《國際線纜與連接》AUG 2011 Special reports
作者：張英儒，《國際線纜與連接》編輯

隨著石油、天然氣和煤炭等常規能源被持續地消耗，特別是日本“3.11”大地震和福島核電站引發的減緩核電站效應，人們開始重新審視現有能源結構和能源發展戰略。太陽能作為最安全、可永續利用的清潔能源之一，近年來得到了迅速發展，全球太陽能光伏系統的開發如火如荼。

太陽能光伏電池具有眾多優點，包括無污染，安全可靠、壽命可長達25年，材料可再利用，安裝簡單，維護需求很小，可以在電網不能接入的邊遠地區發電，電池板可以與建筑融為一體，生產太陽能電池系統所耗費的能源可以在6月-3年內收回等，被公認是集“清潔、安全、永續”于一體的自然能源。

目前，太陽能光伏發電已經成為完全商業化的解決方案之一，是最近10年能源產業投資的主旋律。據測算，地球表面接受的太陽能輻射是全球能源需求的1萬倍，地表每平方米平均每年受到的輻射可生產1700W電力，如果在全球4%的沙漠上安裝太陽能光伏系統，就足以滿足全球能源需求，因此各國政府大力支持光伏產業發展。

IMS Research數據顯示，2010年全球太陽能光伏安裝量年增長151%達到18.8GW規模，2011年可增長16%至21.9GW左右，2012年增長速度將減緩，但是2014年以后將恢復較快增長速度，并在2030年之前成為主流能源利用形式。

在國際市場和國內政策的拉動下，中國光伏產業逐漸興起，并在最近3年迅速崛起。目前，中國共有600多家涉足光伏的企業，光伏電池產量占了世界的70%以上，已成為名副其實的光伏出口大國，并涌現了晶澳太陽能（JA Solar）、無錫尚德（Suntech）、天合光能（Trina Solar）、江西賽維（LDK）、天威英利（Yingli Green Energy）、協鑫能源（GCL Solar）、加拿大太陽能公司（Canadian Solar）、晶科能源（Jinko Solar）、韓華新能源（Hanwha SolarOne）等10多家優秀的境外上市光伏企業，帶動了上下游企業的發展。

中國光伏產業成功之處在于集成完整的太陽能光伏生產價值鏈的能力，價值鏈包括：光伏模組、電池、晶圓，甚至有時還包括多晶硅。集成價值鏈給中國太陽能光伏產業帶來的凈優勢十分明顯：原材料的控制可過硬的質量控制降低了生產成本。

一、光伏價值鏈

太陽能光伏（Photovoltaic）是將太陽能轉化為電力的技術，核心是太陽能電池（cell），這是收集陽光的基本單元，其原理是可釋放電子的半導體物質——硅（SI）。

大部分光伏組件的生產都是從超純原料硅的生產開始，該超純原料硅同時也是用于生產集成電路（比如電腦或記憶芯片）的原料，是通過對石英砂多次溶解和清洗獲得。超純原料硅被熔融成液態硅后鑄成硅錠，再被切成薄片，名為硅片。一般來說，太陽能電池制造商都要購買單晶硅片和多晶硅片，加工成太陽能電池片，再將電池片銷售給太陽能組件制造商，或者自己組裝成太陽能組件，供安裝公司或者施工單位使用。

從工藝上看，典型的晶體硅光伏組件的制造過程包括硅錠生長、硅錠切片、硅片制成太陽能電池、電池電極連接、電池片封裝形成組件等。中國光伏產業成功之處在于擁有完整的價值鏈，因此帶來了明顯的競爭優勢：可控制的材料及較低的生產成本。

目前，中國共有120家光伏電池生產企業，江西賽維（LDK Solar）是業內僅少數能夠有能力覆蓋整個光伏價值鏈的企業之一。賽維LDK太陽能憑借其強健的垂直一體化經營模式，通過自行生產多晶硅、單多晶硅錠、硅片、電池和組件，能能夠密切控制材料和產品質量，從而向客戶提供業界領先的產品耐久性和可持續性能。

1、光伏電池

太陽能光伏電池可以用晶體硅或薄膜材料制造，目前市場上的太陽能光伏電池大多數是用晶體硅材料制作的。過去6年，由于對多晶硅的需求增加，多晶硅生產商的數量增加了5倍以上。目前，每生產1W太陽能光伏電池板需要使用大概10g多晶硅，并且正在逐漸下降。歐盟制定了每瓦能量多晶硅消耗的短、中、長期目標分別為5g、3g和2g以下。

太陽能光伏價值鏈。

（1）晶體硅
晶體硅是硅片制造成本的最大組成部分。與硅片、電池或組件制造、系統集成和電站項目開發相比，晶體硅生產是太陽能價值鏈中最為復雜的一個環節。電池組件所采用的硅材料主要有兩種形式：單晶硅和多晶硅，單晶硅是當前光伏電池的主流，占全球市場的85-90%。

雖然從技術上講，單晶硅并不是最佳材料，但它易于獲取，適用的技術與電子工業相同。單晶硅電池大規模生產可獲得20%的轉換效率，目前市面上的單晶硅電池組件最高轉換效率可達14-20%。除效率外，電池的厚度也很重要，薄的硅片（wafer）意味著較少的硅材料消耗，從而降低成本。預計單晶硅光伏組件將持續占據光伏技術直到2020年，到那時的市場份額也將超過50%，轉換效率有望達到23-25%。

多晶硅電池組件由于原子結構更加無序轉換效率低于單晶硅，但是其成本較低，預計在今后一段時間內其效率有望達到21%。

太陽能電池技術市場份額趨勢。（資料來源：EPIA）

（2）薄膜電池
薄膜太陽電池（Thin film）是在廉價的玻璃、不銹鋼或塑料襯底上附上非常薄的感光材料制成，比用料較多的晶體硅技術造價更低，其價格優勢可抵消低效率的問題。目前已商業化的薄膜光伏電池材料有三種：非晶硅(a-Si)、銅銦硒(CIS、CIGS)和碲化鎘(CdTe)，它們的厚度只有幾微米。

（3）聚光電池
聚光電池（Concentrator cells）用菲涅爾鏡（FRESNEL）等聚光器將光聚焦到一個小區域，聚光倍數達到1000倍。在很小的區域覆上用III-V族化合物（多結砷化鎵) 半導體制成的材料，其效率可達到30%，實驗室效率達40%。該系統有兩個弊端：不能使用分散的陽光，必須用跟蹤器將系統調整到與太陽精確相對。

2、光伏組件

把光伏電池焊到一塊玻璃上，再互連封裝得到光伏組件（通常稱為太陽能板），可以被制造和組裝成幾乎任意規模，可用于提供各種級別的電力需求：小至計算器、筆記本電腦和其他電器；大到家庭、辦公室和其他需要大量電力的建筑；還可以被連接在一起構成太陽能光伏電站，向電網提供電力，提高目前電力源的多樣性。對于一個裝機容量3KW光伏發電系統，組件面積約需23m2，可給一個普通家庭供電。

光伏組件采用高透光率的剛性玻璃，具有較高的光穿透性和機械強度，而且可以防水，最低要求是IP65。組件底部一般固定有太陽能光伏接線盒（solar junction box），集成有旁路二極管，帶有將對應的組件串聯起來的電纜線和連接器。通過把一個組件導線一端的正極接口插入相鄰組件的負極導線插口，就可以把兩個組件串聯，形成一定規模的光伏發電系統。

一般情況下，光伏組件的平均使用壽命在20年以上，這也是光伏行業的一項核心要求。組件不含運動部件，要求通過IEC61215、IEC61730性能測試和UL1703安全測試，可以在各種惡劣的環境條件下正常工作，尺寸大小可根據安裝地點調整，并迅速安裝。

3、逆變器

逆變器（inverter）是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，對于負載是交流負載的應用，逆變器必不可少。

逆變器包括離網逆變器和并網逆變器。離網逆變器功能是將蓄電池12V、24V、48V或其他電壓的直流電轉換為220V或380V交流電供負載使用；并網逆變器是直接將太陽能電池組件發出的直流電逆變成交流電輸出到電網中。逆變器有多種規格，從幾百瓦到100kW不等，最常用的為3-6kW。逆變器性能的改進對于提高系統的轉換效率、可靠性，提高系統的壽命、降低成本至關重要。隨著太陽能逆變器技術的不斷發展，轉換效率持續上升，由過去90-92%上升到98%以上，未來的目標是要達到99% 以上。

根據美國Power-one的市場預測數據，2010年后全球光伏逆變器的平均增長率將在30%左右，預計2012年，全球光伏逆變器銷售額將達到165億美元，中國銷售額將達到21.5億美元，但增長率將明顯高于全球市場，顯示出巨大的增長潛力。

目前，SMA是全球最早也是最大的光伏逆變器生產企業（德國市場占有率達50%以上），約占全球市場份額的三分之一，第二位是Fronius，全球前七位的生產企業占領了近70%的市場份額。目前，中國光伏逆變器主要被陽光電源、艾思瑪、KACO等品牌所占領。同時，科士達、科陸電子、科華恒盛、榮信股份、九洲電氣等公司紛紛介入光伏逆變器領域，其中科士達目前年產能為2180臺，2012年年產能將達到16320臺。

4、蓄電池

獨立（離網）光伏系統需要蓄電池，通常為鉛酸蓄電池。目前，專為太陽能光伏發電系統設計的高質量電池使用壽命已達15年。電池通過充電控制器與光伏陣列連接。充電控制器可以避免電池過度充電，提供系統情況以及電量度量。如果需要交流電，則需用逆變器將直流電轉換為交流電。

5、太陽能線纜

為使太陽能裝置能運轉，所有部件必須連接到一起。為達到這一目標，需要使用大量電纜、連接器和接線盒（solar junction box），具體要求是接觸電阻盡可能小，使傳輸中電能損耗最小。其它部件包括連接器、插座、電源輸出口、管道，甚至于設備的五金部件和終端都必須適合安裝和運轉的要求。

值得注意的是，同光伏電池片環節大投資、高利潤、高風險相比，太陽能接線盒、線纜和連接器投資風險小，利潤率適中，甚至于可以在現有連接器、線纜生產線基礎上進行技術改造，就可以投入生產。2010年，接線盒和線纜等部分輔材和設備還出現了供應不足的現象，并成為今年的投資熱點。

二、光伏發電系統

把大量的光伏組件通過接線盒和線纜串聯起來，就構成了光伏發電系統。如果用于并網發電，還需要防雷匯流箱（Combiner）和逆變器（inverter），以轉換電流適合不同電器的使用或與電網相匹配。常見的光伏發電系統有并網系統、離網系統和混合系統。

線纜及連接產品在太陽能發電系統中的應用。（資料來源：Huber+ Suhner官網）

1、并網光伏發電系統

并網光伏系統（on-gird）指的是太陽電池方陣發出的直流電力經過逆變器變換成交流電，并且與電網并聯。這類光伏系統發展很快，并在2O世紀末超過了獨立光伏系統用量。并網光伏系統可分為光伏電站及住戶并網光伏系統兩大類。

（1）光伏電站
在光照豐富地區，建造大型光伏電站，所發出的電力全部輸入電網。由于是集中管理，可以應用先進的技術，如為了提高太陽電池方陣的發電量，有些光伏電站利用計算機控制，采用全方位跟蹤裝置等。

（2）住戶并網光伏系統
這是專門供給家庭用電需要的光伏系統，通常與電網并聯，光伏方陣發出的電力供應家用電器使用，如有多余可以輸入電網。在晚上或陰雨天，光伏方陣發出的電力不足，則由電網向家用電器供應部分或全部電力。在實行固定電價的國家，電力公司購買太陽能電費遠高于用戶從電力公司購電的價格，通常所有的太陽能電力都輸入公共電網賣給電力公司。因此，這類光伏系統是未來分布式發電模式的重要組成部分，具有廣闊的發展前景。

典型住戶并網光伏系統是光伏與建筑一體化（BIPV）應用。BIPV將建筑物與光伏集成并網發電，具有無污染、不需占用昂貴的土地、降低施工成本、不需要能量儲存設備、在用電地點發電避免或減少了輸配電損失等等，好的集成設計會使建筑物更加潔凈、美觀，容易被建筑師、用戶和公眾所接受，所以發展很快。

由于太陽能光伏系統和建筑的完美結合體現了可持續發展的理想范例，國際社會十分重視，許多國家相續制定了本國的屋頂光伏計劃。美國計劃從2013-2021年，每年將投資5億美元用于太陽能屋頂計劃，日本2010年光伏發電裝機容量達到5GW主要用于屋頂光伏并網系統。

2、離網光伏發電系統

離網系統（off-gird）為完全依靠太陽電池供電的電源系統，太陽電池方陣受光照時發出的電力是唯一的能量來源。該系統充電控制器與蓄電池連接，生產的電可蓄存起來供以后使用，并通過逆變器提供交流電，供一般家電使用。

（1）工業應用
典型的離網系統用于通訊中繼站、通信電源、公路信號系統、水文觀察站、氣象站，飛機、車輛、船舶等工業應用等。

（2）公共事業
公共事業主要是農村供電，通常包括供單個家庭用電的小型光伏系統，或可以供幾家住戶使用的較大獨立電站，以及學校和事業單位照明等。

在中國，目前還有大約1000萬人口沒有用上電，主要居住在西部地區。計劃在2015年前要全部解決用電問題，其中利用太陽能發電可解決580萬人口的用電，至少需要太陽電池組件300MW。

（3）小型系統產品
對于一些小型電器，可以將太陽能電源系統與產品安裝在一起，這樣就不需要與電網相連，方便使用。目前應用最廣泛的是太陽能照明電源，類型應用有太陽能路燈、草坪燈、太陽能信號電源、太陽能電動汽車、游艇、玩具，以及采用LED光源的指示牌、廣告牌、交通標識、城市景觀等。目前，中國這類企業不少于200家，產品大量出口歐美國家，預計2020年底這類產品國內裝機將達到200MWp。

3、混合光伏系統

將一種或幾種發電方式同時引入光伏系統中，聯合向負載供電的系統稱為混合光伏發電系統。由于目前光伏系統發電的價格較高，如果完全用光伏系統來滿足負載用電的需求，太陽電池方陣和蓄電池必須在最差的天氣條件下也能支持負載的運行，這樣的系統配備的容量比較大，初始投資很高。如將柴油發電機引入光伏系統，作為備用電源，平時由光伏系統供電，冬天或連陰雨天太陽輻射量不足時啟動柴油發電機供電，這樣就可以節省投資。

另一種混合發電方式是光伏、風力混合發電系統，有些地區冬天日照差，但風力大，可以由風力發電機補充，這種風、光互補發電系統在有些地區有很大的實用價值。

三、中國光伏點亮全球

根據歐洲光伏工業協會（EPIA）發布的《2014年全球光伏市場展望》報告，在目前的前期競爭階段，光伏市場的發展在很大程度上都是依賴于一些國家的政策扶持，這種扶持機制已經列入相關國家法律。這種扶持計劃的介入、修改或退出都會在很大程度上影響光伏市場及產業的發展。

1、全球光伏電池產量59% 來自中國

根據Solarbuzz 發布的最新報告，2010年全球光伏市場安裝量達到18.2GW，相較2009年增幅139%。以產值來看，2010年光伏產業全球營收達到820億美元，相較于2009年營收400億美元增幅105%。從產量看，2010年全球太陽能電池產量達到20.5GW，較2009年9.86GW有顯著增長，其中薄膜電池產量占據總產量13.5%份額。

以區域來說，中國大陸與臺灣的電池廠商繼續擴大市場份額，目前已占全球總電池產量59%，在2009年49%基礎上增長10%。至于廠商出貨成績，2010年前二大電池廠商為尚德電力（Suntech Power）與晶澳太陽能（JA Solar），緊隨其后的是第一太陽能（First Solar）。

2011年，尚德電力公司則正計劃將其晶圓生產能力擴大至1200MW；晶澳太陽能公司計劃將產能增加至3000MW瓦以上，并專注于聯合事宜，發展模式類似當年的臺灣連接器巨頭鴻海（Hon Hai）；英利將其全球模塊銷售量增加一倍，目前正在擴大保定和海南總部的生產能力，預期2011年底將生產能力提高至1700MW；天合光能預計2011年全年生產電池組件達1750-1800MW。

2010年全球光伏區域市場份額及前十二大電池廠商排名（資料來源：Solarbuzz）

2、中國具備快速成長為世界主要市場的實力

中國是太陽能資源相當豐富的國家，絕大多數地區年平均日輻射量在4kW.h/m2以上，西藏最高達7kW.h/m2。與同緯度的其他國家相比，和美國類似，比歐洲、日本優越得多。但是，中國光伏市場還處于啟動階段。

2010年，全球前五大光伏市場國家為德國、意大利、捷克共和國、日本與美國，這五個國家占據了全球80% 的需求。其中歐洲地區光伏市場規模為14.7GW，占據全球81%的需求。歐洲區域前三大光伏市場國家依序為德國、意大利與捷克共和國，此三國家市場規模共計12.9GW。2010年日本與美國市場的增長非常迅速，年成長分別達到101%與96%。

EPIA將光伏市場的未來發展設置為兩種情景：普通情形和政策利好。在政策利好情形下，全球2014年光伏裝機容量單年可突破30GW。中國是眾所周知的光伏產品制造大國，光伏電池年產量已躍居世界首位，但在世界應用市場上卻排不上名次，2009 年僅僅首次躋身世界十大光伏市場之列，占全球總安裝量約2%。但是，中國日照充足，加之電力需求增長迅猛，憑借12GW的超大輸電線路工程，中國發展光伏發電的潛力巨大，具備快速成長為亞洲乃至世界主要市場的實力。

根據國家政府規劃，2020年中國光伏裝機容量將達到20GW。EPIA的預測是，在中性條件下，2020年中國的累積裝機量為29GW，到2030年將達到150GW，年復合長率約為17.9%。

四、中國連接制造商新機遇

與以手機、數碼相機、平板電腦、電視機、DVD播放器、機頂盒等為代表的消費電子產業類似，太陽能能光伏產業有望成為連接產品的最大單一應用市場。除了接線盒本身就是一個連接系統外，太陽能系統中的其他設備，如充電控制器、逆變器、匯流箱、配電箱等也是“富連接產品”，采用了大量的連接器、連接頭、開關、端子臺、線纜等產品。

在光伏發電系統設備和施工中，太陽能線纜和連接器也是應用頻繁的輔助材料，而接線盒則是光伏組件的關鍵組成部分。從某種程度講，太陽能光伏系統就是一個用電纜連接起來的電器網絡，除了資金密集型的電池片、光伏組件外，太陽能系統零部件（包括逆變器、線纜、連接器和光伏接線盒等部件）將成為新熱點。

以世界最大光伏市場德國為例，該國擁有近100家光伏生產制造企業，近80家太陽能系統零部件制造企業，產品涵蓋光伏逆變器（Inverters）、光伏線纜（PV cables）、連接器和太陽能接線盒（Junction boxes）。其中，光伏線纜、連接器和太陽能接線盒企業60多家，包括Multi-Contact、灝訊（Huber+ Suhner）、泰科（TE）、安費諾（Amphenol）、魏德米勒（Weidmuller）、威瑯（WIELAND）、bedea、Lumberg Connect、Yamaichi等連接方案供應商。

1、國內光伏系統零部件制造環節薄弱

中國是光伏組件產品生產大國，產量約占全球一半之多，但是國內光伏發電市場仍處于起步階段，下游光伏市場規模較小，如果國內市場不開拓，光伏零部件行業依然無法實現大規模生產。

從另一角度看，國內光伏連接市場空間巨大，首先是景氣預期可以持續到2040年，其次，現階段整個光伏制造產業正在告別暴利，向理性回歸，發展模式已經從第一階段的‘技術推動型’逐步進入‘規模和成本敏感型’的發展期，系統零部件制造也正在向中國轉移。因此，連接業者不但有機會搭乘中國光伏組件巨頭在國際市場的供應鏈“順風車”入國際市場，還可以通過經驗孕育龐大的國內市場。

目前，在中國市場已經布局的國際品牌有：Multi-Contact公司的MC3、MC4光伏連接方案；灝訊公司（Huber+ Suhner）RADOX太陽能電纜、連接器和接線盒；Molex SolarSpec接線盒及電纜組件；泰科電子（TE）的SOLARLOK光伏接線盒及電纜組件；安費諾（Amphenol）Amphoton接線盒和Helios連接器和太陽能電纜等。其中，Multi-Contact公司從1993年就開始研究太陽能接線盒，1995年正式開始在德國生產，目前年產能約6000萬套，產值約50億人民幣，是世界范圍內的接線盒品牌，大部分企業生產的都是“MC兼容”光伏連接產品。

中國國內涉足光伏連接系統制造的企業50家左右，7家上市互連企業中只有泓淋科技集團有限公司在研發光伏連接器，其余5家均未涉足。另外，在智能電表行業擁有絕對優勢的林洋電子也在生產接線盒，只是銷售額太小沒有體現在年報上。

2、國內企業開始起步

光伏連接器、線纜和接線盒產品進入門檻并不高——模具、注塑機和半自動組裝機器，問題在于現有客戶資源的可用性，光伏行業是一個新興應用，從2009年開始才進入快車道。另一問題是應用端客戶——模組巨頭市場重心在外，除了對產品的性能、可靠性要求相當高外，配套產品還必須通過環保認證和TUV、UL等當地要求的安全標志認證，雖然業者只要選用符合標準的材料（如塑料、二極管）就不成問題，但是認證過程卻比較繁瑣，往往是從設計階段就導入相關認證程序。因此，在以歐美市場為主導的全球光伏市場，中國本土接線盒企業相較Multi-Contact公司、灝訊公司等沒有品牌優勢，也導致傳統連接器企業整體缺位光伏市場。

市場上，已經有行業領先者從中國光伏市場的得到了先機，例如蘇州快可、信音（SINGATRON）、貿聯（bizlink）等。信音電子（中國）股份有限公司是音頻信號連接器（Phone Jack）及電源連接器（DC Power Jack）專業廠商，該公司去年開發了防水產品與太陽能集線盒，預期這些新產品今年將為其貢獻4.3億新臺幣營收，占營收比重10%。

蘇州快可光伏電子股份有限公司（QC Solar）是一家專業從事太陽能光伏控制及光伏連接傳輸系統、精密連接器產品設計、開發、制造、銷售的高新技術企業，已取得23項專利，在蘇州市、淮安市建有兩家工廠，產品通過TUV、UL安全認證和歐盟ROHS無鉛化認證。

另外一些經歷了風吹雨淋的國內企業包括：慈溪人和光伏科技有限公司、寧波中環尚特光伏科技有限公司、寧波博勝光伏科技有限公司、寧波康迪光伏科技有限公司、張家港市天能科技有限公司等。

分析師預測，太陽能光伏應用目前局限于智能電網（smart grid）基礎設施和公共事業領域。隨著小型光伏發電系統和儲能技術的發展，太陽能光伏產品將從工業領域向消費類應用演變，家用光伏系統（PV household appliances）將成為太陽能光伏產品的下一個海量市場，包括接線盒、線纜在內的光伏系統零部件制造商將迎來更大發展機遇。

參考資料：
1. Solar photovoltaic energy Technology Roadmap，http://www.iea.org
2. 中國光伏發展報告•2007，李俊峰、王斯成、張敏吉、馬玲娟，中國環境科學出版社
3. 產通網，http://www.zqttnzh.com
4. Crystalline PV Remains King In A Dynamic Solar Market，http://www.solarindustrymag.com
5. 安費諾公司官網 http://amphenol-industrial.com/
6. Molex 公司官網 http://www.molex.com/link/solarjunctionbox.html
7. 臺灣信音公司官網 http://www.singatron.com.tw/
8. 貿聯集團官網 http://www.bizlinktech.com
9. MC公司官網 http://www.multi-contact.com

本文為亞視通資訊機構旗下《國際線纜與連接》月刊（International Cables and Connections monthly AUG 2011）刊登的技術文章之一。閱讀所有文章，請聯系：atanghan@163.com；或者訪問“連接世界網”下載電子版本http://www.connworld.com/PDF/20110909.pdf。