《国际线缆与连接》AUG 2011 Special reports
作者：张英儒，《国际线缆与连接》编辑

随着石油、天然气和煤炭等常规能源被持续地消耗，特别是日本“3.11”大地震和福岛核电站引发的减缓核电站效应，人们开始重新审视现有能源结构和能源发展战略。太阳能作为最安全、可永续利用的清洁能源之一，近年来得到了迅速发展，全球太阳能光伏系统的开发如火如荼。

太阳能光伏电池具有众多优点，包括无污染，安全可靠、寿命可长达25年，材料可再利用，安装简单，维护需求很小，可以在电网不能接入的边远地区发电，电池板可以与建筑融为一体，生产太阳能电池系统所耗费的能源可以在6月-3年内收回等，被公认是集“清洁、安全、永续”于一体的自然能源。

目前，太阳能光伏发电已经成为完全商业化的解决方案之一，是最近10年能源产业投资的主旋律。据测算，地球表面接受的太阳能辐射是全球能源需求的1万倍，地表每平方米平均每年受到的辐射可生产1700W电力，如果在全球4%的沙漠上安装太阳能光伏系统，就足以满足全球能源需求，因此各国政府大力支持光伏产业发展。

IMS Research数据显示，2010年全球太阳能光伏安装量年增长151%达到18.8GW规模，2011年可增长16%至21.9GW左右，2012年增长速度将减缓，但是2014年以后将恢复较快增长速度，并在2030年之前成为主流能源利用形式。

在国际市场和国内政策的拉动下，中国光伏产业逐渐兴起，并在最近3年迅速崛起。目前，中国共有600多家涉足光伏的企业，光伏电池产量占了世界的70%以上，已成为名副其实的光伏出口大国，并涌现了晶澳太阳能（JA Solar）、无锡尚德（Suntech）、天合光能（Trina Solar）、江西赛维（LDK）、天威英利（Yingli Green Energy）、协鑫能源（GCL Solar）、加拿大太阳能公司（Canadian Solar）、晶科能源（Jinko Solar）、韩华新能源（Hanwha SolarOne）等10多家优秀的境外上市光伏企业，带动了上下游企业的发展。

中国光伏产业成功之处在于集成完整的太阳能光伏生产价值链的能力，价值链包括：光伏模组、电池、晶圆，甚至有时还包括多晶硅。集成价值链给中国太阳能光伏产业带来的净优势十分明显：原材料的控制可过硬的质量控制降低了生产成本。

一、光伏价值链

太阳能光伏（Photovoltaic）是将太阳能转化为电力的技术，核心是太阳能电池（cell），这是收集阳光的基本单元，其原理是可释放电子的半导体物质——硅（SI）。

大部分光伏组件的生产都是从超纯原料硅的生产开始，该超纯原料硅同时也是用于生产集成电路（比如电脑或记忆芯片）的原料，是通过对石英砂多次溶解和清洗获得。超纯原料硅被熔融成液态硅后铸成硅锭，再被切成薄片，名为硅片。一般来说，太阳能电池制造商都要购买单晶硅片和多晶硅片，加工成太阳能电池片，再将电池片销售给太阳能组件制造商，或者自己组装成太阳能组件，供安装公司或者施工单位使用。

从工艺上看，典型的晶体硅光伏组件的制造过程包括硅锭生长、硅锭切片、硅片制成太阳能电池、电池电极连接、电池片封装形成组件等。中国光伏产业成功之处在于拥有完整的价值链，因此带来了明显的竞争优势：可控制的材料及较低的生产成本。

目前，中国共有120家光伏电池生产企业，江西赛维（LDK Solar）是业内仅少数能够有能力覆盖整个光伏价值链的企业之一。赛维LDK太阳能凭借其强健的垂直一体化经营模式，通过自行生产多晶硅、单多晶硅锭、硅片、电池和组件，能能够密切控制材料和产品质量，从而向客户提供业界领先的产品耐久性和可持续性能。

1、光伏电池

太阳能光伏电池可以用晶体硅或薄膜材料制造，目前市场上的太阳能光伏电池大多数是用晶体硅材料制作的。过去6年，由于对多晶硅的需求增加，多晶硅生产商的数量增加了5倍以上。目前，每生产1W太阳能光伏电池板需要使用大概10g多晶硅，并且正在逐渐下降。欧盟制定了每瓦能量多晶硅消耗的短、中、长期目标分别为5g、3g和2g以下。

太阳能光伏价值链。

（1）晶体硅
晶体硅是硅片制造成本的最大组成部分。与硅片、电池或组件制造、系统集成和电站项目开发相比，晶体硅生产是太阳能价值链中最为复杂的一个环节。电池组件所采用的硅材料主要有两种形式：单晶硅和多晶硅，单晶硅是当前光伏电池的主流，占全球市场的85-90%。

虽然从技术上讲，单晶硅并不是最佳材料，但它易于获取，适用的技术与电子工业相同。单晶硅电池大规模生产可获得20%的转换效率，目前市面上的单晶硅电池组件最高转换效率可达14-20%。除效率外，电池的厚度也很重要，薄的硅片（wafer）意味着较少的硅材料消耗，从而降低成本。预计单晶硅光伏组件将持续占据光伏技术直到2020年，到那时的市场份额也将超过50%，转换效率有望达到23-25%。

多晶硅电池组件由于原子结构更加无序转换效率低于单晶硅，但是其成本较低，预计在今后一段时间内其效率有望达到21%。

太阳能电池技术市场份额趋势。（资料来源：EPIA）

（2）薄膜电池
薄膜太阳电池（Thin film）是在廉价的玻璃、不锈钢或塑料衬底上附上非常薄的感光材料制成，比用料较多的晶体硅技术造价更低，其价格优势可抵消低效率的问题。目前已商业化的薄膜光伏电池材料有三种：非晶硅(a-Si)、铜铟硒(CIS、CIGS)和碲化镉(CdTe)，它们的厚度只有几微米。

（3）聚光电池
聚光电池（Concentrator cells）用菲涅尔镜（FRESNEL）等聚光器将光聚焦到一个小区域，聚光倍数达到1000倍。在很小的区域覆上用III-V族化合物（多结砷化镓) 半导体制成的材料，其效率可达到30%，实验室效率达40%。该系统有两个弊端：不能使用分散的阳光，必须用跟踪器将系统调整到与太阳精确相对。

2、光伏组件

把光伏电池焊到一块玻璃上，再互连封装得到光伏组件（通常称为太阳能板），可以被制造和组装成几乎任意规模，可用于提供各种级别的电力需求：小至计算器、笔记本电脑和其他电器；大到家庭、办公室和其他需要大量电力的建筑；还可以被连接在一起构成太阳能光伏电站，向电网提供电力，提高目前电力源的多样性。对于一个装机容量3KW光伏发电系统，组件面积约需23m2，可给一个普通家庭供电。

光伏组件采用高透光率的刚性玻璃，具有较高的光穿透性和机械强度，而且可以防水，最低要求是IP65。组件底部一般固定有太阳能光伏接线盒（solar junction box），集成有旁路二极管，带有将对应的组件串联起来的电缆线和连接器。通过把一个组件导线一端的正极接口插入相邻组件的负极导线插口，就可以把两个组件串联，形成一定规模的光伏发电系统。

一般情况下，光伏组件的平均使用寿命在20年以上，这也是光伏行业的一项核心要求。组件不含运动部件，要求通过IEC61215、IEC61730性能测试和UL1703安全测试，可以在各种恶劣的环境条件下正常工作，尺寸大小可根据安装地点调整，并迅速安装。

3、逆变器

逆变器（inverter）是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，对于负载是交流负载的应用，逆变器必不可少。

逆变器包括离网逆变器和并网逆变器。离网逆变器功能是将蓄电池12V、24V、48V或其他电压的直流电转换为220V或380V交流电供负载使用；并网逆变器是直接将太阳能电池组件发出的直流电逆变成交流电输出到电网中。逆变器有多种规格，从几百瓦到100kW不等，最常用的为3-6kW。逆变器性能的改进对于提高系统的转换效率、可靠性，提高系统的寿命、降低成本至关重要。随着太阳能逆变器技术的不断发展，转换效率持续上升，由过去90-92%上升到98%以上，未来的目标是要达到99% 以上。

根据美国Power-one的市场预测数据，2010年后全球光伏逆变器的平均增长率将在30%左右，预计2012年，全球光伏逆变器销售额将达到165亿美元，中国销售额将达到21.5亿美元，但增长率将明显高于全球市场，显示出巨大的增长潜力。

目前，SMA是全球最早也是最大的光伏逆变器生产企业（德国市场占有率达50%以上），约占全球市场份额的三分之一，第二位是Fronius，全球前七位的生产企业占领了近70%的市场份额。目前，中国光伏逆变器主要被阳光电源、艾思玛、KACO等品牌所占领。同时，科士达、科陆电子、科华恒盛、荣信股份、九洲电气等公司纷纷介入光伏逆变器领域，其中科士达目前年产能为2180台，2012年年产能将达到16320台。

4、蓄电池

独立（离网）光伏系统需要蓄电池，通常为铅酸蓄电池。目前，专为太阳能光伏发电系统设计的高质量电池使用寿命已达15年。电池通过充电控制器与光伏阵列连接。充电控制器可以避免电池过度充电，提供系统情况以及电量度量。如果需要交流电，则需用逆变器将直流电转换为交流电。

5、太阳能线缆

为使太阳能装置能运转，所有部件必须连接到一起。为达到这一目标，需要使用大量电缆、连接器和接线盒（solar junction box），具体要求是接触电阻尽可能小，使传输中电能损耗最小。其它部件包括连接器、插座、电源输出口、管道，甚至于设备的五金部件和终端都必须适合安装和运转的要求。

值得注意的是，同光伏电池片环节大投资、高利润、高风险相比，太阳能接线盒、线缆和连接器投资风险小，利润率适中，甚至于可以在现有连接器、线缆生产线基础上进行技术改造，就可以投入生产。2010年，接线盒和线缆等部分辅材和设备还出现了供应不足的现象，并成为今年的投资热点。

二、光伏发电系统

把大量的光伏组件通过接线盒和线缆串联起来，就构成了光伏发电系统。如果用于并网发电，还需要防雷汇流箱（Combiner）和逆变器（inverter），以转换电流适合不同电器的使用或与电网相匹配。常见的光伏发电系统有并网系统、离网系统和混合系统。

线缆及连接产品在太阳能发电系统中的应用。（资料来源：Huber+ Suhner官网）

1、并网光伏发电系统

并网光伏系统（on-gird）指的是太阳电池方阵发出的直流电力经过逆变器变换成交流电，并且与电网并联。这类光伏系统发展很快，并在2O世纪末超过了独立光伏系统用量。并网光伏系统可分为光伏电站及住户并网光伏系统两大类。

（1）光伏电站
在光照丰富地区，建造大型光伏电站，所发出的电力全部输入电网。由于是集中管理，可以应用先进的技术，如为了提高太阳电池方阵的发电量，有些光伏电站利用计算机控制，采用全方位跟踪装置等。

（2）住户并网光伏系统
这是专门供给家庭用电需要的光伏系统，通常与电网并联，光伏方阵发出的电力供应家用电器使用，如有多余可以输入电网。在晚上或阴雨天，光伏方阵发出的电力不足，则由电网向家用电器供应部分或全部电力。在实行固定电价的国家，电力公司购买太阳能电费远高于用户从电力公司购电的价格，通常所有的太阳能电力都输入公共电网卖给电力公司。因此，这类光伏系统是未来分布式发电模式的重要组成部分，具有广阔的发展前景。

典型住户并网光伏系统是光伏与建筑一体化（BIPV）应用。BIPV将建筑物与光伏集成并网发电，具有无污染、不需占用昂贵的土地、降低施工成本、不需要能量储存设备、在用电地点发电避免或减少了输配电损失等等，好的集成设计会使建筑物更加洁净、美观，容易被建筑师、用户和公众所接受，所以发展很快。

由于太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视，许多国家相续制定了本国的屋顶光伏计划。美国计划从2013-2021年，每年将投资5亿美元用于太阳能屋顶计划，日本2010年光伏发电装机容量达到5GW主要用于屋顶光伏并网系统。

2、离网光伏发电系统

离网系统（off-gird）为完全依靠太阳电池供电的电源系统，太阳电池方阵受光照时发出的电力是唯一的能量来源。该系统充电控制器与蓄电池连接，生产的电可蓄存起来供以后使用，并通过逆变器提供交流电，供一般家电使用。

（1）工业应用
典型的离网系统用于通讯中继站、通信电源、公路信号系统、水文观察站、气象站，飞机、车辆、船舶等工业应用等。

（2）公共事业
公共事业主要是农村供电，通常包括供单个家庭用电的小型光伏系统，或可以供几家住户使用的较大独立电站，以及学校和事业单位照明等。

在中国，目前还有大约1000万人口没有用上电，主要居住在西部地区。计划在2015年前要全部解决用电问题，其中利用太阳能发电可解决580万人口的用电，至少需要太阳电池组件300MW。

（3）小型系统产品
对于一些小型电器，可以将太阳能电源系统与产品安装在一起，这样就不需要与电网相连，方便使用。目前应用最广泛的是太阳能照明电源，类型应用有太阳能路灯、草坪灯、太阳能信号电源、太阳能电动汽车、游艇、玩具，以及采用LED光源的指示牌、广告牌、交通标识、城市景观等。目前，中国这类企业不少于200家，产品大量出口欧美国家，预计2020年底这类产品国内装机将达到200MWp。

3、混合光伏系统

将一种或几种发电方式同时引入光伏系统中，联合向负载供电的系统称为混合光伏发电系统。由于目前光伏系统发电的价格较高，如果完全用光伏系统来满足负载用电的需求，太阳电池方阵和蓄电池必须在最差的天气条件下也能支持负载的运行，这样的系统配备的容量比较大，初始投资很高。如将柴油发电机引入光伏系统，作为备用电源，平时由光伏系统供电，冬天或连阴雨天太阳辐射量不足时启动柴油发电机供电，这样就可以节省投资。

另一种混合发电方式是光伏、风力混合发电系统，有些地区冬天日照差，但风力大，可以由风力发电机补充，这种风、光互补发电系统在有些地区有很大的实用价值。

三、中国光伏点亮全球

根据欧洲光伏工业协会（EPIA）发布的《2014年全球光伏市场展望》报告，在目前的前期竞争阶段，光伏市场的发展在很大程度上都是依赖于一些国家的政策扶持，这种扶持机制已经列入相关国家法律。这种扶持计划的介入、修改或退出都会在很大程度上影响光伏市场及产业的发展。

1、全球光伏电池产量59% 来自中国

根据Solarbuzz 发布的最新报告，2010年全球光伏市场安装量达到18.2GW，相较2009年增幅139%。以产值来看，2010年光伏产业全球营收达到820亿美元，相较于2009年营收400亿美元增幅105%。从产量看，2010年全球太阳能电池产量达到20.5GW，较2009年9.86GW有显着增长，其中薄膜电池产量占据总产量13.5%份额。

以区域来说，中国大陆与台湾的电池厂商继续扩大市场份额，目前已占全球总电池产量59%，在2009年49%基础上增长10%。至于厂商出货成绩，2010年前二大电池厂商为尚德电力（Suntech Power）与晶澳太阳能（JA Solar），紧随其后的是第一太阳能（First Solar）。

2011年，尚德电力公司则正计划将其晶圆生产能力扩大至1200MW；晶澳太阳能公司计划将产能增加至3000MW瓦以上，并专注于联合事宜，发展模式类似当年的台湾连接器巨头鸿海（Hon Hai）；英利将其全球模块销售量增加一倍，目前正在扩大保定和海南总部的生产能力，预期2011年底将生产能力提高至1700MW；天合光能预计2011年全年生产电池组件达1750-1800MW。

2010年全球光伏区域市场份额及前十二大电池厂商排名（资料来源：Solarbuzz）

2、中国具备快速成长为世界主要市场的实力

中国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kW.h/m2以上，西藏最高达7kW.h/m2。与同纬度的其他国家相比，和美国类似，比欧洲、日本优越得多。但是，中国光伏市场还处于启动阶段。

2010年，全球前五大光伏市场国家为德国、意大利、捷克共和国、日本与美国，这五个国家占据了全球80% 的需求。其中欧洲地区光伏市场规模为14.7GW，占据全球81%的需求。欧洲区域前三大光伏市场国家依序为德国、意大利与捷克共和国，此三国家市场规模共计12.9GW。2010年日本与美国市场的增长非常迅速，年成长分别达到101%与96%。

EPIA将光伏市场的未来发展设置为两种情景：普通情形和政策利好。在政策利好情形下，全球2014年光伏装机容量单年可突破30GW。中国是众所周知的光伏产品制造大国，光伏电池年产量已跃居世界首位，但在世界应用市场上却排不上名次，2009 年仅仅首次跻身世界十大光伏市场之列，占全球总安装量约2%。但是，中国日照充足，加之电力需求增长迅猛，凭借12GW的超大输电线路工程，中国发展光伏发电的潜力巨大，具备快速成长为亚洲乃至世界主要市场的实力。

根据国家政府规划，2020年中国光伏装机容量将达到20GW。EPIA的预测是，在中性条件下，2020年中国的累积装机量为29GW，到2030年将达到150GW，年复合长率约为17.9%。

四、中国连接制造商新机遇

与以手机、数码相机、平板电脑、电视机、DVD播放器、机顶盒等为代表的消费电子产业类似，太阳能能光伏产业有望成为连接产品的最大单一应用市场。除了接线盒本身就是一个连接系统外，太阳能系统中的其他设备，如充电控制器、逆变器、汇流箱、配电箱等也是“富连接产品”，采用了大量的连接器、连接头、开关、端子台、线缆等产品。

在光伏发电系统设备和施工中，太阳能线缆和连接器也是应用频繁的辅助材料，而接线盒则是光伏组件的关键组成部分。从某种程度讲，太阳能光伏系统就是一个用电缆连接起来的电器网络，除了资金密集型的电池片、光伏组件外，太阳能系统零部件（包括逆变器、线缆、连接器和光伏接线盒等部件）将成为新热点。

以世界最大光伏市场德国为例，该国拥有近100家光伏生产制造企业，近80家太阳能系统零部件制造企业，产品涵盖光伏逆变器（Inverters）、光伏线缆（PV cables）、连接器和太阳能接线盒（Junction boxes）。其中，光伏线缆、连接器和太阳能接线盒企业60多家，包括Multi-Contact、灏讯（Huber+ Suhner）、泰科（TE）、安费诺（Amphenol）、魏德米勒（Weidmuller）、威琅（WIELAND）、bedea、Lumberg Connect、Yamaichi等连接方案供应商。

1、国内光伏系统零部件制造环节薄弱

中国是光伏组件产品生产大国，产量约占全球一半之多，但是国内光伏发电市场仍处于起步阶段，下游光伏市场规模较小，如果国内市场不开拓，光伏零部件行业依然无法实现大规模生产。

从另一角度看，国内光伏连接市场空间巨大，首先是景气预期可以持续到2040年，其次，现阶段整个光伏制造产业正在告别暴利，向理性回归，发展模式已经从第一阶段的‘技术推动型’逐步进入‘规模和成本敏感型’的发展期，系统零部件制造也正在向中国转移。因此，连接业者不但有机会搭乘中国光伏组件巨头在国际市场的供应链“顺风车”入国际市场，还可以通过经验孕育庞大的国内市场。

目前，在中国市场已经布局的国际品牌有：Multi-Contact公司的MC3、MC4光伏连接方案；灏讯公司（Huber+ Suhner）RADOX太阳能电缆、连接器和接线盒；Molex SolarSpec接线盒及电缆组件；泰科电子（TE）的SOLARLOK光伏接线盒及电缆组件；安费诺（Amphenol）Amphoton接线盒和Helios连接器和太阳能电缆等。其中，Multi-Contact公司从1993年就开始研究太阳能接线盒，1995年正式开始在德国生产，目前年产能约6000万套，产值约50亿人民币，是世界范围内的接线盒品牌，大部分企业生产的都是“MC兼容”光伏连接产品。

中国国内涉足光伏连接系统制造的企业50家左右，7家上市互连企业中只有泓淋科技集团有限公司在研发光伏连接器，其余5家均未涉足。另外，在智能电表行业拥有绝对优势的林洋电子也在生产接线盒，只是销售额太小没有体现在年报上。

2、国内企业开始起步

光伏连接器、线缆和接线盒产品进入门槛并不高——模具、注塑机和半自动组装机器，问题在于现有客户资源的可用性，光伏行业是一个新兴应用，从2009年开始才进入快车道。另一问题是应用端客户——模组巨头市场重心在外，除了对产品的性能、可靠性要求相当高外，配套产品还必须通过环保认证和TUV、UL等当地要求的安全标志认证，虽然业者只要选用符合标准的材料（如塑料、二极管）就不成问题，但是认证过程却比较繁琐，往往是从设计阶段就导入相关认证程序。因此，在以欧美市场为主导的全球光伏市场，中国本土接线盒企业相较Multi-Contact公司、灏讯公司等没有品牌优势，也导致传统连接器企业整体缺位光伏市场。

市场上，已经有行业领先者从中国光伏市场的得到了先机，例如苏州快可、信音（SINGATRON）、贸联（bizlink）等。信音电子（中国）股份有限公司是音频信号连接器（Phone Jack）及电源连接器（DC Power Jack）专业厂商，该公司去年开发了防水产品与太阳能集线盒，预期这些新产品今年将为其贡献4.3亿新台币营收，占营收比重10%。

苏州快可光伏电子股份有限公司（QC Solar）是一家专业从事太阳能光伏控制及光伏连接传输系统、精密连接器产品设计、开发、制造、销售的高新技术企业，已取得23项专利，在苏州市、淮安市建有两家工厂，产品通过TUV、UL安全认证和欧盟ROHS无铅化认证。

另外一些经历了风吹雨淋的国内企业包括：慈溪人和光伏科技有限公司、宁波中环尚特光伏科技有限公司、宁波博胜光伏科技有限公司、宁波康迪光伏科技有限公司、张家港市天能科技有限公司等。

分析师预测，太阳能光伏应用目前局限于智能电网（smart grid）基础设施和公共事业领域。随着小型光伏发电系统和储能技术的发展，太阳能光伏产品将从工业领域向消费类应用演变，家用光伏系统（PV household appliances）将成为太阳能光伏产品的下一个海量市场，包括接线盒、线缆在内的光伏系统零部件制造商将迎来更大发展机遇。

参考资料：
1. Solar photovoltaic energy Technology Roadmap，http://www.iea.org
2. 中国光伏发展报告•2007，李俊峰、王斯成、张敏吉、马玲娟，中国环境科学出版社
3. 产通网，http://www.365pr.net
4. Crystalline PV Remains King In A Dynamic Solar Market，http://www.solarindustrymag.com
5. 安费诺公司官网 http://amphenol-industrial.com/
6. Molex 公司官网 http://www.molex.com/link/solarjunctionbox.html
7. 台湾信音公司官网 http://www.singatron.com.tw/
8. 贸联集团官网 http://www.bizlinktech.com
9. MC公司官网 http://www.multi-contact.com

本文为亚视通资讯机构旗下《国际线缆与连接》月刊（International Cables and Connections monthly AUG 2011）刊登的技术文章之一。阅读所有文章，请联系：atanghan@163.com；或者访问“连接世界网”下载电子版本http://www.connworld.com/PDF/20110909.pdf。