光伏设备投资框架分析


1、光伏设备分析

光伏设备包括四大类:硅料设备、硅片设备、电池设备、组件设备。

2、光伏设备投资框架

光伏设备投资逻辑①:终端需求的二阶导。光伏设备需求与全球光伏装机容量密切相关。这 种关系为:t年全球光伏装机容量与t-1年全球光伏装机容量的差值为t年的全球光伏新增装机容量, 而t年全球光伏新增装机容量与t-1年全球新增装机容量的差值才是光伏增量产能的需求。基于这种二阶导关系,单纯从下游光伏装机容量角度来看,光伏设备的需求更为平滑,前者 主要为后者提供了长期发展空间。

3、2020-2021:光伏设备市场回顾及展望

2020-2021年是光伏设备大年。复盘2020年以来的光伏设备行情,2020年是电池环节需求二阶导放量(通 威、隆基电池扩产)、2021年是硅片环节需求二阶导放量(硅片新势力扩产),从而带动光伏设备企业业 绩提升,同时伴随大尺寸、HJT、TOPCon等新技术落地带动光伏设备企业估值提升。

由于上游原材料上涨,能源成本上升,光伏在2021各环节均开始出现新的技术变化,背后核心矛盾是现有 的产业链降本已到瓶颈期。从光伏设备股的涨跌幅及背后的逻辑来看,硅片设备受益于终端需求二阶导, 电池设备主要是技术迭代带动的更新需求预期。(双良节能主要是设备到硅片的逻辑)

下游需求二阶导影响趋弱


1、需求端:2022年光伏新增装机容量有望达210GW

光伏需求:2022年供给释放+新技术资本开支奠定需求大年。硅料:531后第一次大规模供给释放,供给 瓶颈将打破;硅片:2021年是产能释放年,2022年是产量释放年;电池:2021年全行业亏损,2022年N 型资本开支有望大规模释放,效率预计将从23%提升至24%。集邦咨询预计2022年全球光伏新增装机容量 将超过210GW。

政策保障:组件价格最高达到2.2元/w,当前价格集中在2-2.05元/w。从指标端看,风光基地一期100GW 有望于2023年前并网,未来2年年均规模有望超过50GW,后续还有二期规划。此外根据各省保障性规 划,光伏规模超65GW,大部分需要2022年底前并网。

2、供给端:2022年各环节产能分析

硅料环节:价格下降利好光伏全产业链,产能预计持续扩张。2022年硅料产能预计将达到250-300GW, 且未来几年持续有资本开支。存量产业链中,硅料资本开支节奏滞后于硅片,滞后于电池。从设备端来 看,第一轮硅料设备投产高点在2020年10月-2021年3月,考虑到即使跌破200元/KG,硅料环节依然利润 丰厚,预计2022年行业将持续扩产。

行业盈利承压,新增产能预计将放缓。2021年是硅片扩产大年,截至2021年底硅片行业名义 产能超过350GW,总产能供过于求,过剩产能以及硅料较难取得将导致2022年不仅小型厂家的淘汰会加 速,大厂、垂直整合厂的老旧炉台也可能面临关停。从结构来看,硅片环节自2019年后新玩家持续增加, 2020年扩产产能基本为182、210等新产能,预计截至2021年底新产能规模将超过200GW,从而带动2022 年行业整体盈利承压。在这一背景下,硅片产能受竞争格局分化可能导致持续扩产,但预计规模相较2021 年增量不明显,且由于行业整体盈利承压向上传导后或将导致设备环节毛利率下滑。
光伏设备行业研究及2022年度策略:全面拥抱新技术
电池环节:盈利能力将迎复苏,新技术助推产能破局。2021年电池扩产主要集中在Q1,此后受盈利能力 下滑影响扩产规模持续降低。截至2021年底预计电池行业名义产能超过350GW,总量处于过剩;但大尺 寸产能预计为150GW左右,结构性仍具备缺口。随着硅料降价,预计2022年大尺寸电池盈利能力将迎来 复苏。但考虑到HJT、TOPCon等技术正加速落地,预计纯PERC新增产能将出现下滑,新技术产能有望 迎来爆发。

组件环节:大尺寸阵营之争带动设备二次迭代。2021年底组件产能预计超过400GW,但大尺寸总产能预 计为150-200GW,总量过剩但具备结构性缺口,预计2022年大尺寸组件产能仍将持续扩张。但对于组件 设备尤其是串焊机而言,在182与210阵营之争下,有望取得两次迭代,即大尺寸替代小尺寸、210替代 182(电池端通常购买210设备向下兼容,大尺寸只有一次迭代),因此仅考虑二阶导需求,组件设备业绩 相对更具备持续性。且HJT替代PERC进程中,串焊机仍需要一轮资本开支。

3、供需对比:2022年电池环节二阶导需求最为明显

硅料:硅料依然是主产业链中最紧张的一环,且后续的实际扩产进度与规模在能耗的制约下会低于预期;变数主要在于颗粒硅,未来一年核心验证颗粒硅的量产与品质。
硅片:2022年硅片将正式变成大宗品属性,且格局变差。(独立硅片厂家变多;一体化纷纷补齐硅片)

电池:2022年电池产能将低于硅片产能,且存在明显缺口,行业进入N型替代P型阶段。(报告来源:未来智库)

硅料新技术:颗粒硅


1、原理与工艺介绍

硅料新技术:颗粒硅 - 改良西门子法:目前全球主流的硅料生产工艺,原理是1050℃左右的硅芯上用氢气还原三氯氢硅,生成多 晶硅沉积在硅芯上。还原工艺采用多晶硅还原炉,其将分解的硅单质沉积在硅芯上慢慢长成硅棒,这种工艺 经过西门子改良后基本实现无排放且安全性大幅提升,从而推广。基于此,改良西门子法是利用多晶硅还原 炉,采用气相沉积的方式生产棒状硅的工艺。

硅烷流化床法(FBR):原理是将细小的硅颗粒种子铺在有气孔的流化床层上,然后从下面通入硅烷,这 时硅颗粒种子具备流体特征,在加热等反应下,硅单质沉积在硅颗粒种子上,生成体积较大的硅粒,通过出 料管送出流化床设备。基于此,硅烷流化床法是利用流化床设备,采用硅烷裂解的方式生产颗粒硅的工艺。

2、碳足迹是推进亮点 全面拥抱新技术

颗粒硅的优势:一是成本更低,重点关注减碳前景。颗粒硅投资强度、电耗、人工成本更低。2021年6月, 中能硅业拿到国内颗粒硅首张碳足迹证书,每千克颗粒硅碳足迹数值为20.74千克二氧化碳当量(对标瓦克 57.559千克)。二是投料优势。对于多次装料拉晶( RCz )工艺,颗粒硅能够减少对炉壁损伤,且流动性更优;对于连续拉晶(CCz)工艺,颗粒硅可以100%满足投料需求,具备更佳的适配性。

颗粒硅的劣势:一是“碳”,即颗粒硅碳元素含量相对较高最终影响拉晶品质;根据协鑫披露目前生产的 颗粒硅碳含量低于0.4PPMA,达到客户量产标准。二是“氢”,即颗粒硅含氢量高导致出现跳硅问题。根据江 苏中能反馈,通过加热后能够对氢进行释放,目前氢含量已降至10PPM。三是“粉”,即粉尘问题影响拉晶品 质。

3、硅料设备市场空间较小,重点关注CCz应用

颗粒硅产业进展:目前国内颗粒硅技术主要由保利协鑫进行牵头布局,2020年9月8日,公司旗下江苏中能规划产能10万吨, 首期5.4万吨颗粒硅项目开建,在原有6000吨产能基础上进行扩容,2021年2月3日,公司江苏中能徐州基地颗粒硅有效产能由6000 吨提升至10000吨。2021年11月18日,江苏中能与上机数控签订长协,期限为2022年1月1日-2026年12月31日,预计采购合同为 262亿元(含税)。

颗粒硅设备市场空间:颗粒硅生产工艺与棒状硅完全不同,因此设备需要全部更新,主要设备为流化床、换热器等。考虑到协 鑫颗粒硅设备已实现国产化,预计颗粒硅设备投资6亿元/万吨。我们预计2022年国内颗粒硅产能达3万吨,对应市场空间18亿元。 重点关注CCz设备应用:2020年12月,协鑫与天通股份签订设备采购协议,主要针对颗粒硅产能规模应用;2021年1月,双方 成立合资公司徐州鑫诚,天通持股40%。天通股份为江苏协鑫提供308台直拉单晶炉,用于协鑫新增的颗粒硅材料产能规模化应用。

硅片新技术:铸锭单晶、N型


1、铸锭单晶:原理及优势介绍

铸锭单晶(cast-mono wafer)介绍:铸锭单晶硅片指采用多晶铸锭炉,在常规多晶铸锭工艺的基础上加入单 晶籽晶,定向凝固后形成方型硅锭,并通过开方、切片等环节,最终制成单晶硅片。铸锭单晶的优势:①对硅 料要求低,硅料成本是常规拉晶的一半以下;②采用多晶技术,电耗更低。

铸锭单晶的问题:①转换效率较拉晶有所降低;②单晶出材率。协鑫是行业先行者,其于2011年发布“鑫 单晶”,此后持续完善,但尚未大规模推广的原因是单晶出材率低,摊薄了硅料及电耗成本。2021年,以海源 复材、金阳新能源为代表的企业在传统基础上进行改进,进一步提高了出材率。

2、铸锭单晶:不是颠覆,而是资源回收利用

铸锭单晶是对直拉单晶的补充。铸锭单晶所采用的硅料来源为四类:①直拉单晶不能使用的硅料,如头尾 料、碎料等;②切片产生的废料;③单晶硅料不能用的回料,如锅底料;④报废组件回收料。海源复材是目前A股铸锭单晶龙头,其第一大股东赛维目前已取得3万吨回收硅料项目生产线批复,预计 2022年将实现GW级铸锭单晶硅片产能释放。

3 铸锭单晶:配合HJT性价比突出

硅片新技术:铸锭单晶、N型 。铸锭单晶需要验证逻辑为两点:目前铸锭单晶182售价为3.9元/片,较直拉单晶硅片便宜,具备明显性价比。但有两个环节仍需进一步验证:一是铸锭单晶电池的效率损失是否可接受,根据协鑫及海源复材披露数据, 铸锭单晶相较于直拉单晶做成的电池效率损失在0.3-0.5%;二是铸锭单晶的单晶出材率是否达到盈利水平。

铸锭单晶+HJT有望对PERC进行部分替代。根据测算,铸锭单晶+HJT较PERC具备明显性价比,可以同时 实现效率及成本优势。(报告来源:未来智库)

电池新技术:TOPCon、HJT、 IBC以及钙钛矿


1、TOPCon电池结构及特点

TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact,隧穿氧化层钝化接触)通常采用N型结构,与PERC相比 的改进是增加了遂穿层,其包括两层结构:一是1-2nm的超薄SiO2作为遂穿层实现钝化,二是100nm的掺杂多 晶硅层形成背面的异质结结构。

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优点:转换效率相较于PERC更高,且能够与PERC产线进行兼容,2021年平均转换效率超过24%。

缺点:产线具备持续升级压力;工艺较为复杂,良率相对较低。

2、TOPCon工艺介绍

TOPCon相较于PERC而言主要是两个变化:一是N型电池结构(正面硼扩替代磷扩,背面高低结需要掺 磷);二是增加了隧穿层(SiO2)和多晶硅(本征poly Si)。TOPCon工艺尚未定型。主要分歧在于隧穿层及 多晶硅镀膜工艺有所区别,目前的主流工艺是LPCVD+磷扩。

3、TOPCon工艺:存在的问题及技术对比

TOPCon早期存在的问题主要有三点:一是硼扩替代磷扩后工艺温度更高;二是氧化隧穿及多晶硅层后容 易出现绕镀,且镀膜均匀性较差;三是离子注入设备相对较贵。随着LPCVD、硼扩散设备成熟、二次磷扩替代 离子注入、通过RCA清洗或单面掩膜等方式控制绕镀后,TOPCon的工艺趋于稳定,且良率从早期的70-80%提 升至95%以上。

PECVD工艺优势明显,目前正处于产业化验证。管式PECVD进行原位掺杂从工艺流程来看有所节省,同 时镀膜速度提升,且较大程度解决绕镀问题,有望成为未来的主流工艺,目前正处于持续验证之中。

组件新技术:串焊工艺匹配


1、设备空间:单GW投资额降至6300万

组件设备:组件设备是指将电池片进行串联和并联形成组件的设备,包括串焊机、汇流条自动焊接机、层 压机、削边机、EL测试仪、全自动装框机、接线盒设备、清洗设备、IV测试仪。

市场空间:截至2020年底组件设备单GW投资额已降至6300万元,其中串焊机设备是核心,一条250MW 的产线需配置4台串焊机,单台价格在135-150万元,即串焊机的单GW投资为2000-2400万元,是最核心的 组件设备。预计2021年组件产能扩产95.1GW(182+210),对应设备市场空间为60亿元,对应串焊机市场 空间为20亿元。

2、串焊机技术迭代:MBB、大尺寸、异质结 组件新技术:串焊工艺匹配

MBB影响:串焊机是将光伏电池片通过焊带进行串联的设备,随着电池尺寸的增大和主栅数量的增加, 串焊机设备将迎来升级换代需求。多主栅电池对于设备的焊接能力、精度、稳定程度要求均有大幅的提 高,5BB升级到9BB串焊机需要更换串焊机,并使用特殊的助焊剂,9BB继续升级通过更换工装实现。

大尺寸影响:串焊机需升级成为182、210型号串焊机,设备需进行更换。182串焊机可以通过改造升级 为210串焊机,但无法在现场改造,且产能优势不明显,因此也以更换新机型为主。210机型不仅可以满 足210电池生产,同时能够向下兼容,生产效率也相对更高。更为重要的是,串焊机在组件环节出现了 182、210两次尺寸迭代。

HJT影响:HJT是全程低温工艺,因此传统的高温串焊方式需要更改,针对HJT有专门串焊机设计,会带 动设备更新需求。

来源:光伏新锐

END

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原文始发于微信公众号(光伏产业通):光伏设备行业研究及2022年度策略:全面拥抱新技术

作者 808, ab