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当前快看:光伏技术迭代机遇:异质结电池崛起

2022-08-15 10:05:30 来源:本翼资本

核心观点:

经济性逐渐凸显,发展空间广阔:光伏技术进步空间巨大,设备可灵活部署,拥有广阔的市场前景。2021年光伏LCOE已降至0.3元/KWh,在发电侧和电网侧均已具备较好的经济性;近期需求旺盛导致硅料供不应求,随着产能逐渐释放,预计2023年硅料价格将大幅回落;随着技术持续进步,2030年光伏LCOE将降至0.2元/KWh。目前中国光伏发电量占比仅为4%,发展空间巨大,预计2030年中国新增光伏装机量将达到219GW,对应CAGR约为17%。

异质结产业化加速,引领行业变革:从全生命周期考虑,异质结电池有望成为LCOE最低的方案,其成本结构与工艺体系与传统晶硅电池存在较大差异,将引领行业变革。目前异质结电池量产效率达24.5%,单位材料成本已降至1.15元/W,与PERC差距缩小至10%之内,产业化时机基本成熟,全行业规划产能已超过100GW。投资机会方面,重点关注异质结PECVD设备、新型银浆,以及布局较快的电池/组件企业。


(资料图片仅供参考)

一、光伏装机转为市场驱动,发展空间广阔 1.1经济性逐渐凸显,发展空间广阔

全球光伏装机高速增长:2015-2021年全球光伏新增装机量由56GW高速增长至183GW,CAGR为22%。一方面,欧美国家大力推动清洁能源替代火电,例如德国计划2030年新能源发电占比提升至80%。另一方面,俄乌冲突导致能源市场失衡,原油/天然气出现较大供给缺口,价格涨幅剧烈;海外各国电价高度市场化,终端用户直接承受电价的剧烈波动,促使工商业/居民自建光伏需求旺盛。预计全球能源结构将加速转型,推动光伏装机高速增长。CPIA预计2025年全球光伏新增装机量达到330GW,对应CAGR为26%。

(资料来源: BNEF ,本翼资本整理) 图一:全球新增光伏装机量(2015-2021)

中国光伏需求转为市场驱动:2020年以前,由于政策变化与行业降本增效节奏并不同步,中国历年光伏装机量存在较大波动。在政策补贴全面退出,进入“平价上网”时代的背景下,通过技术进步实现降本增效成为行业主旋律,推动装机需求持续高速增长。2022年上半年新增装机30.9GW,同比+138%;光伏装机一般集中在下半年,因此CIPA预计全年新增装机量85GW-100GW,同比+54.8%以上。我们认为,光伏发电经济性逐渐凸显,需求将转为市场驱动;目前中国光伏发电量占比仅为4%,存在巨大的发展空间。

(资料来源: 中电联 ,本翼资本整理) 图二:中国新增光伏装机量(2015-2021)

经济性逐渐凸显:LCOE(Levelized Cost of Energy,平准化度电成本)是衡量发电设备经济性的核心指标。随着技术持续进步,光伏LCOE大幅下降,目前已低于火电。对于电力市场各环节参与者而言,光伏发电的商业价值明确,从经济性角度已具备大规模替代火电的基础。

(1)电网侧:2022年中国风电/光伏已全面实现平价上网,各省市指导电价处于0.24(新疆)-0.45(广东)元/KWh区间;除青海外,其余所有行政区均降至火电基准价以下,具备普遍的价格优势。因此,对于电网运营商而言,采购的风电/光伏电力比例越高,利润越高。

(2)发电侧:IRENA数据显示,2010年以来,光伏LCOE累计下降88%,陆上风电LCOE累计下降68%,2022年均已低于0.3元/KWh。风电/光伏电站的成本集中于前期投资成本,运行中不需持续消耗材料;随着技术进步,设备成本仍将不断下降,长期来看将降至0.2元/KWh以下。另一方面,火电LCOE约为0.4元/KWh,随燃料(以煤炭为主)价格波动;水电LCOE约0.3元/KWh,目前中国水电资源已接近开发极限,边际成本呈上升趋势。

(资料来源: CPIA ,本翼资本整理) 表一:光伏度电成本(2021)

(资料来源: CPIA ,本翼资本整理) 图三:分布式光伏度电成本及预测(左轴LCOE,单位:元/KWh;右轴初始投资,单位:元/W)

(3)需求侧:光伏设备可模块化、小型化,便于部署,适合需求侧自建。从经济性角度考虑,若光伏度电成本(或光伏+储能的度电成本)低于市场电价,那么数据中心等工商业场景可通过自建光伏来降低电力成本。此外,海外各国居民用电普遍采用市场电价,存在较大波动,因此户用光伏也具备较大发展空间。BIPV(Building Attached Photovoltaic,光伏建筑一体化)指从设计层面将光伏组件与建筑一体化整合,从而最大化有效发电面积,减少散热需求,并降低整体成本。住建部、发改委提出优化城市建设用能结构,到2025年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%。4月国家标准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》开始执行后,全国多城市已积极出台政策要求新建建筑需安装太阳能系统。

(资料来源: 森特股份官网 ,本翼资本整理) 图四:案例:采用BIPV方案的江苏仪征腾讯云数据中心

光伏发电仍处于起步期,存在巨大的替代空间:2021年中国总发电量8.38万亿千瓦时,同比+9.8%,过去五年CAGR为6.8%;光伏发电量3270亿千瓦时,同比+25.2%,过去五年CAGR高达37.5%。目前中国光伏发电占比仅为4%,仍处于导入阶段。以德国为例,光伏发电占比已超过10%,预计2030年将达到30%。中国已制定明确的碳中和发展规划,且光伏经济性逐渐凸显,技术仍在持续进步,预计中国光伏装机将高速增长。

(资料来源: 国家能源局 ,本翼资本整理) 图五:中国各种能源发电量复合增速对比(2016-2021)

(资料来源: 国家能源局 ,本翼资本整理) 表二:中国各种能源发电量比例(2016-2021)

市场空间测算:假设(1)全国发电量保持5%的复合增速。(2)风电发电量2011-2016 CAGR为27%,占比由1.6%提升至4.0%,而2016-2021 CAGR为22%,占比由4%提升到7.8%,随着占比提升,复合增速呈小幅下降。目前光伏发电占比3.9%,与2016年的风电基本相同;过去五年光伏发电量CAGR高达37.5%,保守预计2022-2030 CAGR下降至22%,对应2030年光伏发电占比15.1%。(3)实际可利用小时数保持3%的复合增速。(4)光伏设备寿命约为20-25年,因此暂不考虑存量设备更新换代。基于以上核心假设,我们预测2030年新增装机量219GW,CAGR约为17%。

(资料来源: 国家能源局 ,本翼资本整理) 表三:2030年中国光伏新增装机量预测(蓝色部分为核心假设)

储能技术改善光伏发电稳定性,提升竞争力:因太阳光照不稳定,光伏发电量存在较大波动,而储能系统相当于“蓄水池”,不仅可以解决光伏发电带来的电力系统不稳定问题,还能有效地提高电能利用和供需平衡,提升光伏的竞争力。随着火电厂逐步退出及储能技术的商业化,预计2030-2050年中国光伏新增装机量仍将保持5-10%的长期增速。

1.2 短期硅料价格高位运行,预计2023年将大幅回落

光伏设备产业链主线为硅料-硅片-电池片-组件,每个环节的成本都主要来自上游单一材料成本,传导逻辑清晰。据CPIA统计,2021年我国集中式光伏电站单位投资成本4.15元/W,其中组件占比约46%(1.91元/W),逆变器占比约5%(0.2元/W)。短期内装机需求旺盛而硅料扩产周期长,供给紧张导致全产业链涨价;随着新建产能释放,预计2023年硅料价格将大幅回落,保障下游装机需求与行业健康发展。

(资料来源: 天风证券,CPIA,PV Infolink ,本翼资本整理) 图六:光伏产业链简图

(资料来源: 股海调研 ,本翼资本整理) 表四:光伏产业链主线各环节概况

硅料生产技术基本成熟,价格取决于供需关系:工业硅由石英岩加工而成,主要应用于生产3类产品:(1)多晶硅;(2)有机硅;(3)硅铝合金。据特变电工披露,生产1吨多晶硅需要消耗1.06吨左右工业硅。多晶硅分为光伏级多晶硅和电子级多晶硅两类,纯度要求不同,需求比例约为9:1。光伏级多晶硅又称为“硅料”,是制备光伏硅片的核心原材料。目前生产硅料的主流技术为西门子法,已基本成熟;此外,协鑫主推颗粒硅技术,特点为低成本+低纯度,与光伏电池技术发展的需求相悖(N型电池对硅料纯度提出更高要求),导致市场反应平淡。因此,硅料的技术属性偏弱,而化工属性较强,企业盈利能力主要取决于供需关系。

(资料来源: 公开资料 ,本翼资本整理) 图七:硅产业链上游示意图

扩产周期较长,近期供给持续紧张:硅是地壳中第二丰富的元素,占地壳总质量约26%,自然界中主要以硅酸盐/二氧化硅形式存在,分布极为广泛,理论上不应出现短缺。但由于硅料产能偏刚性,扩产周期长达18个月,而2019-20年硅料产能严重过剩,当时业内对未来的装机需求偏悲观,并没有安排足够的扩产规划,导致2021年以来硅料供给处于紧平衡状态,价格由8万元/吨涨至11月的27万元/吨;2022年以来价格持续上行,逼近30万元/吨。

(资料来源: PV InfoLink ,本翼资本整理) 图八:多晶硅致密料成交均价(2021.1至今)

竞争加剧将促使集中度回落,预计2023年价格大幅下降:经历多轮技术迭代与价格周期,多晶硅行业集中度进入高位区间,通威股份(永祥股份)、大全能源、保利协鑫、新特能源和东方希望位居全球第一梯队。CPIA数据显示,2021年全球多晶硅总产能达到77.4万吨,CR10为91.1%;总产量约59.5万吨,CR5为 70.6%,CR 10为92.7%。展望未来,硅料的市场前景吸引大批新进入者,例如上游的合盛硅业,下游的上机数控、阿特斯、润阳等。从各企业扩产进度来看,预计2023年硅料产能大规模释放,价格将出现大幅回落,促使产业链利润回归合理分配,下游企业盈利改善,并保障终端装机需求。

(资料来源: 中国有色金属工业协会硅业分会,广州期货研究中心 ,本翼资本整理) 表五:各企业多晶硅产能规划统计(单位:万吨/年)

1.3 技术展望:异质结与TOPCon将成为主流

光伏电池利用光生伏特效应,将太阳能直接转换为电能,技术发展趋势为更高的光电转换效率、高稳定性(长寿命)、成本可控,最终体现为更低的度电成本,因此度电成本下降幅度是衡量光伏技术先进性的唯一标准。一方面,技术是光伏产业的核心驱动力,新技术促使度电成本下降,提升光伏设备的商业价值,是推动光伏装机规模增长的核心因素。另一方面,技术迭代也将带来设备、辅材各环节需求变化,涌现投资机会。

1.3.1技术发展趋势概述

定义晶硅电池与薄膜电池:光伏电池可大致分为晶硅电池和薄膜电池两类,二者区别主要在于成品厚度和市场地位。由于硅材料的特殊性质,晶硅电池厚度至少要达到150微米(若低于该厚度,转换效率会大幅下滑),因此晶硅电池无法实现薄膜化。薄膜电池成品厚度一般在10微米以下,约为晶硅电池厚度的20分之1。

广义的晶硅电池包括所有以硅片为核心原材料的光伏电池,预计晶硅电池将保持市场主流地位,并向着TOPCon和异质结两种方案平分市场的方向发展。薄膜电池方面,GaAs电池转换效率与稳定性均为最高,因成本限制,主要应用于空间航天领域;其他薄膜电池均存在缺陷或不具备优势,难以实现产业化。长期来看,与单纯的薄膜电池相比,钙钛矿+晶硅电池相结合的叠层电池技术具备更好的发展前景。

(资料来源: 公开资料 ,本翼资本整理) 图九:主流光伏电池技术迭代路径及预测

1.3.2晶硅电池将保持绝对主流

晶硅电池以硅片为核心原材料,技术成熟,成本与可靠性更符合商业化需求,成为光伏电池主流技术路线。上一轮技术迭代周期中,隆基股份采用金刚线切割工艺促使单晶硅电池成本大幅下降,全面取代多晶硅电池。目前单晶硅PERC电池占据主流,2021年市占率91.2%。

N型晶硅电池替代P型晶硅电池已成为必然趋势:按硅片类型,可将晶硅电池分为P型电池和N型电池,区别主要在于制备硅片时扩散的杂质不同,最终使得成品性质存在一定差异。目前主流的PERC属于P型电池,TOPCon与异质结均属于N型电池。TOPCon电池与异质结电池具备高效率、低衰减的显著优势,中期内将逐渐替代PERC电池。

(1)P型电池:制备P型电池只需要扩散一种杂质(硼),成本较低,但少子寿命短,光电转换效率较低。P型电池的工艺完全成熟,凭借性价比优势占据市场主流,但光电转换效率已接近理论上限(约24%)。

(2)N型电池:高效率+长寿命,低度电成本。N型电池少子寿命长,光电转换效率高,理论效率可提升至约28%,衰减率也具备显著优势。难点在于制备N型硅片时需要扩散两种杂质(磷+硼),成本较高,但大规模量产后,基于效率与寿命的优势,度电成本将低于P型电池。随着设备工艺逐渐成熟,成本显著下行,目前N型电池在度电成本角度已具备较强竞争力,将迎来商业化拐点,开启对P型电池的全面替代。

(资料来源: CPIA ,本翼资本整理) 表六:各种晶硅电池技术转换效率变化趋势

异质结与TOPCon将长期共存,平行发展:N型电池体系中,异质结与TOPCon互有优劣,不存在明显的替代关系,业界主流观点认为,两种技术路线将平行发展,到2030年代平分市场。长期来看,两种方案均可以与钙钛矿技术结合,开发效率更高的叠层电池。

(1)TOPCon电池:结构与传统晶硅电池相似度高,工艺与现有产线兼容。

(2)异质结电池:技术原理/设计思路与传统晶硅电池存在较大区别,需建设全新产线。异质结电池的原材料仍以硅片为主,广义上仍属于晶硅电池。

(3)叠层电池以钙钛矿为辅材,进一步提升晶硅电池的性能,长期来看具备更广阔的市场前景。

(资料来源: CPIA ,本翼资本整理) 表七:晶硅电池技术路线概况

1.3.3薄膜电池产业化存在明显瓶颈

由于不同技术路线采用不同的材料,因此各种薄膜电池存在较大差异,不适合一概而论。目前主流的薄膜电池有4种,均存在缺陷或不具备优势,产业化前景并不明朗。

(1)砷化镓(GaAs):成本极高。理论效率超过50%,耐高温、耐光照能力极强,是已知材料体系下性能最强的光伏电池。缺陷在于成本极高,每平方厘米价格为125元,是晶硅电池的3000倍以上(PERC组件每平方厘米价格为0.04元)。目前中电科18所开发的GaAs电池应用于天宫一号空间站。主流观点认为GaAs电池的应用前景集中在空间航天领域,在地面大规模商业化的可能性较低。

(2)钙钛矿:材料稳定性差。单结钙钛矿电池的极限效率可达31%;叠层电池中钙钛矿可作为辅材,显著提升晶硅电池的性能,将极限效率提升至43%。由于钙钛矿电池所需原材料储量丰富、价格低廉、对纯度要求低;材料用量少;制备简单、工艺流程短,因此相比于传统晶硅电池成本有望大幅降低。缺陷在于钙钛矿材料稳定性极差(不耐高温、不耐光照、易水解、易氧化),成品使用寿命小于1年,且在大尺寸化方面也遭遇瓶颈,因此产业化前景并不明朗。

(3)碲化镉(CdTe)与铜铟镓硒(CIGS):转换效率低。目前量产转换效率分别为16.6%/17.6%,与主流的晶硅电池仍有较大差距。从极限效率来看,也基本与TOPCon和异质结处于同一水平。这两种电池不存在明确的竞争优势,属于被淘汰的技术路线。

(资料来源: CPIA ,本翼资本整理) 表八:薄膜电池技术路线概况(绿色高亮部分为核心缺陷)

1.3.4 小结

晶硅电池体系中的TOPCon与异质结电池商业化拐点已至,未来十年将逐渐取代PERC,成为市场主流。以钙钛矿为代表的各类薄膜电池存在明显缺陷,商用可行性较低。另一方面,叠层电池采用钙钛矿+晶硅相结合的设计思路,比单结钙钛矿电池更具发展前景。因此在新型材料没有出现突破式进展的情况下,预计晶硅电池仍将保持主流地位。

二、投资机会分析:重点关注异质结产业化

异质结电池的发展前景明确,成本已接近PERC,企业扩产需求旺盛,即将进入大规模产业化阶段。由于工艺体系与材料需求均与传统晶硅电池存在较大差异,异质结电池的商业化将带来产业格局洗牌,涌现大量投资机会。

(资料来源: 公开资料 ,本翼资本整理) 图十:异质结电池产业链各环节主要玩家(二级市场)

2.1 异质结性能优势显著,降本路径清晰

2.1.1采用对称结构,性能优势显著

异质结电池全称为本征薄膜异质结电池(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer,缩写为HJT),采用对称结构,N型硅片两侧依次为本征非晶硅薄膜(非晶I层)、PN结(非晶N层与非晶P层)、TCO透明导电薄膜、银电极。创新的结构设计使异质结电池具备4大优势:高效率、低衰减、耐高温、高双面率。

(资料来源: 光伏前沿 ,本翼资本整理) 图十一:异质结电池结构与工艺流程

(1)高效率:异质结电池的核心优势在于本征非晶硅薄膜(上图红色的“非晶I层”)优良的钝化效果。光伏电池效率主要由光照激发的少数载流子寿命决定。传统晶硅电池结构下,少子容易被硅片表面的悬挂键俘获并复合,导致电池效率降低。异质结电池在硅片两面沉积富氢的本征非晶硅薄膜,可以有效地将悬挂键氢化并降低表面缺陷,从而显著提高少子寿命,增加开路电压,提升电池效率。异质结电池理论效率可达28.5%,目前实验室最高效率26.5%;量产组件效率已达24.5%,相比PERC已具备1.2%的优势。

(资料来源: CPIA ,本翼资本整理) 表九:各种晶硅电池技术转换效率变化趋势

(2)低衰减,使用寿命长:异质结电池TCO膜具有导电特性,电荷不会在表面产生极化现象,不会产生电位诱导衰减(PID),优于PERC与TOPCon;N型硅片掺磷,没有硼氧复合体和硼铁复合体,因此光致衰减(LID)与TOPCon一致,远优于PERC。

(3)耐高温(低温度系数):光伏组件的初始标称功率是在25℃(STC标准条件)环境中的数据,但在实际运营中,工作温度多数时间在50℃左右。异质结电池的高温稳定性极强,60℃环境下仍能保持90%以上的相对效率,表现远优于PERC和TOPCon电池。

(资料来源: CNKI, 本翼资本整理) 图十二:不同类型光伏电池的高温性能对比(红线为异质结,绿线为TOPCon)

(4)高双面率:异质结电池正反面三层膜和TCO均为透光且结构对称,天然就是双面电池,双面率可以达到90%-98%的水平。作为对比,PERC和TOPCon双面率仅可以做到80%-85%。

小结:一方面,异质结电池性能远优于PERC;另一方面,尽管名义上的转换效率与TOPCon一致,但异质结电池具备低衰减+耐高温+高双面率的优势,实际转换效率高于TOPCon。因此综合全生命周期考虑,异质结电池的度电成本将低于其他技术路线。

2.1.2 降本路径清晰,目前已接近商业化

降本路径清晰:异质结技术需要全产业链各环节共同合作,在保证性能的前提下,探索并优化降本方案。降本四大路径:设备、银包铜浆料、超薄硅片、微晶技术。

(1)2019年以来,在迈为股份等设备厂商推动下,异质结设备全面实现国产化,单位投资额由10亿/GW降至目前的3.5-4.5亿/GW;随着更多电池/组件项目开始推进,设备形成成熟方案并实现规模化生产,预计2024年单位投资额将降至3亿/GW以下。

(2)银浆降本分为五步:多主栅、钢板印刷、银包铜、SWCT、镀铜。目前主要通过多主栅技术以及减小栅线宽度来减少正银消耗量,而钢板印刷和银包铜也已取得一定进展。CPIA统计,2021年异质结电池双面低温银浆消耗量约190mg/片,同比下降14.9%,预计2030年降至100mg/片。

(资料来源: CPIA , 本翼资本整理) 图十三:异质结银浆消耗量将持续下降

(3)超薄硅片+微晶技术提高效率,单瓦耗硅少。166mm+165μm的PERC组件单瓦硅耗1.4克,TOPCon为1.3克+,异质结可降至130μm厚度,500瓦组件平均每瓦硅耗仅0.513克。微晶技术指在非晶硅薄膜上镀一层晶硅薄膜,以进一步提升效率,该方案已进入华晟等企业的产线进行量产验证。

商业化条件基本成熟,扩产需求旺盛:综合公开信息来测算,目前异质结电池单瓦材料成本与PERC电池差距处于10%以内,预计2023年将降至PERC成本之下。良好的经济性促使电池/组件厂商加速异质结扩产规划。2021年底,国内异质结产能达到5.57GW,以中试线为主。据统计,目前全行业异质结新增产能规划已超过109GW,预计2022年新增20-25GW,2023年新增40-50GW。截至2022年6月,实际产能超过1GW的公司有4家:华晟新能源、爱康科技、通威股份、金刚玻璃。入局者可划分为新势力、改革派(传统企业)、困境翻转3类。

(资料来源: 公开资料 ,本翼资本整理) 表十:PERC、TOPCon、异质结电池单瓦材料成本测算

(资料来源: 公开资料 ,本翼资本整理) 表十一:部分企业异质结电池产能情况(蓝色代表尚未落地)

2.2 设备:重点关注PECVD

异质结电池需新建产线:异质结电池生产流程包括清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO制备、丝印固化4道工序。非晶硅薄膜沉积和TCO制备为新增工序,需要使用先进的新型设备,而其他2道工序对清洁度、精细度、均匀性和连续性的要求也更加严格。因此,异质结电池产线与传统的晶硅电池产线不兼容,必须新建产线。

(资料来源: 公开资料 , 本翼资本整理) 图十四:异质结电池工序简介

下游建产需求强劲,设备厂商迎来发展机遇:目前单GW异质结电池产线需要3.5-4.5亿元投资。据统计,目前全行业异质结新增产能规划已超过109GW。金辰股份预估2022年全行业异质结设备将有25GW左右的新增项目设备订单,2023年预估会有40-50GW的新增项目设备订单。假设2022、2023年单GW投资额分别为4.0/3.5亿元,对应异质结设备市场规模分别为100/175亿元。

重点关注核心设备PECVD:异质结电池非晶硅薄膜的制备需采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积法),利用辉光放电等离子体使硅烷等气源分子分解,从而实现非晶硅薄膜的制备,其性能直接影响电池效率。由于每层非晶硅薄膜的功能需求不同,对制备工艺的要求存在差异,需要在多个腔体中完成,因此异质结PECVD设备中需要导入多腔室沉积系统,对设备的整体设计和多腔室工艺控制提出了较高要求。另一方面,PECVD在异质结产线设备投资成本中占比可达50%,按2022/2023年单GW成本分别2.0/1.75亿元测算,对应2022/2023年市场规模分别为50/80亿元。

(资料来源: 迈为股份官网 , 本翼资本整理) 图十五:迈为股份PECVD镀膜设备Maxwell MV-LH06

行业门槛高,领先玩家优势明显:目前国内异质结产线普遍采用国产设备,具备异质结PECVD设备交付能力的共5家:迈为股份、捷佳伟创、钧石能源(未上市)、理想万里晖(未上市)、金辰股份,其中前四家至少2019年以前便开始布局异质结PECVD设备。

(资料来源: 摩尔光伏,智造调查局 ,本翼资本整理) 表十二:异质结电池各环节设备及供应商汇总

迈为股份可提供整线设备,市占率遥遥领先:作为丝网印刷设备龙头,迈为股份在异质结设备领域进行全面布局,具备整线设备交付能力,向着异质结电池产线整体解决方案提供商方向发展,市场地位将迎来跃升。从当前建产招标情况来看,迈为股份一家独大,市占率超过70%,华晟、金刚玻璃、爱康、明阳、信实工业等项目均采用迈为整线方案。假设迈为2022/2023年市占率分别为70%/60%,对应异质结设备订单金额分别为70/105亿元,远超公司2021年总营收(30.95亿元)。

(资料来源: 金刚玻璃异质结交流会 , 本翼资本整理) 图十六:迈为股份异质结设备市占率遥遥领先

金辰股份进入客户验证阶段:2021年公司PECVD设备已导入晋能科技异质结中试线,8月开始工艺流片,12月电池片平均效率达到24.38%。基于微晶的PECVD设备在装配测试过程中,与客户深入接洽,预计下半年将向客户交付首台,进行中试/量产级别的验证(市场传闻该客户为隆基绿能)。假设2023年金辰股份PECVD市占率达到10%,则将带来8亿元的订单量,约为公司2021年的总营收的50%。

(资料来源: 金辰股份2021年度业绩说明会 , 本翼资本整理) 图十七:金辰股份PECVD设备进度

2.3 辅材:新型银浆量价齐升

银浆作为电极材料印刷于光伏电池片两面,主要用于导出电池片产生的电能,其性能直接影响光伏电池的效率。银是导电性最强的金属材料,材料成本高,但给电池效率带来更大增益,度电成本更低,因此成为光伏电池电极材料的最佳方案。

(资料来源: 帝科股份招股说明书 , 本翼资本整理) 图十八:银浆在光伏电池片中作为电极材料

2.3.1 市场前景明确

异质结电池银浆需求翻倍:银浆是光伏电池片最重要的辅材,成本占比仅次于硅片。目前P型/TOPCon/异质结电池的单位银浆需求分别为96.4/145.1/190.0mg;银浆占P型电池成本比例约8%,占异质结电池成本比例约25%,需求大幅提升。随着TOPCon和异质结实现产业化,市场占比提升,银浆需求量的增速将超过光伏装机增速。

市场规模将超过500亿元:据亚化咨询统计,2022年全球银浆总需求将达到4000吨;按5300元/kg均价测算,市场规模约为212亿元。CPIA认为,即使考虑到技术进步导致单位银浆需求量下降,2030年异质结电池单位银浆需求仍将保持在100mg水平。预计银浆市场规模将保持17%的长期复合增速(与光伏装机增速一致),2030年市场规模超过500亿元。

(资料来源: 公开资料 , 本翼资本整理) 图十九:P型电池与异质结电池成本结构对比

2.3.2盈利能力回升

2015年以来,国内银浆企业发展迅速,帝科股份、晶银新材(苏州固锝)、聚和股份等企业加速扩产抢占市场份额,银浆国产率由5%提升至70%,CR3由2019年的35%提升至2021年的55%。同期毛利率下降明显,由2019年的18%降至2021年的10%水平。一方面,这一阶段国产替代空间巨大,吸引大量企业入局,价格竞争激烈;另一方面,硅料价格高企导致下游电池厂商盈利承压,银浆作为电池片最重要的非硅辅材,议价空间受限。展望未来,异质结银浆技术要求更高,预计技术领先的银浆企业毛利率将迎来回升。

(资料来源: 公开资料 , 本翼资本整理) 图二十:银浆企业毛利率改善的逻辑

低温银浆溢价能力更强:银浆分为高温银浆和低温银浆两种,P型电池和TOPCon电池使用高温银浆,烧结温度 500℃以上;而异质结电池非晶硅薄膜对温度较为敏感,制造温度需控制在250℃以下,需使用低温银浆。低温银浆在工艺、固化温度、固化时间等方面均与高温银浆不同,且需针对异质结电池特定要求对电阻率、焊接附着力、化学稳定性等性质做出针对性调整,技术难度提升,溢价能力更强。2021年高温银浆价格约5000-5500元/kg,而低温银浆价格约为6500元/kg,在成本基本相同的情况下,价差大于1000元/kg。目前低温银浆市场主要由日本京都电子掌控,2021年市占率超过90%。京都电子的战略规划保守,仍未制定扩产规划,因此随着异质结电池需求放量,技术领先的中国企业的市场份额将快速提升。

银包铜技术降低材料成本,提升技术门槛:银粉是银浆的核心原材料,占成本比例约95%。为降低材料成本,领先企业提出银包铜技术,将铜粉置于硝酸银溶液,制备外层银+内层铜的“银包铜粉”。铜的成本远低于银,而硝酸银的成本也低于银粉,因此采用银包铜粉取代纯银粉来制备银浆,可在保障导电性的同时,大幅降低材料成本。目前银包铜技术受到下游客户的广泛关注,有望成为主流,但尚未形成成熟方案。率先实现突破的企业,有望在异质结时代脱颖而出,成为行业引领者。

(资料来源: 中信期货, 公开资料 , 本翼资本整理) 图二十一:银包铜技术示意图

2.3.3 投资机会:关注前沿技术与上游整合

低温银浆和银包铜技术门槛较高,帝科股份、聚和股份、晶银新材等头部企业进展较快,将享受异质结电池产业化带来的红利。此外,帝科股份采用垂直一体化战略,推进上游银粉布局,提升技术壁垒。

(资料来源: Choice ,本翼资本整理) 表十三:3家头部银浆企业核心数据对比

帝科股份采用垂直一体化战略,持续扩展上游布局。硝酸银规划产能5000吨,2023Q1将开始投产1000吨产能。银粉+银包铜粉规划产能2000吨,计划2024年投产;银粉布局较早,已取得发明专利,银包铜粉也已经历2年的技术储备期。低温银浆产品已进入华晟、通威供应链。此外,帝科股份正在推动收购杜邦的银浆业务,若收购成功,将获得15项异质结低温银浆专利,加速推动公司产品力提升。

(资料来源: 帝科股份业绩说明会 , 本翼资本整理) 图二十二:帝科股份的战略思考

晶银新材2021年低温银浆销量5.14吨;银包铜方案目标降低成本30%以上,目前主栅通过可靠性测试,在客户端进行户外实证电站验证,50%银含细栅已进入小批量量产。聚和股份(待上市)也已完成异质结低温银浆产品的开发,并在印刷性、体电阻率和焊接拉力方面均能达到进口产品同一水平。

2.4 电池/组件:竞争格局将洗牌

回顾历史,每次光伏电池技术迭代均会带来竞争格局洗牌。以电池片为例,过去十年的行业龙头位置经历四次更迭,早期领先企业仅有晶澳、阿特斯、天合仍保持行业前十的地位,而目前排名前二的通威、爱旭在2016年之前榜上无名。随着异质结电池产业化进程,市场格局必然迎来新一轮洗牌。

(资料来源: 北极星太阳能光伏网,PV Infolink,安信证券 ,本翼资本整理) 表十四:光伏电池片排名变化(2011-2020)

2021年底,国内异质结产能达到5.57GW,以中试线为主。据统计,目前全行业异质结新增产能规划已超过109GW,预计2022年新增20-25GW,2023年新增40-50GW。截至2022年6月,实际产能超过1GW的公司有4家:华晟新能源、爱康科技、通威股份、金刚玻璃。入局者可划分为新势力、改革派(传统企业)、困境翻转3类。

(资料来源: 公开资料 ,本翼资本整理) 表十五:部分企业异质结电池产能情况(蓝色代表尚未落地)

2.4.1新势力

目前光伏装机需求旺盛,而异质结电池采用全新的工艺体系,与传统晶硅电池存在较大差异。新进入者迎来入局竞争的战略窗口期,代表公司为华晟新能源(未上市)。

团队实力雄厚:2020年7月华晟新能源成立于安徽宣城,专注于异质结电池研发与产业化。2021年底完成8亿元A轮融资,引入合肥产投、招银国际等股东。公司核心人员具备丰富的技术储备和产业经验,董事长徐晓华曾任汉能薄膜发电(00566.HK,已退市)副总裁;CTO王文静曾任中科院电工所太阳电池技术研究室主任;CEO周丹曾任通威太阳能董事长兼总经理。

积极扩张产能,产品效率业内顶尖:截至2022年6月宣城二期投产,公司异质结电池和组件产能均已达到2.7GW;2023年底总产能将超过10GW。宣城二期采用单面微晶技术,目前量产平均转换效率已达24.5%,达到业内顶尖水平,预计年内将提升至25-25.2%;2023年将导入双面微晶技术,冲击25.5%以上的转换效率。公司目标2023年异质结组件出货量4-5GW(对应营收约100亿元)。从双良节能公告来看,华晟已签订采购协议,2022-2025年期间采购单晶方锭7800吨,估测可满足3.4GW电池生产需求。预计华晟有望抓住异质结的战略窗口期,跻身行业前列。

(资料来源: 公开资料 ,本翼资本整理) 表十六:华晟新能源产能规划汇总

2.4.2改革派(传统企业)

传统电池/组件企业中,目前通威股份、东方日升积极推进异质结产业化,预计2023年将有15GW以上的产能落地。隆基绿能暂时没有大规模建产规划,但研发进度保持领先,多次刷新异质结效率纪录。

通威股份:2018年底开始试生产异质结电池;2021年7月投产全球首条1GW中试线,并采用多家企业的设备方案进行对比测试,为大规模建产打好基础;该项目被视为异质结设备厂商的“练兵场”,受业内广泛关注。2022年4月公告建设年产32GW“高效晶硅项目”,1期规划投资60亿元,将于2023年底建成16GW产能。该项目单位投资额3.75亿元/GW,与异质结产线投资需求相匹配,因此业内有观点认为该项目为异质结产线。

东方日升:金坛工厂年产500MW的异质结中试线已投产,预计2023Q1实现GW级出货。宁波15GW 异质结电池片与组件将分两期建设,总开发建设周期30个月,预计2023-2024年投产。公司伏曦系列异质结组件采用120μm厚度、四角倒角的210半切硅片、微晶技术和24BB等领先技术,功率高达700W+,电池效率突破25.5%,组件效率22.53%;LCOE较PERC组件下降近10%。

隆基绿能:技术顶尖,建产规划未定。在技术研发上双线并行,多次刷新TOPCon与异质结电池的效率纪录,但对产能建设呈谨慎态度,仍在评估TOPCon与异质结的发展前景。隆基李振国认为,光伏电池产线的投资额很大,如果技术路线判断错误,企业很可能丧失竞争力,因此隆基暂时选择观望。进入2022年,隆基公告建设1.2GW异质结中试线,有观点认为该项目与2021年通威的金堂中试线性质相似,在大规模建产之前论证对比各厂商设备的性能,与金辰股份披露的信息相符。若中试进展顺利,预计隆基将在2023年开启异质结产能的大规模建设。

(资料来源: ISFH,隆基绿能 , 本翼资本整理) 图二十三:隆基异质结电池(M6)效率达26.50%,刷新大尺寸单结晶硅光伏电池效率世界纪录

2.4.3困境反转

异质结电池带来颠覆性的发展机会,而部分上市公司的主营业务陷入瓶颈,期望通过切入异质结电池领域以改变发展前景,代表公司为爱康科技和金刚玻璃。两家企业布局异质结技术时间较早,而前期投入较大,导致近年均陷入亏损。从公开信息来看,两家企业的异质结技术与建产规划进展顺利,业内关注度较高,获得一定认可,值得关注。若异质结产能顺利实现商业化且产品力达到一线水平,基本面逻辑将迎来逆转。

本文来自微信公众号“本翼资本CapitalWings”(ID:capitalwings),作者:尚启暄,36氪经授权发布。