光伏產業鏈分析2——太陽能電池組件、逆變器、支架

續前文。

五、太陽能電池組件

通常情況下，太陽能電池組件從上至下由光伏玻璃、封裝膠膜、電池片、封裝膠膜、背板等五層結構構成，結構圖如下所示：

（一）光伏玻璃

由於單體太陽能光伏電池機械強度差，容易破裂；空氣中的水分和腐蝕性氣體會逐漸氧化和鏽蝕電極，無法承受露天工作的嚴酷條件；同時單體光伏電池的工作電壓通常較小，難以滿足一般用電設備的需要。因此太陽能電池片通常被EVA 膠片密封在一片封裝面板和一片背板的中間，組成具有封裝及內部連接的、能單獨提供直流電輸出的、不可分割的光伏組件。若干個光伏組件、逆變器、其他電器配件組成光伏發電系統。

覆蓋在光伏組件上的光伏玻璃經過鍍膜後，可以確保有更高的光線透過率，使太陽能電池片可以產生更多的電能；同時，經過鋼化處理的光伏玻璃具有更高的強度，可以使太陽能電池片承受更大的風壓及較大的晝夜溫差變化。因此光伏玻璃是光伏組件不可缺少的配件之一。

光伏電池主要分為晶硅電池和薄膜電池兩類，應用於晶硅電池的光伏玻璃主要採用壓延法，應用於薄膜電池的光伏玻璃主要採用浮法。

（二）封裝膠膜（EVA）

太陽能電池封裝膠膜處於太陽能電池組件的中間位置，包裹住電池片並與玻璃及背板相互粘結。太陽能電池封裝膠膜的主要作用包括：為太陽能電池線路裝備提供結構支撐、為電池片與太陽能輻射提供最大光耦合、物理隔離電池片及線路、傳導電池片產生的熱量等。因此，封裝膠膜產品需要具有高水汽阻隔率、高可見光透過率、高體積電阻率、耐候性能和抗PID性能等特性。

目前，EVA膠膜是使用最為廣泛的太陽能電池封裝膠膜材料，截至2018年其市場佔有率約為90%，其擁有超過20年的應用歷史，產品性能均衡、性價比較高。POE膠膜是另一種使用廣泛的光伏封裝膠膜材料，截至2018年其市場佔有率約為9%5，該產品是一種乙烯-辛烯共聚物，可用於太陽能單玻、雙玻組件的封裝，在雙玻組件中應用尤為廣泛。POE膠膜具有高水汽阻隔性率、高可見光透過率、高體積電阻率、優秀的耐候性能和長久的抗PID性能等優良特性，另外該產品獨特的高反射性能，能夠提高組件對太陽光的有效利用率，有助於增加組件的功率，並能夠解決組件層壓後的白色膠膜溢膠問題。

（三）電池片

硅太陽能電池是一種典型的二端器件，兩個端子分別在矽片的受光面和背光面。

光伏發電的原理：當光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬原子內部的庫侖力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導體；若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導體。當P型和N型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P－N結後，電流便從P型一邊流向N型一邊，形成電流。

根據所用材料不同，太陽能電池可分為三類：第一類為晶體硅太陽能電池，包括單晶硅和多晶硅，其研發及市場應用較為深入，光電轉化效率高，佔據了目前電池片主要市場份額；第二類為薄膜太陽能電池，包括硅基薄膜、化合物類以及有機類，但由於原材料稀缺或含毒性、轉換效率低、穩定性差等缺點，市場應用較少；第三類為新型太陽能電池，包括疊層太陽能電池等，目前處於研發階段，技術尚不成熟。

太陽能電池片的主要原料為多晶硅（其可生產出單晶硅棒、多晶硅錠等），其生產工藝流程主要包括：清洗與制絨、擴散、邊緣蝕刻、去磷硅玻璃、PECVD、絲網印刷、燒結、測試等。

這裡延伸介紹下光伏電池面板單晶與多晶的區別與聯繫

單晶、多晶是晶硅太陽能的兩種技術路線。若把單晶比作一塊完整的石頭，那多晶就是由碎石子拼砌而成的石頭。由於不同的物理性質，單晶的光電轉換效率高於多晶，但多晶成本相對較低。

單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為18%左右，最高的達到24%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但製作成本很大，由於單晶硅一般採用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命可達25年。

多晶硅太陽電池的製作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約16%左右。從製作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料製造簡便，節約電耗，總的生產成本較低。

兩者具體的區別如下：

單晶和多晶的聯繫：多晶的本質是一種有瑕疵的單晶。

隨著無補貼競價上網的興起以及可安裝土地資源的日漸稀缺，全球市場對於高效產品需求越發增加。投資者的關注度也從之前的搶裝到回歸本源，即項目本身的發電性能和長期可靠性，這是未來電站收益的關鍵所在。現階段來看，多晶技術在成本上仍保有優勢，但其效率相對較低。

多晶技術增長乏力出於多方面的原因：一方面研發成本居高不下，這造成了新工藝製造成本也處於高位水平。另一方面，設備的價格異常昂貴。但即便高效單晶的發電效率和性能上是多晶和普通單晶不可及的，一些價格敏感客戶在選擇時仍會出現「舉棋不下」的情況。

目前看來，高效單晶技術實則在性能和成本兩方面做到了良好的平衡。單晶的銷量已佔據市場主導地位。

（四）背板

太陽能背板是一種位於太陽能電池組件背面的光伏封裝材料，在戶外環境下主要用於保護太陽能電池組件，抵抗光濕熱等環境因素對封裝膠膜、電池片等材料的侵蝕，起到耐候絕緣保護作用。由於背板位於光伏組件背面的最外層，直接與外部環境相接觸，因而其須具備優異的耐高低溫、耐紫外輻照、耐環境老化和水汽阻隔、電氣絕緣等性能，以滿足太陽能電池組件25年的使用壽命。隨著光伏產業對發電效率要求的不斷提升，部分高性能太陽能背板產品還具有較高的光反射率，以提高太陽能組件的光電轉化效率。

按材料分類，背板主要分為有機高分子類和無機物類，太陽能背板通常指有機高分子類，無機物類主要為玻璃。按生產工藝分，主要有複合型、塗覆型和共擠型。目前，複合型背板佔據背板市場78％以上的份額，由於雙玻組件市場應用增多，採用玻璃背板的市場佔有率超過12％，塗覆型背板及其它結構背板約為10％。

太陽能背板的原材料主要有PET基膜、氟材料和膠粘劑。其中PET基膜主要提供絕緣性能和力學性能，但耐候性比較差；氟材料主要分為氟膜和含氟樹脂兩種形式，提供絕緣性、耐候性和阻隔性；膠粘劑主要由合成樹脂、固化劑和功能性添加劑等化學品組成，在複合型背板中用於粘結PET基膜與氟膜。目前，高品質太陽能電池組件的背板基本都使用含氟材料來保護PET基膜，不同的只是使用的氟材料的形態和成分有所不同。氟材料以氟膜的形式通過膠粘劑複合在PET基膜上，即為複合型背板；以含氟樹脂的形式通過特殊工藝直接塗覆在PET基膜上，即為塗覆型背板。

一般來說，複合型背板因其氟膜的完整性，綜合性能優越；塗覆型背板因其材料成本較低，具有價格優勢。

複合型背板主要類型

複合型太陽能背板按含氟情況可分為雙面氟膜背板、單面氟膜背板、不含氟背板，因其各自耐候性等特性適用於不同環境，總體來說對環境的耐候程度依次為雙面氟膜背板、單面氟膜背板、不含氟背板，其價格一般也依次降低。目前市場上主流的背板類型及其產品概況如下：

註：（1）PVF（一氟化樹脂）膜由PVF共聚體擠壓而成，這一形成過程保證了PVF裝飾層緻密無暇，無PVDF（二氟化樹脂）塗料噴塗或滾塗過程中經常發生的針孔，發裂等缺陷，因此PVF膜的飾層隔絕性優於PVDF塗料。PVF覆膜膜材可以用在腐蝕環境更為惡劣的地方；

（2）PVF膜製造過程中分子晶格沿縱、橫方向的擠壓排列大大強化了它的物理強度，所以PVF膜具有更大的韌性；

（3）PVF膜具更強的耐磨能力，壽命更長；

（4）擠壓成型的PVF膜表面光滑細膩，全無滾塗或噴塗時表面產生的條紋、橘皮、微皺之類缺陷。

適用場景

雙面氟膜複合背板由於其優越的耐候性能，能經受住嚴寒、高溫、風沙、雨水等惡劣環境，通常被廣泛應用於高原、沙漠、戈壁等區域；單面氟膜複合背板是雙面氟膜複合背板的降本型產品，相對於雙面氟膜複合背板其內層的耐紫外性和散熱性較差，主要適用於屋頂和紫外線溫和的區域。

六、光伏逆變器

在太陽能光伏發電過程中，光伏陣列所發的電能為直流電能，然而許多負載需要交流電能。直流供電系統存在很大的局限性，不便於變換電壓，負載應用範圍也有限，除特殊用電負荷外，均需要使用逆變器將直流電變換為交流電。光伏逆變器是太陽能光伏發電系統的心臟，其將光伏發電系統產生的直流電通過電力電子變換技術轉換為生活所需的交流電，是光伏電站最重要的核心部件之一。

光伏逆變器主要由輸入濾波電路、DC/DC MPPT電路、DC/AC逆變電路、輸出濾波電路、核心控制單元電路組成。光伏逆變器的種類有：

目前市場主要以集中式逆變器和組串式逆變器為主。隨著分散式光伏市場的快速增長及集中式光伏電站中組串式逆變器佔比的不斷提高，組串式逆變器佔光伏電站裝機規模市場份額約為60%。集中式逆變器是將匯總後的直流電轉變為交流電，功率相對較大；組串式逆變器是將組件產生的直流電直接轉變為交流電再進行匯總，功率相對較小。集中式逆變器與組串式逆變器的對比說明如下：

在智能電站概念提出後，光伏逆變器的重要性越來越突出，光伏逆變器的設計和製造需要從整個系統角度考慮，除了轉換效率，還要兼顧綜合防護、穩定運行、安全可靠和電網友好性；隨著光伏電站管理越來越精細化，光伏逆變器承載著數據採集、電站監控、能源管理等任務，通過GPRS、乙太網、Wi-Fi等方式上傳到網路伺服器或本地電腦，使用戶可以在互聯網、手機或本地電腦上查看相關數據，方便電站管理人員和用戶對光伏電站的運行數據查看和管理，可以大量節約人力、物力成本。

（一）光伏併網逆變器

光伏併網逆變器除將直流電轉換成交流電外，其輸出的交流電可以與市電的頻率及相位同步，因此輸出的交流電可以回到市電。光伏併網逆變器應用示意圖如下：

（二）光伏儲能逆變器

光伏儲能逆變器集成光伏併網發電、儲能電站的功能，可以克服光伏組件受天氣變化發電不穩定的缺點，提高電網品質；通過波谷儲存電能，波峰輸出電能，電網峰值發電量可大幅削減，電網容量也可大幅增加，可提高電網利用率。光伏儲能逆變器可應用於集中式和分散式光伏發電站。

光伏儲能逆變器具體工作原理為：光伏所發的電能優先供本地負載使用，多餘的能量存儲到蓄電池，在電能仍有富餘的情況下可選擇性併入電網。當光伏所發電能不足時，蓄電池放電提供電能供本地負載使用，從而降低對電網和傳統能源的依賴。

近年來可再生能源快速發展，且潛力巨大，但由於不穩定性制約了可再生能源的快速發展，產生了大量的棄光、棄電現象，儲能產品系實現可再生能源平滑波動、促進可再生能源大規模消納和接入的重要手段。儲能亦是能源互聯網新型能源利用模式的關鍵技術之一。儲能逆變器是電網與儲能裝置之間的介面，能夠應用在不同的場合（併網系統、孤島系統和混合系統）。儲能逆變器是一類適合智能電網建設，應用在儲能環節，以雙向逆變為基本特點，具有一系列特殊性能、功能的逆變器。儲能系智能電網實現的必備條件，智能電網中的儲能環節能有效調控電力資源，能很好地平衡晝夜及不同季節的用電差異，調劑餘缺，保障電網安全，是可再生能源應用的重要前提和實現電網互動化管理的有效手段。儲能逆變器適用於各種需要動態儲能的應用場合，在電能富餘時將電能存儲，電能不足時將存儲的電能逆變後向電網輸出，在微電網中起到應急獨立逆變作用。

七、光伏支架

光伏支架是太陽能光伏發電系統中為了支撐、固定、轉動光伏組件而設計安裝的特殊設備。為了使光伏電站達到最佳的發電效率，光伏支架需結合建設地點的地形地貌、氣候及太陽能資源條件，將光伏組件以一定的朝向、排列方式及間距予以固定。光伏支架作為電站的「骨骼」，其性能直接影響光伏電站的發電效率及投資收益。

隨著光伏補貼逐步退坡，電池組件光電轉換效率提升難度日漸增加，平坦低成本的場地有所減少，光伏支架在光伏電站投資中的地位越來越高，將其作為降本增效、提高電站投資效益的重要措施。近年來，光伏支架在技術、市場等方面得到了快速發展。光伏支架產品一方面更加輕量高強度化，在結構、材料等方面創新，提高產品性能，降低材料重量，降低製造成本與運輸費用；另一方面，集成與智能化程度日益提升，通過不斷集成設計，便捷現場施工及後期運維，同時融合人工智慧、物聯網、大數據等新一代信息技術，發電效率得到進一步提升。

（一）光伏支架按照能否跟蹤太陽轉動區分為固定支架和跟蹤支架

兩者的設計要求、發電效率及在光伏發電系統的應用說明如下：

1、設計要求方面

需要根據項目的地質勘查報告完成支架基礎初步設計；其次根據支架受力情況完成立柱的拉拔力測試，確定支架基礎形式及立柱形式；同時根據不同國家標準、不同項目地點風載荷、雪載荷及其它氣候條件確認整體支架設計；最後，根據光伏系統中組件形式、組件串聯數量、逆變器及匯流箱等其他光伏零部件情況完成對應的支架排布及單體支架設計。

2、發電效率方面

採用固定支架的光伏電站，在設計之初會結合當地的地理環境、氣候等條件將組件固定在特定角度以保證能接收最大的太陽光輻射，組件位置一般固定後不會再頻繁調整，對於固定可調式支架而言，組件朝向每年會根據季節和光照情況進行人工調整。固定支架價格較低、穩定性好，前期投資成本低，但對太陽能的利用率相比跟蹤支架低。

採用跟蹤支架的光伏系統，其組件朝向根據光照情況進行自動調整，可減少組件與太陽直射光之間的夾角，獲取更多的太陽輻照，可有效提高發電效率。採用跟蹤支架的電站需要增加一定的前期投資成本，並需要承擔一定的裝置運行風險及後期運維成本。

（二）在光伏發電系統中的應用

固定支架與跟蹤支架在光伏電站系統中的選用，需要綜合考慮各項因素，進行詳細的投入產出邊際效益測算。

概言之，固定支架在發電效率、抗大風能力（迎風面積固定）等方面存在劣勢，在穩定性、成本造價、線纜投入、運行維護（工作量小、板面清洗方便）等方面存在優勢；

反之，跟蹤支架在提升發電效率、便於融合雙面組件等技術方面具有相對優勢，同時也存在高成本投入及穩定性等問題。

（三）支架行業的特點

1、技術含量

光伏支架需要綜合運用結構力學系統（靜載荷、動載荷等流體力學）、機械驅動系統、電子控制系統等多學科專業知識進行綜合設計，產品結構較為複雜，技術含量較高。平衡造價成本與發電量增益之間的關係，設計最優方案。

光伏支架產品主要用於安裝、支撐、固定光伏組件，需要考慮地形地貌因素，根據平地、山地、丘陵、戈壁、農田、灘涂等複雜地形調整基礎及支架設計；同時光伏支架需要具備較強的抗風、抗雪、抗震、抗腐蝕等性能，以此適應在風霜雨雪等各種自然環境下長期運行的需求；跟蹤支架需要將支架系統、電控系統和驅動系統結合，通過計算最優的控制方案，提升電站發電效率，同時實現對光伏電站的遠程控制，需要具備電站自動化、智能化的技術。

2、產品定製化要求較高

光伏支架屬於非標準化產品，每個項目的產品都需要符合不同國家地區的技術標準、自然條件、配套光伏電站其他設備及客戶的其他定製要求，為客戶專門生產非標準化產品。定製化設計、生產要求企業具備較高的技術水平、豐富的項目經驗、並通過相關資質認證，並符合各國的技術標準及規範。

3、光伏電站產業鏈一體化

一般而言，光伏支架是在其他光伏零部件確定之後再進行單獨的設計、生產，因而需要考慮支架產品的設計是否與其他部件（不同數量、類型的光伏組件、逆變器、基樁等）適合匹配。

此外，從電站整體排布、安裝角度考慮，關鍵技術連接點設計要簡明化、模塊化、集成化，使得施工工人能便捷、高效、準確安裝，同時減低安裝成本，這也對支架供應商的整體設計、製造水平提出了更高的要求。

（四）支架行業與上下遊行業之間的關聯性

光伏支架的上游主要是以鋼材為代表的大宗金屬材料加工、鍍鋅、機械及電子元器件行業；下游則主要面向光伏電站開發與建設企業。

1、與上游的關聯性

光伏支架產品的上游主要是鋼材等大宗金屬材料加工企業。鋼材等原材料供給充足，呈現完全競爭的市場格局，影響上游原材料價格的因素主要是大宗商品周期性因素。具體來說，在國際市場上鋼材等大宗商品價格的周期性波動將會影響到光伏支架企業原材料成本；另一方面，由於國內市場對鋼材的主要需求來自房地產市場，因此房地產行業周期性波動同樣會影響到鋼材價格，進而影響光伏支架企業的原材料成本。此外，鍍鋅、機械及電子元器件行業供應充分。

2、與下游的關聯性

光伏支架下游為光伏電站的開發及建設，受光伏發電新增裝機容量所驅動；光伏電站開發及建設業務受發電成本及政府支持政策及發電成本驅動。