为应对气候变化,我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的目标承诺。据国家发改委能源研究所预计,“十四五”期间中国非化石能源消耗占比25%,“十五五”时期达34%,到2050年,中国的非化石能源消耗比重提升至78%,光伏能源在一次能源比重达21.5%。在终端市场带动和国家法规的推动下,光伏行业发展步伐正在提速。

凭借着产能、成本控制和技术等诸方面的优势,世界光伏产业重心逐步向中国转移。截至2019年,中国在多晶硅、硅片、电池片和组件环节的产量占全球比例均已超过60%,分别为67%、97%、79%和71%。为淘汰落后光伏产能,工信部规范已明确提出“光伏制造企业应采用工艺先进、节能环保、产品质量好、生产成本低的生产技术和设备”。在“碳达峰”、“碳中和”的目标引领下,革新光伏材料、组件的生产技术和设备,成为各光伏制造企业的新课题。

什么是光伏及光伏设备?

光伏,是太阳能光伏发电系统的简称,是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。光伏设备行业作为光伏产业的支撑行业而存在,我国是全球最大的太阳能电池生产国,太阳能电池行业发展带动了光伏产业的整体兴起,进而催生了我国的光伏设备行业。

光伏设备指光伏制造型企业用于生产原料、电池组件、零部件等产品中使用的,并在反复使用中基本保持原有实物形态和功能的机器设备。

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。而凭借在半导体设备制造领域丰富的技术经验积累,我国企业在光伏设备领域很快实现突破。

光伏设备有哪些?
光伏组件: 由高效晶体硅太阳能电池片、超白布纹钢化玻璃、EVA、透明TPT背板以及铝合金边框组成。
组件名称 组件介绍
太阳能电池片 太阳能电池是把光能直接转换成电能的一种器件。它是用半导体材料制成的。通过太阳光的照射,激发电子—空穴对,利用P—N结势垒区的静电场实现分离电子—空穴对,被分离的电子和空穴,经由电极收集输出到电池体外,形成电流。
涂锡铜带 由无氧铜剪切拉直而成,所有外表面都有热镀涂层。涂锡带用于太阳能光伏组件生产时太阳能电池片的电极引出,连接电池片。要求具有较高的焊接操作性、牢固性及柔韧性。
EVA 乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物,是一种热熔胶粘剂。用来封装电池片,防止外界环境对电池片的电性能造成影响,增强光伏组件的透光性,将电池片、钢化玻璃、背板粘接在一起,具有一定粘接强度,同时对电池光伏组件的电性能输出有增益作用。
背板 用作背面保护封装材料,常用的分为T门、TPE和PET,聚乙烯结构。用来增强光伏组件的耐老化、耐腐蚀性能,延长了光伏组件的使用寿命;白色的背板对入射到光伏组件内部的光进行散射,提高了光伏组件的吸光效率,同时因其具有较高的红外发射率,还可降低光伏组件的工作温度;同时提高了光伏组件的绝缘性能。
钢化玻璃 用于支撑光伏组件结构,增强光伏组件的承重和载荷,具有透光、减反射透光、阻水、阻气和防腐蚀的作用。
铝边框 玻璃外延安装的铝合金边框,起到保护玻璃边缘,加强光伏组件密封性能和提高光伏组件整体机械强度的作用,便于光伏组件的安装和运输。
硅胶 用于粘接、密封层压好的玻璃光伏组件,粘接接线盒和背板,并增强光伏组件耐紫外线的作用。
接线盒 光伏组件的电气连接装置,对光伏组件引出线起到密封、防水的作用,保护光伏组件系统运行时的安全。
光伏设备: 从上游的多晶硅料开始,到光伏组件,对应核心的设备分别为:多晶硅还原炉、单晶硅直拉炉、切片机/截断机、电池片设备、组件自动化设备。
环节 设备 企业
硅料 多晶硅还原炉 双良节能、上海森松、美国GT
硅片 单晶硅直拉炉 晶盛机电、北方华创、京运通、大连连城
切片机/截断机 上机数控
电池 制绒清洗设备 捷佳伟创
PECVD设备 捷佳伟创/迈为股份
激光消融设备 帝尔激光
丝网印刷设备 迈为股份
组件 串焊机 奥特维,宁夏小牛
光伏设备发展态势
多晶硅还原炉 硅棒/硅片设备环节 切片机 电池片设备 封装组件

多晶硅还原炉:受益于国内硅料扩产

我国硅料产能和产量持续提升,2019年分别达到45.2万吨和34.4吨;我国硅料产量占世界总产量的比例持续提升,2019年达到66.28%。

2010年以前,多晶硅长期维持暴利状态,部分龙头企业ROE水平超过50%,持续的暴利状态带动国内外多晶硅产能开始无序扩张,2012年全球多晶硅产能已超过40万吨。同时,对比其他环节,经过2011年至2012年的产能井喷后,直至2018年,全球多晶硅产能才超过2012年峰值,而其他环节2015年左右产能体量便创新高,由此亦可见当时多晶硅产能无序扩张的程度。

若考虑到2019年行业的新扩产规模约20万吨来测算,扩产带来设备的市场空间约为200亿元。以3000吨多晶硅对应1GW产能来测算,若未来5年下游需求规模年化增长20GW,则对应的设备需求量为60亿元/年。

在多晶硅制备环节,核心设备为多晶硅还原炉,其价值约5000~6000万元/万吨。国外多晶硅还原炉设备供应商主要有德国GEC、美国GT等。国内多晶硅还原炉设备供应商主要有双良节能、上海森松、开原化工等。

硅棒/硅片设备环节:单晶炉价值量大

单晶电池相对于多晶,产品效率方面有天然的优势。单晶取代多晶路线确定,高效单晶市场份额逐渐扩大。多晶电池全面应用黑硅技术,单晶领域则大规模普及PERC技术,预计2-3年内在多晶领域也将全部由PERC技术替代。由于晶体生长工艺不同,导致单晶硅片与多晶硅片在晶体品质、电学性能、机械性能方面与单晶相比有显著差异。单晶硅具有更少的缺陷、更高的机械强度、更低的碎片率、更大的效率提升空间、更高的集约性、更长的衰减期。

高效单晶市场份额逐渐扩大。随着光伏市场的不断发展,高效电池将成为市场主导,单晶硅电池市场份额逐步增大,2019年单晶硅片市场份额超过50%,随着异质结电池、N型PERT电池的应用推广,N型单晶硅片的市场份额,也将逐年提高,单晶硅片的市场份额未来将逐步升高。

目前国内单晶炉市场呈现大连连城和晶盛机电的双寡头格局。大连连城作为隆基股份的独家供应商,具有较强的业绩基础;而晶盛机电的技术水平和产品质量在行业内处于领先地位。按照下游厂商规划,预计2019-2021年新增产能19GW、26GW、47GW,对光伏单晶炉的需求分别为1900台、2600台、4700台。目前中国市场上单晶炉的主要生产厂家为晶盛机电、大连连城、京运通等,国外单晶炉设备厂商已基本退出中国市场。

切片机:未来三年将有近百亿的市场规模

新与效率提升提供原材料方案。根据 ITRPV 数据,硅片成本大约占电池片价格的 52%,行业对硅片生产成本的下降有较高的需求。未来切片机将通过降低硅片厚度、切割损失以及提升回收利用率等方式持续降低单位硅耗,来达到降低生产成本的目的。

根据 CPIA 数据,行业单晶硅片的平均厚度已由 2017 年的 185μm 降至 2019 年的 175μm 左右,薄片化技术的推进使得单片硅耗逐步下降,据 ITRPV 预计,到 2029 年 M2 单晶硅片的单片硅耗有望低于13g,较目前下降近 13%。技术的不断革新加快了切片机的更新换代频率,因此,未来切片机市场也将有较大需求,按 4000 万元/GW 的设备投资额测算,预计未来三年将有近百亿的市场规模。

上机数控作为国内切片机龙头,通过逐步缩小与国外先进企业的差距,市场占有率稳步提升,在未来切片技术高速革新的背景下,上机数控有望出现高速发展期。

PERC技术正当时,HJT将成为下一代主流电池片技术

电池片设备:PERC技术正当时,HJT将成为下一代主流电池片技术

光伏电池有众多不同的技术路线,按材质不同可分为晶硅电池和薄膜电池,近年来,晶硅电池成为行业主流趋势而薄膜电池应用范围逐步缩小。在晶硅电池里又有许多不同的技术路线,如 Al-BSF(铝背场电池)、PERC(发射极钝化和背面接触)技术、TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)和 HJT(具有本征非晶层的异质结)技术等。

2018年,规模化生产的多晶黑硅电池的平均转换效率达到19.2%,使用PERC电池技术的单晶和多晶硅电池效率提升至21.8%和20.3%,较2017年分别提升0.5个百分点和0.3个百分点。目前 PERC 已经取代 AL-BSF 成为主流,HJT 未来前景广阔。根据 ITRPV 预测,到 2029 年 PERC 技术占比将超过 70%,HJT 占比超过 15%。

从生产流程上来看,PERC 工艺最为复杂,HJT 环节最少。但 PERC 技术可以在原有 BSF生产线的基础上通过增加沉积设备和激光开槽设备来实现,然而由于 HJT 技术对清洁度要求更为苛刻,并且要进行多层镀膜,因此从技术难度的角度来看,PERC 技术较为容易实现。此外,由于 PERC 技术目前成熟度较高,单位产能的投资额相较于 HJT技术也有明显的优势。

封装组件:多主栅技术,提升光伏组件效率

光伏组件的栅线是晶硅电池的汇流线,用于将电池片产生的电流汇集到汇流带(焊带)上,才能将光伏产生的电力进行使用。栅线越多,转换效率和综合性能越好,多栅线技术就成为了很多组件企业重点研究的技术手段。

相比传统的光伏电池组件,多主栅电池组件对生产材料、设备、工艺的要求更高,技术难点主要表现在电池片分选、组件串焊、组件叠层三个方面,尤其是串焊过程中焊接对准和焊接牢度挑战较大。不过,随着多主栅技术的成熟,性价比日渐提升,多主栅串焊机逐步替代常规串焊机。串焊机是技术含量较高的核心设备,其价值占光伏组件所需设备的成本比达35%-40%。

奥特维是中国生产串焊机设备的龙头企业。以奥特维为例,2018年到2019年,多主栅串焊机的销量从13台增加到191台。而常规串焊机从243台增加到250台,销量仅增加7台。通过奥特维常规串焊机毛利率和多主栅串焊机毛利率的对比,可以分析出,成本下降使多主栅串焊机毛利率高于常规串焊机。常规串焊机台均成本呈逐年上升趋势,自2017年到2019年,常规串焊机台均成本从61.4万元增加到69万元;多主栅串焊机台均成本呈逐年下降趋势,自2018年到2019年从104.5万元下降到92.9万元。

国家政策支持光伏行业
在光伏行业发展支持和发展规划方面,我国出台了大量政策,内容涉及我国光伏发电规模及占比、光伏能源储能政策、光伏企业经济扶持政策、光伏技术立项政策等。截止2021年6月,我国2020年、2021年发布的光伏行业相关发展支持政策及规划如下:
2021年4月

《2021年能源工作指导意见》

风电、光伏发电量占全社会用电量的比重达到11%左右, 风电和光伏发电量的占比提升还将进一步加速。

2021年4月

《关于引导加大金融支持力度促进风电和光伏发电等行业健康有序发展的通知》

对于可再生能源企业,通过九大措施加大金融支持力度,促进风电和光伏发电等行业健康有序发展。

2021年4月
2021年3月

《关于引导加大金融支持力度促进风电和光伏发电等行业健康有序发展的通知》

对于可再生能源企业,通过九大措施加大金融支持力度,促进风电和光伏发电等行业健康有序发展。

2021年3月

《关于开展第二批智能光伏试点示范的通知》

支持培育一批智能光伏示范企业,包括能够提供先进、成熟的智能光伏产品、服务、系统平台或整体解决方案的企业。支持建设一批智能光伏示范项目,包括应用智能光伏产品,融合大数据、互联网和人工智能,为用户提供智能光伏服务的项目。

2021年3月
2021年3月

《光伏制造行业规范条件(2021年本)》

对于可再生能源企业,通过九大措施加大金融支持力度,促进风电和光伏发电等行业健康有序发展。

2021年2月

《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》

推动能源体系绿色低碳转型,坚持节能优先,完善能源消费总量和强度双控制度。提升可再生能源利用比例,大力推动风电、光伏发电发展,因地制宜发展水能、地热能、海洋能、氢能、生物质能、光热发电。

2021年2月
2021年1月

《西部地区鼓励类产业目录( 2020年本)》

陕西省、甘肃省等省份太阳能发电场建设运营企业减按15%税率征收企业所得税。

2021年1月

《绿色技术推广目录( 2020年)》

多项光伏、储能技术列入了绿色推广技术目录。

2021年1月
2020年12月

《2021 年能源行业标准计划立项指南》

“新能源和可再生能源”被列为重点立项方向,包含光伏发电系统设计和性能提升,户用系统设计与应用技术。

2020年9月

《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》

将光伏、风电、智能电网、微电网、分布式能源、新型储能等列入鼓励发展,将扩大投资的新兴战略产业行列。

2020年9月
2020年8月

《“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”的指导意见(征求意见稿)》

风光水火储一体化符合合作共享互利共赢理念,有利于促进区域协调发展。

2020年6月

《关于做好2020 年能源安全保障工作的指导意见》

持续构建多元化电力生产格局,2020 年风电、光伏发电装机均达到2.4亿千瓦左右。

2020年6月
2020年6月

《2020年能源工作指导意见》

推动能源绿色低碳转型,风电、光伏发电合理规模和发展节奏继续保持,集中式风电、光伏和海上风电建设有序推进,中东部和南方地区分布式光伏、分散式风电加快发展步伐。

2020年4月

《关于做好可再生能源发展“十四五”规划编制工作有关事项的通知》

“十四五”规划要求充分发挥可再生能源成本竞争优势,坚持市场化方向,优先发展、优先利用可再生能源。通知明确,将推动“十四五”期间可再生能源成为能源消费增量主体,为实现“2030年非化石能源消费占比20%”的战略目标奠定坚实基础。

2020年4月
2021 年光伏产业的发展形势展望

根据国际能源署 (IEA) 的统计数据,2020年全球电力需求下降 2%,但光伏发电量提升了 20%。随着全球经济的复苏,预计 2021 年全球电力需求将增加3%( 约 700 TWh),可再生能源新增装机容量预计比 2020 年提升 10%,而新增光伏装机容量将占据可再生能源新增装机容量的半壁江山,约为54%。目前,越来越多的国家和地区已采取一定措施来应对全球气候变化,共同推动新冠肺炎疫情后世界经济的“绿色复苏”。此外,日本、韩国等许多国家和经济体也陆续提出了各自要实现的“碳中和”目标,比如欧盟成员国将 2030年温室气体减排目标提高至 55%。可持续性的政策支持及电价不断下降带来的竞争力,使可再生能源的发展上升至空前的战略高度,尤其是光伏产业全球光伏市场的增速将加快。

2020 年,我国新增光伏装机规模达 48.2 GW,创历史第二新高,同比增长 60%,尤其是集中式光伏电站的新增装机规模同比增长了近 83%。截至 2020 年底,我国累计光伏并网装机容量达253 GW,同比增长 23.5%。全年光伏发电量达2605 亿 kWh,同比增长 16.2%,占我国全年总发电量的 3.5%,同比提高 0.4 个百分点。2013~2020 年我国新增光伏装机容量情况如图所示。

中国光伏行业协会 (CPIA) 预计,2021 年全球光伏市场规模仍将加速扩大,新增光伏装机容量将达到 150~170 GW,其中,海外新增光伏装机规模也有望创历史新高,达到 100 GW。BNEF、IHS 等机构均预测 2021 年全球新增光伏装机规模将超过 150 GW。2011~2025 年全球新增光伏装机容量及预测值如图所示。