为光伏电池技术路线

光伏发电行业的产业链中游为电池片、电池组件和系统集成，其中各类光伏电池技术为重点技术路线。根据半导体材料的不同，光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池以及叠层和新结构电池(第三代电池)。

晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术，按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为P型电池和N型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池，而TOPCon、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。

薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池，以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等的化合物薄膜电池为代表。

叠层、新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。

光伏发电行业技术发展历程：电池技术路线演变拉动

光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的，从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池，如今光伏电池技术已发展至第三代，第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等，具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。

光伏发电行业技术政策背景：政策加持技术水平提升

近年来，我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策，通过政策指导，行业加快光伏发电技术的推广和革新，促进光伏发电产业的快速发展。

光伏发电行业技术发展现状

1、光伏发电行业技术科研投入现状

(1)国家重点研发计划项目

据已公开的国家重点研发计划项目，2018-2021年我国光伏发电技术相关国家重点研发计划项目共计15项。

注：2019年未公布光伏发电技术相关国家重点研发计划项目。

(2)A股上市企业研发费用

光伏发电行业经过多年发展，产品相对成熟，但行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看，2017-2021年，我国光伏板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，光伏板块上市公司研发总费用约281.13亿元。

2、光伏发电技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从光伏发电相关论文发表数量来看，2010年至今我国光伏发电相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见光伏发电科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有18289篇光伏发电相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解光伏发电行业内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中近约5000条专利中最常见的关键词，其中，光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词涉及的专利数量较多，说明光伏发电行业研发和创新重点集中于光伏组件和光伏板等领域。

(3)专利聚焦领域

从光伏发电专利聚焦的领域看，目前光伏发电专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。

主要光伏电池技术对比分析

从技术水平来看，硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉和铜铟硒多元化合物(铜铟镓硒是其典型代表)是可选光伏材料中综合性能的最佳集合。而它们各方面性能的优劣，直接导致了目前光伏电池技术百花齐放的现状。

注：平均转换效率均只记正面效率。

光伏发电行业技术发展痛点及突破

1、光伏发电行业技术发展痛点

(1)硅基光伏电池：P型电池转换效率低

由于电池片的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益，因此光伏电池的光电转换效率十分重要，光电转换效率的提升主要依靠技术更新换代。现阶段，晶硅光伏电池面临着转换效率较低的问题，尤其是P型电池。

据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)，PERC电池的理论极限效率为24.5%，PERC产线的量产效率已经达到23%，逐步逼近理论极限效率。

(2)薄膜电池量产转换效率低

薄膜光伏电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点，但薄膜电池面临着量产转换效率低的问题，性价比较低。

2、光伏发电行业技术发展突破

(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率

相较于P型电池，N型电池技术少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好且温度系数小，转换效率更高。面临P型电池逐步逼近理论效率极限，N型电池技术能够突破P型电池的理论效率极限并达到更高转换效率。据中国光伏行业协会(CPIA)，2022-2023年N型电池技术的平均转换效率就可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。

(2)钙钛矿电池可实现高转换效率

钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池，钙钛矿材料的吸光能力强于晶硅材料，因此钙钛矿电池能够实现高转换效率。除了拥有高转换效率，钙钛矿电池还具备价格低、投资小、制备简单等优势。

光伏发电行业技术发展方向及趋势：降本增效

2022年8月，工信部五部门联合印发的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》，提出通过5-8年时间，在太阳能装备方面重点发展高效低成本光伏电池技术，包括推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用等。

可见，未来光伏发电技术将向着降本增效方向发展，一方面由于现有光伏电池逐渐逼近最高理论转换效率，因此更高转换效率的电池将成为光伏电池技术发展方向;另一方面，光伏组件转换效率的提升以及制造成本的降低，是降低光伏电站建设成本，并最终降低光伏发电成本的关键因素。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。

除提供能源外，太阳能光伏发电还有许多特殊优势，尤其是它可以为边远地区、特殊场合进行供电。考虑到太阳能光伏的附加价值，光伏发电的综合经济效益大大提升，因此不能单纯与传统发电模式比较单位发电成本。太阳能光伏可以降低温室气体和污染物排放、创造就业机会、保障能源安全和促进农村尤其是边远农村的发展。总之，发展太阳能光伏在经济、社会和环境保护等方面具有积极的现实意义。

中国是一个能源生产和消费大国。2006年能源消费总量为24.6亿吨标准煤， 比2005年增长9.3%。2006年各种一次能源的构成比例为：煤炭占69.7%、石油占20.3%、天然气占3.0%、水电等占6.0%、核电占0.8%。2006年，中国的原油进口达到1.5亿吨，大约是中国原油总需求量的50％。中国能源开采和利用技术落后，传统高能耗产业比重大，单位GDP能耗落后于发达国家，甚至比世界平均水平落后许多。中国又是世界上最大的发展中国家，经济高速发展，中国能源消耗增长速度居世界首位，加剧了中国能源替代形势的严重性和紧迫性。中国电力科学院的研究表明，在考虑到充分开发煤电、水电和核电的情况下，2010年和2020年电力供需的缺口仍然分别为6.4%和10.7%。这个缺口正是需要用可再生能源发电进行补充的。而太阳能光伏发电可能在未来中国的能源供应中占据主要位置。

中国能源消费占世界的10%以上，同时我国一次能源消费中煤占到70%左右，比世界平均水平高出40多个百分点。燃煤造成的二氧化硫和烟尘排放量约占排放总量的70%~80%，二氧化硫排放形成的酸雨面积已占国土面积的1/3。环境质量的总体水平还在不断恶化，世界十大污染城市我国一直占多数。环境污染给我国社会经济发展和人民健康带来了严重影响。世界银行估计2020年中国由于空气污染造成的环境和健康损失将达到GDP总量的13%。光伏发电不产生传统发电技术（例如燃煤发电）带来的污染物排放和安全问题，没有废气或噪音污染。系统报废后也很少有环境污染的遗留问题。

太阳能光伏发电最重要的特征是在发电过程中只排放很少的二氧化碳，而二氧化碳作为最主要的温室气体，是导致气候变化的罪魁祸首。同时，电池板可循环使用，系统材料可再利用，光伏的能源投入可进一步降低。如果广泛使用光伏发电技术，可以为减缓气候变化作出贡献。

光伏发电也是一种简单的低风险技术，几乎可以安装在任何有光的地方。这意味着在公共、私人和工业建筑的屋顶和墙面上都有广泛的安装潜力。在运行中，光伏系统还可以降低建筑与外界环境的热交换，增加通风。光伏还可以作为隔声板装在公路两侧。与建筑物结合的光伏在提供大量电力供应的同时，避免占用更多的土地。

国家有关部门正在制定和改进引导政策和激励政策，解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为能源供应的主体。