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       随着平价时代的到来，国内外光伏装机有望进入上行空间。2020 年，全 球和我国光伏新增装机量达 130 和 48.2GW，同增 13.1%和 60.1%，其 中我国集中式和分布式光伏电站新增装机量分别为 32.68 和 15.52GW。2020 年，全球光伏新增装机中，美国依旧保持全球第二大装机市场，越 南则从第五名跃居成为全球第三大装机市场，印度市场受影响下降明 显。在乐观情况下，预计 2021 年我国和全球光伏新增装机需求将达到 65 和 170GW。

      大尺寸和薄片化为硅片带来了新的技术方向，我们预计 2021 年全球单 晶硅片设备总空间为 203.98 亿元。随着金刚线切割技术的运用，单晶硅 片市场占比逐年提升，预计到 2022 年将达 80%。作为单晶硅片，2020 年以来隆基股份和中环股份均有扩产规划，其中隆基股份宣布 了 5 项单晶硅棒和硅片的扩产项目，总扩产规模达 70GW，而中环股份则 预计在今年 3 月中下旬开始 50GW 的 G12 单晶硅材料智能工厂的建设， 年底前开始投产。未来硅片的发展方向为“提效降本”，其中 N 型硅助力 提效，大尺寸和薄片化利于降本。根据 CPIA 分析，预计 2021 年 M10 和 G12 合计市占率将占据半壁江山，此后成为市场主流。我们预计 2021- 2023 年全球硅片设备空间为 203.98、232.21 和 310.61 亿元。

      随着异质结降本增效的逐渐推进，电池片设备空间有望迎来进一步扩大， 我们预计 2021 年全球电池片设备空间为 194.67 亿元。电池片技术经 历了开始的铝背场，到当下主流的 PERC，未来的发展方向在于转换效率 更高的 TOPCon 和异质结。目前 TOPCon 平均量产效率在 22.5%-23%， 较高量产效率和转换效率达 24.5%和 24.9%。已有隆基股份、晶澳科技、 中来股份等公司入局。HJT 中试线平均量产效率普遍在 24%左右， 效率为钧石的 25.2%。2020 年异质结设备各环节均已实现国产化，当前 单 GW 设备成本已降至 4.5 亿元。随着多主栅及银包铜技术的推进，异 质结银浆耗量将得以进一步降低，综合成本有望在 2 年内达到 PERC 电池 片的水平。我们预计 2021-2023 年全球电池片设备空间为 194.67、 197.35 和 239.44 亿元。

      主栅和半片技术的迅猛发展，推动了组件的降本和提效，而叠瓦技术则 需设备成本的进一步下降才可获得更高的市场份额。我们预计 2021- 2023 年全球组件设备空间合计为 194.03 亿元。2020 年市场上以 9 主 栅及以上组件为主，占比达 66.2%。多主栅组件可通过降低银浆消耗和提 高受光面积来提升组件的性价比，预计到 2030 年，9 主栅及以上电池片 市场占有率将持续增加，从而带动了多主栅串焊机的市场份额。2020 年 半片组件的市占率达 71%，提升了激光划片机和串焊机的设备需求。而 叠瓦组件则需设备成本的进一步下降才可获得更高的市场增量。我们预计 2021-2023 年全球组件设备空间为 52.25、62.66 和 79.12 亿元，合 计为 194.03 亿元。

一、光伏行业的历史及现状：从扶持中来到平价中去

1.1 太阳能光伏的发电原理：半导体 PN 结的“光生伏特xiao应”

      世界上的物体如果以导电的性能来加以区分，有的很容易导电，有的则不容易导电。容 易导电的物体如金、银、铜、铝等金属，不容易导电的物体被称之为绝缘体，如塑料、 橡胶、玻璃、石英等。而若导电性能介于这二者之间，则称之为半导体，常见的半导体 有硅、锗、砷化镓、硫化镉等，其中硅是各种半导体中应用较广的一种。

      半导体内有少量的自由电子，在特定条件下可导电。原子是由原子核及其周围的电子构成的，当这些电子能脱离原子核的束缚自由运动时，则称之为自由电子。金属之所以容 易导电，是因为金属体内有大量的自由电子，在电场的作用下，这些电子有规律地沿着 电场的相反方向流动，形成电流。自由电子的数量越多，或在电场的作用下有规律流动 的平均速度越快，则电流越大。由于电子运动时运载的是电量，因此这种运载电量的粒 子，也被称为载流子。在常温下，绝缘体内有极少量的自由电子，因此对外不呈现导 电性。而半导体内有少量的自由电子，在一些特定条件下才能导电。

     半导体的电阻率对温度和光照的变化反应灵敏，可人为地控制其导电性能。例如锗的温 度从 20°C 升高到 30°C，电阻率就要降低约一半，而金属的电阻率随温度的变化则较小。且当金属中含有少量杂质时，电阻率的变化将变得更小。然而，在半导体中掺入微量的 杂质时，却可以引起电阻率发生很大的变化。例如在纯硅中掺入百万分之一的硼，硅的 电阻率就会从 214000Ω·cm 迅速减小到 0.4Ω·cm，导电能力提高了 50 多万倍。此外， 金属的电阻率不受光照影响，但半导体的电阻率在适当的光线照射下可以发生明显的变 化，因此半导体的导电性能更易通过人为操控。

      目前，以高纯度硅材料作为主要原材料的晶体硅太阳能电池是主流产品。其中原因主要 包括：1）地球中硅元素的含量巨大，次于氧元素；2）硅元素的性质稳定，可以轻易 制备出界面缺陷极少的硅-氧化硅界面；3）硅元素提纯技术成熟，制作成本低，如今硅 的提纯可以达到 99.999999999%；4）氧化硅是无毒无害的物质，且不溶于水，也不溶 于大多数的酸，适用于印刷电路板的腐蚀印刷技术。

      存在多余电子的被称之为 N 型硅，存在多余空穴的被称为 P 型硅，其中 N 型硅中较多 掺杂磷原子，P 型硅中则较多掺杂硼原子。从硅的原子结构中可以知晓，硅原子是四价元素，每个原子的外壳有 4 个电子，在硅晶体中每个硅原子有 4 个相邻原子，因此硅 原子会与周围的 4 个原子形成 4 组共价键，形成稳定的 8 电子壳层。但产生电流需要自 由电子，因此稳定的硅原子需要通过掺杂其他原子来产生自由电子。若往硅原子中掺杂 V 族元素（如锑、砷、磷），由于其外层有 5 个电子，除与相邻的硅原子形成共价键外， 还多余 1 个电子，因此只要杂质原子得到很小的能量，就可以释放出电子形成自由电子。而若往硅中掺杂Ⅲ族元素（如硼、铝、镓），由于其外层有 3 个电子，与硅原子形成完 整的共价键上缺少一个电子，因此需从相邻的硅原子中夺取一个价电子来形成完整的共 价键，而被夺走的电子留下了一个空位，成为空穴。该结合可用很小的能量加以破坏， 从而形成自由空穴。因此，存在多余电子的被称之为 N 型硅，存在多余空穴的被称为 P 型硅，其中 N 型硅中较多掺杂磷原子，P 型硅中则较多掺杂硼原子。

      在硅晶体中，当 N 型硅和 P 型硅紧接在一起时（通常在 N 型硅的表面掺硼或在 P 型硅 的表面掺磷），将它们的交界处称为 PN 结。由于结两边的电子和空穴存在浓度差，因此 电子会从 N 区向 P 区扩散，而空穴则从 P 区向 N 区扩散，其结果就是 N 区出现正电荷， P 区出现负电荷，这两种电荷层在半导体内部建立了一个内建电场，电场线的的指向是 从正电荷区指向负电荷区，而电子是逆着电场线的方向运动的。随着 N 区电子跑向 P 区 的越来越多，电场强度越来越大，后来电子从 N 区向 P 区转移的动力与电场所施加的阻 力相互抵消，PN 结达到了一个稳定的状态。

      太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特xiao应，其中电流的产生来源于“导体中自由电 荷在电场里的作用下做有规则的定向运动”。当光照射在 PN 结上时，产生“电子——空 穴对”，受内建电场的吸引，电子流入 N 区，空穴流入 P 区，结果使得 N 区储存了过剩 的电子，P 区有过剩的空穴，它们在 PN 结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电 场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使 P 区带正电，N 区带负电，在 N 区和 P 区之间 的薄层就产生电动势，即光生伏特xiao应。此时，若在电池外接一根导线，则电子就会从 N 型硅沿着外部导线向 P 型硅跑去，从而就产生了电流。

1.2 21 世纪前光伏行业处于探索阶段

       自科学家发现“光生伏特xiao应”到现代硅太阳电池时代到来，历经了 115 年，在此期间， 太阳电池的效率由开始的 1%提升到了 6%。1839 年，法国科学家 Alexandre Edmond Becqurel 发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，若用导线将不同部位连接起来，则有电流输出。这种现象后来被称为“光生伏特xiao应”。其后在 1876 年，科 学家在固态硒的系统中观察到了光伏效应，并开发出了 Se/CuO 光电池。1883 年，Charles Fritts 发明了半导体硒太阳电池，但光电转换效率有 1%。此后，Russell Ohl 于 1941 年发现了硅中的 PN 结和光伏效应，从而促进了结晶体管和太阳能电池的发展。在此基 础上，美国贝尔实验室 D.M. Chapin，C.S. Fuller 和 G.L. Pearson 等人在 1954 年制出了 无机单晶太阳能电池，其光电转化效率达到了 6%。现代硅太阳电池时代从此开 始。同年，韦克尔初次发现砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜制成了首块薄膜太阳能电池。硅太阳能电池于 1958 年初次在人造卫星上得以应用，从此开始 了研究、利用太阳能发电的新阶段。随后在 1960 年，太阳能电池初次实现了并网运行。

       20 世纪 70 年代的初次石油危机促使发达国家增加了对包括太阳能在内的可再生能 源的政策支持和资金投入，光伏行业逐步走向公众视野。美国于 1973 年制定了太阳能 发电计划，太阳能研究经费大幅增长，其不但成立了太阳能开发银行，还促使了太阳能 产品的商业化，并于 1978 年建成了 1000kW 太阳能地面光伏电站。1974 年日本公 布了“阳光计划”，对太阳能研究进行了大量投入，计划主要的研究项目包括太阳能电池 生产系统、分散型和大型光伏发电系统以及太阳能热发电等。在 1980 年，单晶硅太阳能 电池效率达到 20%、砷化镓电池达 22.5%、多晶硅电池达 14.5%，而硫化镉电池效率则 达 9.15%。1992 年召开了“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢 环境与发展宣言》、《21 世纪议程》和《UN气候变化框架公约》等一系列文件，把环 境与发展纳入统一框架，确立了可持续发展的模式。在 1993 年日本重新制定了“阳光计 划”。此后，在 1997 年美国推出了“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”。

1.3 21 世纪以来光伏行业的重要性逐渐凸显

     进入本世纪以来，在全球气候变暖、生态环境恶化、常规能源资源日益短缺的形势下， 世界各国纷纷推出了再生能源补贴政策。此时光伏行业的发展可以分为四个阶段。

1.3.1 发展初期（2000-2010）：装机量复合增速达 38.7%，主要发展地在欧洲

     2000 年以来，全球太阳能光伏产业进入了高速发展期，太阳能光伏年装机量得到了快 速增长，上游相关行业也因此得以迅猛发展。2000 年，德国颁布了《可再生能源法》， 为德国光伏产业的快速发展奠定了坚实的法律基础。2004 年，德国对《可再生能源法》 进行初次修订，大幅提高了光伏电站电价的水平，收益率的突升使得资本大量涌入， 从而带动了德国光伏产业的快速发展。此后，西班牙及意大利也相继通过法案，对太阳 能光伏发电进行补贴。至此，太阳能作为清洁能源在全球范围内得到了越来越多的利用。

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