高压锂电池组产业深度调研及未来发展现状趋势

高压锂电池组产业深度调研及未来发展现状趋势一、 光伏发电概况（一）光伏发电的原理光伏为太阳能光伏效应（Photovoltaics）的简称，又称为光生伏特效应，指光照时不均匀半导体或半导体与金属组合的部位间产生电位差的现象。光伏发电系利用半导体界面的光伏效应，将光能直接转变为电能的技术。（二）光伏发电系统的组成光伏发电系统主要由光伏组件、光伏逆变器、配电箱或储能电池等组成，能够利用光伏效应将太阳能直接转换为电能进行利用或存储，为利用可再生能源的主要方式之一。1、光伏组件太阳能光伏组件系将一定数量的太阳能电池片以串并联方式密封而成的组件。在光伏发电系统中，光伏组件起到光电转换作用，即在太阳光照射下能够将太阳能转换为电能进行输出，是光伏发电系统中的最小有效发电单位。因此，光伏组件是光伏发电系统的核心组成部分，决定了光伏发电系统的光电转换效率。2、光伏逆变器光伏逆变器是能够将光伏组件所产生的直流电转化为可并入电网或供负载使用的交流电的设备，在光伏发电系统中，光伏组件输出的电力均需通过光伏逆变器的处理才能够实现对外输出。同时，光伏逆变器可通过跟踪光伏阵列的最大输出功率，将电能以最小的变换损耗、最佳的电能质量进行输出。因此，光伏逆变器是光伏发电系统的大脑，决定了光伏发电系统的发电效率和运行稳定性。3、光伏配电箱或储能电池光伏逆变器将光伏组件产生的直流电转换成交流电后，其输出的交流电可以与市电的频率及相位同步，因此输出的交流电可通过配电箱等装置并入市电电网。近年来，随着光伏发电技术的发展和应用范围的不断扩大，光储一体化已成为行业的主要发展方向，即在光伏发电系统中配备储能逆变器与储能电池，通过储能逆变器控制储能电池的充放电过程，实现波谷储存电能、波峰输出电能，起到平滑输出功率曲线、降低电网调度压力、节省用电成本等作用。（三）光伏发电的类型根据光伏发电所产生电力的最终去向，光伏发电可分为独立光伏发电和并网光伏发电。独立光伏发电又称为离网光伏发电，指光伏发电系统产生的电力不接入公共电网，而直接使用或储存在蓄电池中，用于夜间或在多云等情况下提供电力。独立光伏发电可实现原地发电、原地使用，无需架设输电线路，电力输送损耗小，因此一般适用于未并网或并网电力不稳定的偏远山区、海岛等区域用电，以及光伏建筑、太阳能路灯等各类带有蓄电池的独立运行的光伏发电系统用电。并网光伏发电指光伏发电系统产生的电力，在经过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电后，直接接入公共电网。根据电力并网模式，并网光伏发电又可分为集中式光伏发电和分布式光伏发电：集中式光伏发电指通过在太阳能资源丰富的空旷地区建设大型光伏电站，通过高压输电线路将光伏发电系统产生的电能直接输送到公共电网，并由电网统一调配向用户供电；分布式光伏发电指在用户现场或周边配置中小型光伏发电系统，所产生的电力用于满足用户用电需求、接入当地电网等，因所在地太阳能资源条件、用户及电网用电需求等差异，分布式发电具有模式灵活多样的特点。相较于集中式大型光伏电站，分布式光伏电站具有占地面积少、建设周期短、初始投资小等特点，能够实现就近发电、就近并网、就近转换、就近使用，能够有效减少电力在升压及长途传输过程中的损耗，目前已成为光伏发电的主要方向。二、 中国光伏发电行业中游分析（一）中国光伏发电市场现状光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能，近年来，我国光伏发电行业快速发展。据统计，2022年1-7月中国光伏发电装机容量34351万千瓦，同比增长267%。光伏发电新增装机容量3773万千瓦，同比增加1979万千瓦。（二）太阳能电池板太阳能电池板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，电池板包括电池片、光伏组件等。近年来，得益于我国鼓励发展新能源的优惠政策，太阳能电池片产量增长势头良好。数据显示，2021年我国太阳能电池片产量1979GW，同比增长4690%。随着电池片环节的技术更迭速度日益加快，技术水平领先、产能结构合理的企业持续扩大市场份额，其所生产的光电转换效率高、长期稳定性好、具有成本优势的大尺寸电池片产品是下游组件市场需求的主流。预计2022年我国太阳能电池片产量有望达2338GW。太阳能电池片处于光伏发电产业链中游，是光伏发电的核心器件。根据PVInfoLink调研数据统计，2021年通威再度拿下全球电池片出货量冠军，爱旭股份紧随其后，三四五名分别为润阳、潞安、中宇。和此前PVInfoLink公布的2021年上半年电池片出货量保持一致。随着中国光伏新增装机容量不断增加，中国光伏组件产量也不断增加。2020年光伏组件产量突破120GW，2021年光伏组件产量再创新高达到182GW，同比增长461%。据悉，我国光伏组件产量连续15年居全球首位。预计2022年光伏组件产量将达235GW。从企业生产情况来看，2021年，组件环节产业集聚度继续提升。前五家、前十家、前二十家企业的产量增速依次递减，TOP5和之后的企业相比增速差距加大，TOP5企业市占率继续上升至突破50%，达到562%，头部企业规模优势明显。（三）智能控制器近年来，得益于我国拥有广阔的终端产品消费市场、完善的电子产业配套体系以及充足的劳动力资源，全球智能控制器产业逐渐向国内转移，我国智能控制器市场规模不断增长。数据显示，2020年我国智能控制器市场规模达23746亿元，同比增长102%。预计2022年我国智能控制器市场规模将达31813亿元。目前，我国智能控制器企业众多，竞争格局较为分散，主要原因是智能控制器产品迭代快。从市场份额来看，智能控制器行业龙头企业分别是拓邦股份与和而泰，市场占有率分别为023%、019%，其次是朗科智能与和晶科技，市场占有率均为007%，贝仕达克和振邦智能市场占有率均为004%。（四）光伏逆变器得益于国内齐全的产业链、充分的政策支持、相对廉价优质的高素质劳动力、充分的竞争等方面因素，国内光伏厂商在过去十年在全球市场中迅速成长。2018年，国内出台531政策，大型电站项目规模骤减，国内企业开始向海外市场发力。在国内与海外市场共同的带动下，中国光伏逆变器产量不断突破新高，2020年达1007GW，同比增长37%，预计2022年将增长至140GW。中国光伏逆变器市场集中度不断提升。从产量来看，2020年阳光电源市场占有率超35%，上能电气市场占有率为73%。正泰电器、科士达占有率分别为25%、17%。三、 进入光伏发电行业的主要壁垒（一）光伏发电技术壁垒逆变器作为光伏发电系统的大脑，直接决定了系统的发电效率和运行稳定性。光伏逆变器的生产和制造结合了电力系统设计技术、半导体技术、电力电子技术、微电脑技术、软件算法编程技术等，属于技术密集型行业。一款产品从技术研发到最终成熟应用需要投入大量的资源，并且研发人员的专业能力、电子元器件的选择运用、生产工艺的先进程度、软件算法的迭代升级以及对于应用场景的了解和把握，均会直接影响产品的质量和稳定性。对于新进入行业的竞争者，难以短期内完成各项技术、人员和应用场景数据的积累，因此具有一定的技术壁垒。（二）光伏发电产品认证壁垒中国欧洲美国等全球主要光伏市场对于光伏逆变器均制定有独立的认证体系，如中国的CQC认证、欧洲的CE认证、北美的UL认证等，每一款型号的光伏逆变器均需完成认证后，方可进入市场向下游客户进行销售。不同市场的资质认证内容不尽相同，且认证程序复杂、测试标准严格、认证周期较长，对于新进入行业的竞争者，难以短期完成相关产品的认证，因此具有一定的产品认证壁垒。（三）光伏发电渠道壁垒从供应链渠道来看，光伏逆变器属于电力电子产品，一方面电容、电感、IGBT等电子元器件对于产品品质的影响较大，另一方面产品存在使用老化和技术更新迭代，要求供应商能够在满足原材料供应品质和时效的前提下，能够对于技术路线升级快速反应。从销售渠道来看，分布式光伏用户具有较强的C端客户属性，相较于多采用招标方式集中采购的大型电站，分布式光伏产品的客户对于产品设计、稳定性、售后服务等方面要求更具有个性化，因此要求厂商需更加了解终端客户的使用场景和使用习惯，建立广泛的营销网络。对于新进入行业的竞争者，难以短期建立稳定的采购及销售渠道，因此具有一定的渠道壁垒。（四）光伏发电资金壁垒行业需要较大的资金投入。在产品研发阶段，因产品型号众多、技术迭代速度快，需要投入大量研发资源；在产品生产及检测阶段，企业需配置自动化加工生产线、高温老化设备等，并产生设备维护、保养及检修等费用支出；在产品销售阶段，企业需进行营销推广，并组建本地化团队提升售后服务响应能力；最后，对于大型光伏电站项目，销售回款周期普遍较长，企业需具备较好的资金实力和融资能力保障经营性现金流的稳定。对于新进入行业的竞争者，难以同步投入大量资金用于产品研发、生产检测、营销售后，难以参与大型工程项目的竞标，因此具有一定的资金壁垒。四、 中国光伏发电行业上游随着光伏产业的发展，我国工业硅行业总体运行平稳，行业供需两旺，价格大幅上涨。2021年，中国工业硅产量261万吨，同比增长243%。据中国有色金属工业协会数据，2022年上半年，我国工业硅产量1436万吨，同比增长269%。（一）硅料多晶硅位于光伏发电产业上游，是发展光伏发电不可或缺的材料。近年来，我国多晶硅产量持续扩大。多晶硅产量由2017年的242万吨增至2020年的392万吨。2022年上半年，我国多晶硅产量约365万吨，同比增长534%。中国多晶硅行业集中度较高，CR6占比77%，且有进一步上升趋势。由于多晶硅生产属于高资金、高技术壁垒的行业，项目建设、投产周期通常长达两年及以上，因此新厂商进入该行业较为困难。其中，通威集团以15%的产量占比位居第一，其次是新疆大全、新特能源占比14%，江苏中能、东方希望占比13%，协鑫集成占比8%。（二）硅片近年来，我国硅片产量总体呈逐年增长态势，2017年至2021年产量从92GW增长至1947GW，约占全球比重的97%。我国硅片企业凭借在单晶连续拉棒和金刚线切割方面的技术创新以及低电价区位布局资源优势，建立了生产成本优势，进一步巩固了硅片产业在全球的领先地位。预计2022年我国硅片产量将达到2348GW。全球硅片产能规模前十企业均为中国企业，这十家企业产能合计约227GW，占全球硅片总产能的917%，产量合计约156GW，占全球硅片总产量的929%。目前隆基绿能和中环股份在单晶硅片市场的占有率合计达50%以上，硅片行业呈现双寡头竞争格局。同时，由于光伏装机需求持续增长，行业技术快速进步，其他拥有客户、技术、资金等优势的硅片企业仍有较大发展空间，硅片市场格局仍处于动态变化中。（三）银浆光伏银浆作为制备太阳能电池金属电极的关键材料，其品质直接影响着电池的光电性能。2021年全球光伏银浆供应量预计在3518吨左右，相较2020年增加132%。我国高温光伏银浆行业市场竞争格局中，帝科股份占比最大达13%，其次为苏州固锝占比10%，常州聚合占比8%。2021年三大光伏银浆企业总产能2700吨，总产量1708吨。五、 中国光伏发电行业产业链光伏发电产业链上游为原材料，包括硅矿石、硅料、硅片、银浆等；产业链中游为光伏发电系统，主要由太阳能电池板（组件）、控制器、蓄电池组（可无）、逆变器等设备组成，其中太阳能电池板由电池片和电池组件组成；产业链下游则是光伏发电站以及光伏应用产品。从光伏发电产业链上游来看，硅料领域供应商主要有通威股份、新特能源、保利协鑫等；硅片领域供应商有隆基股份、中环能源、晶科能源等。从产业链中游来看，电池片方面我国通威股份、恒星科技、中利集团等企业已处在领先地位；光伏组件方面，隆基股份、晶澳科技为龙头企业；光伏逆变器方面，阳光能源、锦浪科技、上能电气排名前列。六、 光伏发电行业的周期性区域性或季节性特征（一）光伏发电周期性特征光伏逆变器应用于光伏发电系统，而光伏发电系统的建设安装与宏观经济形势、公共电网建设安排、政府支持政策等具有较强的相关性。宏观经济形势向好、公共电网系统完善、政府产业支持政策力度较大时，光伏发电系统建设需求相应增加；经济形势低迷、电网配套设施落后、政府支持政策退坡时，光伏发电系统建设投资活动减少。因此，光伏逆变器行业具有一定的周期性。近年来，在全球大力发展可再生能源的背景下，全球光伏产业发展呈持续快速增长趋势。同时，随着平价上网的逐步实现，光伏逆变器行业受政府补贴政策的影响程度不断下降，加之储能技术的发展运用使得光伏发电对于公共电网的依赖程度有所降低，行业的周期性特征逐渐减弱。（二）光伏发电区域性特征因全球各国家及地区太阳能资源分布、光伏产业起步时间、政策支持力度、经济发展状况等方面存在较大差异，光伏逆变器行业具有一定的区域性特征。（三）光伏发电季节性特征光伏发电系统需要进行人工安装调试，且应用领域包括工商业及户用领域，因此具有一定的季节性特征。第一季度因冬季雨雪天气和国内外主要假期较为集中，通常为行业销售淡季。七、 光伏发电行业技术水平特点和特有的经营模式（一）光伏发电行业技术水平特点电力电子行业属于技术密集型行业，涉及电力电子、控制理论等学科，光伏逆变器与储能系统产品在研发、设计、生产制造与创新性改进等方面的专业化程度较高，主要运用的技术包括光伏逆变器拓扑与调制技术、并网控制与保护技术、最大功率追踪算法技术、直流故障电弧检测技术、电芯测试与模组集成技术、储能变换技术、能量均衡与管理技术等。1、光伏逆变器拓扑与调制技术光伏逆变器作为连接光伏阵列与电网的核心设备，其拓扑结构直接决定了整个光伏发电系统的效率和稳定性，是影响系统高效、可靠运行的关键因素。如工频变压器隔离型逆变器拓扑能够有效阻止逆变器输出波形中的直流分量注入电网，提升系统的安全性，但会导致系统体积、重量和成本显著增加；无变压器拓扑的制造成本相对较低，但由于输入与输出之间没有电气隔离，光伏组件对地存在随外部环境变化而大范围变化的对地电容，因此极易产生对地漏电流，影响变流器的工作模式。因此，光伏逆变器厂商需要不断完善产品的电力电子变换拓扑结构与调制策略，保证性能指标与功能安全的同时，不断提升产品的逆变效率、降低制造成本。2、光伏发电并网控制与保护技术由于电网阻抗的存在，大量逆变器接入电网会使得逆变器与逆变器之间、逆变器与电网之间发生交互影响，从而产生并网电流谐波大、逆变器脱网、非计划性孤岛运行等问题，对电网的安全可靠运行产生不利影响。同时，当光伏电站渗透率较高或负荷较大时，电网容易发生故障引起光伏电站跳闸。由于故障恢复后光伏电站重新并网需要时间，在此期间引起的功率缺额将会进一步导致邻近的电站过载跳闸，从而引发大面积停电。因此，稳健的并网控制算法与保护技术是保障光伏并网发电系统安全的关键技术。3、光伏发电最大功率点追踪技术光伏组件的电压、电流曲线呈现较强的非线性特点，在辐照强度、温度等环境条件改变时，光伏组件可以提供最大功率传输效率的负载曲线也随之发生变化。通过实时调节负载阻抗以匹配光伏组件的内阻，可使光伏组件始终工作在最大功率点或其附近，从而保持光伏组件传输功率最高。由于最大功率点随环境参数变化，仅依靠组件无法实现自动追踪最大功率点并使负载特性维持在该功率点。通过电路设计和控制算法调节连接到光伏组件上的负载功率，结合最大功率点追踪技术可以匹配到当前组件最大可用功率所需要的最佳负载，通过提高最大功率点追踪效率来增加系统整体效率。4、光伏发电直流故障电弧检测技术光伏组件串联后会形成高压直流系统，而直流电弧不存在过零点，触发部位会维持较长时间稳定燃烧而不熄灭。在光伏发电系统中，由于接触不良、连接器损坏、绝缘老化等原因均可能引起直流电弧，成为导致光伏发电系统火灾的重大隐患。直流故障电弧检测技术通过产品内置的直流电弧检测模块，使用高精度电弧故障传感器，通过傅里叶分析从复杂的直流变化信号中准确识别故障电弧信息。通过实时监测组件到逆变器输入端的电流信息，在电弧产生的初始阶段判断电弧故障，逆变器快速切断分断、熄灭电弧，提升光伏发电系统的安全性。5、光伏发电电芯测试与模组集成技术电芯测试与模组集成是储能系统集成的主要内容之一，是储能系统产品设计、生产和应用的关键步骤，也是连接电芯生产与下游应用的重要环节。模组集成的优劣对于锂电池系统的能量密度、安全性、功能性、可靠性、环境适应性至关重要。同时，基于下游应用的定制化设计能力对于解决电芯、电气件、结构件等电池模组部件的有机结合至关重要。通过优质的整体设计、高可靠性电池管理系统、高效热管理技术及精确的检测技术等成熟技术的交互使用，电池组各模块可实现有机结合，保障核心储能装置电芯的安全性和稳定性。6、光伏发电储能变换技术传统的光伏发电为间歇性能源，只能日间并网馈电。光伏储能系统产品可适应光伏逆变器的市场需求，改变单一日间发电、用电的结构性问题。光伏储能系统在家庭户用、工商业领域应用广泛，实现自发自用、削峰填谷等功能，储能技术是解决可再生能源高比例应用的有效手段。储能功率转换系统是电池介质与电网的接口，承担着对电池介质的管理、充放电控制与并网任务，随着储能系统容量的扩大和对其功能需求的提升，储能功率转换系统在不断发生变革与创新。7、光伏发电能量均衡与管理技术储能电池模组具有区别于单体电池的额外特性，基于目前的电池设计与制造技术水平，单体之间的性能差异在其整个生命周期中客观存在。实际使用过程中，在将多个单体锂电池串并联构成一定电压、容量的电池组时，需使电池组功能和性能指标达到或者接近单体的平均水平，避免单体由于过充、过放导致提前失效，因此需对电池组中单体之间实现均衡控制和管理。电池组均衡管理是一项较为先进的电池组使用技术，需要结合动力电池电化学模型、电子电源和计算机控制等多学科技术进行创新性设计。（二）光伏发电行业特有的经营模式1、光伏发电直销和经销相结合的销售模式光储系统设备供应商的下游客户包括设备经销商、系统集成商、系统安装商、EPC承包商和终端用户等，均可直接向设备供应商采购相关产品用于自身业务。根据产品类型、市场特点的不同，光储系统设备供应商通常采取直销和经销相结合的销售模式。2、光伏发电境外客户以专业化属地经销商为主光储系统在提供给终端用户使用之前，存在系统设计、系统部件集成、系统安装及验收和发电并入电网等环节，其中系统设计环节由于涉及建筑结构和屋顶荷载等，需要施工方提前进行现场踏勘，并结合现场情况设计施工图纸。后期集成和安装完成后，由于发电上网需与当地电网对接并根据项目装机容量等确定接入方案，光伏发电系统自设计至验收全流程的专业性和属地性较强。海外市场已逐步形成一批经营规模较大、业务较为成熟的区域性光伏设备经销商，一方面利用其渠道优势，向设备供应商采购系统设备，从事专业化的设备经销业务，另一方面，因其本地化服务能力强，贴近客户需求，经销商亦为终端用户提供光伏发电系统设计、集成、安装等服务，形成了以专业化属地经销商为主的渠道特点。