光伏發(fā)電電芯測試與模組集成技術分析

光伏發(fā)電電芯測試與模組集成技術分析光伏發(fā)電電芯測試與模組集成技術電芯測試與模組集成是儲能系統(tǒng)集成的主要內容之一，是儲能系統(tǒng)產品設計、生產和應用的關鍵步驟，也是連接電芯生產與下游應用的重要環(huán)節(jié)。模組集成的優(yōu)劣對于鋰電池系統(tǒng)的能量密度、安全性、功能性、可靠性、環(huán)境適應性至關重要。同時，基于下游應用的定制化設計能力對于解決電芯、電氣件、結構件等電池模組部件的有機結合至關重要。通過優(yōu)質的整體設計、高可靠性電池管理系統(tǒng)、高效熱管理技術及精確的檢測技術等成熟技術的交互使用，電池組各模塊可實現(xiàn)有機結合，保障核心儲能裝置電芯的安全性和穩(wěn)定性。中國光伏發(fā)電行業(yè)中游分析（一）中國光伏發(fā)電市場現(xiàn)狀光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能，近年來，我國光伏發(fā)電行業(yè)快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2022年1-7月中國光伏發(fā)電裝機容量34351萬千瓦，同比增長26．7%。光伏發(fā)電新增裝機容量3773萬千瓦，同比增加1979萬千瓦。（二）太陽能電池板太陽能電池板是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應或者光化學效應直接或間接轉換成電能的裝置，電池板包括電池片、光伏組件等。近年來，得益于我國鼓勵發(fā)展新能源的優(yōu)惠政策，太陽能電池片產量增長勢頭良好。數(shù)據(jù)顯示，2021年我國太陽能電池片產量197．9GW，同比增長46．90%。隨著電池片環(huán)節(jié)的技術更迭速度日益加快，技術水平領先、產能結構合理的企業(yè)持續(xù)擴大市場份額，其所生產的光電轉換效率高、長期穩(wěn)定性好、具有成本優(yōu)勢的大尺寸電池片產品是下游組件市場需求的主流。預計2022年我國太陽能電池片產量有望達233．8GW。太陽能電池片處于光伏發(fā)電產業(yè)鏈中游，是光伏發(fā)電的核心器件。根據(jù)PVInfoLink調研數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年通威再度拿下全球電池片出貨量冠軍，愛旭股份緊隨其后，三四五名分別為潤陽、潞安、中宇。和此前PVInfoLink公布的2021年上半年電池片出貨量保持一致。隨著中國光伏新增裝機容量不斷增加，中國光伏組件產量也不斷增加。2020年光伏組件產量突破120GW，2021年光伏組件產量再創(chuàng)新高達到182GW，同比增長46．1%。據(jù)悉，我國光伏組件產量連續(xù)15年居全球首位。預計2022年光伏組件產量將達235GW。從企業(yè)生產情況來看，2021年，組件環(huán)節(jié)產業(yè)集聚度繼續(xù)提升。前五家、前十家、前二十家企業(yè)的產量增速依次遞減，TOP5和之后的企業(yè)相比增速差距加大，TOP5企業(yè)市占率繼續(xù)上升至突破50%，達到56．2%，頭部企業(yè)規(guī)模優(yōu)勢明顯。（三）智能控制器近年來，得益于我國擁有廣闊的終端產品消費市場、完善的電子產業(yè)配套體系以及充足的勞動力資源，全球智能控制器產業(yè)逐漸向國內轉移，我國智能控制器市場規(guī)模不斷增長。數(shù)據(jù)顯示，2020年我國智能控制器市場規(guī)模達23746億元，同比增長10．2%。預計2022年我國智能控制器市場規(guī)模將達31813億元。目前，我國智能控制器企業(yè)眾多，競爭格局較為分散，主要原因是智能控制器產品迭代快。從市場份額來看，智能控制器行業(yè)龍頭企業(yè)分別是拓邦股份與和而泰，市場占有率分別為0．23%、0．19%，其次是朗科智能與和晶科技，市場占有率均為0．07%，貝仕達克和振邦智能市場占有率均為0．04%。（四）光伏逆變器得益于國內齊全的產業(yè)鏈、充分的政策支持、相對廉價優(yōu)質的高素質勞動力、充分的競爭等方面因素，國內光伏廠商在過去十年在全球市場中迅速成長。2018年，國內出臺531政策，大型電站項目規(guī)模驟減，國內企業(yè)開始向海外市場發(fā)力。在國內與海外市場共同的帶動下，中國光伏逆變器產量不斷突破新高，2020年達100．7GW，同比增長37%，預計2022年將增長至140GW。中國光伏逆變器市場集中度不斷提升。從產量來看，2020年陽光電源市場占有率超35%，上能電氣市場占有率為7．3%。正泰電器、科士達占有率分別為2．5%、1．7%。中國光伏發(fā)電行業(yè)下游分析（一）集中式光伏電站2021年我國集中式光伏電站新增2560．07萬千瓦，截至2021年底，我國集中式光伏電站累計裝機1．98億千瓦。2022年一季度集中式光伏新增裝機容量434．1萬千瓦。截至2022年3月，集中式光伏裝機容量2．02億千瓦。（二）分布式光伏電站近年來，我國光伏新增裝機容量不斷增長。數(shù)據(jù)顯示，2021年全國光伏新增裝機容量54．88GW，其中分布式光伏容量29GW，約占全部新增光伏發(fā)電裝機的53．4%，首次超過集中式電站。2022年上半年，全國光伏新增裝機容量19．65GW，同比增長125%。根據(jù)《2022年上半年光伏發(fā)電建設運行情況》，2022年上半年，集中式新增裝機11．23GW，占比36%；分布式新增裝機19．65GW，占比達到64%，其中，戶用新增裝機8．91GW，占比29%；工商業(yè)新增10．74GW，占比35%。工商業(yè)分布式光伏已逐步成為分布式裝機主力。（三）光伏產品光伏發(fā)電產品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區(qū)居民生活生產提供電力，還有微波中繼電源、通訊電源等，另外，還包括一些移動電源和備用電源；二是太陽能日用電子產品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，在發(fā)達國家已經大面積推廣實施。中國光伏發(fā)電行業(yè)產業(yè)鏈光伏發(fā)電產業(yè)鏈上游為原材料，包括硅礦石、硅料、硅片、銀漿等；產業(yè)鏈中游為光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要由太陽能電池板（組件）、控制器、蓄電池組（可無）、逆變器等設備組成，其中太陽能電池板由電池片和電池組件組成；產業(yè)鏈下游則是光伏發(fā)電站以及光伏應用產品。從光伏發(fā)電產業(yè)鏈上游來看，硅料領域供應商主要有通威股份、新特能源、保利協(xié)鑫等；硅片領域供應商有隆基股份、中環(huán)能源、晶科能源等。從產業(yè)鏈中游來看，電池片方面我國通威股份、恒星科技、中利集團等企業(yè)已處在領先地位；光伏組件方面，隆基股份、晶澳科技為龍頭企業(yè)；光伏逆變器方面，陽光能源、錦浪科技、上能電氣排名前列。光伏發(fā)電行業(yè)技術發(fā)展歷程光伏發(fā)電行業(yè)技術發(fā)展主要是由光伏電池技術路線演變拉動的，從以硅系電池為代表的第一代光伏電池、到以銅銦稼硒（CIGS）、銻化鎘（CdTe）和砷化鎵（GaAs）等材料的薄膜電池為代表的第二代光伏電池，如今光伏電池技術已發(fā)展至第三代，第三代光伏電池技術主要包括有機太陽能電池、銅鋅錫硫化物電池、鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池、量子點太陽能電池等，具有薄膜化、轉換效率高、原料豐富且無毒的優(yōu)勢。近年來，我國出臺一系列光伏發(fā)電技術及研發(fā)的相關政策，通過政策指導，行業(yè)加快光伏發(fā)電技術的推廣和革新，促進光伏發(fā)電產業(yè)的快速發(fā)展。中國光伏發(fā)電行業(yè)上游隨著光伏產業(yè)的發(fā)展，我國工業(yè)硅行業(yè)總體運行平穩(wěn)，行業(yè)供需兩旺，價格大幅上漲。2021年，中國工業(yè)硅產量261萬噸，同比增長24．3%。據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2022年上半年，我國工業(yè)硅產量143．6萬噸，同比增長26．9%。（一）硅料多晶硅位于光伏發(fā)電產業(yè)上游，是發(fā)展光伏發(fā)電不可或缺的材料。近年來，我國多晶硅產量持續(xù)擴大。多晶硅產量由2017年的24．2萬噸增至2020年的39．2萬噸。2022年上半年，我國多晶硅產量約36．5萬噸，同比增長53．4%。中國多晶硅行業(yè)集中度較高，CR6占比77%，且有進一步上升趨勢。由于多晶硅生產屬于高資金、高技術壁壘的行業(yè)，項目建設、投產周期通常長達兩年及以上，因此新廠商進入該行業(yè)較為困難。其中，通威集團以15%的產量占比位居第一，其次是新疆大全、新特能源占比14%，江蘇中能、東方希望占比13%，協(xié)鑫集成占比8%。（二）硅片近年來，我國硅片產量總體呈逐年增長態(tài)勢，2017年至2021年產量從92GW增長至194．7GW，約占全球比重的97%。我國硅片企業(yè)憑借在單晶連續(xù)拉棒和金剛線切割方面的技術創(chuàng)新以及低電價區(qū)位布局資源優(yōu)勢，建立了生產成本優(yōu)勢，進一步鞏固了硅片產業(yè)在全球的領先地位。預計2022年我國硅片產量將達到234．8GW。全球硅片產能規(guī)模前十企業(yè)均為中國企業(yè)，這十家企業(yè)產能合計約227GW，占全球硅片總產能的91．7%，產量合計約156GW，占全球硅片總產量的92．9%。目前隆基綠能和中環(huán)股份在單晶硅片市場的占有率合計達50%以上，硅片行業(yè)呈現(xiàn)雙寡頭競爭格局。同時，由于光伏裝機需求持續(xù)增長，行業(yè)技術快速進步，其他擁有客戶、技術、資金等優(yōu)勢的硅片企業(yè)仍有較大發(fā)展空間，硅片市場格局仍處于動態(tài)變化中。（三）銀漿光伏銀漿作為制備太陽能電池金屬電極的關鍵材料，其品質直接影響著電池的光電性能。2021年全球光伏銀漿供應量預計在3518噸左右，相較2020年增加13．2%。我國高溫光伏銀漿行業(yè)市場競爭格局中，帝科股份占比最大達13%，其次為蘇州固锝占比10%，常州聚合占比8%。2021年三大光伏銀漿企業(yè)總產能2700噸，總產量1708噸。我國光伏行業(yè)發(fā)展至第四階段我國光伏行業(yè)于2005年左右受歐洲市場需求拉動起步，十幾年來實現(xiàn)了從無到有、從有到強的跨越式大發(fā)展，建立了完整的市場環(huán)境和配套環(huán)境，已經成為我國為數(shù)不多、可以同步參與國際競爭并達到國際領先水平的戰(zhàn)略性新興產業(yè)，也成為我國產業(yè)經濟發(fā)展的一張嶄新名片和推動我國能源變革的重要引擎。目前我國光伏產業(yè)在制造規(guī)模、產業(yè)化技術水平、應用市場拓展、產業(yè)體系建設等方面均位居全球前列，已形成了從高純度硅材料、硅錠/硅棒/硅片、電池片/組件、光伏輔材輔料、光伏生產設備到系統(tǒng)集成和光伏產品應用等完整的產業(yè)鏈，并具備向智能光伏邁進的堅實基礎。據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年，我國光伏發(fā)電新增裝機容量為1513萬千瓦。2018年，受光伏531新政影響，各地光伏發(fā)電新增項目有所下滑，全年新增裝機容量出現(xiàn)下降態(tài)勢，從2017年的5306萬千瓦下降至4426萬千瓦。2019年，國內光伏新增裝機仍然呈現(xiàn)下降趨勢，下降至3011萬千瓦。2019年對需要國家補貼的項目采取競爭配置方式確定市場規(guī)模，因政策出臺時間較晚，項目建設時間不足半年，很多項目年底前無法并網(wǎng)，再加上補貼拖欠導致民營企業(yè)投資積極性下降等原因，截止2019年底競價項目實際并網(wǎng)量只有目標規(guī)模的三分之一。2020年，在未建成的2019年競價項目、特高壓項目，加上新增競價項目、平價項目等拉動下，預計國內新增光伏市場將恢復性增長。十四五期間，隨著應用市場多樣化以及電力市場化交易、隔墻售電的開展，新增光伏裝機將穩(wěn)步上升，中國光伏發(fā)電新增裝機容量為4820萬千瓦。累計裝機容量方面，據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年以來，我國光伏發(fā)電累計裝機容量增長迅速。2015年，全國光伏發(fā)電累計裝機容量為4318萬千瓦，到2020年已經增長至25300萬千瓦。從一定程度上說，我國的光伏發(fā)電正在迅速發(fā)展起來。據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2013年以來，我國光伏發(fā)電量增長迅速。2013年，全國光伏發(fā)電量僅為91億千瓦時，到2019年，全國光伏發(fā)電量2238億千瓦時，同比增長26．08%。截止2020年底，全國光伏發(fā)電量為2605億千瓦時，同比增長16．4%。光伏發(fā)電行業(yè)技術概況光伏發(fā)電一般分為兩類：集中式發(fā)電和分布式發(fā)電，集中式發(fā)電主要為大型地面光伏系統(tǒng);分布式發(fā)電主要應用于商業(yè)/工業(yè)、建筑屋頂。光伏發(fā)電行業(yè)的產業(yè)鏈中游為電池片、電池組件和系統(tǒng)集成，其中各類光伏電池技術為重點技術路線。根據(jù)半導體材料的不同，光伏電池技術主要包括晶硅電池、薄膜電池以及疊層和新結構電池（第三代電池）。晶硅電池是研究最早、最先進入應用的第一代太陽能電池技術，按照材料的形態(tài)可分為單晶硅電池和多晶硅電池，其中單晶硅電池根據(jù)基體硅片摻雜不同又分為P型電池和N型電池。目前應用最為廣泛的單晶PERC電池即為P型單晶硅電池，而TOPCon、HJT、IBC等新型太陽能電池技術主要是指N型單晶硅電池。薄膜光伏電池分為硅基薄膜電池和化合物薄膜電池，以銅銦稼硒（CIGS）、銻化鎘（CdTe）和砷化鎵（GaAs）等的化合物薄膜電池為代表。疊層、新結構電池包括有機太陽能電池、銅鋅錫硫化物電池、鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池、量子點太陽能電池等。我國光伏產業(yè)發(fā)展較快光伏發(fā)電作為綠色能源的一種，是我國邁向碳中和碳達峰，進行能源結構轉型發(fā)展中的重要一環(huán)。從累計裝機容量方面來看，據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年以來，我國光伏發(fā)電累計裝機容量增長迅速。2015年，全國光伏發(fā)電累計裝機容量為4318萬千瓦，到2020年已經增長至25300萬千瓦。從一定程度上說，我國的光伏發(fā)電正在迅速發(fā)展起來。戶用型光伏是分布式光伏發(fā)電的主要形式，戶用型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是太陽能電池板接收太陽