1. 全球光伏裝機近年表現及未來預期

在今年上半年與有色金屬需求相關的終端上,光伏行業恐怕是為數不多持續提供需求增量貢獻的一個領域。根據IRENA(International Renewable Energy Agency)的統計數據顯示,近幾年全球太陽能發電裝機總量快速上升,而在其中占到99.2%絕對比重的光伏裝機總量截至2021年底已經上升至843GW,近三年全球光伏發電新增裝機數均在100GW以上,分別可達101.67、125.60、132.80GW。目前占比極小的光熱裝機在2021年的規模僅為6.38GW,近三年新增裝機數分別在0.56、0.13、-0.12GW。

從鋁元素在太陽能發電行業的應用來看,光伏和光熱行業事實上都會使用到鋁元素。鋁在光伏行業主要被應用在光伏組件邊框(Module Frames)和光伏板支架(Mountings)中,換流器(Inverter)及電池片(Cell)也有少量使用;鋁在光熱行業主要被應用在金屬支架、發電動力模塊等。從海外咨詢機構的數據來看,光熱發電系統對鋁的使用密度甚至是光伏系統的2倍多,每1GW耗鋁量約在4.7萬噸。但是鑒於目前光熱發電裝機的占比極低,且每年的變動極小(按照2020-2021年光熱新增裝機對鋁的消費影響來看,分別僅增加0.61萬噸和減少0.56萬噸),因此我們將重點考察今年全球光伏行業增長對鋁元素的消費影響。

圖1:2021年全球太陽能發電裝機量已上升至849GW

圖2:太陽能發電裝機中99.2%比重是光伏,剩餘為光熱

圖3:2021年全球光伏發電裝機量已上升至843GW

圖4:近3年全球光伏發電新增裝機持續攀升

圖5:鋁元素在光伏及光熱行業主要應用部位

資料來源:公開市場資料,國泰君安期貨產業服務研究所

對於今年而言,全球光伏新增裝機到底能在多少體量,目前看儘管市場給到的預測存在偏差,但繼續保持較高增長卻也是共識。全球目前主要的新增裝機需求來自中國、歐洲(主要是德國、荷蘭、西班牙、法國等)、北美(主要是美國)、以及其他亞洲國家(主要是印度、日本等),2021年全球及主要國家和地區的光伏裝機同比錄得15-20%左右增速。

考慮到全球光伏裝機的基數逐年提高,因此即使當前的同比增速已較5年前有所回落(除歐洲外),新增裝機的絕對規模仍較為可觀。

從IRENA的預測數據來推演,基於該機構在2021年7月對2030年全球光伏裝機總量的預測,我們推算自2020-2030年光伏裝機的複合增長率接近22.1%(2030年全球光伏裝機總量預計接近5221GW,2020年僅在707GW,據此可測算複合增長率)。

以此作為對2022年全球光伏新增裝機的基準預期增速,那麼今年新增裝機應在186GW以上(2021年裝機總量843GW*年複合增速22.1%)。之所以說應在186GW以上,主要是考慮到去年至今中國多項與光伏相關的再生能源發展扶持政策的出台,以及今年歐洲“Repower EU”能源計劃的推出,有可能會使得今年全球光伏裝機的增速在未來10年中居於前列水平,超過年複合增長率。

圖6:中國、歐洲、北美及其他亞洲地區新增裝機較多

圖7:全球光伏新增裝機仍維持在接近15-20%左右增速

資料來源:IRENA,國泰君安期貨產業服務研究所

而再從市場多個機構對中國及海外主要光伏裝機需求國家和地區的預測來看:

(1)中國方面,PV InfoLink及Trend Force均預測中國今年新增裝機75GW,中國光伏協會(CPIA)亦給到75GW以上的預測;

(2)歐洲地區,歐洲主要光伏裝機集中在歐盟27國,PV InfoLink預計歐洲今年將新增45-49GW組件需求;

(3)北美地區,美國是美洲光伏裝機量最大,PV InfoLink和PV Tech分別預計今年美國將新增31GW,未來5年的年均新增裝機量為30GW。

如此來看,今年中國、歐洲及美國的光伏新增裝機規模就可在150-155GW以上,如果參考2021年該三個地區的光伏新增裝機占到全球新增的72%,假設今年該三個地區占比上升到73-75%,那麼對應到全球新增裝機就可在200-212GW。

如果中國、歐洲及美國今年光伏新增裝機規模占全球的比重與去年持平(72%),那麼對應到全球新增裝機就可在208-215GW(215GW=155GW/72%,可視為預測高值)。考慮到該三個地區仍是光伏裝機主要的發力地區,占全球的比重應會較去年有所抬升,因此對於2022年而言,全球新增裝機超過215GW的可能性或也不大。

因此,結合市場及我們的評估來看,今年全球光伏新增裝機數量有可能會在200-210GW區間上下。

圖8:基於IRENA於2021年7月對2030年全球光伏裝機總量的預測,我們推算年複合增長率接近22.1%

資料來源:IRENA,國泰君安期貨產業服務研究所

2. 每1GW光伏裝機量到底耗鋁多少?

在光伏行業中,鋁主要被應用在光伏組件邊框(Module Frames)和光伏板支架(Mountings)中,換流器(Inverter)及電池片(Cell)也有少量使用。基於Nature發佈於今年1月的報告《The aluminium demand risk of terawatt photovoltaics for net zero emissions by 2050》,我們可以看到光伏系統用鋁主要還是在組件邊框(Module Frames)和光伏板支架(Mountings)上,且2020-2025年組件邊框和光伏板支架的總耗鋁量可認為基本相當。因此,我們可從光伏組件邊框的耗鋁量,再推導光伏板支架及光伏系統的總耗鋁情況。

圖9:基於Nature對全球光伏耗鋁量的評估,2020-2025年光伏組件邊框和光伏板支架的總耗鋁量基本相當

資料來源:Nature《The aluminium demand risk of terawatt photovoltaics for net zero emissions by 2050》,國泰君安期貨產業服務研究所

根據European Commission於2020年出版的報告《Raw materials demand for wind and solar PV technologies in the transition towards a decarbonised energy system》顯示,市場中主要的太陽能面板(主要是組件邊框用鋁,不包括支架)可以分成以下四種:

圖10:市場主要太陽能面板分類及鋁用量占比情況

資料來源:European Commission《Raw materials demand for wind and solar PV technologies in the transition towards a decarbonised energy system》,World Bank,IRENA《End of Life Solar PV Panels》,國泰君安期貨產業服務研究所,註:由於a-Si的Market Share只占0.3%,所以在計算過程中做簡單化處理,其Market Share平均平攤到其他三種面板中。

由此,可對光伏組件邊框用鋁做計算,過程如下:

1GW = 1*109W;

c-Si面板每GW消耗1*109W *(0.954+0.001)/250W * 22kg * 0.08 = 6723.2噸鋁;

CdTe面板每GW消耗1*109W *(0.024+0.001)/110W* 12kg * 0 = 0噸鋁;

CIGS面板每GW消耗1*109W *(0.019+0.001)/160W* 20 kg * 0.07 = 175噸鋁;

總計6898.2噸鋁,即1GW光伏組件邊框耗鋁接近7000噸左右。

假設今年全球光伏新增裝機數量有可能會在200-210GW區間上下(此為額定容量,實際裝機量會大於額定容量,按照1.2:1的容配比,實際裝機數量或接近240-252GW),那麼組件邊框用鋁則可能接近168-176萬噸,光伏板支架用鋁量或也接近168-176萬噸,光伏系統總用鋁或可達到336-352萬噸(與圖9的Nature預測較為接近),每1GW光伏實際裝機(含組件邊框+光伏板支架)平均耗鋁約接近1.4萬噸。

這裡之所以說平均耗鋁,是考慮到分佈式(rooftop)和集中式(utility-scale)每GW耗鋁的量並不一致,分佈式的耗鋁量往往高於集中式,因為分佈式的光伏板多用鋁支架。由此,考慮到集中式占全球光伏裝機的比重或接近68%(根據IEA數據,得到分佈式光伏占比約在32%),且基於組件邊框和光伏板支架的總耗鋁量可認為基本相當,得到分佈式光伏系統每1GW的支架耗鋁量約在2.2萬噸。

因此,光伏系統每1GW的組件邊框耗鋁量在0.7萬噸左右,其中約32%分佈式光伏每1GW的支架耗鋁量約在2.2萬噸,合計每1GW光伏裝機平均耗鋁約接近1.4萬噸。

圖11:參考IEA,2022年全球光伏新增裝機中集中式(utility-scale)占比約68%,分佈式約32%

資料來源:IEA,國泰君安期貨產業服務研究所

3. 結合2022年全球光伏裝機預估,評測原鋁消費增量

根據上文測算,假設今年全球光伏新增裝機數量有可能會在200-210GW區間上下(實際裝機數量或接近240-252GW),那麼光伏系統總用鋁或可達到336-352萬噸。但這裡需要註意的是,光伏用鋁涵蓋了全鋁元素,也就是說除了原生鋁之外,也包括了再生鋁。

基於Nature的報告《The aluminium demand risk of terawatt photovoltaics for net zero emissions by 2050》顯示,2020年光伏系統用鋁約34%來自再生鋁,這就意味著其中66%是原鋁。因此,2022年全球光伏系統對原鋁的需求量預計在222-232萬噸,可占到全球原鋁消費的7.5-8.0%左右。如果取222-232區間中位數227萬噸,今年全球光伏用鋁需求相比去年的增量可高達80萬噸,占到消費總量的2.7%。

這其中,中國2021年光伏新增裝機約53GW(實際裝機按照1.2:1容配比,約在63.6GW)以及88.8GW出口數量(合計約152.4GW),合計可占到全球當年度光伏實際裝機量(132.8*1.2)的95.6%,這在一定程度上可說明中國光伏行業生產能力對全球市場確實有舉足輕重的影響。

2022年在全球光伏新增裝機數量有可能在200-210GW(實際裝機數量接近240-252GW)區間附近的前提下,按照樂觀、中性、悲觀三種情景看,即根據中國光伏系統產出(國內裝機+出口)占全球總供應的比重分別為95.6%(與去年持平)、80%、70%來測算,中國合計規模有可能會在235、197、172GW。

由此,對應得到全鋁元素的國內需求量預計在329、275、241萬噸,原鋁的需求量預計在217、182、159萬噸,可占到今年中國原鋁消費的4-5%。消費增量上,相比去年的增量預計分別在76、41、18萬噸,占到消費總量的0.5-2.0%。如果參照歷年數據的延續性(即使該比重的測算存在統計口徑不夠統一的問題),2018-2021年中國光伏系統產出占全球總供應的比重沒有下到80%以下,那麼對於今年而言,按照80%(圖14的中性假設)及以上來衡量,中國光伏行業對原鋁的需求量就不應低於182萬噸(約占消費總量4.5%),相比去年增量應不低於41萬噸(約占消費總量1%,亦可視為光伏行業可提升今年國內原鋁消費增速1%左右)。

圖12:2020年光伏系統用鋁約34%來自再生鋁

圖13:2020-2021年自中國出口的光伏組件數量

圖14:分樂觀、中性、悲觀三種情景看,中國光伏用原鋁相比去年的增量可分別在76、41、18萬噸

資料來源:IRENA,Nature,PV InfoLink,國泰君安期貨產業服務研究所

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