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光伏技術升級,電池片設備投資新機遇

來源: 發布時間:2019-02-13 瀏覽:

1.新技術催生新產能,提效降本初衷不改

 

近年來,光伏產業化技術發展迅速,各個環節均有技術更新。例如,多晶硅料環節冷氫化技術通過循環利用副產品制造生產原料,大幅降低工藝能耗及成本;硅片環節金剛線切割替代砂漿線,降低單片成本的同時提升產能;電池片環節PERC技術降低光電損失,細柵線提升電池片有效受光面積,提升電池片發電效率;組件環節半片技術減少遮擋電量損失,雙面技術利用光伏組件背面發電,提升光伏電站發電收益。此外,諸如多晶硅的顆粒硅技術,電池片的HJT、IBC、黑硅等技術或工藝,均在不斷更新現有產線的生產工藝。光伏產業的技術革新正處于前所未有的高速發展階段。

 

新技術、新工藝帶來的是更低的產能建設成本、更高的生產效率、更優的產品性能。我們觀察光伏產業終端產品光伏組件的價格,由2015年初的3.85元/W到2018年底的1.51美元/W,前后價格降幅超過60%:光伏組件的價格之所以能夠擁有如此降幅,產業化新技術帶來的降本增效功不可沒。由于市場需求提升,價格持續下行,新技術、新工藝的不斷積累,光伏產業在過去十數年中歷經多輪產業鏈各個環節的產能擴張,我們認為,這其中產業技術升級起到了重要的催化作用。

 

 

  

2.電池片產能擴張正當時,拉動設備市場需求超百億

 

隨著光伏系統建設成本的逐步降低,終端光伏市場新增裝機規模不斷提升,帶來對電池片產能的擴大需求。我們參考PVInfolink數據對全球光伏電池片產能增長的情況進行統計和預估,預計2019-2020年全球光伏電池產能將分別達到175GW、187GW,較上一年分別提升10.76%、6.86%。

 

 

 

另一方面,從單位產能的投資成本來看,我們統計了國內部分電池片生產廠商的擴產信息,可以發現近年來光伏電池單位產能的投資成本下降趨勢顯著,當前已降至每GW產能投資金額4.95億元,其中設備投資占到總投資的70%-80%,約為3.5-4億元/GW。產能成本的降低帶來產品價格競爭力的提升,早期高成本產能如缺乏升級改造,則將面臨部分產能退出的情況。

 

我們對單位產能投資的建設成本進行拆分。由于近兩年擴建的產能以單晶和PERC電池片為主,包括對既有單、多晶產能的PERC化改造,我們將設備市場空間分為涉及PERC新增工序的設備以及傳統工序設備,其中PERC新增工序設備和傳統工序設備中的絲網印刷設備占單位新建產能投資額的比重較大,分別達到0.84億元/GW和0.58億元/GW,國內設備供應商中包含多家上市公司,如:捷佳偉創、帝爾激光、邁為股份等,相關投資機會值得關注。

 

 

再看相關市場空間的情況。根據PVInfolink對全球電池片產能增長的預測及我們的統計分析,我們預計:2018-2020年全球晶硅電池產能增加分別為26.6GW、28.4GW和13.2GW;2018-2020年全球PERC電池產能增加分別為39.8GW、50.9GW和26.1GW(注:PERC產能增加包括新建PERC產能和原產能升級PERC兩種情況,故產能增長較快)。我們測算,上述產能增加與升級將對應2018年、2019年光伏電池制造設備市場空間121億元、129億元,拉動設備需求空間超百億。

 

二.全球電池PERC化進程開啟,拉動設備市場需求超百億

 

1.Perc技術顯著提升光伏電池轉換效率

 

PERC(PassivatedEmitterandRearCell)電池,全稱為“發射極和背面鈍化電池”,是從常規鋁背場電池(BSF)結構自然衍生而來。常規BSF電池由于背表面的金屬鋁膜層中的復合速度無法降至200cm/s以下,致使到達鋁背層的紅外輻射光只有60-70%能被反射,產生較多光電損失,因此在光電轉換效率方面具有先天的局限性;而PERC技術通過在電池背面附上介質鈍化層,可以較大程度減少這種光電損失,從而提升光伏電池1%左右的光電轉換效率。

 

 

相比常規BSF電池的工藝流程,PERC電池的工藝流程新增了兩道重要工序:1)背面鈍化層沉積,2)背面開槽。如上文所述,背面鈍化層沉積工序主要通過沉積方式在電池背面形成介質鈍化層,并加覆一層保護膜,兩者形成層疊以減少電池背面的光電損失;背面開槽工序則主要對上述鈍化層疊進行開槽,除去背面鈍化層疊的5-10%,以建立電池硅基與金屬鋁的接觸通道。此外,對于采用激光邊緣隔離處理工藝的生產線,需要增加一個化學濕式工作臺進行背面拋光,但由于該激光邊緣隔離處理工藝應用較少,且優化該工序不涉及設備新增,故在此不作贅述。

 

 

下面介紹一下背面鈍化工藝、背面開槽工藝的主流設備和技術:

 

1)背面鈍化設備:背面鈍化設備是實現PERC工藝的主設備,其技術方案主要有PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)、ALD(原子層沉積)兩種,其他技術方案如APCVD、濺射法(Sputtering)等則應用較少。PECVD的優勢在于能夠將鈍化層和保護膜在同一系統中進行沉積,且沉積速率更高,成本和單位時間產量均具有優勢;ALD則形成沉積膜的性能更優,同時前驅體消耗量更低。目前應用PECVD技術的廠家更多,約占全部廠家的67.5%,未來隨著ALD技術的進一步成熟,其性能優勢將逐步顯現,滲透率也將逐步提升。

 

2)激光消融設備:在光伏電池的生產過程中,激光加工技術廣泛應用于消融、切割、刻邊、摻雜、打孔等工藝,PERC電池生產工藝中則利用激光消融技術進行對背面鈍化層疊的圖形化開槽,可以確保PERC電池工藝的高品質和效率,核心設備為激光消融設備.

PERC技術對光伏電池轉換效率提升顯著。據《中國光伏產業發展路線圖》統計和預測:2018年我國BSF-P型單晶、PERC-P型單晶電池的平均效率分別為20.6%、21.8%,P型單晶電池應用PERC效率提升約為1.2%;2018年我國BSF多晶黑硅、PERC多晶黑硅電池的平均效率分別為19.2%、20.3%,多晶黑硅電池應用PERC效率提升約為1.1%。未來,我國P型單晶電池將全面應用PERC技術,至2025年平均效率預計達到23.0%,相應2025年我國PERC多晶黑硅電池的平均效率則預計達到21.6%。以上數據均為《中國光伏產業發展路線圖》對市場平均水平的統計和預測,龍頭企業的電池轉換效率領先行業水平,例如:隆基股份已于2019年1月16日率先達到單晶電池24.06%的光電轉換效率,創造了量產光伏電池效率的新紀錄。

 

2.PERC高效電池經濟性顯著,市場滲透率預計快速提升

 

PERC高效組件占據領跑者項目主流地位,為目前國內光伏市場標桿。據中電投電力工程有限公司統計數據,在已經實施的第三批領跑者項目中,PERC高效組件的應用占比達到87.15%;而根據廣東愛旭科技的估計,第四批領跑者項目中PERC高效組件的應用占比將達到85%,維持較高的滲透率水平。

 

在實際應用中,PERC高效組件能夠為光伏項目帶來更高的投資收益,具有明顯的經濟性優勢。據隆基股份項目測算,將275Wp多晶組件和315Wp單晶PERC組件進行項目經濟性對比,315Wp單晶PERC組件的項目全投資收益率達到17.88%,顯著高于275Wp多晶組件的項目收益率17.11%,收益率提升主要來源于高轉換效率、低衰減帶來的全周期發電量提升。

 

從全球市場來看,據PVInfolink統計及預測數據,2017-2023年全球光伏組件出貨量中,PERC組件的占比將持續提升,從2017年的13%上升到2023年的74%,其中2019年全球PERC組件出貨量占比約為56%。我們根據中國光伏行業協會數據進行預估,2019年國內PERC組件出貨量約為22.5GW,占到全球PERC組件出貨量約31.75%,同比增長34.89%;2019年海外PERC組件出貨量約為40.5GW,同比增長約123%,需求增長迅速。據我們向多家組件廠商調研了解,目前海外客戶訂單多以PERC為主,全球組件PERC化趨勢不斷凸顯。

 

 

3.PERC產能加速提升,2019年對應設備市場增速超30%

 

在全球光伏組件PERC化趨勢推動下,電池廠商紛紛布局PERC電池產能,包括原有產能的PERC化升級和新增PERC產能。我們統計國內13家主要電池生產廠商的產能情況,截至2018年底13家企業PERC電池產能合計約為41.4GW/年,較2017年PERC產能提升26.1GW/年;2019年上述13家企業的PERC產能將繼續提升至71.2GW/年,新增PERC產能約29.8GW/年?梢钥吹,2018-2019電池廠商PERC產能提升迅速,由此帶動PERC電池生產設備市場需求提升。

 

我們對全球電池片的產能和PERC滲透率進行估測,預計2018-2020年全球PERC電池片產能分別達到71.8GW、124.7GW、150.8GW。由于當前光伏產業技術更新步伐迅速,落后產能受到新增產能出貨量擠壓將產生較為迅速的產能更替過程,我們以4年為一個產能周期,預計2019年全球PERC電池產能增長將達到53GW/年,根據PERC工序新增設備當前的單位投資額0.85億元/GW,預計2019年PERC專用設備的市場空間將達到42.7億元,同比增長約33%。

 

三.核心工序絲網印刷設備受益晶硅電池產能提升

 

1.絲網印刷工序是晶硅電池片制造過程的管控核心

 

絲網印刷工藝是光伏電池生產過程中的管控核心。光伏電池的生產過程是將硅片制成能夠實現“光生伏特”效應的光伏電池,對于下游應用端的產品性能、成本等關鍵指標影響重大。我們大致將光伏電池片的生產過程分為兩個工序環節:1)前序工序,主要為硅片的工藝處理環節;2)后序工序,主要為硅片制成電池片環節,工藝流程包括柵線印刷、燒結和測試分選等,其中柵線印刷的主要工藝處理方法就是絲網印刷。絲網印刷是電池片生產過程中的工藝管控核心,匯集了整個電池片生產線約一半的工藝人員。一般來說,整個電池片生產工藝的提升和驗證,都從絲網印刷環節開始,可見絲網印刷工序在電池片生產過程中的重要性。

 

絲網印刷工藝的核心設備為絲網印刷機,配套設備包括:自動上片機、紅外線干燥爐、自動緩存機、自動翻片機、自動冷卻機等。

 

 

絲網印刷設備的競爭力主要體現在兩個方面:印刷質量和印刷速率,具體如下:

 

1)印刷質量方面:關鍵在于印刷精度的提升,標志性突破為實現二次印刷。如前文所述,光伏組件的轉換效率提升是光伏系統建設成本下降的關鍵因素。在絲網印刷環節中,所印刷的電極柵線(光輻射面)寬度越細,則硅片接收光輻射的面積就越大,光生電流就越多,電池片的光電轉換效率也就越高;同時,為消除柵線變細后帶來導通性降低的問題,則需要相應增高電極柵線的高度,從而降低柵線電阻率。傳統絲網印刷工藝在印刷柵線高度方面存在局限性,主要受到漿料流變性和絲網網版膜較厚等因素的制約;二次印刷技術則通過在第一層漿料的基礎上,在相同位置進行第二次印刷,從而實現柵線高寬比的合理最大化,提升電池片的光電轉換效率。二次印刷工藝對印刷精度的要求較高,兩次疊印的偏移度需要控制在1μm以內,需要實現硅片和印刷頭的精準定位。

 

除印刷精度外,印刷質量還體現在碎片率、均勻度等指標。印刷碎片率主要指由于硅片厚度差異等原因可能造成印刷壓力不穩定,從而造成爆網、硅片碎裂等現象;印刷均勻度主要指柵線印刷的均勻度,與印刷壓力、速度等的控制均緊密相關,均勻度高的印刷柵線導通性較好,相應電池轉換效率也更高。

 

2)印刷速率方面:指單位時間內電池印刷出片的速率,高印刷速率能夠降低光伏電池產能的單位投資。這里值得一提的是雙頭雙軌絲網印刷設備,該類設備利用諸如“錯位布局”、“背靠背”等方式將兩條印刷線有機結合,配以雙通道絲網印刷機,實現兩條印刷線空間布局“合二為一”、生產過程“互不干擾”的效果,雙線較單線占地面積無明顯增加,極大釋放了生產車間的空間面積,降低單位產能的用地成本;同時,兩條印刷線的機架和部分電器部件可以共用,能夠進一步降低印刷設備的用料成本,是高效集成控制實現生產效率提升的典型體現。

 

國際上主流的光伏電池絲網印刷設備提供商有AppliedMaterials旗下的Baccini公司、德國ASYS公司和英國DEK公司;國內設備廠商雖然起步較晚,但目前在技術上也不斷趨于成熟,主要廠商包括邁為股份、東莞科隆威。經過多年工藝積累和技術追趕,目前國產絲網印刷設備在印刷速率、印刷精度、碎片率等指標方面已經達到甚至超越以Baccini為代表的海外廠商,例如:邁為股份主營產品的印刷速率已能夠達到單軌2,750片/小時,雙軌5,500片/小時,印刷精度達到±5μm3σ,碎片率小于0.1%;而海外供應商以Baccini為代表,新產品的印刷速率為雙軌5,000片/小時,印刷精度達到±6.25μm3σ,碎片率小于0.2%,加之國產絲網印刷設備的價格較國外廠商產品低10-20%,國產絲網印刷設備的競爭力可見一斑。

 

據2018年上半年數據,國產邁為股份絲網印刷設備在國內增量市場的份額(按訂單)已達到90%,基本完成在國內市場的進口替代。目前,邁為等國產廠家正進一步對印度、越南、泰國、馬來西亞等新興光伏市場進行設備出口。

 

2.2019年絲網印刷設備需求保持旺盛

 

隨著光伏行業電站投資單位成本的不斷下降,光伏電站新增裝機容量進一步得到釋放,向上拉動組件、電池片產能的持續擴張。尤其是近年來,由于硅片、電池工藝的進一步升級帶來成本下降和效率提升,單晶電池從中受益更為顯著,加之高效組件在光伏電站投資收益方面優勢的不斷凸顯,單晶電池取代多晶電池成為市場主流的趨勢越來越明顯。

 

在上述趨勢的推動下,光伏電池生產廠商紛紛開始了新一輪產能的迭代更新。特別是國內電池廠商,由于生產技術和成本優勢的進一步凸顯,全球新增光伏電池產能開始加速向國內集中。我們統計2018-2019年國內主要電池片生產廠商的擴產計劃,擴產總量約為34.6GW/年。根據調研情況,我們估計上述擴產產能約占國內擴產總量的85%,2018-2019年國內電池片擴產增量約為41GW/年,約占全球擴產規模的74%。

 

作為光伏電池制造的核心環節之一,絲網印刷環節的設備需求相應受到拉動。一方面,由于2018-2019年光伏電池產能的新一輪擴張,新建電池產能必然對絲網印刷線產生大量需求;另一方面,考慮到光伏絲網印刷線的平均壽命在5-7年左右,隨著光伏行業生產技術的高速發展,部分早年投入生產的絲網印刷線都面臨更新換代。據此,我們對絲網印刷設備的市場規模初步進行估計,可以看到2018-2019是光伏電池絲網印刷設備的需求高峰,利好設備供應商業績的釋放。

 

 

四.光伏電池技術儲備豐富,優質設備公司有望受益下一代技術催化

 

綜上所述,我們認為,光伏產業受市場需求、技術更新等因素的驅動,產業鏈規模將持續擴張。本輪光伏電池產能擴建,拉動百億級制造設備市場,包括新技術工藝、傳統技術工藝在內的設備廠商均從中獲益,相關企業業績有望大幅增長。在細分領域中,我們優先重點關注PERC工藝新增設備、核心工藝絲網印刷設備的供應商:捷佳偉創、帝爾激光,邁為股份等。

 

未來,全球光伏產業將持續快速發展,需求增長、技術更新、產能更替上升的過程將持續進行。目前N型電池、準單晶電池等技術已進入小規模量產階段,而HJT、IBC等下一代電池技術則仍處于產業化技術儲備階段,未來有望成為新的主流。在新的光伏技術產業化周期中,上述國內光伏設備龍頭因在技術領域耕耘深厚、厚積薄發,將成為國內光伏產業攻克難關的中堅力量,并有望提前布局、引領變革,充分受益新到來的產業機遇,未來成長性值得長期關注。

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