光伏发电根本原理、影响因素及核心竞争力分析

光伏发电具有环保性。

光生伏特效应于 1839 年由法国科学家 A.E.贝克勒尔发现，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，即会产生电流输出。 1）半导体本身的禁带宽度使其易于在外界因素影响下产生导电性。将单一物质半导体 掺杂其他物质形成杂质半导体后，如果最外层有多余电子，则称为 N 型半导体，N 表示带 负电；如果最外层电子相对于稳定的 8 个电子缺失一个，即产生了一个“空穴”，称之为 P 型半导体，P 表示空穴可以等效成带正电的微粒。

2）电子游离形成自建电场。常温下由于热能导致本征激发，共价键断裂，部分电子游 离。因此 N、P 型半导体均存在空穴与自由电子，空穴与自由电子相较数量较少的称为该 型半导体少子，较多的称为多子。正负半导体结合后，扩散作用下双方多子由于电性吸引 互相结合，交界处形成 PN 结。失去电子的 N 型半导体显正电性，失去空穴的 P 型半导体 显负电性，由于两端不同电性形成自建电场。 3）光照下光生电场最终形成电流。当光线照射，半导体吸收光能，之前成对的载流体 由于能量迁跃分散，在自建电场影响下形成相反的光生电场。然后在此基础上外接回路， 并最终形成电流。这就是光伏电池最基础的形态，之后光伏产业在该理论基础上逐步发 展。

光电转换效率主要取决于开路电压、闭路电压及填充因子，光学损失及电学损失是影 响光电转换效率的核心因素。 电学损失主要指由于载流子在未到达电极前复合，复合速度越低，电压越高。减少复 合率的主要方法包括：1) 梯度掺杂，浓度差引导载流子加速扩散；2）引入钝化膜、隧穿 膜等改变电池结构。 光学损失主要指光伏组件表面对光的反射损失。主要降低方法包括：1）降低栅线宽度 或使用 XBC 背接触式，减少栅线对光遮挡；2）使用超白高透的压延光伏玻璃，降低光伏 玻璃表面反射；3）运用特殊化学药品在硅片表面制绒，减少电池表面光反射；4）使用减 反膜。

光伏发电的核心竞争力在于作为一项清洁能源符合全球双碳共识，同时光伏平价上网 已逐步实现，其降本增效路径清晰明确。因此，近年来光伏在全球能源转型浪潮中脱颖而 出，实现了装机量的飙升。

驱动力①：光伏发电具有环保性。光伏作为清洁能源，可实现发电端的节能减排。以 2021 年中国太阳能发电量 3270 亿 千瓦时为口径计算，2021 年，仅国内光伏发电就节约了 9859.1 万吨标准煤，减排约 0.7 万吨烟尘、3.3 万吨二氧化硫、5.0 万吨氮氧化物和 27075.6 万吨二氧化碳。

环保要求推动政策端对光伏支持。全球各国陆续出台大量政策及补贴方案鼓励光伏装 机，未来碳税等政策的落地也将进一步助力光伏装机量增长。此外，国内绿电交易已经提 上日程，2022 年 1 月 18 日，发改委发布《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意 见》，该意见将“探索开展绿色电力交易”单列于“构建适应新型电力系统的市场机制”项下， 为绿电交易市场赋予了“碳中和”时代的特殊意义。11 月，国家能源局《电力现货市场基 本规则（征求意见稿）》《电力现货市场监管办法（征求意见稿）》相继发布。文件明确了电 力现货市场建设主要任务，也就市场成员、市场构成与价格、现货市场运营等作出细则性 规定。其中重点提出：稳妥有序推动新能源参与电力市场；推动储能、分布式发电、负荷 聚合商、虚拟电厂和新能源微电网等新兴市场主体参与交易等。

驱动力②：光伏发电具备经济性。当前光伏相对于其他清洁能源的核心优势在于更高的经济性，对比传统化石能源及其 他可再生能源形成了竞争优势，拥有更为清晰的有效降本路径。与其他清洁能源相比，光 伏 LCOE 在 2010-2021 年从 0.417$/MWh 下降到 0.048$/MWh，下降了 90%以上，降本 带来的经济性在各可再生能源中排名位居前列。与化石能源相比，光伏 2021 年新增装机 中，平价装机占比 74%，达到 67 GW，低于 G20 最低价的化石燃料发电成本，新增平价 装机量在各清洁能源中排名第一，在经济性清洁能源新增装机中占比 42.8%。

光伏经济性带动装机量激增。当前全社会发电结构中，光伏占比仍然较小，存在着巨 大的发展空间。2022 年 1-11 月全国发电结构中，太阳能仅占比 2.79%。但在光伏经济性 趋势下，其新增装机量近年来出现飙升。21 年国内光伏新增装机量为 53GW，仅略高于其 他能源装机。而在今年的 1-11 月，光伏新增装机量遥遥领先，9 月起即追平去年全年装机 量，前 11 个月累计装机 65.71GW，占到国内电力能源总装机量的 53.01%。