预计2022-2025年光伏建筑市场空间总2403/3161/3910/4236亿元,其中BIPV市场空间总量231/391/631/866亿元。预计2025年当年光伏建筑增量与存量市场将产生总计4235亿以上市场空间,BIPV总体渗透率将快速接近20%,2025年将产生总计866亿以上市场空间。分布式光伏市场尤其是BIPV市场潜力较大。

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BIPV行业概念梳理

1.1、光伏发电的两种形式:集中式与分布式 

光伏电站是利用太阳光能,采用特殊材料诸如晶硅板、逆变器等电子元件组成的发电体系,与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。根据并网模式不同可以分为分布式光伏发电与集中式电站。其中分布式电站主要基于建筑物表面,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;集中式电站充分利用荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站,接入高压输电系统供给远距离负荷。

光伏发电的产业链上游主要为光伏电池相关原材料组成,包括形成电池的单晶硅和多晶硅;中游主要为电池片、电池组件生产企业和系统集成企业;下游为光伏发电应用领域,包括分布式光伏发电和集中式电站。

光伏发电行业上下游

分布式光伏电站与集中式光伏电站的特点

分布式电站遵循倡导就近发电,就近并网,就近转换,就近使用的原则,分布式光伏发电系统应用范围十分广泛,可在农村、牧区、山区,发展中的大、中、小城市或商业区附近建造,解决当地用户用电需求。因此相比于集中式电站更加得到中央及地方政策助推。

根据中国可再生能源学会光伏专业委员会网站介绍,分布式光伏系统的适用场合可分为三类:①各类建筑物、公共建筑;②偏远农牧区、海岛等少电或无电地区;③荒山荒坡、农业大棚或鱼塘禽舍等具有可利用区域的设施建设。与建筑相结合的分布式光伏系统当中,可分为附着于建筑物上的光伏系统BAPV、与建筑物融为一体的BIPV。

中央机构推进分布式光伏的相关文件

1.2、分布式光伏建筑的两种形式:BIPV与BAPV

目前,实现绿色光伏建筑的技术路线主要分为两类:传统的BAPV(Building Attached Photovoltaic)与新兴的BIPV(Building Integrated Photovoltaic)。BIPV作为光伏建筑新的解决方案,在各领域都具备优势,未来将逐渐取代BAPV的市场。

光伏建筑为太阳能发电的新应用领域,该技术通过集成光伏发电系统与建筑外部结构实 现建筑节能降耗,是实现低能耗被动式建筑的重要手段之一。根据集成化程度差异,光伏建筑可分为:①后置式光伏发电屋面系统(BAPV),一般指在现有建筑上安装太阳能光伏发电系统,利用建筑闲置空间发电,多运用于存量建筑改造;②光伏建筑一体化(BIPV),是与建筑物同时设计、施工和安装,并与建筑物融为一体的太阳能光伏发电系统,兼顾发电效益及建筑外观。

从与建筑的结合方式看,BIPV具有更广泛的使用空间。BAPV主要应用于建筑闲置空间改造,多通过支架等将普通光伏组件固定在彩钢瓦或者水泥屋顶上。BIPV应用除了屋顶,还可以作为光伏幕墙、光伏遮阳、光伏温室等,应用场景更多。以屋顶为例,BIPV是将组件做成建材,光伏板即屋顶面板,除发电外兼具结构功能。而BAPV将组件外挂在现有建材之上,需利用现有屋顶结构。对比于BAPV(后置式的光伏阵列,采用特殊支架将光伏组件固定于现有建筑屋面或墙面结构,不具备建筑建材和建筑美观作用),BIPV具备多项显著的技术优势,在建筑外观、设计寿命、屋面受力、防水可靠性和施工难度与速度等方面均领先于BAPV。

①建筑与分布式光伏的简单结合——BAPV

BAPV是目前最常见的光伏应用,大多是在建筑屋顶上安装钢结构支架或者滑轨,之后在其上安装光伏板进行发电。该种模式下施工难度相对简单,安装成本也较低。

由于BAPV结构简单,便于已有建筑改造的特点,在建筑光伏发展初期获得了较快的发展,但在其推广过程中也逐渐暴露出了一系列的问题:

(1)屋面承重问题。原建筑最初设计的时候大多没有考虑会安装光伏组件,所以大多数建筑的荷载不满足二次安装要求,需要对原有屋面进行再加固。甚至存在部分屋面加固存在难度,导致无法安装光伏组件的情形。

(2)在现有的屋面上安装光伏组件,存在破坏原有建筑的防水层的可能性,需要在建设完成后对防水层进行修补,因此增加了相关成本,而修补后的防水层仍然存在一定的隐患。

(3)BAPV与建筑的一体化程度较低,铺设后其附属组件,如逆变器和接线盒等设施难以收容整理,大多暴露在外,不但影响建筑整体外观,也降低了BAPV的实际使用寿命。

②建筑光伏一体化程度的深化——BIPV

BIPV是建筑材料与光伏器件相结合,用光伏器件直接代替建筑材料,光伏系统作为建筑物外部结构的一部分,因此其既具有发电功能,又具有建筑构件和建筑材料的功能,是光伏与建筑的深度结合。与传统的BAPV相比,BIPV在安全性、便捷性、观赏性、后续维护方面都具备一定优势。

对比来看,在外观上,传统BAPV在屋面后期安装支架和光伏电池板,屋面较凌乱,整体性较差,而BIPV不会影响建筑物的外观效果;使用寿命上,BAPV寿命一般在20年~25年,而BIPV能达到50年甚至更长的使用寿命;设计施工方面,BAPV相对简单,工期较短,而BIPV需要做整体设计,工程量较大,相对施工周期较长;维护方面,BAPV屋面在施工检修中多次踩踏,漏水隐患多,维修难度大,而BIPV本身构成了一个屋面,后期检修维护方便。

BIPV 与 BAPV 系统的技术对比

按应用场景划分,BIPV包括光伏屋顶、光伏幕墙、光伏采光顶、预制光伏墙和光伏遮阳板,屋顶资源是当下BIPV领域抢占的重点,其中工商业屋顶分布式光伏的市场尤为巨大。

BIPV 的安装形式

度电成本来看,BIPV同样具备显著优势。根据森特股份BIPV解决方案测算,以北京地区5万㎡厂房屋顶计算,峰值日照小时数1362h,安装容量BIPV(1.2MW/万㎡)、BAPV(1.0MW/万㎡)情况下,BIPV较BAPV发电量提高10%,运维费用低0.013元 /W。具备较好的发电经济性。

环境效益表现来看,根据《BIPV的经济性及环境效益分析——以云南师范大学 120kWp光伏幕墙为例》对光伏幕墙系统进行环境效益分析的结果,该光伏幕墙系统在25年的寿命周期内可减少约834.66吨标准煤燃烧所产生的污染物排放量,从而产生的环境效益约为767233.17元,效果显著,随着国家对绿色能源需求量的大幅提升与相关政策的大力推广,BIPV系统的未来市场空间有望迎来快速增长。

材料成本上看,BIPV具备显著优势。进行钢结构的光伏屋面设计,采用BIPV技术将比BAPV技术平均节约建筑材料164元/㎡。

BAPV更具产品特征,BIPV更依赖总包能力。BAPV和BIPV虽均属建筑光伏系统,但前者更具“光伏产品”特性,相关项目主要以光伏制造企业牵头,由其负责提供光伏组件,建筑企业负责安装流程,业主主要系工商业及发电企业。而BIPV系统与建筑整体建造过程紧密相连,光伏制造企业因缺少EPC项目经验在BIPV领域多以分包方承接相关订单,建筑企业EPC实力突出,总包订单获取能力更强。

BIPV 和 BAPV 商业模式对比

BIPV 系统与 BAPV 系统的成本对比

1.3、技术体系:晶硅、薄膜为主要组件材料

光伏电池片为光伏发电系统的底层核心组件,按使用材料差异分为晶硅太阳能电池和薄 膜太阳能电池两大类,前者占据主要市场份额,后者受益于光伏建筑发展渗透率有望提升。

BIPV的光伏电池组件:BIPV系统的关键组件是光伏电池。光伏电池发电的原理主要就是利用硅的光电效应形成空穴电子对,在内电场作用下形成电流。光伏电池是光伏发电系统的底层核心组件,按使用材料不同可分为晶体硅电池(第一代)与薄膜类电池(第二、三代)。第一代晶硅太阳能电池技术保持行业量产效率记录,为行业主流技术,但提效降本空间已逐步减少;第二代无机薄膜太阳能电池技术理论效率成本优势大,但缺陷容忍度低、材料储量有限等因素制约了量产表现;第三代钙钛矿太阳能电池技术则有望弥补第二代面临的量产表现与理论优势条件差距大的问题,有望实现量产层面较第一代晶硅太阳能电池技术的更高效率、更低成本。

第一代、第二代、第三代太阳能电池技术发展趋势(基于单结电池参数)


第一代:以多晶硅、单晶硅为代表的晶硅太阳能电池,为当前行业主流技术,占据全球 市场份额 95%以上。第一代晶硅电池仍保持着太阳能电池技术的量产转换效率记录,但受限于晶体硅的吸光系数,以及生产流程的能耗、物耗,第一代技术离其天花板越来越近(半导体带隙决定了太阳能电池的开路电压和短路电流,晶硅太阳能电池的带隙为 1.12eV,对应理论效率极限约 29.4%),进一步提升空间有限。

第二代:以碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)、铜铟镓硒(CIGS)为代表的薄膜太阳能电池,理论效率成本优势大,但量产实现存难度,当前主要在分布式光伏 BIPV 等特殊场景具备比较优势。

第三代:钙钛矿太阳能电池技术有望同时在理论和量产层面实现较晶硅和薄膜的更高效率和更低成本,未来或具备同时在地面和分布式电站中放量应用的潜力,被产业寄予厚望。

第一代、第二代、第三代太阳能电池技术核心参数对比表

晶体硅电池由玻璃、EVA、电池片、背板和电池板等组成。晶硅电池包括单晶硅及多晶硅两种,其中单晶硅依靠效率优势(23%)占主导地位。薄膜电池是指在玻璃、柔性聚合物等基板上沉积一层厚度不大于20微米的薄膜,并在这层薄膜中制作PN结等形成的太阳电池。

薄膜太阳能电池主要包括硅基薄膜、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)、砷化镓 (GaAs)、钙钛矿及有机薄膜电池等,其中由于薄膜电池透光率可调且可满足定制化的需求、电池组件透光率可调,尺寸大小可定制、颜色图案可变,色彩整体性强、弱光性强且温度系数低,适用性更好、热斑效应小等一系列优势,碲化镉(CdTe)薄膜在薄膜太阳能电池应用中占据主导地位。

1.4、薄膜电池成为建筑 BIPV 的方案之一

综合来看,晶硅和薄膜两大技术体系在光伏建筑领域以互补关系为主。在特定光伏建筑 项目(如非正南安装屋顶、光伏幕墙、定制化场景等)中薄膜技术更具优势:根据德国 Fraunhofer太阳能系统研究所于2018年对欧洲BIPV项目统计显示,屋面BIPV项目约90%采用晶硅技术,外立面BIPV约56%采用薄膜技术。

不同类型的光伏项目概览

从组件产品入手:薄膜电池在建筑光伏一体化中占据一席之地。目前太阳能电池可分为第一代晶硅电池,在2021年全球组件出货比例中,晶硅占比超过96%。第二代薄膜电池,其中化合物类可以分为砷化镓、碲化镉和铜铟镓硒,碲化镉出货量占薄膜电池的主流。第三代太阳能电池,目前主要代表是钙钛矿方向。

晶硅电池在量产转换效率(目前正面量产效率23%以上;海外First Solar薄膜电池量产转化效率不到20%)、产业链成熟度带来的低成本方面更胜一筹。但理论转换效率或不及钙 钛矿(理论效率超过30%,叠层技术将增加理论极限效率,超过晶硅)。在建筑光伏一体化应用场景中,薄膜电池相比于晶硅的弱光性更好,更能适应建筑物立面有遮挡物的情况。从温度系数上看,碲化镉薄膜太阳能组件温度系数约-0.21%/℃;晶硅电池温度系数为-0.45%/℃。此外,薄膜电池热斑效应不明显,用于建筑节能场景更能满足安全性要求。在美观角度、立面对组件安全性等要求,薄膜电池更适用于建筑幕墙、户外遮阳棚等领域。早期薄膜电池厂运营模式包括为客户提供产品或是产品+工程服务,在实际案例中产品的非标准化特点明晰。

左:2021年全球晶硅&薄膜电池出货比例
右:2021年全球前10大光伏组件厂出货情况

碲化镉为薄膜电池主流,国内量产转化效率在16%以上,海外龙头转换效率接近20%。薄膜电池包括碲化镉、铜铟镓硒等。目前看碲化镉实际应用的进程更快:2020年产量达 6.2GW左右(国外产量6.12GW,国内仅80MW),总量占薄膜电池总产量的95%以上。主要由于1)目前实现量产的转换效率高:我国目前头部企业量产转化效率达16%以上;2)碲化镉的产品结构简单,制造速度更快,生产效率也是影响产品从实验室走向终端应用的关键要素;3)碲化镉原材料相对便宜、制备的成本或更低等。

钙钛矿被视作第三代太阳能电池的代表,在实验室阶段大放异彩。和前两代太阳能电池相比,钙钛矿电池主要有三大优势:1)吸光能力强,因此钙钛矿太阳能电池可以做的更薄,应用场景也更加丰富;2)成本低易制备,由于钙钛矿电池结构简单,制程短,在产线达到了一定成熟度后,从化工原材料到组件预计单吉瓦投资额5亿元;3)弱光效率高,在阴天弱光的条件下,钙钛矿材料可以将能量转化效率保持在相对稳定的状态。这一特点使得钙钛矿电池不仅可以做成单层电池,理论上还可以叠加在各种电池材料表面,形成叠层电池,从而提高利用效率。但从量产角度看,目前钙钛矿电池尚需解决电池稳定性差、大面积应用时效率损失等问题。 

△碲化镉发电玻璃产品结构

碲化镉电池:结构、材料、工艺均存在技术壁垒。碲化镉电池结构相对简单,包括玻璃衬底、TCO层、CdS窗口层+CdTe吸收层、背接触层和背电极。其中:

1)玻璃衬底:通常选用钠钙玻璃,主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用;

2)TCO层:透明导电氧化层,有透光和导电作用。核心技术壁垒在于靶材(FTO镀膜玻璃采 用氟掺杂氧化锡作为TCO靶材)、镀膜设备(设备的设计、安装、以及与工艺匹配等方面 存在壁垒)、工艺等。不论在第二代还是第三代太阳能电池中,TCO层都是最为重要的配 件之一。金晶科技当前CO导电膜玻璃技术相对领先,根据公司公告,已为国内钙钛矿龙 头企业供货;其背板玻璃目前打入First Solar供应链;

3)CdS窗口层+CdTe吸收层:p-n结是整个电池最核心的部分,CdS层一般不超过500nm, 可见光基本能透过;CdTe能隙值在1.45eV,厚度在2~8微米;

4)背接触层和背电极:降低CdTe和金属电极的接触壁垒,引出电流,使金属电极与CdTe形成欧姆接触。膜层的排列、材料的配比、镀膜工艺与设备有较高的技术壁垒。

碲化镉生产流程介绍


国内外碲化镉电池转换效率对比

△碲化镉电池产品转换效率以及影响因素

目前国内最好量产效率超过17%,海外量产效率接近20%,膜材料、工艺、掺杂其他材料均会影响产品转换效率。通常影响太阳能转化效率的因素包括半导体 材料的光学带隙、电压损失等。根据《碲化镉薄膜太阳电池关键科学问题研究》,CdS层的质量、背电极和CdTe 薄膜之间形成的欧姆接触等均会影响电池的转换效率,而生产过程中的热处理 工艺、设备均是影响生产效率的关键。此外CdTe薄膜沉积技术有多种路线:气相输运沉积(VTD) 技术和近距离升华(CSS)技术适合于工业化生产,这两种技术有以下几个特点:1)沉积速率高;2)膜质好;3)晶粒大。First Solar公司是全球唯一一家采用VTD技术的企业(拥有专利技术,其他企业难以采用);国内企业主要使用CSS技术,其沉积速率大于1微米/分钟,利于规模化生产。美国First Solar与国家可再生能源实验室进行技术革新,开发出将薄膜材料与铜、氯掺杂,以此提升产品的太阳能利用效率。

左:太阳能电池效率的限制因素;右:碲化镉电池结构图

△碲化镉成本结构

根据了解,碲化镉发电玻璃单平米造价比普通玻璃幕墙贵500~600元/平米,其中一半以上来源于发电玻璃的增量投资。在组件产品中,衬底玻璃+TCO导电玻璃是碲化镉成本比例最大的环节,约占总成本30%~40%左右,半导体材料成本占比相对较小;量产线折旧成本比例约20%。未来国内企业成本下降途径包括:1)提高产品转化效率,进行规模化扩张,以达到降本增目的;2)采购衬底玻璃、TCO导电膜玻璃等;3)提升设备的国产化比例。

 

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BIPV行业概况

2.1、发展现状:BAPV为当前主要形式,BIPV渗透率有望持续提升

根据中国光伏行业协会的数据,到2020年,我国光伏累计装机量和新增装机量已分别连续6年、8年、10年、14年位居全球首位,发展势头迅猛。根据国家能源局发布数据,2015-2021年,我国光伏发电的累计装机量一路从43.18GW增长至307.38GW,新增装机量在2021年达到了54.88GW。

BIPV作为光伏建筑发电的新热点,受益于光伏发电上层政策和光伏行业景气度不断提升的双向驱动,拥有持续向好的趋势。

集中式光伏发电一直是我国光伏发电主要组成部分,2021年累计装机容量达到199GW,近年在累计光伏发电装机容量中来占比持续稳定在65%-70%,2021年新增装机容量被分布式光伏发电超越,未来集中式光伏发电增长势头将进一步减弱。

2021年我国分布式光伏发电累计装机容量107.50GW,占比35%且近年来持续稳定增长。其中2021年我国新增光伏发电并网装机中,分布式光伏新增约29GW,约占全部新增光伏发电装机的53%,历史上首次突破50%,表明在政策推动下,分布式光伏发电的发展获得长足进步,未来整县推进等政策的落地将大大增强这一趋势。

当前BAPV为建筑光伏的主流形式。从当前行业格局来看,BAPV仍然是建筑光伏一体化的主流形式,主要因每年新建建筑有限、标准也尚未健全,即使现在马上应用BIPV也需要等建筑建造3-5年至封顶阶段才会开始使用BIPV。而存量屋顶改造相对容易,且存量屋顶资源广阔,客观上更加适合当前阶段分布式光伏的快速发展。

对标海外成熟市场,我国BIPV未来渗透率提升空间广阔。海外发达国家建筑光伏起步 较早,多国早在20世纪末就已推出多项激励政策及发展规划,如德国、意大利、日本、美国等国家均曾制定“太阳能光伏屋顶计划”,对未来数年内的建筑光伏装机规模进行了清晰的指标规划。截至2018年,根据BIPVBOOST机构发布报告显示,全球范围内累计BIPV装机量最多的国家为日本,BIPV装机容量达3GW,其次为法国(2.7GW)、意大利(2.5GW)、美国(0.6GW),中国累计装机量仅0.1GW(2020 年约 0.7GW)。对比发达地区历史装机容量数据,中国当前的BIPV总装机量仅达到日本及欧洲地区约05-10年的水平,从发展轨迹看市场远未成熟,未来BIPV渗透率提升空间较大。


2.2、政策环境:BAPV/BIPV 契合双碳目标,需求有望加速释放

各地绿色建筑补贴政策陆续出台,助力BIPV产业。在国家推动BIPV发展的趋势下,各级政府也出台了相关规划及补贴政策。出台的 BIPV 相关措施主要涉及绿色建筑光伏装机容量、新建BIPV建筑占比和应用面积等。出台的补贴政策中,北京市对全部实现光伏建筑一体化应用(光伏组件作为建筑构件)的项目补贴标准为0.4元/千瓦时(含税),补贴期限为5年,补贴力度最高;浙江省杭州市对除上城、拱墅、西湖、滨江、钱塘区的其他地区按0.1元/瓦标准给予投资主体一次性建设奖励,补贴力度最低。随着各地绿色建筑相关补贴政策的密集出台,BIPV经济效益显著提高,有望迎来快速增长。

整县推进政策加速,分布式光伏建设走上快车道,为支持农村地区光伏等新能源开发利用,充分调动和发挥地方积极性,引导地方政府协调利用更多屋顶资源,国家能源局在2021年6月正式下发了《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,拟在全国组织开展整县(市、区)推进屋顶分布式光伏开发试点工作。

此次通知明确申报试点条件,党政机关建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于50%。学校、医院、村委会等公共建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于40%;工商业厂房屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于30%;农村居民屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于20%。《通知》指出,开展整县推进屋顶分布式光伏建设,有利于整合资源实现集约开发,有利于削减电力尖峰负荷,有利于节约优化配电网投资,有利于引导居民绿色能源消费,是实现“碳达峰、碳中和”与乡村振兴两大国家重大战略的重要措施。同时,此次通知明确了对试点地区的政策支持,试点地区屋顶分布式光伏由电网企业保障并网消纳,且要求地方通过财政补贴、整合乡村振兴各类项目资金给予支持。

部分地区已先期印发适于本地区的分布式光伏试点工作推进方案。例如,国家能源局综合司下发《通知》前,已有福建、广东、陕西、江西、山东、甘肃等地发布全面推进整县分布式光伏规模化开发相关政策,相继要求申报县于6月底前完成报送。

2021年9月8日,国家能源局印发了《国家能源局综合司关于公布整县(市、区)屋 顶分布式光伏开发试点名单的通知》,通知公布各省(自治区、直辖市)及新疆生产建设兵团共报送试点县(市、区)676个,全部列为整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点。其中,山东省试点区数目70个,河南省试点区数目66个,江苏省试点区数目59个,为全国整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点地区数目最多的三个省,前三省入选开发试点总数达195个,占总体数量的比例接近30%。至2023年底前,试点地区各类屋顶安装光伏发电的比例均达到今年6月所下发通知的要求,将列为整县(市、区)屋顶分布式光伏开发示范县。

相关企业已积极就整县推进提出解决方案,签署整县分布式开发协议,占据分布式光伏市场,在先行试点中出现了国企、央企一家包揽一县等情况。截至目前,国家电投已与山西、山东、湖南、辽宁等21个省下属的41个县(市、区)签订了整县开发协议,国家能源集团已签署23个整县分布式项目,且其目标为截止到2022年底,国家能源集团系统开发(主导、参与及签署开发协议)要不少于500个县域。同时,在整县开发新模式下,央企、国企与民营企业也开启了深度合作,国家电投先后与中利集团、天合光能、华为等企业展开了合作。在整县推进政策下,央企、国企将能够更好地应对分布式光伏分散、融资成本高等问题,进一步扩大分布式光伏的市场空间。

根据国家能源局印发的《国家能源局综合司关于公布整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点名单的通知》,全国共有676个县被列为整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点(约占全国县、区数量的1/4),据国家能源局统计,2021年全国整县推进屋顶分布式光伏试点县累计备案容量46.23万千瓦GW;主要分布在山东、河南和浙江;累计并网容量17.78GW,主要分布在山东、浙江和广东。以已披露的整县分布式光伏签约案例来看,可假设单县建设规模250MW,则整县分布式光伏试点总装机规模约169GW,若按单位造价4.5元/W计算,则市场规模预估可有7605亿元。可以预见的是,随着整县推进计划的推进,广阔的建筑分布式光伏市场有望迅速打开,分布式光伏装机量将迎来较大跃升。


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BIPV 产业链分析

1.1、光伏龙头逐步向中游渗透,建筑企业主要承担BIPV系统集成商角色

BIPV产业链参与方包括上游光伏电池及组件生产企业、中游BIPV系统集成商、下游光伏投资商。

1)上游以光伏电池及组件生产企业为主,少数龙头企业(如隆基股份)在硅片等供应链环节市场份额高,从而拥有一定定价权。光伏龙头企业凭借组件生产技术优势向中游 BIPV 集成环节渗透;

2)中游要求具备BAPV/BIPV产品研发、设计、生产和安装的系统集成商,企业除了要有生产太阳能电池的技术和经验以外,还需要具备建筑材料和设计的相关技术,业务横跨建筑、光伏两大产业,壁垒较高。中游除传统光伏企业外,部分建筑建材企业参与其中,如森特股份、精工钢构、东南网架、南玻A等;

3)下游光伏投资商,目前主要为第三方投资商,包括中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司等。

从未来趋势看,光伏企业通过与建筑企业合作来打破产业链中游的技术及客户渠道壁垒将是行业的长期发展逻辑,而建筑企业将充分受益于产业融合的带来的产品研发及原材料成本优势。当前,已有部分建筑企业通过和光伏组件等产业链龙头签署合作协议来共同开拓建筑光伏业务。

BIPV 产业链全景图(红色字体表示同时覆盖上中游环节)

1.2、产业链公司再梳理

“建筑+光伏”赛道空间广阔,在为传统建筑行业提供额外增量空间的同时,也有助于商业模式重塑。光伏类企业的核心竞争力在于设备及制造,在建材、建筑设计、施工层面 并无显著经验,因此,产业链需要光伏企业与建筑、建材企业的深度合作。总体来看,我们认为建筑光伏产业链仍处于起步阶段,BIPV作为一种新型的能源解决方案,也为传统建筑企业打开新的蓝海市场,逐渐成为建筑施工企业转型的发展方向。建筑公司由于多年的施工经验,在建筑屋顶设计和维护等业务方面具备丰富的技术积攒,通过 BIPV 产业发展实现自身市占率的提升,若后续有望成为光伏公司 BIPV 系列产品的渠道经销商则有望进一步打开利润空间。

从产业链结构看,建筑、建材类企业主要位于产业链的中游,完成上下游的整合。BIPV 行业的上游主要为光伏组件的零部件和建筑的部分结构件,包括硅片、背板和墙体等;中游主要为 BIPV 产品和工程,主要产品包括光伏玻璃、光伏幕墙、太阳能电池和其它储能设备等;下游客户主要为建筑业,涵盖工厂、房地产和部分减排的国家级建筑等应用场景。

产业链公司众多,跨领域合作趋势明显,充分验证行业景气向上。BIPV 产业链的上游主要是光伏组件及配套材料的生产商,通常只负责产品的生产和销售,而对于工商业、住宅等屋顶资源并无直接接触途径,因此位于中游的建筑施工企业起着重要的渠道作用。作为上游产品和下游应用场景的桥梁,建筑施工企业一方面通过对 BIPV 组件的建材化改造,使其满足建筑构造的要求,如设计满足搭接要求的边框、边缘防水构造、支撑构造、及在屋脊、女儿墙、烟道等部位的处理构造,而这是屋面、围护等专业施工企业的优势所在。与此同时,BIPV 产品的设计过程中,对于难以使用标准化 BIPV 构件的部分,也需要专业建筑公司提供专门的设计、产品生产和安装服务。此外,在建筑和光伏一体化过程中,BIPV 集成建筑体系对于防水、防火等环节也提出更高的要求,建材部分龙头公司有望凭借自身的技术实力、齐全的产品体系在 BIPV 产业链发展中获得先发优势。

BIPV产业链图谱

隆基携手森特开启跨领域合作的新篇章,产业链企业的整合进度开始加快。2021年3月4 日,森特股份公告隆基股份从公司实际控制人刘爱森及其控制企业士兴盛亚、华永投资三方收购森特 27.25%的股权,隆基股份成为公司第二大股东,开启了建筑与光伏领域的合作新模式。在此之后,建筑和建材企业纷纷在BIPV赛道进行布局,跨领域合作逐渐增多。

在过去的几年内,多家建筑建材公司纷纷入局,发展相关产业链的主要路径主要分为合作竞争和专业化竞争两种方式:1)建筑、建材企业和新能源企业合作,各自利用自身优势发展建筑光伏业务,例如东南网架和福斯特合作、东方雨虹和晶澳科技合作,双方共同研发光伏屋面一体化产品;2)成立专业化子公司,例如江河集团、精工钢构成立专门的子公司,专业负责分布式光伏的业务。

从产业链融合的逻辑来说,产业融合有望增强公司业务拓展能力。光伏组件企业虽具备标准化产品的生产能力,但是在与建筑结合的过程中,前文的分析中我们清楚地明白BIPV强调的是系统的集成,不但有光伏组件,还有微型逆变器、支架等其他东西,要求防水、防火,具有结构性、材料性以及电气安全等,光伏企业与建筑建材企业可在材料、结构和工程等方面形成合作,实现了产业链上下游的融合也提高了业务拓展的能力。

从企业的盈利能力来说BIPV有望增厚传统建筑企业的利润。传统建筑的施工环节利润薄弱,建筑光伏项目相较于传统的建材产品拥有更高的附加值,直接增厚企业的利润空间。对于建筑公司而言,设计和安装调试是公司主要的盈利环节,相较于传统工商业屋顶(彩钢瓦等)造价成本100-200元/平方米,BIPV工商业屋顶的造价成本大约在600- 800元/平方米左右,则对建筑公司而言利润空间显著增厚。

1.3、BIPV光伏幕墙生态链:组件厂、建筑公司各显神通

组件产品侧:产品力是规模化应用关键,海外先行提供降本范例

是否已形成发电玻璃生态链?BIPV薄膜电池参与者:组件厂和建筑公司各自发挥特长,打造完 备生态链。根据了解,早期部分薄膜电池厂提供碲化镉组件、以及产品+安装服务的形式。但随着BIPV生态圈发展完善,目前主要商业模式为设计方/建筑公司(有设计能力)根据业主要求进行整体设计、碲化镉组件厂提供专业产品、建筑公司进行实际施工、安装。

BIPV 光伏幕墙已形成生态链(以二代薄膜和三代太阳能电池为例)


组件产品端,国内碲化镉企业包括:成都中建材(现受洛阳玻璃托管)、龙焱和中山瑞科;海外主要是First Solar。第一太阳能(First Solar)是全球最大的薄膜太阳能组件生产商,主要从事设计、生产和销售太阳能电池组件与太阳能光伏发电系统,在美国、马来西亚等地都有布局生产 基地,其产量约占全球碲化镉总产量的 95%以上。2021 年 First Solar 组件出货量约为 7.7GW,其转化效率更高、成本更低、组件尺寸更大,主要源于独有的薄膜光伏技术(拥有自主产权)、 高度自动化产线等。 

2

投资建议和推荐标的

2022年3月,住建部发布《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》,结合2021年 10 月出台、2022年4月起实施的全文强制性国标《建筑节能与可再生能源利用通用规范》,建筑节能领域的两项纲领性文件相继出台,顶层框架性设计逐渐完善,看好建筑光伏一体化、保温材料、围护结构、节能设计和合同能源管理等产业链相关领域的扩容机会。展望2022年,过去一年内产业链的公司纷纷进行布局,建筑光伏相关产品趋于成熟,当前政策持续发力,BIPV或迎来发展新阶段。

建筑建材深度参与,先发优势重要性凸显。建筑建材企业主要参与BIPV产业链的后端, 通过对组件的建材化改造,使其满足建筑构造的要求,对于难以使用标准化BIPV构件的部分,也需要专业建筑公司提供专门的服务。由于BIPV需要在设计阶段就进行统筹考虑,利用建筑和设计渠道更早切入,对BIPV厂商获取客户有望产生积极影响,龙头具备先发优势。

幕墙 BIPV 对建筑公司的资质要求更高,或与头部产品企业“强强联合”。根据了解,屋顶电站主要是建筑的附着物,施工方仅需有工程施工资质。而对幕墙BIPV方来说,还需要有幕墙工程专业承包资质和设计资质。针对于建筑幕墙工程专业承包资质:一级可承担各类型的建筑幕墙工程的施工;二级可承担单体建筑工程幕墙面积 8000 平方米以下建筑幕墙工程的施工。其中一级资质标准:1)企业资产规模:企业净资产2000万元以上;厂房面积不少于3000平方米;2)企业主要人员:技术负责人具有10年以上从事工程施工技术管理工作经历;并具有建筑工程相关专业高级职称等;3)企业工程业绩:近5年承担过6项单体建筑工程幕墙面积6000平方米以上的建筑幕墙工程施工,工程质量合格。

幕墙成为安装光伏系统的流量入口,头部建筑公司拥有客户资源和渠道优势,成为主要引流者。头部建筑公司原有的客户会衍生出光伏幕墙需求,同时由于光伏幕墙在设计和安装 环节的难度相对更大,头部建筑公司在既有客户资源和渠道上均有优势,成为发电玻璃组件厂 商主要的项目引流方。以江河集团为例,公司今年上半年中标光伏项目金额达6.13 亿元, 确认营收5315万元,贡献毛利1310万元,光伏项目的毛利率达25%左右,较传统幕墙项目略高。此外公司通过全资子公司江河智慧光伏在湖北投资建设300MW 光伏建筑一体化异型光伏组件柔性生产基地项目,总投资金额5亿元。

左:江河集团分领域订单收入情况;

右:江河集团毛利率&光伏幕墙业务毛利率

2020年建筑装饰行业综合数据统计(幕墙类)&头部企业财务情况统计

精工钢构:公司从2009年开始步入BIPV探索之路,作为钢结构龙头,其拥有丰富的渠道资源。2022年以来,公司成立精工绿碳光能科技有限公司专门负责分布式光伏EPC业务,积极与东方日升绿电、江苏天合智慧分布式能源进行战略合作,有望优化产品,打造出既懂建筑又懂光伏 的专业团队,实现第二曲线增长。

中国建筑兴业:近年来公司持续推进“进军内地”战略,内地项目客户涉及新经济企业、港资开发商及地方政府等。今年9月公司发布了首个Light-S系列BIPV产品——轻质仿石材光伏幕墙组件,在性能方面具有轻薄、强度高、可防火、安装及维护便捷等优质特点。发电效率方面,公司测算每平米Light-S产品每年可发110度电。目前公司BIPV光伏餐厅已进入运营阶段,每年可生产绿电3.9万度;今年8月中标山东莱西青北高科园商业幕墙及BIPV项目,合约额为1.0亿港币,光伏装机容量414KW,实现BIPV从研发到实践的首次突破。

杭萧钢构:公司积极布局BIPV业务,关注后续产品研发和投产进程。10月11日,公司公告已 回购945万股拟用于合特光电员工持股计划(4 月公告计划回购数量为500万1,000万股),回购数量已达计划上限的95%。根据 4 月公司公布的员工持股计划,行权条件分别为:2023年5月前实现高转化率钙钛矿/晶硅薄膜叠层电池 100 兆瓦中试线投产、且电池转化效率达到28%以上,2023年、2024年合特光电净利润分别不低于5000万元和1亿元。当前公司对合特光电长期发展布局积极,关注后续产品研发和投产进程。

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