


华为逆变器崛起史

1996年,刚刚入职华为不到一年的李玉琢第一次见识到了任正非的鲜明的个人风格。
那时,李玉琢接手了一家叫做“莫贝克”的华为子公司,担任总经理。这个看起来跟华为并无关系的名字是从莫尔斯、贝尔、马克尼这三个通讯技术发明人名字中各取一个字母而来。
在李玉琢之前,莫贝克主要为华为做配套,“做一些包装木箱、电缆头和二次配线之类的零活,还有一些已经过时了的小型交换机”,是一家大部分员工薪水都要靠华为开支的寄生企业。
当初,这家企业是为了缓解华为在开发c&c 08程控交换机时的资金紧张,与全国21家省会城市邮电系统合作成立的。到1995年时,华为决定赋予莫贝克新的使命:将华为电源事业部并入莫贝克,莫贝克成为一家专营通信电源的公司。李玉琢就是在那个时候从华为来到了莫贝克。
当时李玉琢连国内电源老大是谁都不知道,对技术和市场更是一无所知,但还是硬着头皮答应了。
李玉琢郁闷了,任正非确实满足了他“追求挑战”的性格,但万万没想到竟是这样“出尔反尔”的方式……
在后来莫贝克短暂的岁月中,任正非还给他出过几次这样的难题,逼迫着莫贝克这家企业从寄生到独立。1996年底,莫贝克实现了2.16亿元销售合同,利润达5000万元。
第二年,莫贝克更名“华为电气”,这就是华为能源事业的前身。2000年,华为电气市场份额全国第一。

只不过,还没来得及做到亚洲第一,华为电气就和华为一起迎来了“至暗时刻”。
危机来临,以牺牲华为电气为代价,华为得以一时无虞。但华为的能源事业也就此蛰伏。
当时没人知道,华为从未真正放弃过这一事业。当时代变革,新的机会显现,华为又重返了这个战场,势如破竹,一路凯歌。
● 过冬
2000年时,任正非曾发表过一篇著名的文章叫《华为的冬天》。当时正值欧美互联网泡沫破灭,全球通信设备行业遭受重创。
在这之前,华为还发生过一件大事,被任正非后来回忆“痛苦了多年”。
世纪之交时,移动通信快速发展。电信面临着移动和联通的竞争,苦于没有电信牌照,因此想通过小灵通(PHS)技术来进入无线通讯市场。
2000年,当时的信息产业部下发通知,将小灵通定位为“固定电话的补充和延伸”,标志着限制小灵通发展的政策有所松动。华为市场一线代表纷纷向总部提出发展小灵通技术,但华为已经在GSM和3G设备上投入巨大,任正非最后决定不做。
尽管从现在的角度看,小灵通也不过仅存在了十余年。但看当时专做小灵通设备和手机的厂商UT斯达康,从一家名不见经传的小企业成长成为了年收入超过200亿的电信巨头,对当时的华为而言,确实是错失了一个大赚特赚的机会。
后来,任正非曾经描述过这个时刻:
“我当年精神抑郁,就是为了一个小灵通,为了一个TD,我痛苦了8至10年。我并不怕来自外部的压力,而是怕来自内部的压力。我不让做,会不会使公司就走向错误,崩溃了?做了,是否会损失我争夺战略高地(GSM和3G)的资源。”
其实,在2000年泡沫破灭时,华为还未受到波及,并且在这一年实现了220亿营收,29亿营业利润的好成绩,荣登中国电子百强之首。但任正非敏锐地嗅到了大洋彼岸传来的血腥气,发表了那篇文章。
果不其然,到了2002年,华为作为上游设备供应商,订单受到影响,利润较上一年缩水58%。
在《华为的冬天》里,任正非写道:“眼前的繁荣是前几年网络股大涨的惯性结果。记住一句话:‘物极必反’,这一场网络设备供应的冬天,也会像它热得人们不理解一样,冷得出奇。没有预见,没有预防,就会冻死。那时,谁有棉衣,谁就活下来了。”
这篇文章后来一直被业界许多高层奉为圭臬,称赞任正非懂得居安思危。而对于当时的意义是,任正非已经为华为物色好了过冬的“棉衣”。
不涉及核心业务,又具有较高价值,这件“棉衣”非华为电气莫属。

来源:半导体行业观察,华尔街见闻
2000年4月,华为电气更名为深圳市安圣电气有限公司,正式从华为的一个事业部转变为一个独立核算的公司。
2001年10月,华为与艾默生电气签署并购协议。艾默生电气有限公司以7.5亿美元(当时折合人民币60亿元)现金收购安圣电气100%的股权。后艾默生将旗下能源系统业务与安圣电气、另一子公司力博特的中国业务整合成一家新公司——艾默生网络能源公司。
这是当时中国最大的对美出售高科技资产的案子,华为也因此获得了足以抵御寒冬的棉衣。
“我们现在账上还有几十亿现金存着,是安圣给我们的。……这个棉袄够我们穿两年的啊!我们和别的公司不一样,我们今年的工资肯定够发,明年的工资肯定也够了,就是没有销售额也够了。”
为华为“越冬”贡献了自己的华为电气,摇身一变成了外企,但蕴含的华为基因没有改变。一些华为电气老员工“水土不服”,又获得了艾默生的补偿金,选择离开自主创业。
未曾想,这一走就走出了中国最大的创业体系。这一批人后来成为了电力电子和工业控制领域里赫赫有名的“华为电气—艾默生”创业系,又被称为“华电系”。
华为电气前员工“电源老代”曾做过统计,“华电系”中已有十余家上市公司,另有超过18家正在筹备,或将被并购。
细看“华电系”名单,其中不乏业内响当当的企业,如鼎汉技术、英威腾、中恒电气、汇川技术、蓝海华腾、麦格米特、禾望电气、欣锐科技、上能电气……
其中,汇川技术董事长朱兴明,董事李俊田、宋君恩、周斌、刘宇川,监事会主席柏子平,均曾供职于华为电气和艾默生网络能源。目前汇川技术市值已超1700亿,是华电系走出的市值最高的A股上市公司。
而最近一家上市的华电系企业上能电气,在2014-2015年通过一系列交易,几乎完整地将艾默生网络能源在中国的光伏逆变器业务的核心资产、技术和资源收入囊中,现在再次和老东家华为成为了同一领域的竞争对手。
另外一边,在出售华为电气后,华为集团囿于与艾默生的竞业协议,八年内只能从艾默生采购电源设备。
华为的能源事业暂停了,但一鲸落万物生,有媒体评价称:“多年以前华为的一次资产剥离,竟无意中推动了中国一整个产业的发展。”
2008年,随着与艾默生的竞业限制结束,华为重回电气市场,开始对外进行数字能源业务。
在华为暂停能源业务的这些年,世界能源产业发生了翻天覆地的变化。
1997年12月,人类第一部限制各国温室气体排放的国际法案《京都议定书》获得通过。该条约于2005年开始生效,共有183个国家在该法案签字。
此前,虽然发达国家已经开始探索清洁能源,但全球化石能源价格停留在较低水平,太阳能光伏产品装机和发电成本较高,1975年时,光伏装机成本高达105.7美元(2015年币值)/W。政府亦未给予补贴支持,短时间难以大规模应用,产业处于在缓慢发展阶段,1990年全球光伏发电量仅为91 GWh。
1975-2010光伏装机成本
来源:世界能源署
来源:Larzard,华尔街见闻整理
2000年,德国率先颁布《可再生能源法》,根据不同的太阳能发电形式,给予为期20年的补贴;随后,西班牙也颁布了对光伏发电补贴的法案。欧洲成了光伏发电的主战场,2008年装机量达10.3 GW,占全世界装机量66%。
全球光伏装机量
数据来源:欧洲光伏协会
彼时,尽管中国已经是世界上最大的太阳能光伏产品制造地之一,但95%的产品都已出口海外,国内光伏发电累计装机占全球比重不到1%。本土光伏市场发展仍然缓慢。
2006年,我国《可再生能源法》正式实施,有关部门也制定了各类实施细则,我国光伏产业进入投资发展期。
华为恢复能源业务时,恰逢国内启动金太阳示范工程和特许权项目招标,光伏产业开始迅速扩张。由于华为此前专注于通讯基站,在环境恶劣的偏远地区架设基站时,稳定的电力供应尤为重要,在这种情况下,太阳能光伏是最合适的能源。
因此,华为选择了将光伏新能源作为新的能源部门的战略方向之一。
作为光伏发电系统的核心,逆变器不仅能将光伏组件产生的直流电转换为电器所需的交流电,稳定电流的波形,满足并网的需求,还能兼作为光伏系统中枢,监测和收集数据及下达指令。对于环境恶劣地区的基站而言,光伏系统的稳定运行尤为重要。
此外,横向对比光伏其他细分赛道,逆变器毛利率、ROE、周转率更高,属于优质赛道。
因此,华为选择了光伏逆变器作为其新能源业务的切入点,开始对市场进行调研。
调研过程中,华为发现,逆变器市场纵然利润可观,也吸引来大批新进入者,但国内很少有公司掌握了逆变器的核心软件技术,因此行业真正的领先地位仍然被国外企业把持。也曾有业内人士指出:国内逆变器产品设计基本一大抄,大部分公司的致命伤就是“缺乏软实力”。
确定下产品路线后,华为着手布局研发中心:由于国内缺乏核心软件方面的技术实力,第一梯队设在欧洲,分别在瑞典斯德哥尔摩建立逆变器算法与拓扑研究中心,在德国纽伦堡设立逆变器架构与设计中心;第二梯队设立在上海、深圳、成都、西安等;上海逆变器开发中心负责对接欧洲、跟进产品及检验产品质量,深圳市华为总部,同时也是逆变器工程与制造中心。
逆变器由德国企业SMA在1991年发明。在后来很长一段时间中,SMA都是行业内的霸主。
根据工作原理,逆变器主要分为集中式、组串式和微型三种:
集中式逆变器先将多路组串汇流,再集中转换为交流电,集成度高,功率密度大,成本最低,多用于大型光伏电站;
组串式逆变器基于模块化概念,对几组光伏组串进行单独的逆变,再汇流并网,功率小于集中式,通常用于分布式电站,价格略高于集中式;
微型逆变器,顾名思义,对每一个光伏组件进行单独逆变并网,功率最小,一般用于户用光伏,价格最高。
来源:禾迈股份招股说明书,中信证券,华尔街见闻整理
三种逆变器中,组串式最早出现,但出于成本的考量,SMA最终定下了以集中式逆变器为主的技术路线,这在后来很长的一段时间都成为了逆变器市场的主流。
截至2013年12月,在容量为5MW以上的太阳能电站中,全球仅有约2%的电站采用了组串式方案接入。在中国,这一比例不到1%。
在切入逆变器行业的早期,华为同时拥有集中式和组串式逆变器产品,但后来华为光伏负责人的一次青海之行,让华为成为了行业中的“颠覆者”。
面对着青海戈壁滩上一望无垠的“光伏海”,他意识到,传统的集中式逆变器虽然成本低功率大,但是有一个致命的问题:人力维护。
夏天,为了给逆变器散热,需要将设备防尘门打开,到了晚上运维人员再去扫灰,“两个人一晚上只能‘伺候’一台设备,一年365天,几乎天天在扫灰。”
更头疼的是维修,集中式逆变器由于单路串联组件数量多,需要等待厂家人员到现场维修,光是排查就需要五到七天,而停机排查将影响其他正常列阵发电。
相比之下,组串式逆变器中一旦有组件被阴影遮挡或发生故障,只会影响对应的几个组串的发电量,阵列失配损失更小;也无需厂家维修人员到场定位故障,只需要现场运维人员直接更换配件即可,效率更高。
随着电站的体量越来越大,运维的人力终将难以为继。这次青海之行,让华为光伏负责人下定决心,砍掉集中式逆变器业务。
全力研发组串式逆变器的过程中,华为提出了三点技术创新:无风扇,无熔丝,硅进铜退。
风扇、熔丝都是逆变器中最容易出现问题的部件。由于风扇处于逆变器外部,常年暴露在雨水、沙尘、强光灯气候条件下,腐蚀、堵塞等问题使得寿命急剧下降,在运维期间常常需要更换,增加了运营成本。熔丝也是逆变器中的损耗品, 一般四到五年需要全部更换。
华为在使用拓扑技术和软件控制算法提高发电效率的同时,采用热管、均温板等强化方式减小热阻,提升散热器散热能力,使逆变器做到自然散热。通过产品过载能力和延长发电时间,以及更灵活的MPPT路数,最大化提升发电量。
同时,最多3路的MPPT设计,使得每路MPPT最多只接两路组串,当组件发生故障、或者PV组串反接时,短路电流不超过10A,对逆变器无损坏,无需熔丝。
“硅进铜退” 中,“硅”指以芯片、软件为代表的数字信息部件,“铜”指电容、电感等电力电子部件。“硅进铜退”是增加芯片、软件等“硅”部件的使用,通过更精确的功率转换和控制技术,使输出更平顺,同时减少电容、电感等“铜”部件的数量和容量。
由于铜部件的数量和容量的减少,“硅进铜退”使逆变器的体积和重量显著减小,而且更容易通过技术创新和大规模制造来降低成本。
芯片和软件的引入,每台逆变器都变成了一个“大脑”,这让光伏电站的智能化运维得以实现,可以对每路组串的输入进行智能检测、智能故障定位处理、远程升级等。
2014年,华为推出了业内第一套智能光伏电站解决方案。以组串式逆变器为核心,引入监控设备、通信设备、云计算中心,远程精准监测光伏部件的运行情况,大大提升光伏运维效率和经济效益:智能光伏电站较传统电站相比,运维效率提升50%,内部收益率IRR提升3%以上,平均发电量提升5%以上。
华为的一个竞争对手曾评价道,华为数字化的智能电站是有先天基因的,是公司在通讯信息技术、互联网技术,以及芯片和软件能力的集中体现,“其他厂家则没有一个可以做到这样端对端的服务”。“更重要的是,并没有因此而提高成本。”
2014年12月10日,华为SUN 2000系列逆变器组成的光伏电站通过中国电力科学研究院的兆瓦级电站现场零电压穿越试验、低电压穿越测试等四项并网性能测试,成为全球第一家通过电站现场零电压穿越认证的逆变器品牌。
这一年,华为逆变器出货量4023MW,跻身全球十大光伏逆变器供应商,直追国内行业老大,世界排名第二的阳光电源。
此时,距离华为逆变器正式进入市场,仅过去不到两年。(来源:周晓雯 华尔街见闻)

硅片价格是否已进入下行通道?
进入2021年以来,受多重因素影响,光伏产业链从硅料到电池、组件等全面上涨,全年价格处在高位。但进入传统抢装的12月,光伏巨头隆基股份率先吹响硅片价格战的号角,打响光伏产业链降价的第一枪。
11月30日,隆基股份调整了单晶硅片的官方报价,各尺寸硅片价格下降了0.14元/片~0.67元/片,降幅为7.2%~9.8%。这是最近一年多以来,隆基首次下调硅片价格。隆基股份硅片报价首次下调后,硅片相关概念股表现低迷。
12月2日,另一硅片龙头中环股份也加入了降价。中环股份此次降幅更大,最高达12.5%。165μm厚度中,182尺寸较隆基股份低0.05元/片,166尺寸较隆基股份低0.32元/片。
硅片位于产业链中游,由于隆基股份的龙头地位,加之本次降幅之大,此次降价引发整个光伏产业链的高度关注。
在“双碳”目标推动下,2020年下半年开始,光伏行业上游硅片、电池片、组件环节进入新的扩产周期,产能扩张明显。
2021年宣布产能扩张的光伏企业大多集中在中下游环节,今年以来,隆基股份、晶澳科技、保利协鑫、中环股份、双良节能等光伏企业均有相应的扩产项目。
● 隆基股份与一道新能源签订约70.41亿硅片销售长单
11月23日,隆基股份发布公告称,公司与一道新能源科技(衢州)有限公司(“一道新能源”)签订了硅片销售框架合同,就供应硅片事宜达成合作。根据合同,双方约定2022年至2023年12月31日期间,隆基股份向一道新能源销售预计115,820万片单晶硅片,每月实际销售数量以本合同的补充协议所确定的数量为准,预估本次合同总金额约70.41亿元(不含税),占公司2020年度经审计营业收入的约12.90%。
隆基股份表示,合同的签订符合公司未来经营计划,有利于保障公司单晶硅片的稳定销售,将对公司未来经营业绩产生积极影响。
根据隆基股份今年年初的预计,其2021年底硅片产能可能达到110 GW。
据不完全统计,2022年拥有扩产计划的硅片厂商至少有12家,预计未来硅片新产能合计超299GW。
晶澳科技四处购买原材料。4月20日,在此前向亚洲硅业采购多晶硅料预计约1.98万吨的基础上,晶澳科技再拟向亚洲硅业采购多晶硅料约7.5万吨;4月28日向新特能源及其下属公司采购原生多晶硅18.1万吨;5月12日,公布拟向新疆大全采购约7.82万吨太阳能级多晶硅特级免洗单晶用料;5月29日又公布拟向江苏中能采购约14.58万吨颗粒硅。
仅近两个月,晶澳科技累计签订48万吨的晶硅材料采购合同,预定了未来五年的原材料供应。晶澳科技预计,到2021年底公司组件产能将超过40GW,硅片和电池环节产能达到组件产能的80%左右。
11月17日晚间,晶澳科技发布公告,公司与辽宁省朝阳市政府、辽宁省朝阳县政府签署《投资框架协议》,公司拟于辽宁省朝阳市投资建设“晶澳朝阳综合新能源产业基地”,预计总投资额约为100亿元。
这并非晶澳科技今年首个百亿级别的项目。在今年1月和3月,公司已经分别公告称,将在扬州市和启东市投建光伏电池和组件项目,投资总额分别为100亿元、102亿元。
此外,晶澳科技还计划在扬州投资100亿元建设光伏电池和组件项目,在包头投资50.24亿元建设三期20GW拉晶、20GW切片项目。
11月18日晚,保利协鑫上与机数控双双发布公告,主要内容为,上机数控及其子公司弘元新材料(包头)有限公司将于2022年1月至2026年12月期间,向保利协鑫子公司江苏中能硅业科技发展有限公司采购9.75万吨棒状硅及FBR颗粒硅。
根据公告,交易定价将采用月度议价方式进行,参照PVInfoLink最新公布的价格估算,预计合同金额约为262亿元(含税)。
去年以来,保利协鑫宣布将在江苏徐州、四川乐山建设两个10万吨及内蒙古包头建设30万吨级硅料基地。11月10日,保利协鑫新增2万吨颗粒硅项目投产,公司颗粒硅产能已达3万吨,明年徐州5.4万吨颗粒硅产能将全部释放。此外,乐山10万吨颗粒硅一期项目正在紧锣密鼓地建设中,与上机数控合作建设的包头30万吨颗粒硅项目正在同步快速推进。
4月27日晚,光伏巨头中环股份披露定增预案称,公司拟募集资金总额不超过90亿元,扣除发行费用后,将全部用于“50GW(G12)太阳能级单晶硅材料智慧工厂项目”。
根据公告,该项目实施主体为宁夏中环,项目总投资额为109.79亿元,主要建设内容为借用银川中环工程管理有限公司在银川经济技术开发区建设完成的智慧工厂厂房及相关设施,在其中完成工艺设备安装和二次配管配线安装工程。主要产品包括CZ高效单晶硅棒(G12),达产后年产量50GW。
11月2日晚间,中环股份发布公告,其90亿的定增项目顺利完成。根据官方通告,中环股份这轮增资全部会用在50GW的太阳能级单晶硅材料(G12)智慧工厂项目上。这一项目已经在今年3月开工,预计年底开始投产,2023年全部达产。
9月22日,双良节能公告签订了多晶硅大单,锁定未来五年约13.495万吨多晶硅供应,全资子公司双良硅材料公司将于 2022年1月至2026年12月期间,向新特能源公司采购原生多晶硅8.22万吨;与此同时,双良节能全资子公司双良硅材料将于2021年 9 月-2026年12月期间,向江苏中能硅业采购原材料多晶硅料(包括块状硅和颗粒硅)5.275万吨。
11月23日,双良节能发布公告称,全资子公司双良硅材料(包头)有限公司(下称“包头双良”)与亚洲硅业(青海)股份有限公司签订购销长单合同,约定2021年12月至2026年11月期间向后者采购多晶硅料约2.521万吨,包括太阳能级特级免洗致密块料、复投小料、珊瑚块料等(具体以合同规格书为准)。
根据合同,双方实际采购价格采取月度议价方式,故采购金额可能随市场价格产生波动。按照硅业分会最新公布的多晶硅致密料均价测算,预计采购金额约为68.04亿元(含税,本测算价格不构成价格承诺)。
双良节能表示,本次合同的签订,有利于提前保障公司原材料的稳定供应,符合行业特点及公司硅片销售的市场计划,不会对公司本年度的业绩造成显著影响。
12月6日,双良节能在上交所公告称,全资子公司双良硅材料(包头)有限公司签订了三项长单销售合同,按照PVInfoLink最新公布的单晶硅片均价测算,预计2022-2024年三项销售合同金额总计为121.44亿元。
双良节能公告称,公司于2021年拓展大尺寸单晶硅片业务,本次三项长单销售合同的签订,标志着公司182mm和210mm各类大尺寸规格的单晶硅片相关产品即使在行业出现降价的情形下,仍然充分获得了多家光伏电池客户的认可和市场肯定。
近年来,不少企业纷纷加入硅料和硅片制造环节,导致产能扩张较快。今年以来,受硅料价格持续上涨的影响,光伏产业链价格大幅持续上涨,并维持高位。上游的硅料,均价已从年初每吨8万元上涨到目前的27万元,涨幅超过220%,带动了下游涨价。市场内一度传出“组件厂商要一起联合停产逼硅料降价”的消息。
2021年第四季度,多晶硅价格维持历史高位,影响了电池片和组件厂商的开工率。硅片产能的增速,并未推动下游装机需求实现同比增长。成本上升势必对下游需求释放有一定抑制,因此下游大多选择观望,并没有出现市场期待的抢装潮,主要是价格等原因,导致了一些项目的顺延。
而硅片降价能在一定程度上令下游需求得以进一步释放,也是实现行业供需秩序正常回归的必由之路。随着硅片、电池片、组件等率先降价,预计多晶硅价格也即将迎来拐点。
上游硅料价格暴涨传导至下游发电企业,导致年内我国光伏装机量增长不及预期。各大企业先后扩产,硅片产能仍在持续爬坡,前期扩产计划也将陆续在明年落地。然而,硅片产能的增速,并未推动下游装机需求实现同比增长。
今年1-9月,全国光伏新增装机为2556万千瓦,明显低于年初业内的预期。国家能源局近日公布的数据显示:截至今年10月底,全国发电装机容量约23亿千瓦,同比增长9%。其中,太阳能发电装机容量约2.8亿千瓦,同比增长23.7%。四季度是光伏装机的传统旺季,然而今年产业链下游受制于价格等原因,导致一些项目顺延,目前下游并未出现去年一样的抢装潮,总体呈现出“旺季不旺”的局面。装机量不及预期已成为制约产业链各环节企业发展的关键因素。
上游硅片价格的下降,为光伏电池和组件生产商带来契机,为光伏装机量的快速增长提供动能。国金证券分析认为,隆基股份硅片官价下调,整体上符合预期。按照本次隆基股份硅片调价幅度,对应组件端成本下降7-8分/瓦,预计将有大量项目进入可装机成本区间,将有效激发年底抢装需求,全年国内装机预计将达到50GW至60GW。
硅片龙头降价之后,将对光伏行业的未来发展带来哪些影响?综合各家观点,整理如下:
本轮硅片的降价不可持续,因为硅料价格依然在高位徘徊。硅片环节此次降价主要出于去库存压力,硅片价格实际应受上游硅料价格影响更大。硅料与硅片价格的博弈将是下阶段光伏产业链的一大看点。
最新的全球光伏市场预测显示,明年全球新增光伏装机量将超过200GW,硅料产能的逐步释放以及供应和需求之间的博弈,会让硅料的供应始终处于不过剩,也不会变得更紧张。
上游价格下跌有利于电池片、组件环节盈利修复。尽管硅片降价在一定程度上也促使电池和组件企业下调产品售价,但随着光伏大基地项目的推进带来增量需求,将给组件价格提供一定的支撑,组件成交价格降幅有限。
Wind数据显示,国产多晶硅料(一级料)现货价自11月8日以来在高位企稳,上涨动力欠缺。硅片环节价格松动背后,光伏行业阶段性的产能过剩现象或将出现,新的价格战不可避免。今年以来硅片已经出现产能过剩危机,所以价格下降将是趋势,此次隆基股份降价也是行业趋势使然。(来源:李颖 中国能源网)

光伏大转折:N型电池的野望
2021年,光伏产业最大的变化不是上游涨价,也不是供应链角力,而是电池技术走到了时代的拐角。
降本增效是光伏产业发展的唯一主线,而其中必然伴随着技术的升级和迭代,光伏电池尤其如此。
光伏电池主要分为P型与N型两种,最大的区别是原材料硅片,P型硅片中掺杂了硼元素,而N型硅片中掺杂磷元素。
P型电池主要有BSF电池和PERC电池两种,2015年之前,BSF电池占了总市场的90%,是绝对的主流。2016年之后,PERC电池接棒起跑,到2020年,PERC电池在全球市场中的占比已经超过85%,BSF电池淘汰出局。在此期间,电池转换效率从不足20%提升到超过23%。
之前是P型电池内部的自我更新,现在则是N型对P型的迭代。技术上发生了更大幅度的跃迁,但本质未变,就是追求更高的转换效率。
N型电池主要分为TOPCon、HJT(异质结)、IBC三种,根据ISFH的数据,PERC、HJT、TOPCon电池的理论极限效率分别为24.5%、27.5%、28.7%。到2030年,N型电池的转换效率将超25.5%,比P型电池高出1个百分点以上。CPIA对此做出预测,届时N型电池的市占率或将达到56%左右。
尽管N型电池有三种,但理论层面,目前能得到商业化普及的其实只有TOPCon和HJT两种,而TOPCon跑的更快。现实也是如此,根据EnergyTrend的数据,2020年新增的N型产能中,TOPCon和HJT分别占了50%和30%。
生产工艺层面,TOPCon需要10道工艺,HJT核心工艺只有四道,相比之下,IBC的工艺则极度复杂。
转换效率层面,目前HJT的量产最高效率为25.05%,TOPCon为24.5%,IBC最低,只有24%。
投资成本层面,TOPCon单GW设备投资额约2.5亿元,HJT在4-4.5亿元左右,IBC的设备投资额则接近5亿元,投资额在三种路线中是最高的。
综合来看,IBC工艺复杂,量产转换率低,且投资额高,不被主流市场认可也就合情合理了。
其实背后代表了两大阵营,以隆基、晶科、天合为代表的传统头部企业目前在TOPCon上更为积极,华晟新能源、钧石能源、晋能等新势力则选择押注HJT。
至于传统势力为何倾向于TOPCon,最根本的原因在于产线的投资成本。
虽然上文说过TOPCon的生产工艺比HJT更复杂,但另一方面,TOPCon和PERC的产线重合度很高。在PERC产线上新增非晶硅沉积的LPCVD/PECVD设备和镀膜设备就可升级为TOPCon产线,而改造成本不超过0.8亿元/GW。由此带来的直接结果就是TOPCon更具成本优势,目前TOPCon电池成本比HJT低约0.13元/W。
极大降低了新设备的投资成本,同时也避免了旧产线沦为沉没成本,所以晶科、隆基、天合这些在PERC领域已有大量布局的企业切入TOPCon就很自然了。
上文提到TOPCon的理论极限转换效率为28.7%,高于HJT的27.5%,但前提是实现双面多晶硅钝化,而这一步很难跨过去,目前实验室层面的效率也仅22.5%,更别提量产效率了。而背表面钝化技术TOPCon电池的理论效率极限只有27.1%,还不如HJT。
更重要的一点是,HJT可搭载IBC和钙钛矿等其他工艺进一步提升转换效率,理论上可将转换效率提升至30%以上。
根据业内的测算数据,保持光伏电站LCOE(平准化度电成本)、IRR(内部收益率)不变的情况下,同一转换效率下的TOPCon电池可以比PERC电池的价格高16.5%,而目前TOPCon电池的成本比PERC电池只提升了16.27%。换句话说,TOPCon相对于PERC已经具备了性价比优势。
每一代电池技术的生命周期都可以分为萌芽、扩产、爆发、迭代四个阶段,可以确定的是,N型电池已经从萌芽期进入扩产期。
11月2日,晶科能源发布N型TOPCon组件“Tiger Neo”,预计2022年一季度开始量产,2022年全年产能规划10GW。与此同时,通威的1GW TOPCon中试线也将在年底前投产,晶澳和隆基之前也表态会率先量产TOPCon。
HJT的量产速度明显慢了半拍,那是否意味着没戏了呢?
尽管头部企业大多选择率先量产TOPCon,但这并不意味着方向已经被确定下来,从目前的情况来看,TOPCon和HJT并无绝对优劣,而且技术成熟度都不高,可以说都有机会。
而回到光伏产业发展的本质,最终还是要回归降本增效这个核心命题,谁能率先实现最低的成本和最高的效率,谁就能够胜出。
首先,目前HJT量产速度落后的根本原因是成本偏高(目前TOPCon电池成本低于HJT约0.13元/W)。
根据《中国光伏产业发展路线图2020版》的数据,未来HJT的转换效率将始终领先TOPCon,如果搭载IBC和钙钛矿,优势将更加明显。
基于以上两个前提,一个基本的结论是,如果HJT的成本能够降下来,那么其将具备更强的竞争力。
HJT的成本劣势主要是光伏银浆占比太高和设备投资大所导致的,而这两大问题正在加快得到解决。
先看银浆,光伏银浆分高温银浆和低温银浆两种,P型电池和N型TOPCon使用高温银浆,而HJT只能使用低温银浆。需要说明的是,由于低温银浆的壁垒高,格局垄断(日本KE占90%的市场),导致低温银浆的价格远高于高温银浆。
与此同时,HJT的银浆使用量也高于TOPCon,截止到2020年,HJT的银耗约240mg,而TOPCon的银耗只有约150mg。
由此带来的一个结果是,银浆直接拉开了HJT和TOPCon的成本差。根据业内最新的测算数据,TOPCon电池的银浆成本占比为16%,而HJT达到了25%。
而现在的情况表明,HJT正在摆脱银浆的牵制,包括单价和使用量。
解决价格问题主要靠国产替代。进口低温银浆的价格在6500元/kg以上,而国产价格在5000-5500元/kg左右,目前常州聚和、苏州晶银已经实现小批量生产,随着规模的提升,价格很可能被打到5000元/kg之下,与高温银浆平价。
在使用量上,通过多主栅技术,可将HJT银耗降至160mg,基本与TOPCon拉平了。除此之外,还可以用更便宜的铜代替部分银,达到降低成本的作用,这便是前一段时间比较热的银包铜技术。通过这一技术,HJT的银耗可以进一步降至106mg。
值得注意的是,银包铜是低温工艺,无法应用在TOPCon电池上,目前适合TOPCon电池的是电镀铜工艺,但该工艺还停留在实验室阶段,相比之下,银包铜技术已经导入产业了。
根据CPIA的数据,2020年HJT电池双面低温银浆消耗量已经同比下滑了超25%,今年及未来估计会以更快的速度下降。
HJT设备之所以高昂,一个重要的原因就是因为依赖进口,如果全部国产化,成本可能会腰斩式下滑。
举个例子,PECVD是HJT产线中价值量最高的设备(价值量占比达到50%),一台进口PECVD设备的价格约4.8亿/GW,而国产价格不到进口的一半,仅2亿/GW。
2018年以前,HJT设备被梅耶博格、YAC、AMAT、日本住友等海外企业把持着,当时整个产线的设备成本约10-20亿/GW。
2019年以后,以迈为股份为代表的中国企业开始进入供应链,产线成本直接降到了10亿/GW以下。就在前几天,迈为股份和REC集团签订了400MW HJT电池整线设备订单。
REC是欧洲最大电池组件制造公司,拥有全球首个500MW以上的HJT量产项目。迈为股份能够为REC供货,说明中国光伏设备企业已经比肩甚至超过了国外水平。
目前HJT设备成本已经降至5亿/GW左右,随着后期规模的提升,HJT设备成本还有望进一步下滑。
综合以上所有信息,HJT降成本路径清晰且推进的很快,这也就意味着HJT的成本劣势可能超预期填平。根据华晟新能源的测算,到2022年,HJT电池的单位成本有望降至0.65元/W,届时将完全有能力和PERC电池正面竞争。
一代光伏技术有一代设备,设备订单的起量是产业化加速最直接、最有效的信号。REC的订单就是一个重要标志,根据浙商证券的预测,未来五年,HJT设备行业的复合增速将超80%。
与之并行的是,原有产业格局可能会发生震荡,华晟新能源、钧石能源、爱康科技等在HJT电池积极布局的新锐有望给隆基、通威、晶科等老炮带来压力。(来源:文雨)
百年未有之大变局,怎么少了光伏
以色列的历史学者尤瓦尔.赫拉利在《人类简史》中写道,“工业革命的核心,其实是能源转换的革命”。改开四十多年以来,中国已经建立起了全球最全的工业体系,经济增长速度也令世界惊叹,但与此同时,中国也成为世界第一的碳排放大国,而未来四十年,我们在减排上也面临重大挑战——2030年达峰,2060年碳中和。
什么是“碳中和”,为什么要发展“碳中和”,“碳中和”背后的中国能源大三角是怎么运作的,相信看完这期文章,你会有个更加系统的认识。
其实这个名词早就不是什么新鲜事了,最早被提出是在1997年,2006年时被《新牛津美国字典》评为年度词汇。字面意思:“碳”就是二氧化碳,“中和”也就是正负相抵,说白了就是让人类生产活动排出的二氧化碳,和植树造林、节能减排等形式抵消的二氧化碳数量 达到平衡,最终实现实现“零碳排放”。
想要平衡,无非就是两点,一是不排放或者减少碳排放。二是将已排放的碳消灭掉。
碳中和最大的的难点在于,它和我们现在的生活、生产方式相悖,想快速发展经济的同时实现碳中和,以目前的技术还真不是件容易的事。
起初干这事的基本上都是发达国家,中国却于2020年9月令人意外地承诺,将于2030年实现碳达峰,承诺当年中国二氧化碳排放量占GDP的比重,要比2005年下降65%以上,到2060年则实现碳净零排放,即碳中和。
按照中国一向言出必行的行事风格,必然要落地。不大力发展经济去搞环保主义,就有人要问了,中国为啥费这个劲?明面上,当然是对全球气候变化的承诺,实际上大国做事,哪有那么简单啊,所有“主义”皆是利益!
历史上每一能源革命往往都会带来工业革命,一个国家的命运也与能源息息相关。
第一次工业革命,让煤炭成为全球最主要的能源基础。英国的战舰就是烧着煤球漂洋过海,一路抵达东海岸,建立起世界殖民体系。
第二次工业革命,石油取代煤炭成为人类新的能源基础,真正的“工业血液”。德国差点吞噬了整个欧洲大陆,手握巨大能源优势的美国,重拳击垮德国,1973年爆发的第一次石油危机更加凸显了石油的战略意义。之后美国借助石油危机,成功把美元与“国民经济血液”石油挂钩,奠定了美元为主的世界货币体系的基石。
如今人类发明了电池及清洁能源,就意味着我们进入了工业时代的第三次能源革命,“可再生能源时代”。
但中国的现实情况是,碳排放量世界第一,作为世界上最大的发展中国家,中国几十年来就是“碳泄漏”和“贸易内涵碳”的主要承载方之一,巨大的发展背后有不少是以牺牲环境为代价的。
第二个问题,如果中国不大力减排、加快制造业零碳转型,又会怎样?
答案是:中国制造将会面对贸易出口的“碳壁垒”,并可能逐渐失去中国制造的“世界绿色通行证”。而且中国还是能源进口大国,主要以煤炭、石油和天然气等化石能源为主,石油对外依存度高达70%以上,著名的大庆油田、长庆油田、塔里木油田、克拉玛依油田等,都无法满足国内巨大的能源需求。而且,这些都是不可再生油田,只会越挖越少。如果不能发现新的大型油田,中国的石油对外依存度将会越来越高。石油资源的剧烈波动,又会进一步影响国家的能源安全,为了越过马六甲海峡中国投入的金钱也不计其数,从这个角度来说,摆脱对石油的依赖,建立属于自己的能源体系也迫在眉睫。
人类从来没有像今天这样重视能源,世界能源形势的热点问题更是举世瞩目,这次“碳中和”能源革命对中国来说,只胜不许败。
开头也说了,二氧化碳排放来自 煤、油、气等化石能源,实现平衡要么减少要么消灭。
减少碳排放就是通过技术提高热转换效率,尽量减少碳排放。
不排放就是能源替换,通过核电、水电、光伏、风电等对 煤、油、气等化石能源进行全方位深度替代。
将已排放的碳吸收消灭掉就是多种树绿化把空气中的二氧化碳转化为氧气。
在这场能源领域的创新革命中,为了让清洁的硅能源取代碳能源,一个能源大三角“光伏-特高压-新能源车”就诞生了,对应着一个新的“生产-传输-利用”循环体系,光伏、储能、特高压、新能源汽车、高铁等,全部砸钱干。
光伏就是太阳能发电,进入人们视野少说有几十年,相比于石油被卡脖子,在光伏领域,从硅料、硅片,到电池、组件,上下游的几乎每一个环节,中国已经到了可以卡别人脖子的阶段,早在2017年,我国光伏产业就占据了全球70%以上的份额,规模及产能全球第一;此外,中国光伏发电装机量也是世界第一:自2013年以来中国每年新增光伏装机连续五年稳居全球第一,并于2017年超过了全球新增装机量的50%。
光伏产业也诞生了一批中国首富,2006年,尚德的施正荣以186亿元的身家登顶中国首富,之后赛维的彭小峰登上江西首富、新能源首富;英利的苗连生,河北首富;汉能的李河君,成为后来的中国首富……而有了如今这一地位,中国光伏也经历了一场史诗级绝地逆袭。
十余年光阴,50多家多晶硅企业倒闭,超过300家组件企业倒闭,600多家光伏企业倒闭,起高楼、宴宾客、楼塌了,光伏产业里跌宕起伏的故事,道尽人间冷暖,庆幸的是,我们赌赢了!
其实中国发展光电是有地理优势的,广阔的大西北地区日照充足,只要开发10万平方公里的国土做太阳能覆盖,基本上就可以满足中国电能的需要。
过去十年,光伏发电成本已下降了超过90%,光伏行业也将进入黄金十年。
除了光电,中国还在风电、水电上多头下注,风电、水电发电量在全球一样傲视群雄。
但是中国还有个特殊情况,发电大户在西北,用电大户在东南,光伏发了那么多电,储能技术又不行,最后不都得浪费掉?还有,光电和风电不像火电水电那么稳定,这也是一个大难题。
别急,这些国家都想好了,储能不完善,电可以送出去啊。
电压越高,输送电力就越远,特高压就是专门用来运输千伏的高压电的,不是说新疆甘肃弃光率严重吗?中国的特高压有多牛?可以做到5000公里的电力传输电力损耗只有1.6%左右。有了特高压的加持,弃光率可以足足降低十倍。这一下子就直接把中国电费以极低的成本打到了低价,最牛逼的是,全世界范围内,特高压的尖端技术基本都是中文书写的。
特高压电网和智能电网负责运输和配送,平衡电力峰谷则有遍地开花的储能项目,还有蓄能项目,蓄能就是在用电低谷时用把水抽到水库,需要时开闸放水发电,这大手笔,只有中国能做到。
生产了光电及时输送是一方面,能够把白天光伏产生的电存下来一样重要,而在各种储能方式里,锂电池无疑是最方便的,除了贵没啥大的缺点。
这个趋势当中,我们最熟悉的就是汽车电动化,乘用车是全球交通领域碳排放的主要来源,新能源汽车的应用能够优化能源结构,降低石化能源的消耗, 将在出行领域给“碳中和”做出极其重要的贡献是碳减排的重要路径之一,因此,各国纷纷出台禁售燃油车政策,英国计划于2035年禁售燃油车,法国、意大利也出台了方案,而我国早在2019年就提出,海南省将于 2030年禁售燃油车。
政策加码助力弯道超车,据有关机构预测,到2035年,中国的新能源汽车销量超过1300万辆,成为国内汽车市场当之无愧的主力军。届时,随着电动车的普及,电池成本也会加速下降,储能成本持续下降,迎来“碳中和”的正向循环。
清洁能源+特高压电网+智能电网+蓄能储能,实现能源的完美闭环,这些方面无论是技术还是基础建设,中国都走在世界前面。
不破不立,新能源打破了过去“能源是有限的、不可再生的”这条基本的法则,终将改变传统的化石能源格局,中国制造唯有自强才能不息!(来源:博迪新闻)
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