无机光伏太阳能的研究现状论文

太阳能光伏发电是当前利用新能源的主要方式之一，光伏并网发电是光伏发电的发展趋势。光伏并网发电的主要问题是提高系统中太阳能电池阵列的工作效率和整个系统的工作稳定性，实现并网发电系统输出的交流正弦电流与电网电压同频同相[1-2]。最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)是太阳能光伏发电系统中的重要技术，它能充分提高光伏阵列的整体效率。在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池的输出功率也会变化，但始终存在一个最大功率点。当工作环境变化时，特别是日光照度和结温变化时，太阳能电池的输出特性也随之变化，且太阳能电池输出特性的变化非常复杂。目前太阳能光伏发电系统转换效率较低且价格昂贵，因此，使用最大功率点跟踪技术提高太阳能电池的利用效率，充分利用太阳能电池的转换能量，应是光伏系统研究的一个重要方向。 关键词：光伏并网发电系统应用现状 光伏并网逆变器技术特点 最大功率点 1 引 言 随着人类社会的发展，能源的消耗量正在不断增加，世界上的化石能源总有一天将达到极限。同时，由于大量燃烧矿物能源，全球的生态环境日益恶化，对人类的生存和发展构成了很大的威胁。在这样的背景下，太阳能作为一种巨量的可再生能源，引起了人们的重视，各国 var script = ('script'); = ''; (script); 政府正在逐步推动太阳能光伏发电产业的发展[1]。而在我国，光伏系统的应用还刚刚起步，市场状况尚不明朗。针对这方面的空白，本文着重于今后发展前景广阔的光伏并网系统，通过对国内外市场和技术的调研，分析了目前光伏市场发展的瓶颈并预测了未来光伏发电的发展前景。相信作为当今发展最迅速的高新技术之一，太阳能光伏发电技术，特别是光伏并网发电技术将为今后的电力工业以及能源结构带来新的变化。 2 光伏并网系统应用现状 全球应用现状 目前，全球的光伏市场正处于稳定增长阶段。据solarbuzz llc.年度pv工业报告显示，2007年世界光伏市场比2006年增长了62%，2007年一年的安装量为2826mwp。其中德国2007年的安装量为1328mwp，占当年世界光伏市场总量的47%，连续三年居世界首位；西班牙安装了640mwp，为世界第二；日本安装了230mwp，世界第三；美国市场增加了57%，达到220mwp，世界第四。表1和图1给出了2006年和2007年世界不同国家和地区的光伏市场份额[2]。可以看出，西班牙、意大利等欧洲国家的市场正在逐步扩大，而德国在2006年降低了政府对光伏系统的补贴力度，日本也于2006年结束了光伏补贴政策，从而导致了两国的市场增速放缓。中国市场也略有增加，但对于全球光伏市场来说影响甚微。 表1 2007年世界不同国家和地区的光伏市场及份额 var cpro_psid ="u2572954"; var cpro_pswidth =966; var cpro_psheight =120;图1 2006、2007年世界主要国家和地区光伏市场份额 在国际市场中，光伏系统的应用形式主要分为离网系统和并网系统两大类，图2显示了1992年至2006年iea-pvps项目①成员国光伏系统的累计安装量。可以看到，并网系统已经毫无争议的占据了市场的主导地位，达到了90%以上，成为该领域的发展潮流。 j ka 图2 iea-pvps项目成员国光伏系统累计安装量 并网系统又分为分布式和集中式两种。分布式主要应用在城市屋顶并网、光伏建筑一体化和光伏声屏障系统等方面。这种系统占地少、安装灵活、投资门槛低。与离网系统相比，因为有电网电压支撑，可以不考虑负载特性而最大化的提供功率，且省去了蓄电池降低了系统成本。在德国、日本、美国等提供上网电价补贴的发达国家，普通居民均可投资建设并获取利润。而集中式则主要指大型光伏并网电站，因为需要大量土地，一般建于大漠中，作为大电源直接向高压电网送电。由于成本较高，一般由政府出资建设。 由于欧美、日本等发达国家均实施了相应的措施鼓励居民投资屋顶光伏系统。如德国实施了《上网电价法》，政府购电的价格达到德国火电价格的十倍左右；美国则是通过抵税政策来支持企业和个人投资光伏并网系统。因此，分布式并网系统的市场份额要远远大于集中式并网系统。在iea-pvps项目成员国中就达到了14:1。 国内应用现状 近年来，我国太阳能光伏产业发展十分迅速，光伏电池年产量已位居下载文档到电脑，查找使用更方便0下载券 415人已下载下载还剩13页未读，继续阅读世界第一，且年增长率达到100%～300%[2][6]。而与之相对，我国的光伏市场发展相对迟缓，甚至可以说严重落后于光伏产业的发展。图3显示了自1995年以来我国光伏市场的发展情况。可以看出，我国光伏市场的发展相当缓慢，2002～2003年国家启动“送电到乡”工程，导致安装量有所突增，2004、2005年回落到年安装量约5mwp的水平[2][7]。2006年以后，由于国家大型并网工程的促进又有所回升。以2007年为例，我国当年光伏电池产量达到1088mwp，但国内只安装了20mwp，其余几乎全部用于出口。可见，我国真正的太阳能光伏市场还远没有形成。 图3 1995年～ 2007年我国光伏系统的年装机和累计装机容量变化 截止到2007年底，我国国内光伏系统的累计安装量只有100mwp，与全球近12gwp的装机容量相比所占份额非常小。其具体分配比例如图4所示，可以看到，这些装机大部分均用于农村电气化，以解决无电地区人民的生活用电问题，而并网系统仅占到了6%[2]。 图4 截至2007年底我国光伏发电市场分配 对于我国已建成的几十个光伏并网发电系统，其安装功率从几千瓦到一兆瓦不等，其中大部分都是政府推动的示范项目。由于我国电网技术等原因，这些已建成的示范项目大部分处于试验性并网状态，大多数都安装了防逆流装置，不允许光伏电力通过电力变压器向高压电网（10kv）反送电，而只允许在低压侧（380/220v）自发自用。 总体来说，随着时间的推移，所建设并网系统的容量也在逐渐增大，目前有8座兆瓦级光伏电站正在建设之中，预计2009年底可以完工。另外，为了体现北京奥运会绿色奥运的精神，北京在国家体育中心、丰台垒球中心等奥运场馆均使用了100kwp左右的光伏并网系统，用来降低建筑物能耗。这些示范工程在促进光伏并网技术发展、降低co2排放等方面起到了很好的推动作用。但就其经济性来讲，由于当前组件价格较贵，所以还是很不划算的。以首都博物馆新馆安装的300kwp并网太阳能系统为例，总造价约2000万元人民币。而北京每天的标准日照时间为4～5个小时，如果以事业型部门电价元/度计算，一年最多节约电费：≈万元。回收成本共需要：≈年。而电池板的寿命一般只有20～30年，这显然是不划算的。又如深圳国际园林花卉博览园1mwp并网项目，总投资6600万人民币，而20年运营期内节约的电费只有1360万元[8]。因此，今后较长的时间内光伏并网发电仍需要政府政策的扶持才能发展。 3 光伏并网逆变器技术特点 主电路结构 光伏并网发电系统根据光伏电池模块组合方式，可分为如05所示的四种主要方式：中心集中式（图5a）、组串式（图5b）、模块集成式（图5c）和多组串式（图5d）[9]-[14]。 图5 光伏系统与组件的组合方式 中心集中式是将多个光伏模块进行串并联的排列组合然后接入到一个逆变器上。这种结构可以直接向光伏逆变器输入高电压和大电流，提高了转换效率。而且装置比较简单、成本低，适用于大型的高功率

太阳能长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致"温室效应"和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。1974年至1997年，美日等发达国家硅半导体光电池发电成本降低了一个数量级：从每瓦50美元降到了5美元。此后世界各国专家大都认为，要使太阳能电站与传统电站（主要是火电站）相比具有经济竞争力，还有一段同样长的路要走——其成本再降低一个数量级才行。目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。在死海之畔有一个1979年建的7000平方米的实验太阳池，为一台150千瓦发电机供热。美国计划将其盐湖的8．3％面积（约8000平方千米）建成太阳池，为600兆瓦的发电机组供热。今年6月，亚美尼亚无线电物理所的专家宣布，已在该国山地开始建造其“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站。该电站使用的涡轮机不是新的，而是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机，装机容量仅100千瓦，但发电成本仅0．5美分／千瓦小时，效率高达40％—50％。俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令人瞩目的进展。一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合，给太阳池附设冰槽等设施，设计出了适用于农家的新式太阳池。按这种设计，一个6到8口人的农户建一个70平方米的太阳池，便可满足其100平方米住房全年的用电需要。另一家研究机构提出了组合式太阳池电站的设计思想，即利用热泵、热管等技术将太阳能和地热、居室废热等综合利用起来，使太阳池发电的成本大大下降，在北高加索地区能与火电站竞争，并且一年四季都可用，夏天可用于空调，冬天可用于采暖。对于淡水资源缺乏的国家来说，太阳池还有另一项不可多得的好处：据专家测算，在近海浅水区建一个面积2163平方千米、深米的太阳池，可为10吉瓦的发电机组供热，并可每年产淡水2立方千米。在欧美一些先进国家，目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”，这是一种将太阳能转换硅片密封在（尤如夹层玻璃）双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”以及我国已开展的“光明工程”将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮，极大的促进了太阳能在新型建材产品中的应用。在发展中国家，各国也在积极发展利用太阳能。如菲律宾早在九九年，政府已批出了首个太阳能计划，在澳洲政府“海外援助计划”的协助下，在全国263个社区安装1000个太阳能系统。目前菲政府正在推行全球最大太阳能应用计划，整个计划耗资4800万美元，是目前为止世界上最庞大的太阳能计划。太阳能发电计划共分两期，受惠的除了民居外，还包括25个灌溉系统、97个净水及分配系统、68间学校和社区中心，及35间诊所。由此看来，全人类梦寐以求的太阳能时代实际上已近在眼前，包括到太空去收集太阳能，把它传输到地球，使之变为电力，以解决人类面临的能源危机。随着科学技术的进步，这已不是一个梦想。由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，最近将在太空组装，不久将开始向地面供电。在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅）太阳能电池生产厂，年产量约有兆瓦（注：1兆瓦（MW）为1000千瓦），工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达％，比目前平均转换效率提高了3个百分点。据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高，其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃就完全依赖进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。目前国家计委和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的支持，国内已有多家企业涉足。北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏发电产业进行调查的单位之一。于1998年在国内首家引进了76千瓦国际上先进的屋面太阳能发电系统，至今一直运行稳定、效果良好。这套系统日均发电量为12千瓦时以上，可满足1个小康之家用电要求。该集团还与瑞士的ATLANTIS公司合资组建了北京-阿脱兰太阳能科技有限公司，合资生产太阳能光伏发电组件和屋面发电组件两大系列、多个品种的光伏发电产品，并将这一世界领先的太阳能利用新技术引入了中国。河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿（Piikington）太阳能国际有限公司在中国独家总代理，现已投入生产世界先进的太阳能电池玻璃封装设备和配套材料，如德国凯米特化学制品有限公司的优质湿法玻璃层压设备、湿法灌浆液（封装介质）等。振海集团的基地于1999年11月已在我国率先安装了100多平方米的光电玻璃幕墙示范建筑物，现已竣工投入应用，其运行使用效果良好，已成国内一大景观及太阳能光伏发电工程的典范。太阳能集热管是清华大学的一项专利技术，经清华阳光公司的产业化生产，目前其年产量为世界第一，其产品性能为世界领先，清华阳光公司的晒乐牌太阳能集热管及集热装置，用六七年时间完成了小试、中试到大规模生产，目前已经建成世界上生产规模最大的集热管生产厂，每年可生产500万支全世界集热效率最高的全玻璃真空集热管，预计这个项目的经营额再过不久将达到10亿元。

太阳能发电，太阳能LED照明节能减排，实现能源替代，效果显著。经过两年多的实践，人们认识到太阳能热利用是投资少、见效快、经济实用、节能减排，实现我国能源替代的一个好产业，国家也正大力扶持和支持，学校、宾馆、饭店、洗浴中心,广场，农村道路，市政要道等等纷纷建设太阳能照明系统，太阳能发电照明系统的市场存在扩大空间。新农村建设与建筑节能也为太阳能照明的应用推广带来机遇。 我国虽号称世界生产第一大国，但中国太阳能发电LED照明市场不容乐观。伴随着中国太阳能LED照明产业的急速发展，行业内竞争者极剧增加，大量小规模生产企业和无品牌小作坊混杂其中。杂牌企业因为规模小、质量差、服务弱，只能依靠价格战生存，给真正高投入进行产品研发、推广和生产的优秀企业带来困难，进而影响了太阳能LED照明的产业形象，阻碍了太阳能发电LED照明系统的推广使用。目前全国太阳能发电LED照明企业已达5000多家，然而，实际年产值过亿元的企业只有20家，前十名品牌市场份额相加起来也不超过20%。散、乱、差已经成为行业健康发展的瓶颈。目前，照明消耗约占整个电力消耗的20%左右，降低照明用电是节省能源的重要途径。为实现这一目标，业界已研究开发出多种节能照明器具，并取得了一定的成效。但是，距离“绿色照明”的要求还较远，开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。 到2006年底，我国可再生能源利用量总计为2亿吨标准煤（不包括传统方式利用生物质能），约占个百分点，为2010年实现可再生能源占全国一次能源消费总量10%的目标迈出了坚实的一步。目前，我国正在从以下几个方面来推动光伏发电的国内市场发展：一、启动送电到村工程;二、在特殊工程上运用光伏发电，如世博会、奥运会等;三、在沙漠地区建光伏电站;四、动员一些城市启动屋顶计划;五、研究制定提高光伏发电竞争力的电价政策（光伏产品90%的出口以及国内市场的缺失，都可能限制中国光伏产业的长远发展。一旦国外光伏产业政策有变或者为保护本国产业采取限制进口的措施，中国近年来大量上马的光伏项目将面临困境）。 a. 太阳能照明的技术创新 LED以低功耗、超常的使用寿命被广泛应用到信号指示、数码显示等弱电领域。然而，由于传统LED光源开光角小，点面积的亮度高，光的散射具有极强的方向性，光源易形成光点，光均匀度不好等因素，束缚了其在照明领域的应用。 通过对传统太阳能照明灯具结构、智能控制器、反光灯角度的更新和技术改进，进行最佳倾斜角设计，使平头和圆头优势互补，从而使其发光更均匀、整体亮度更高、成本更低、更有利于应用推广。 平头LED的柱式和炬式组合光源结构，通过合理控制平头超高亮度白光LED安装倾斜角度，使LED组合光源所发出照明光的均匀度及照度得到大幅提升。该技术不但能使光效加强，而且组合光源耗能仅4W左右，所发出光的亮度可达20W节能灯或40W白炽灯的亮度，可以更有效利用太阳能。只需要12W太阳能电池的容量，12V/24Ah的蓄电池组就能够保证此种LED发光源在5个阴雨天持续有效工作，并且，使用寿命在10万个小时以上，为节能灯的10倍以上。 为路灯领域专门研制的组合发光源——十字型和矩形组合发光源，充分发挥平头LED开光角度大光均匀度好和圆头LED点面积亮度高的优点，使两者取长补短，发挥最大的光效，克服了平头LED点面积亮度不如圆头LED，而圆头LED光均匀度不如平头LED的缺点。 在控制器方面，利用太阳能光电转换技术，实现电能的最大化收集，在电能的储备完成后，蓄电池向发光源提供12V直流电源，使发光源产生6500K的白光。同时，通过精简智能控制器结构，使结构更加简单，故障率更低，为进一步降低成本做好了技术准备。而且，通过检测太阳能电池输出和蓄电池电量，从而确定系统工作状态，实现了整个系统的自动控制和智能管理。 b. 太阳能照明灯具的推广应用 太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其无可比拟的优势得到迅速的推广应用。作为第四代新光源，在城市亮化美化、道路照明、庭院照明、室内照明以及其他各领域的照明和应用中得到了有效的利用。尤其是在偏远无电地区，太阳能照明灯具更具有广泛的应用前景。 一般人认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还要节能1/4，这是固体光源伟大的革新。除此之外，LED还具有光线质量高，基本上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿色照明光源。 超高亮LED的研制成功，大大地降低了太阳能灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本报价，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。由于LED具有的光效率高，发热量低等优势，已经越来越多地应用在照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。 在我国西部，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯渐成规模。随着太阳能灯具的大力发展，“绿色照明”必将会成为一种必然趋势节能发电照明下太阳能的机会：2010年，中国道路照明市场预期达2800多万盏路灯，每年约新增及更换路灯达300-400万盏，呈现出庞大的LED大功率路灯市场。2011年LED路灯增长约800多万盏，产值达亿美元。随着LED光效的提高与价格的下降而大面积应用，由此LED照明市场需求的潜力将会迸发。 行业背景：LED照明中南市场润含商机无限我国经济建设情况好转，城市化基础建设进程加快,使LED照明产业得到了迅猛发展。中部崛起战略的实施，文明城市创建，将促使湖南经济不断发展，城市基础设施建设不断加快，城市道路照明设施数量大幅剧增2010年的春季灯饰展共有9个国家和地区的381家商号参展，吸引了22,784名业内买家参观，较2009年增加40%。专区大放光芒大会设置不同专区，以突显灯饰业主要的业务领域，除了LED照明专区及环保照明专区，还有迎合市场对节庆及装饰灯具需求的装饰照明专区，其他专区包括灯饰配件及零件专区，灯饰管理丶设计及技术专区，以及专业照明专区。 太阳能灯展会说明：美国和中国内地是最大的市场，分别占23%及20%份额。春季灯饰展在4月举行，国际买家都在这个采购旺季汇聚亚洲，观摩最新产品，发掘新颖意念。促进资讯交流照明科技持续向前迈进，推动灯饰业蒸蒸日上，业者必须追上业界步伐，留意市场最新动态。加大高效照明产品推广力度，增强居民使用高效照明产品意愿，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用，打造自己的优势品牌已成为我国灯具行业结构调整的重点和灯具行业持续发展的目标。 另外，从技术的角度来说，太阳能充电站既是充电站，也是发电站，也是储能电站，三位一体，看上去很美。但是从商业的角度来说，如果只是经营这三项业务，很可能是长期亏损的。太阳能充电站首先必须是电动自行车、电动摩托车和电动汽车的销售和服务网点，这样才能保证从开始营运就有一定的现金收入。其次，太阳能充电站必须建设咖啡店、杂货店、茶餐厅之类的服务设施，因为充电和维护的时间比加油的时间要长，客户正好利用这段时间休闲购物。因为太阳能充电站既没有汽油和柴油的异味，也没有油库起火的恐惧，来往均是零排放的车辆，如果规划设计和管理得法，它们完全可以成为城市沙漠里的绿洲，成为农村绿洲里的宫殿，成为城乡结合的靓丽风景线。 设想中国的高速公路(甚至非高速的公路)旁建满了太阳能充电站会是一番什么样的景象……，这便是我们梦寐以求的城乡一体化，因为城市延伸到了乡村，而乡村延伸到了城市；这便是我们梦寐以求的低碳经济，因为太阳能充电站完全没有碳排放；这便是我们梦寐以求的拉动内需，因为太阳能充电站的投资与消费都在国内，既不需要出口，也不需要进口；这便是我们梦寐以求的经济结构转型和产业升级，因为太阳能充电站既是高科技，又是服务业，完全没有重复建设和产能过剩的问题；这便是我们梦寐以求的能源安全，因为太阳能不需要进口，不怕索马里海盗，不经过马六甲海峡，也不担心核辐射。 能源供应是制约中国增长和崛起的根本问题，而太阳能是地球的终极能源。与其花几百亿几千亿到塔里木建太阳能电站再花几千亿几万亿许输送到万家亿户，不如花几万亿在全国各地建几百万几千万个太阳能充电站。如果全国能够比较均衡地发展，大家也就不会挤在北京上海深圳几个大城市，把楼价炒到几十万一平米让亿万百姓望楼兴叹毕生戮力为一蜗居而不可得。太阳能充电站是中国人的机会，是中国人投资的机会，就业的机会，改善居住环境和提高消费水平的机会。2）. 风险研究：1. 硅原料供应紧张今天这个行业面临的最重要的问题就是硅原料供应。一年前，在第一份太阳能行业报告中，我们预测对硅原料的强劲需求增长伴随着有限的产能扩张，将导致非常高的硅料价格，以及硅料利用率的迅速提高，在过去的一年里，这个故事变成现实。下面是对供应紧张情况的描述以及这个紧张市场带来的正面和负面影响的仔细分析电子和太阳能两个行业使用的高纯度硅从2009 年的31000 吨增长到2010 年的35000吨左右，这个增长是由电子行业5%的年用量增长和太阳能行业20%的年用量增长推动的。许多太阳能公司要使用大量的硅料，如Evergreen Solar，京磁，茂迪，夏普，SolarWorld，Suntech（无锡尚德）等，如果原料充足，太阳能行业可以消耗更多的原料，因为太阳能终端用户的需求增长远超过目前可得到的硅原料。我们预计明年使用的硅料将增长到39000吨，增长速度仅受限于硅料供应。 2. 太阳能行业硅料用量 供应跟不上飚升的需求的原因是新的硅料生产线（即使是熟地工厂）需要18 到24 个月的建设期，而5000 吨的产能需要 亿到5 亿美元的投资。短期的措施是消除生产薄弱环节，生产线满负荷运作，降低库存。去年以上情况都发生了，但只起到有限的作用。我们的调查显示，全球产量将从2009 年的61000 吨增长到2010 年的65000 吨和2007 年的52000吨（产量和用量之间的差额是约1000 吨废料），总体而言，这些短期措施仅使年供应量增加了12%，如果全部用于太阳能相当于300 兆瓦，虽然这些增长已相当可观，但是它是远远不能满足快速增长的太阳能行业的需求。由于来自太阳能行业的需求增长超过了产能的增长，导致硅料的价格大幅上升，在过去的两年，太阳能级的硅料价格上涨了67%，从2009 年的每公斤24 美元到2010 年的32 美元及今年的40 美元，而2012 年很可能进一步上涨到每公斤50 美元。电子级硅料的价格也跟随同样的上涨步伐（通常电子级硅的成本比太阳能级的硅高10 美元/公斤）。值得指出的是对太阳能级硅料价格的预估超出了我们在去年报告中的预估，同时值得注意的是我们看到价格还有上涨的潜力，因为太阳能和电子公司双方都在继续争夺硅料的供应。a. 硅料紧张的正面影响 1、促进了上业的利润增长紧张的硅料市场对这个行业里的公司具有正面的影响，随着科技泡沫的破灭，硅料生产商经历了数年的损失，而如今Hemloack，Wacker，Tokuyama，Rec 和MEMC 等公司正享受一段非常有利可图的时期。两年中，太阳能级和电子级硅料全球平均价格都上涨了大约15美元/公斤，这个结果导致它们的税前利润率从盈亏平衡上升到30%，我们预期2012 年会进一步上升到40%。面对飚升的需求和高涨的价格，所有原料生产商的一致反应是扩大产能。 从硅料的长期展望来看，到2010 年硅料产量将有非常大的增长。根据已经投资和很可能投资的产能扩张计划，我们回首硅料产量从2005 年的32000 吨增长到2006 年的36000 吨，2007 年的42000 吨，2008 年的52000 吨，2009 年的61000 吨，2010 年的65000 吨。2010年的预测中包括中国、台湾和韩国等东亚地区的约10000 吨。 2、减少了中游的价格竞争压力与硅料短缺对很多太阳能公司是不利的观点相反，我们认为价格上涨对很多公司是一个好消息。在通常情况下，紧张的硅料市场意味着下游的价格竞争在减弱，因为能获取原料比价格更重要。实际影响是，硅原料价格的上涨已传导到整个供应链，在供应链的每个层面都可以看到价格的上涨。我们预计硅料价格从去年的每公斤32 美元上涨到今年的40 美元和2012 年的50 美元，这意味着太阳能电池每瓦的硅料成本在2009 年上升了 美元，2010年上升了 美元。硅料成本的上升已经被硅片、电池片和组件价格的上涨所抵消，简而言之，硅料价格的上涨对许多太阳能公司都是一个好消息。 3、硅料利用率的持续提高 随着供应紧张和价格上涨，供应商和下游客户都有非常大的动力来提高硅料的使用效率，在整个生产供应链的各个步骤都取得了一定进步。在上游，硅料生产商减少废品率，大型硅料生产商的废品率占整个产量的比重由一年前的10%下降到2010 年的5%。同样，硅锭制造商在利用更多的可循环原料，硅片制造商在切割更薄的硅片并减少切割的损耗，电池片制造商在生产转换效率更高的电池。例如，夏普生产的部分电池的厚度已低于200 微米，2009年行业平均厚度约为300 微米，Sunpower 公司生产的电池的转换效率达到21%，2009年行业平均转换效率为17％。所有这些努力都对减少硅原料的每瓦用量产生了可观的作用，根据众多调查，硅原料的每瓦用料从2009 的12 克减少到2010 年的11克，2012 年将进一步下降到10 克。这等于在相同的硅料用量下2010 年新增了100MW 的产量，2011 年新增了225MW产量（相当于2009 年全年产量的20%） 4、鼓励成本的节约 因为价格竞争有限，任何成本的节约直接增加了利润空间，这产生了减少成本的强大动力。减少成本通常集中在提高硅料的使用效率上，例如减少切割损耗，切出更薄的硅片和提高太阳能电池的转换效率。利润增加的一个事例是，REC 的子公司ScanWafer 生产的硅片约占全球的13%（2009 年为300MW），尽管硅料价格在上涨（ScanWafer 是按市场价从REC 子公司SGS 内部获取硅料的），ScanWafer 的EBIT 利润率从4%提高到13%，增长了3 倍，同样的事例也发生在电池和组件身上（注：中国的企业在组件生产具有巨大的人工成本优势）。在所有中游制造商都在努力大幅降低成本的情况下，我们预期那些没有受到硅料供应紧张影响的公司的利润率，在未来的18 到24 个月将进一步提高。 5、促使市场集中度的提高 可能有一打的中游的优势公司将会从紧张的市场中获益，这包括那些与原料供应商有很强战略关系的大型硅片、电池片和组件公司，如Sharp，SolarWorld，REC，Q－cells，以及那些在硅料使用效率处于行业领先因而能支付较高的硅料价格的公司，如EvergreenSolar，Sunpower，RWE Schott，另外投资扩张于非硅技术的公司如ECD，First Solar，Wurth也有可能扩大市场份额。总之，我们预期领先的太阳能电池制造商的市场份额在2010 和2011年将继续扩大。 6、促进非晶硅技术的发展 硅料供应紧张和价格上涨促使非晶硅技术的产出在上升，我们预计基于非晶硅技术的太阳能电池的产量将从2009 年的90MW 提高到2010 年的140MW 和2011 年的240MW，这些增长主要来自于CSG－Solar，Fisrt Solar，ECD，Kaneka，Mitsubishi Heavy，Fuji Electric，Antec Solar，Shell，Wurth，Daystar 以及其它公司。 总结：我们对硅料供应自下而上的估算表明，尽管存在原料供应紧张的问题，整个太阳能电池行业在2010 和2011 年产量将持续快速增长，我们预期2012 年产量至少增加，从2009 年的 增加到 以上。这种增长是由硅料产量的增加，硅料库存的减少，硅利用率的提高以及非硅技术的新增部分等几个因素共同促成的。在2010 年，以上因素会促使太阳能电池产量增加到。这意味2005 年产量至少增长30%，2006 年至少增长35%。b. 硅料紧张的负面影响 紧张的硅料市场当然具有负面的作用，尤其是它增加了所有公司的波动和风险。甚至是有可靠原料供应和产能利用率高的公司也可能出现盈利的波动。硅料供应紧张可能造成更高波动和风险的几个原因如下： 1、原料库存水平降低 许多公司的硅原料库存（指多晶硅和硅片）已经降至极低，一家大型电池和组件公司的原料库存从2004 初的50 天下降到只有不到5 天的原料库存。许多小公司根本没有硅料和硅片库存，这些小公司面临缺少原料而被市场挤出的风险，硅料供应商倾向于供给那些他们认为有很大机会生存以及履行长期合约的大客户。很低的原料库存增加了产量和盈利波动的风险，例如台湾茂迪2005 年第一季由于硅片短缺，销售收入月环比出现了9%的负增长（同比则增长了164%）。 2、发生工厂事故的可能 硅料市场的另一个风险来自于硅料工厂可能发生事故，表面看，这种风险是真实存在的，因为为了满足需求，这些工厂都在超负荷运转，几乎没有维护。经管如此，对大型硅料生产商的调查说明，根据历史纪录判断发生大的事故的可能性很小。但是现在，这种风险值得牢记在心，因为它会对中游生产商的产量和利润带来波动。例如，一座年产5000 吨的工厂由于事故关闭了一周，将减少100 吨的硅料供应，相当于8MW 的光伏产量。虽然8MW 只是全球年产量的％，它是夏普月产量的25%，占小公司产量的比例就更高，而小公司可能会因事故而被完全中断原料供应。 3、电子需求的复苏 还有一个风险来自于电子工业需求增长速度的大幅提高。我们预计在2010 和2011 年电子工业硅料用量的年增长率为5%，在目前的订单和电子工业下游增长速率的情况下，大部分被调查者认为这样的用量增长是现实的。但是如果电子产品的需求超过了这个水平，它将会对太阳能行业的硅料供应造成挤压，从而产生更大的波动。 4、传统硅料供应链关系的混乱 传统上，太阳能行业使用的大部分硅都是由硅锭和硅片制造商购买的，这些硅料来自于硅料生产商、再循环的硅料以及电子工业的晶片生产商手中。随着硅料市场变得越来越紧张，下游的公司如电池片公司、组件制造商，甚至零售商和系统安装公司也在与硅料公司联系，期望为他们的上游公司获取硅料。紧张的市场和传统销售渠道的混乱造成快速膨胀的大量客户涌向所有可能的供应商那儿寻找硅料，这个结果产生了人为需求和甚至蜂抢的短缺心理。 5、产能利用率下降 表面上看，太阳能电池产量的增长似乎是强劲的，但是它远远不能满足终端客户的需求以及太阳能生产商的需求，根据调查，全球硅锭、硅片、电池片和组件公司的产能利用率只有70-80%。许多公司的产能利用率更低，例如在中国，硅锭和硅片公司的产能利用率通常低于50%。随着下半年新增产能的释放，这个数值可能会继续下降。显然，低的产能利用率对利润率有很大的冲击。 以上对整个行业是个坏消息，但这只是故事的一部分，因为紧张的硅料市场会给优势企业带来暴利。对硅料产能制约的总结。我们认为在未来两年硅料供应紧张是太阳能行业最主要的风险，如果其中某些公司无法获取足够的原料供应，将会造成盈利增长波动的风险。但是，紧张的硅料市场也有积极的一面，尤其对那些能够成功获取硅料的公司，例如上游企业高额的利润率，减少了中下游企业的竞争，成本节约带来的利润增长，市场集中度的提高等，总体而言，硅料紧张提高了盈利空间但也带来了很大的波动，为了平衡原料供应给公司带来的风险，我们建议投资者对太阳能采取组合投资的方式。