光伏行业深度研究：分布式电站成蓝海，钙钛矿或推动BIPV爆发
1.1. 降碳是国际共识，光伏发电为清洁能源主力
随着温室效应危害显现，减少碳排放、实现碳中和成为国际共识。目前光伏发电已具经济性优势。全行业降本增效下，我国商业侧光伏的平准化度电成本已经接近燃煤标杆基准电价水平，光伏发电已成为技术成熟、成本领先的清洁能源， 大规模应用已经具备现实的经济性。目前行业内技术迭代迅速，降本增效趋势明显， 未来经济性有望进一步增强。
我国太阳能资源丰富，陆地太阳能的理论储量高达 186 万 GW。国内外光伏新增装机预期在高基数基础上继续保持增长。根据 CPIA 的预测，我国 2022 年新增装机预计在 75GW~90GW 范围，2025 年 90GW~110GW，预测中值 4 年 CAGR4.9%；全球 2022 年新增装机195GW~240GW，2025 年270GW~330GW，预测中值 4 年CAGR8.4%。
1.2. 企业对光伏发电重视程度高涨，特斯拉也不例外
企业对光伏发电重视程度高涨，特斯拉也不例外。但与众多近年切入光伏发电产业链的玩家不同， 特斯拉从创立初期便确定了长期的光伏发电业务规划。2006 年的《特斯拉汽车秘密蓝图》 阐明了其路线规划：(1)打造跑车；(2)用挣到的钱打造一款实惠的车；(3)用挣到的钱打造一款更实惠的车；(4)在做以上事情的同时，提供零排放发电的选项。前三步已于2016 年实现。
《秘密蓝图-第二部分》指引特斯拉第二阶段发展目标，光伏屋顶位列第一。从特斯拉目前的产品线来看，光伏屋顶产品 Solar Roof、Solar Panels 和储能系统 Power Wall、Mega Pack 是特斯拉是承接 2006 年版秘 密蓝图最后一步与 2016 年版秘密蓝图第一步的关键，意义非凡，前景可期。
1.3. 光伏发电应用场景广阔，分布式光伏或迎来历史性机遇
位于光伏发电站可分为集中式光伏电站与分布式光伏电站。其中集中式大面积光伏通常建在沙漠、戈壁等地区，而分布式光伏一般建在楼顶、屋顶、厂房顶等地方，较多的是基于建筑物表面，就近解决用户的用电问题，通过并网实现供电差额的补偿与外送。
近年来，我国分布式光伏装机在全部新增光伏装机中占比呈现波动上升趋势；2013 年我国新增光伏装机 16.3GW，其中分布式光伏仅0.8GW，占比 6%；2022 年 H1，我国新增光伏 装机 30.9GW，其中分布式光伏 19.7GW，占比达 64%。
我国以整县推进协调屋顶资源开发屋顶光伏。2021 年 6 月，国家能源局印发了《国 家能源局综合司关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，要 求各地区积极协调落实屋顶资源，以整区、街道、镇、乡等方式进行开发建设，其 中：（1）党政机关屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于 50%；（2）学校、医院等 公共建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于 40%；（3）工商业厂房屋顶总面积 可安装光伏发电比例不低于 30%；（4）农村居民屋顶总面积可安装光伏发电比例不 低于 20%。
欧盟太阳能战略积极倡议开发屋顶光伏。2022 年 3 月，欧盟鉴于俄乌战争提出 REPowerEU 方案，计划加速发展清洁能源，提高能源独立性，在 2030 年前摆脱对俄罗斯燃料进口的依赖。2022 年 5 月，欧盟发布太阳能战略，提出包括充分开发屋顶太阳能，试点车载光伏等举措，其中，对以下建筑物提出强制安装太阳能屋顶的要求：（1）自 2026 年起，所有新建的、实用楼层面积大于250平米的公共建筑和商业建筑；（2）自 2027 年起，所有存量的、实用楼层面积大于250平米的公共建筑和商业建筑；（3）自 2029 年起，所有新建住宅。
分布式光伏或迎来历史性机遇。分布式光伏发电具有应用空间宽广，靠近用户端可节约输配电损耗等优势，随着技术发展和电网建设更趋完善，发展前景广阔。2022 年 3 月，住建部印发《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》，提出到 2025 年，全国新增建筑太阳能光伏装机容量 50GW 以上，完成既有建筑节能改造面积 3.5 亿平方米以上，建设超低能耗、近零能耗建筑 0.5 亿平方米以上。在全球降碳和能源自主趋势下，我们认为各个国家和地区也还将不断推出相关政策，鼓励新建建筑和翻新工程中应用分布式光伏发电系统，分布式光伏或迎来历史性机遇。
1.4. 中国厂商或充分受益 BIPV 发展大潮
目前，已有不少中国企业切入特斯拉太阳能产业链，将受益特斯拉光伏业务快速发展。根据上市公司自行披露等信息，亚玛顿是特斯拉光伏屋顶 Solar Roof 的主要供应商， 在特斯拉光伏屋顶玻璃等领域已有长期的布局；秀强股份自 2019 年起接入特斯拉光伏屋顶项目，前期完成了初步样品确认，目前正根据需求持续对产品进行升级；隆基绿能供应了少量组件。
国内众多厂商已推出其自主品牌 BIPV 产品，或成为全球范围内有力竞争者。英利、隆基、固德威、东方日升、天合光能等企业亦先后推出了其自主品牌的 BIPV 产品，在发电效率、集成储能功能、防水防火等多种功能上各有侧重和突破。结合我国在硅料、晶硅组件等光伏产业链重要环节上的优势地位，我们认为中国自主品牌 BIPV 产品或较特斯拉等海外品牌更具产 业链优势，有望成为全球范围内的有力竞争者。
2. 光伏电池发展之历史辩证法——薄膜电池或重新获得青睐
2.1. 薄膜电池曾阶段性占竞争优势，硅基电池是目前绝对主流
光伏电池依据半导体材料不同，可分为晶硅电池与薄膜电池两条主要技术路径。晶硅指硅原子以晶体形式存在材料，根据晶核长成晶面时取向的异同分为多晶硅和单晶硅，根据导电载体所带电子的正负性分 为 P 型（Positive）和 N 型（Negative）。薄膜电池指将各种薄膜制备成太阳能电池， 用硅量少或不含硅。
根据 Fraunhofer ISE 统计，薄膜电池在全球市占率在 1980 年代一 度上升至 30%以上，但之后因技术迭代不及晶硅电池再度下滑。受益于 First Solar 碲化镉电池进展与硅价高企，薄膜电池市占于 2009 年回升至 15%+。
目前，晶硅电池已占光伏电池市场中绝对主流，占比约 96%；晶硅电池市场中又以 P 型 PERC 单晶硅电池为主流，根据 CPIA 统计，我国 2021 年 P 型 PERC 单晶硅片出货量在硅片市场占比高达 90.4%。P 型晶硅电池效率已近理论极限，N 型晶硅电池提效空间不及薄膜电池。
根据 CPIA 统计，我国 2021 年 P 型 PERC 单晶硅片规模化生产平均转化效率约为 23.1%，同比 提高 0.3pct，未来效率提升空间有限。TOPCon、HJT 等 N型单晶硅电池理论转换效率更高，生产工艺与 PERC 高度兼容，但目前成本较高，量产规模较小，未来随着 生产成本和良率的逐步改善，预计是晶硅电池路径的主要的提效方向，但理论效率上限不及薄膜电池。
2.2. 薄膜电池未来发展潜力巨大，有望重新获得市场青睐
晶硅电池现阶段较薄膜电池更具经济性。薄膜电池目前商用环境中量产转换效率、 产业化成熟度不及晶硅电池，在多数场景下，晶硅电池具有经济性优势。薄膜电池多方面性能都具有优势，较晶硅电池前景更为宽广。
碲化镉电池目前在薄膜电池中占绝对主流，First Solar 处垄断地位。截止 2021 年底， 全球薄膜电池产量 8.28GW，市占率仅 3.8%，处于历史低位，其中碲化镉（CdTe） 电池占比 97%，铜铟镓硒（CIGS）电池产量 245MW，占比 3%。目前，美国 FirstSolar 在产量和电池转换效率上均处于强势领先状态，市占率超过 90%，近乎完全垄 断；我国中建材、中山瑞科、龙焱能源等厂商近年来也不断通过自主研发取得技术 突破，未来或有机会打破进口依赖。
钙钛矿转换效率屡创新高，或成为未来主流应用。钙钛矿电池被认为是第三代光伏电池的代表，应用前景极具想象空间。2022 年 6 月，洛桑联邦理工学院和瑞士电子与微技术中心成功使钙钛矿-硅叠层电池转换效率首次突破 30%，达到 31.3%，我们认为，尽管钙钛矿电池尚未实现规模化生产，但凭借其颠覆性的转换效率空间与宽广的应用场景，或推动薄膜电池行业 整体发展，成为未来主流应用。
3. 技术迭代迅猛，钙钛矿电池或成为主流
3.1. 发电效率优势：可设计性强，光电转换效率空间大
钙钛矿原料可调整，可设计性强。钙钛矿因其为化合物，可设计性强。根据刘璋等人的研究，钙钛矿能够通过调整原料实现带隙的 1.5~2.3eV 连续可调，光电性能改良优化空间大。通过改变钙钛矿材料的组成，钙钛矿电池的颜色也会随之改变， 可用于制备彩色电池，以适用于更多应用场景。
叠层电池突破肖克利-奎伊瑟转换效率极限。目前叠层电池中应用较多的原料 是砷化镓（GaAs），钙钛矿带隙连续可调，也是实现高效叠层太阳能电池的理想材料，具有重要应用前景。2022 年 5 月，南京大学谭海仁团队通过运用涂布印刷、真 空沉积等大面积制备技术，首次实现全钙钛矿叠层光伏组件的制备，经国际权威第 三方测试机构认证，转换效率达 21.7%，面积为 20.25平方厘米，展示了良好的产业化前景。
3.2. 生产制造优势：轻薄、工艺简单、节能、生产周期短
吸收效率优异，吸收层轻薄。钙钛矿光伏电池吸收系数表现优异，使得钙钛矿吸收层只需要亚微米级（100nm~1μm）厚度，即可产生高密度光生载流子，厚度与远薄于晶硅电池片，差异近 3 个数量级。相比晶硅电池要求 99.9999%的 高纯度硅，钙钛矿纯度仅需90%，当产线达到 GW 级规模生产时，钙钛矿电池较目前已经成熟的晶硅电池或有 30%以上成本优势。
钙钛矿生产全过程可在低温环境完成，更节能环保。钙钛矿生产工艺流程温度不超过 150℃，而晶硅在铸锭和拉晶环节都需要超过 1500℃，生产能耗差异巨大。我们认为，随着双碳战略的推进，光伏电池生产环节耗能或也列入管控范围，届时钙钛矿电池相较目前主流晶硅电池也将获得一定比较优势。
3.3. 商业化进程：稳定性与尺寸或为主要催化因素
钙钛矿目前尚未实现商业化，主要瓶颈在于稳定性与尺寸。稳定性方面，目前的钙钛矿电池对温湿环境较敏感，材料易产生热分解、晶体结构转变等问题。尺寸方面，钙钛矿目前的高转化效率只能在实验条件下，在 1cm2 左右大小的电池片上实现，电池尺寸增大后，难以控制薄膜的均匀性，光电转化效率与稳定性均难以保障。钙钛矿电池稳定性已取得关键性实验进展，可密切关注产业落地情况。
大面积钙钛矿制备有多个潜在产业化路径。根据金胜利等人的研究，目前钙钛矿产 业化制备技术可分为四类：（1）溶液涂布：由涂布装置带动钙钛矿前驱体溶液在基 地上相对运动，形成均匀薄膜；（2）喷涂：在喷头内部施加压力，挤出钙钛矿前驱 体溶液；（3）软膜覆盖：在压力下用聚酰亚胺膜覆盖的方式将络合物前驱体转化成 薄膜；（4）气相沉积：在真空环境下蒸镀。目前各种制备方法的技术与设备迭代迅速，前景值得期待。
钙钛矿电池有望成为主流光伏电池。虽然钙钛矿电池目前尚不具备商业化条件，但考虑到钙钛矿电池自 2009 年首次面世以来发展仅13 年，技术迭代迅速，在转化效率、制造成本、应用场景等方面都具有巨大的潜力，我们认为其极可能成为未来主流光伏电池，产业链机会巨大。国内众多厂商已在争先布局。
协鑫光电于 2020 年起投建 100MW 钙钛矿组件量产 线，2022 年 5月宣布完成数亿元 B 轮融资，用于进一步完善 100MW 产线。2022 年 5 月，纤纳光电宣布首发钙钛矿α组件；2022 年 7月在浙江衢州举行了首批α组件 的发货仪式，发货数量为 5000 片，用于浙江省内工商业分布式钙钛矿电站。极电光能在建行业内产能最大的 150MW 钙钛矿试制线，预计于今年开始试生产。杭萧钢构旗下子公司合特光电在建 100MW 钙钛矿/晶硅叠层电池中试线，目标在不晚于 2023 年 5 月投产，转换效率 28%以上。
4. 虚拟电厂有望进一步为 BIPV 分布式电站提供技术保障
4.1. 电力消纳制约新能源发展，分布式增加系统调峰难度
随着第一批风光大基地陆续投产， 内蒙古、陕西、青海、甘肃、吉林等省份的风电和光伏发电装机规模将大幅增加， 风光发电量占比将进一步提升。同时，5 月 31 日，国务院印发《关于印发扎实稳 住经济一揽子政策措施的通知》，提到加快推动以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大 型风电光伏基地建设，近期抓紧启动第二批项目，因而第二批大型风电光伏基地建 设节奏或将加快。西北地区新能源发电量以就地消纳和依托存量通道外送消纳为主， 在本地消纳空间有限的情况下，风光大基地建设导致消纳压力进一步增大，需重点 关注西北地区新能源利用水平。
分布式光伏上网规模剧增亦对当地电网调峰造成压力。近年我国分布式光伏发展迅猛，2022H1 分布式光伏新增装机量达到 19.65GW，占今年上半年全部新增光伏发电装机的 63.6%。在并网消纳方面，大规模发展分布式光伏将增加部分地区的系统调峰压力，引起输配电网与分布式光伏在建设布局、规模、时序上不协调的问题，同时会对电力系统的安全稳定运行带来较大挑战。
4.2. 虚拟电厂作为新型电力消纳技术，有望进一步为 BIPV 分布式电站 提供技术保障
虚拟电厂可实现“源荷互动”，是分布式能源管理的重要技术手段。由于分布式光伏以及储能设施的快速发展，如何实现“源、网、荷、储”电力电量平衡、储能管理、策略运营和优化协调运行等功能 成了未来的关键技术，而虚拟电厂可通过先进计量、信息通信、控制和管理技术， 将用户侧分散的清洁能源、储能系统、可控负荷等分布式能源资源聚合并协调优化， 实现削峰填谷，是分布式能源管理的重要技术手段。
通过虚拟电厂实现电力系统削峰填谷具备经济性。据国家电网测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足 5%的峰值负荷需要投资 4000 亿元；而通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节投资仅需 500 亿元至 600 亿元。
政策推动下，我国虚拟电厂建设或将加速。以《“十四五”现代能源体系规划》为代表的政策持续出台，鼓励虚拟电厂发展。地方层面，北京、山西等地也已经发布具体政策来支持虚拟电厂发展。8 月 26 日，继广州之后，深圳成立虚拟电厂管理中心，接入分布式储能、数据中心、充电站、地铁等类型负荷聚合商 14 家，接入容量达 87 万千瓦。在政策的持续推动下，我国虚拟电厂建设或将加速，有望进一步为 BIPV 分布式电站提供技术保障。
5. BIPV 有望推动分布式光伏电站产业成为蓝海
5.1. 光伏装机市场高景气预将持续，分布式装机占比不断提升
2022 年 7 月，CPIA上调我国和全球今年新增光伏发电装机容量预测 10GW，预计光伏市场或开启加速模式。分布式光伏于新增光伏装机中占比持续提升。
5.2. 分布式光伏已具经济性，BIPV 较 BAPV 效益更高
分布式电站已具经济性，效益持续提高。根据 CPIA 统计，2021年我国工商业分布式光伏初始投资成本为 3.74 元/W，运维成本为每年 0.051 元/W。在全投资模型下，分布式光伏 2021 年在 1800h/1500h/1200h/1000h 等效利用小时数的LCOE分别为 0.19/0.22/0.28/0.33 元/kwh，在全国大部分地区都具有经济性。预计 2022 年初始投资成本还将进一步下降至 3.53 元/W，运维成本也将继续略有下降，经济性有望进一 步提升。
BIPV 较 BAPV 一体化程度更高，经济性、可靠性具有优势。根据郑东驰对某钢结构屋面场面的实际案例测算，采用 BIPV 比 BAPV 在材料费上 节约 34 元/㎡，且使用寿命更长，不涉及屋顶更新时光伏组件二次安装、高负荷导 致屋面沉降变形等问题，优势明显。随着 BIPV 应用日趋成熟，新建工程中渗透率 逐渐提高，其降碳与发电效益值得期待。
5.3. BIPV 有望成为蓝海，市场至 2025 年或有十倍扩容空间
我国 BIPV 市场缺乏权威统计数据，我们根据多方数据做假设、校验和推演。我国 BIPV 仍处于起步阶段，根据中国建研院统计信息，我国主要光电建筑企业 2020 年 BIPV 新增装机 709MW，占当年分布式光伏新增装机容量约 0.5%。因关键参数缺乏历史数据权威统计，我们综合多方收集数据进行参数假设、校验和推演。
新建 BIPV 屋顶面积方面，预测未来新竣工建筑保持 40 亿平方米水平；其中可安装光伏屋顶占比 15%；BIPV 安装比例自 2023 年起在特斯拉 Solar Roof v3.5 对行业 的带动作用下迎来较快上涨，到 2025 年达到 12%水平；预计 2025 年新建 BIPV 屋 顶面积达 7200 万平方米。
改造 BIPV 屋顶面积方面，预计 2022 年存量建筑为 650 亿平方米，此后增量为新竣 工建筑的 90%；可安装屋顶光伏占比 15%；改造比例在低基数基础上持续上升，至 2025 年达 0.04%；预计 2025 年改造 BIPV 屋顶面积 455 万平方米。
新建 BIPV 幕墙面积方面，根据《建筑装饰行业“十四五”发展规划》统计的 2020 年幕墙工程行业 4300 亿元总产值和 1500 元/平方米造价假设，推算出 2020 年新建 幕墙面积 2.87 亿平方米，假设此后年增速 10%，忽略翻新部分；BIPV 安装比例自 2023 年起快速提升，至 2025 年达到 6%；预计 2025 年新建 BIPV 幕墙面积 2773 万 平方米。
每平米装机容量方面，根据中国建研院统计信息，我国主要光电建筑企业 2020 年 BIPV新增装机709MW，对应安装面积377.4万平方米，推算每平米装机容量188W，假设此后年增速 5%，至 2025 年达 240W/㎡。
BIPV 装机每瓦价格方面，根据 CPIA《中国光伏产业发展路线图》，2022 年工商业 分布式光伏系统初始全投资有望下降至 3.53 元/W，结合硅料价格或回落，成本更低的薄膜电池商业化预将加速，假设此后每年价格下降 5%，至 2025 年达 3.03 元/W。
综合以上，我们预计 2022 年 BIPV 新增装机或近 2GW，装机市场规模约 70 亿元；2025 年新增 BIPV 新增装机或近 25GW，装机市场规模约 757 亿元；市场空间或有十倍扩容空间，CAGR 或达 81%，前景可期。
