还剩22页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
装备制造光伏设备产业现状及前景分析核心观点:太阳能电池主要分为晶硅电池与薄膜电池两大类,目前晶硅电池占比约95%,薄膜电池正在蓬勃发展从设备角度来看,下游扩产是需求的直接动力,终端装机量提升有望带来增量设备需求;同时,光伏行业持续进行技术创新与工艺迭代,不仅有利于刺激新的扩产需求,还有望加速原有设备的更新替换晶硅电池方面,受益于技术迭代以及海内外扩产,整体设备需求保持高景气;薄膜电池方面,我们看好钙钛矿电池的发展,判12023年钙钛矿行业处于从百兆瓦中试线向GW级量产线快速推进的过程中,设备是新工艺导入量产的基础,在产业化初期的重要性凸显展望未来,当薄膜或叠层时代到来之时,挑
②第二代(2016年~至今)PERC与PERC+电池2016年前后,随着PERC电池产业接受度的爆发,行业进入
2.0时代PERC电池在传统铝背场工艺基础上增加了背钝化与激光开槽更进一步,在PERC基础上,以扩散后的PSG层为磷源,利用激光的可选择性加热的优势,对正表面进行二次掺杂(磷),从而形成选择性重掺的N++层SE技术的引入使得PERC电池进一步升级为PERC+,开启
2.5时代并延续至今现阶段PERC+电池产业化配套成熟,量产线转换效率达到
23.0%~
23.2%左右另一方面,其也逐步逼近量产转换效率上限,行业开始探寻下一代高效晶硅太阳电池)
③第三代(正在开启规模产业化TOPCon,HJT、xBC等高,,效电池一方面基于对于更高转换效率的不断追求N型电池将逐步开始替代P型电池,P型电池扩散磷形成N+/P结构,虽然扩散工艺简单但是面临转换效率上限较低的问题;N型电池扩散硼形成P+/N结构,具有高少子寿命、无光致衰减的优点N型电池代表包括TOPCon,HJT等与此同时,业内仍有众多玩家尝试xBC电池,通过改变电池结构实现效率提升,P型和N型xBC电池也正在积极走向规模化量产
2.
1.3,组件环节大硅片加速设备更新,高效电池推动需求变革组件生产是将电池片和其他原材料组装成光伏组件的过程电池片经过划片工序预分片后通过串焊与互联条焊接形成电池串,再用汇流带将电池串连接形成组件串,然后将组件串、玻框、安装接线盒、硅胶化、表面清洁、安规作以测试、外观璃、切割好的EVA和背板进行层叠铺设,经过层压、削边、装检验、包装等工序形成组件其中串焊和层压工序为组件生产过程中较为关键的环节,对应的设备分别为串焊机和层压机组件设备投资额约6200万元/GW,串焊机占比约35%根据CPIA数据,2021年新投组件产线设备投资额约6200万元/GW;在组件设备的价值构成中,串焊机价值量较高,单GW价值量通常超过2000万元,占比约35%,层压机价值量占比约20%,自动化生产线及其他设备价值量占比约45%组件环节扩产需求来自于
①光伏行业自身的高成长性;
②大尺寸渗透率的快速提升;
③薄片化对于自动化设备的新要求;
④电池金属化实现方法的升级,主要影响串焊机等环节;
⑤电池技术路线的多样性大尺寸与设备兼容性在大硅片快速渗透的背景之下,大尺寸高功率组件发展迅猛,由于设备的不兼容性,2020~2021年行业扩产的重要驱动力即来自于大尺寸设备对于小尺寸的替代根据PVinfoLink的统计,2021年年底具备大尺寸高功率组件生产能力的组件企业超过50家,2022年大尺寸组件市占率将接近80%薄片化对于组件自动o程度影响到碎片率前TOPCon电池N型硅片平均厚度为化产线提出新要求薄片化可以降低硅片成本,但是也会一定165|im,HJT约为150pm,IBC约为130Hm,薄片化趋势对于组件端自动化产线设备提出新要求展望未来,高效电池片技术革新催生新的组件设备需求以串焊环节为例,不同高效电池结构、工艺存在差异,串焊工艺需匹配进行调整TOPCon电池方面,常规设备可兼容TOPCon串焊,若采用SMBB工艺则需要升,,级为SMBB串焊机HJT电池方面为保持电池片电学性能、保护膜层HJT串焊机需通过定制化改造以适应低温工艺,微晶硅替代非晶硅后可采用300(:以上的中温焊接,降低串焊难度;此外也可采用Smartwire无主栅串焊技术代替传统串焊工艺xBC电池方面,电池改为背接触结构,串焊工艺需改为单面焊接,常规串焊机无法兼容,需更换xBC串焊机
2.
2、晶硅电池产业链各环节扩产分析
2.
2.1,各环节扩产判断光伏晶硅路线-硅料环节2022年光伏硅料行业扩产大超预期,产量亦有大幅提升预计2022年年底,国产硅料产量将上升至78万吨、进口产量约10万吨,产量合计88万吨左右,换算为GW单位约为264GW左右根据CEA的统计预测,2023年光伏硅料产能将迅速攀升至536GW(折合约214万吨),而当年的预期光伏新增装机量约为330-360GW,阶段性的供给冗余难以避免随着供给端产能释放的加速,预计2022年全年坚挺的硅料价格或将于2023年开始松动从公开信息统计来看,2023年拟扩产规模仍超过100万吨,实际落地率将与行业盈利性具有较高关联性光伏晶硅路线-硅片环节2022年光伏硅片计划扩产规模超过200GW,而2021年扩产150GW,2021年年末产能达到400GW以上影响硅片行业扩产景气度的因素主要包括
①上游多晶硅原材料价格;
②硅片企业自身盈利性;
③新老玩家在行业大扩产背景下预期市占率的考量等2023年待扩产硅片规模仍然超200GW,考虑到2023年硅料价格松动预期,支撑行业进一步扩产的动力将更偏向于新老玩家在中长期维度g身市占率的考量以及落后产能升级需求从存量更新维度,我们认为年均80-100GW左右的设备更换需求是较为合理的预测值,叠加新建产能需求,整体来看硅片环节的扩产仍将维持相对高位
2.
2.2,海外需求兴起2022年海外直接客户订单上升趋势明显过去光伏设备海外订单主要来自于国内企业出海,但2022年以来,印度、欧洲等海外直接客户占比明显提升其背后驱动因素包括
①美国、印度等国加强光伏制造本土化;
②地缘政治影响冲击欧洲能源结构,加强可再生能源布局摆脱传统能源进口依赖全球对于可再生能源,尤其是光伏应用前景愈发重视,对于具有全球竞争力的国内光伏设备供应商而言,未来〃设备出海”逻辑将得到持续强化
三、薄膜电池钙钛矿电池量产将实现0到1跨越、
3.1钙钛矿电池具有效率和成本两大优势,行业前景可期钙钛矿是一类具有ABX3分子结构的晶体总称,可用于制备钙钛矿太阳()能电池此类氧化物最早被发现于钙钛矿石中的钛酸钙化合物CaTiO3,因此而得名,其英文名依据俄罗斯矿物学家LevPerovski名字命名为Perovskite钙钛矿分子通式ABX3中,A位离子为大半径阳离子,B位离子为小半径阳离子,乂位离子为卤素阴离子根据材料组分区别,可()()以将钙钛矿材料大致分为三类1复合金属氧化物、2有机杂)化钙钛矿、(3无机卤素钙钛矿后两类材料通常都包含卤素阴离子,适用于各类光电器件领域,其中有机杂化钙钛矿是钙钛矿太阳能电池中使用最多的光活性层材料钙钛矿电池的优势主要包括高光吸收系数、高缺陷容忍度、带隙可调、制备工艺多样、具有透光性可做叠层等一方面,理论上,晶硅单结电池极限效率为
29.4%,而单结钙钛矿电池可达到33%左右,钙钛矿叠层电池则可达44%以上另一方面,实验室数据来看,工954年5月,美国贝尔实验室开发出效率为6%的单晶硅太阳能电池以来前世界纪录为隆基创造的
26.81%而自2009年日本科学家Miyasaka制备
3.8%的单O,结太阳能电池起,经过十余年发展2021年单结钙钛矿电池的转化效率已经达到
25.7%;2022年12月HZB科学家最新研发的钙钛矿/硅串联太阳能电池光电效率达到
32.5%,创下全新世界纪录;2022年12月全钙钛矿叠层电池效率世界纪录已经达到
29.0%o不同于晶硅路线要经历硅料、硅片、电池片、组件四个环节方可制备晶硅组件,钙钛矿组件制备只需要单一工厂,且生产过程耗时较晶硅大幅缩短,能耗也大为降低成熟状态下,GW级量产后,钙钛矿太阳能电池/组件设备投资与单瓦成本都将显著低于晶硅路线投资成本光伏领域不同规模产能的成本差异较大,随着产线产能的提高,平均建设成本将显著降低前纤纳光电运行的20MW产线投资额为5050万元,新建的・100MW产线投资额为121亿元,产能提升至原先5倍,投资额仅提升至原投资额的
2.4倍根据协鑫光电的估计,5-10GW级量产钙钛矿电池投资额约为5亿元/GW与之相比,晶硅设备投资包括硅料设备、硅片设备、电池与组件设备,整套产业链设备投资额达到
9.6亿元/GW左右、
3.2多方巨头入场钙钛矿,产业端、资本端热度提升战与机遇并存,我们对未来“竞争格局将如何演化?”进行了思考
一、光伏电池分类及光伏设备行业概述
1.
1.太阳能电池主要分为晶硅电池与菌膜电池两大类太阳能电池的工作原理为光生伏特效应,太阳光照射半导体P-N结,P-N结两端产生电压,即光生电压阳光照射到电池表面,吸收具有能量的光子在内部产生非平衡状态的电子-空穴对由于P-N,结内建电场的作用,电子与空穴将分别向N、P区移动P-N结附近形成与内建电场方向相反的光生电场抵消P-N结内生电场剩余部分使P、N区分别带有正负电荷形成光生电动势,外接负载后电流将从P区流出,通过负载再从N区流入2021年以来钙钛矿一级市场投资持续火热,多方巨头入场钙钛矿腾讯、碧桂园及宁德时代跨界投资钙钛矿,
①2020年宁德时代董事长曾毓群通过控股子公司瑞庭投资参投协鑫光电pre-A轮融资,瑞庭投资持股协鑫光电约
0.13%,此外,曾毓群于2022年5月5日在业绩说明会上称,公司钙钛矿光伏电池研究进展顺利,正在搭建中试线;
②腾讯于2022年参投协鑫光电B轮融资,持股
5.97%;
③碧桂园于2021年参投极电光能、2022年参投无限光能与此同时,众多专业投资机构助力钙钛矿电池企业融资,如招银国际和杭开集团领投纤纳光电D轮融资,淡马锡投资、红杉中国、IDG资本三家联合领投协鑫光电B+轮融资等在资本的助力下,行业有望得到更多人才、团队的加盟,促进技术进步和产业化加速发展钙钛矿电池正在加快产业化探索,2023年龙头玩家有望率先开启GW级设备招标,钙钛矿行业量产真正从0向1迈进从当下时点来看,据不完整统计,行业中至少已有协鑫光电、纤纳光电、极电光能3条百兆瓦级单结钙钛矿产线投产,诸多企业中试线在建,同时也有诸多企业进行GW级别产线规划,且行业在资本+技术双重助力下有望加速发展,吸引更多玩家入场布局,我们对钙钛矿电池的量产落地进程保持乐观2023年龙头玩家有望率先开启GW级设备招标,钙钛矿行业量产真正从向1迈进根据下游厂商的规划,部分龙头企业预计在2024年实现GW级钙钛矿电池产线投产,考虑到设备生产、进场安装调试等时间节奏,判断2023年会陆续看到GW级别设备的招标根据我们的统计,预计2023年至少有3条GW级产线开启设备招标,且考虑到多条百兆瓦级产线规划进度,我们预计全年设备招标量有望超过4GW0我们认为GW级产线建设具有重要意义,标志着钙钛矿行业真正从到1走向GW级量产时代对于钙钛矿电池企业来说,GW级设备招标彰显出其坚定扩产的决心,说明其技术、工艺或已有能力支撑GW级别产线的建设;对于设备供应商来说,GW级设备供应商的选定可以侧面印证设备企业在钙钛矿领域的技术实力及量产制造能力,在率先开启的量产设前钙钛矿电池各个膜层的材料选择以及膜层制备招标中,不同设备厂家的份额情况值得持续跟踪,行业竞争格局将逐渐备工艺仍存在不同方案之间的竞争,GW级别招标的选择反映清晰此外的是头部领先企业的方案选择,或将对量产工艺形成显著影响、
3.3稳定性问题”不会限制钙钛矿电池的推广目前市场上关于钙钛矿的商业化运用仍有疑虑,主要集中在对于钙钛矿稳定性的质疑认为钙钛矿材料易分解,组件难以保持长期稳定的储存与工作,进而认为钙钛矿太阳能电池的商业化运用仍需一段时间我们认为随着实验室研发与产业的快速推进,钙钛矿稳定性“问题”不会限制钙钛矿电池的推广,并从以下两个维度来阐述
①理论维度针对稳定性问题逐一击破,已有多种解决方案针对钙钛矿材料自身稳定性不佳,易受环境、界面因素影响造成效率下降的问题,从改善材料配比、钝化缺陷、优化封装、改善界面等多个角度已有解决方案且钙钛矿材料对杂质容忍度远高于晶硅,可以避免晶硅上常见的LID、PID和LeTID等衰减
②实践维度实验室器件稳定性快速提升,产业化稳步推进实验室层面,已经实现连续强光照射9000小时不衰减产业层面,已有厂商组件提供12年产品材料与工艺质保,25年线性功率输出质保、
3.4产业升级,设备先行)钙钛矿电池通常包括透明导电基底、电子传输层(ETL、钙钛()矿吸光层、空穴传输层HTL、金属电极其中,电子传输))层(ETL、钙钛矿吸光层、空穴传输层(HTL为制备工艺的核心环节,最核心环节即钙钛矿吸光层的制备透明导电基底层可外采导电坡璃或柔性片;金属电极可以通过使用金属真空蒸镀获得干法镀膜设)备(含PVD、RPD、ALD、涂布设备、激光设备、封装设备为钙钛矿电池制备四大设备其中,()干法镀膜设备含PVD.RPD.ALD.涂布.激光设备价值占比分别约50%,20%,10%结晶设备通常为电池企业自主设计制造)干法镀膜(含PVD.RPD.ALD设备应用于制备阳极缓冲层,阴极缓冲层,背电极国内钙钛矿领域干法镀膜设备供应商包括京山轻机,捷佳伟创.奥联电子.欣奕华.微导纳米.奥来德、宏大真空等2021年5月,晟成与协鑫光电钙钛矿叠层电池技术合作开发协议签约仪式在昆山举行双方约定在晟成建立异质结钙钛矿叠层电池实验线,协鑫光电提供钙钛矿电池的工艺技术,晟成提供工艺设备及组件封装设备,晟成根据工艺需求开发出异质结及钙钛矿电池的核心制造设备晟成的光伏钙钛矿电池团簇型多腔式蒸镀设备实现量产,并成功应用于多个客户端,其为钙钛矿电池制备过程中钙钛矿材料及金属电极材料的蒸镀设备2022年8月,华中科技大学微纳中心陈蓉教授团队与苏州晟成光伏设备有限公司在苏州签订技术战略合作协议,在光伏原子镀膜技术合作上建立长期深层次的全面战略伙伴关系,进行光伏原子镀膜技术开发,将新型镀膜技术应用至光伏市场激光设备应用于串联电池等,主要包括激光膜切与激光清边钙钛矿电池制备过程中,激光膜切指利用激光工艺刻划Pl.P
2.P3层,阻断导电,从而形成单个模块a导电坡璃刻蚀时,保证刻蚀线宽和刻蚀线间距的准确性,不损伤基板坡璃;b刻蚀钙钛矿吸光层时,要求激光刻蚀线宽和激光刻蚀线间距准确,不伤P1层的FTO;c蚀刻P3银浆层、镀金层或碳粉层时,确保激光蚀刻干净,激光蚀刻线宽和激光蚀刻线间距准确,蚀刻过程中不会损伤P2层激光清边指利用激光工艺将电池边缘的各层沉积膜清除掉光,杰普特,迈为股份,海星、帝尔激光等杰普特已有产国内钙钛矿电池激光设备供应商主要包括大族激光.德龙激品应用于钙钛矿电池其研发的柔性钙钛矿膜切设备主要用于柔性钙钛矿薄膜切割,运用优化的超短脉冲激光工艺,通过高精度视觉定位、运动控制及光束整形技术,有效降低了钙钛矿薄膜电池死区宽度,使得钙钛矿太阳能电池生产效率进一步提升2021年8月杰普特为大正微纳定制的全球首套柔性钙钛矿膜切设备通过验收并正式投入使用
四、随想竞争格局将如何演化?光伏行业在当下晶硅占绝对主流的时代,我国凭借资源优势、制造优势,供应了全球大部分的光伏组件根据CPIA数据,从组件产业布局来看,2021年中国大陆产能达到
359.1GW,约占全球总产能的
77.2%;产量达到
181.8GW,约占全球总产量的
82.3%展望未来,当薄膜或者叠层时代到来的时候,挑战与机遇并存)(1挑战来自薄膜或者叠层电池更加依赖的是新材料技术、大面积镀膜工艺等,资源禀赋的约束有限,全球光伏与光伏设备的竞争格局都可能被重塑,因为发达国家在新材料方面的研发进度更加领先,在面板镀膜设备方面遥遥领先,而面板镀膜设备匹配大面积特征,只不过现阶段用在光伏领域会让设)备投入过高(2机遇来自薄膜或者叠层电池经济性会大幅增加,组件・成本甚至有机会降至05元/W以下,那么光伏终端需求会被进一步激发,年度新增产能有望快速增长如何保持领导地位?我国企业如果能够利用好在晶硅时代积累的大量人才优势,以及在薄膜或者叠层中试线与量产线落地的先发时间窗口优势,通过核心零部件国产化实现大面积镀膜设备的大幅降价与镀膜良率提升,通过钙钛矿配方的改进,以及透明导电玻璃与胶膜等材料的迭代,实现钙钛矿量产落地和量产经济性,那么不仅可以继续在薄膜或者叠层时代保持领导地位,还有助于实现面板镀膜设备的进口替代,可谓一举两得大类上看,太阳能电池由晶硅电池与薄膜电池构成现阶段,晶硅电池占比约95%,为绝对主流的太阳能电池,以单晶硅电池为主;薄膜电池作为太阳能电池发展的重要方向,包括非晶硅电池、化合物电池,相较于晶硅电池具有理论转换效率高、制造成本低、应用领域广等特点
①晶硅电池分为单晶硅电池、多晶硅电池,单晶占绝对主流2021年我国单晶硅片(P型+N型)合计市占率
94.5%,其中P型占比
90.4%,N型占比
4.1%,预计单晶硅片市占率将进一步增大且N型占比有望加速提升另一方面,多晶硅片市场份额由2020年的
9.3%进一步下降至2021年的
5.2%,未来仍将呈现下降趋势电池技术路线来看,2021年PERC电池市占率达到
91.2%,平均转换效率
23.1%,同比提升
0.3pct;多晶黑硅电池平均转换效率
19.5%,提升空间有限2021年TOPCon.HJT电池市占率约3%,其中TOPCon电池平均转换效率达到24%;HJT电池平均转换效率
24.2%;IBC电池平均转换效率
24.1%
1.
2、装机规模提升+工艺技术迭代驱动光伏设备行业发展光伏发电前景广阔,2050年装机量将超过14000GW世界各国积极推动能源转型,可再生能源发电大有可为根据IRENA发布的^WorldEnegryTransitionsOutlook2022^,预计光伏发电量占全球总发电量比例将持续提升,有望在2030年、2050年分别达到19%、29%;与此同时,光伏装机量将节节攀升,预计2030年、2050年光伏装机量有望分别超过5200GW.14000GW而根据IEA数据,截至2021年全球累计装机量o达到942GW,据此判断未来近30年间,光伏行业仍具有巨大的发展潜力光伏装机量持续攀升,带动光伏设备需求增长双碳背景下光伏产业加速发展,根据国家能源局统计数据,2022年1—12月光伏新增装机
87.41GW,同比增长
59.3%光伏设备直接需求来自于下游扩产,随着装机量的增长,光伏硅料、硅片、电池片、组件等需求持续增长,因而下游需要进行资本开支扩充产能满足装机需求,释放增量设备需求硅料降价,有望带动下游放量2022年11月以来,上游硅料价格开始松动并迅速数据降价,根据PVInfolink,多晶硅致密料均价从2022年11月16日的303元/kg快速下降至2023年1月18日的150元,/kg,近期价格有所反弹,但是整体而言2023年硅料价格将同比显著下降,有望拉动终端装机需求提升,进而带动设备需求增长技术迭代不停,设备投资机会不歇降本增效是光伏行业向前发展的主题,如何实现单瓦发电成本的最优化是光伏企业持续为之奋斗的方向我们以)晶硅光伏电池产业链为例进行说明,其降低光伏成本的方式主要包括1)硅片做大摊薄成本;2)硅片切薄摊薄成本;3电池片的转换效率提升提高发电量从而摊靖成本;4)新的组件技术发展提升发电量,降低耗材使用量摊薄成本;)5各环节设备,材料的国产化降低成本等而目前最重要的技术变化则是高效电池扩产带来的产业链技术革新,涉及硅片、电池片、组件等各个环节技术革新不仅有利于刺激新的扩产需求,还有望加速实现原有产能中设备的更新替换,带来相应的光伏设备需求晶硅电池受益技术迭代与国内外扩产,晶硅设备需求保持高景气、
2.1晶硅技术迭代路径
2.
1.1,硅片环节长晶与切片为核心工艺环节,“大尺寸”、“薄片化、N型趋势明确当工业硅经过提纯后,形成达到太阳能级质量标准的硅料,根据产业需要用于制备单晶硅、多晶硅,分别应用于单晶电池和测试分选个环节其中,长晶与切片为核心环节单晶硅棒!1!多晶电池的生产制备硅片主要包括长晶、截断切方、切片、的制备由多晶硅料通过直拉法或者区熔法制成;铸锭法制备单晶硅指采用类似于铸造多晶硅的工艺制备单晶硅,前采用该工艺制备单晶硅片的占比仍然较小硅片环节最重要的变化趋势包括大尺寸、薄片化、N型“2018年至今,硅片尺寸迭代加速驱动新一轮设备投资根据CPIA数据,2021年182mm和210mm尺寸合计占比由2020年的
4.5%迅速增长至45%,预计未来其占比仍将快速扩大由于设备兼容尺寸存在一定限制,因此向210mm尺寸切换过程中释放了大量新设备需求,显著加速了设备更新硅片成本,但会影响碎片率前切片工艺完全能满足薄片化薄片化趋势明确,产业端持续推进薄片化有利于降低硅耗和的需要,但硅片厚度还要满足下游电池片、组件制造端的需求N型单晶硅片是实现高效率太阳电池的理想材料,渗透率有望持续提升N型单晶硅具有杂质少、纯度高、少子寿命少、无晶界位错缺陷以及电阻率容易控制等材料优势,是制备光伏电池的优质材料在相同金属杂质污染情况下,N型电池表面复合速率低,少子寿命比P型电池高出1-2个数量级,因而同等光照条件下,转换效率更高此外,由于N型电池是硅片基底掺磷,没有P型电池硅片基底硼一氧对形成复合中心的损失,因此电池几乎没有光致衰减整体而言,相较于P型电池,N型电池在全生命周期的发电量至少会高出3%
02.
1.2,电池片环节高效电池产业化进一步加速晶体硅太阳电池占据太阳电池份额约95%,是目前产业化水平与可靠性最高的光伏电池类型目前晶体硅电池正由
2.5时代向
3.0时(代前行
①第一代2005年~2018年)常规P型电池2020年,传统BSF电池(铝背场电池)市占率已降至
8.8%,基本面临淘汰。