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未来光伏技术路径演进及投资逻辑

日期:2021-05-07    来源:世纪致远  作者:致远资本

国际太阳能光伏网

2021
05/07
10:28
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关键词: 光伏技术 光伏电池片 光伏硅片

中国光伏产业链历经20余年发展,已实现各环节完全自主可控,实现质的飞跃。中国的多晶硅、硅片、电池片及组件产量占全球总产量的比重已达到67.3%、90%、77%、72%,实现中国光伏制造业、光伏发电量装机量及中国光伏发电量等三项世界第一。

光伏本质上是材料学,通过材料的突破可以迅速提升光电转换效率,从而降低度电成本。同时,光伏企业生产经营管理水平已成为工业企业的标杆,上下游协同效应明显。产业链高度共振,任何行业新技术的出现均能对市场造成颠覆性的影响,直接决定企业在行业中的竞争地位。

一、沿着“210大尺寸+HJT+钙钛矿”等未来主导技术路线进行布局

沿着“210大尺寸+HJT+钙钛矿”寻找优质标的从产业上游向下游进行布局。210大尺寸硅片关注设备转产硅片厂商上机数控、京运通,设备业务扎实,210硅片将主导未来市场,硅片业务产能放量增加业绩弹性。

HJT异质结关注设备厂商捷佳伟创、迈为股份、金辰股份等PECVD设备厂商,捷佳伟创行业首推PECVD5500,电池转换效率可突破25%;迈为股份举办HJT2.0产品发布会,开发银包铜浆料,降银耗30%,银耗有望接近PERC;金辰股份与德国H2GEMINI合资设立金辰双子,近两年研发投入较大,有望“弯道超车”。

HJT电池片及组件关注通威股份、东方日升。通威股份HJT 电池最高转换效率已经突破24.6%,在建HJT项目有一定进展,未来有信心在技术成本方面领先;东方日升行业内首款半片HJT组件产品,TITAN与HJT结合,效率高达21.9%。

钙钛矿关注保利协鑫,协鑫纳米(保利协鑫旗下子公司),目前在投建钙钛矿产线。同时关注颗粒硅进展,目前短期产能受限,下游接受度不高。

光伏技术路径个股三季度业绩情况

数据来源:Wind数据 致远资本整理

光伏新技术路径个股三季度业绩情况

数据来源:Wind数据 致远资本整理

二、技术路径下的设备投资逻辑分析

(一)技术路径演进催化存量替代空间

目前,光伏路径的演进趋势较为确定的方向为大尺寸、HJT/TOPCon电池技术路线,同时我们也应该关注流化床颗粒硅以及钙钛矿技术工艺。光伏设备相较于其他工业设备最大的区别在于由于光伏行业特性及上游协同度高,技术演进较为迅速。

也就是说,在设备的生命周期内存量替换的速度及体量均较大。比如,一台串焊机的使用年限是5-10年,而当行业从158/166过度到210时可能时间就在2-3年。当电池片越大则主栅数量增加,之前组件厂商采购的设备面临替代。更为重要的是,替代设备的数量是要远高于原产线设备的数量的,由于技术进步,设备价值也更大(210串焊机是原串焊机价格的1倍以上)。

如此,当技术路径演进时,存量替代对于设备厂商而言是机遇,但同时对于设备厂商的技术储备要求较高,能够紧跟市场节奏并保证稳定供应。

(二)光伏新增装机量打开增量空间

设备增量市场深层逻辑是光伏度电成本的快速下降(10年下降82%)所带来的全球抢装需求,以及在“十四五”及“30.60”规划及目标的引导下,光伏未来需求空间的提升。保守估计国内光伏需求将达到60-70GW/年,乐观估计则可达到95-105GW/年。

而光伏设备需求量是行业新增装机量的1.3-2倍,首先要考虑在产、在途、库存物料,同时还要考虑各产业链条的协同程度,因此实际需求是要高于新增需求量以上的。

(三)设备厂商整体业绩体量较主材偏低,越向上游延伸业绩体量越大

从光伏设备的投资逻辑来看,越往上游单体设备技术门槛及价值越高,毛利率及业绩体量越大。也就是说,在存量+增量爆发下,上游单晶炉、切片、PECVD等设备厂商比下游分选、串焊机企业更容易做大业绩规模,进而提升市值。同时,设备厂商较硅料、硅片、电池片、组件及辅材厂商而言,业绩体量上仍低一点,但业绩弹性比较大。

三、异质结HJT:效率可突破25%,HJT异质结电池关键设备取得突破

(一)异质结HJT电池作为下一代主流电池技术,长期看更具潜力

异质结电池(HJT)全称晶体硅异质结太阳电池。该技术是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,它综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,是高转换效率硅基太阳能电池的热点方向之一。目前主流PERC电池已进入提效的瓶颈期,现有的PERC技术量产极限是23%,而光伏下一次的技术跃迁可能发生在电池技术上。

目前头部厂商纷纷加码异质结电池(HJT电池)、TOPCon以及最新钙钛矿技术。总体而言,TOPCon更适合现有PERC产能升级,主要优势在于兼容度更好,只需要在PERC产线上增加设备。HJT工艺最简单,天然适合自动化规模化生产,长期看更具潜力,适合叠加钙钛矿新技术的应用。

(二)核心PECVD设备技术壁垒高,捷佳伟创最新设备效率已突破25%

等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition),该法是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离,在局部形成等离子体,等离子体化学活性很强。在基片上沉积出所期望的薄膜,从而形成介质层、含P型或N型掺杂物的薄层,进而形成PN结或形成降低表面反射率和提高硅片表面钝化效果的薄层,提升电池的光电转换率。

PECVD按实现方式不同,分为管式PECVD、板式(线式流程)PECVD和集群式PECVD。PECVD设备具有较高的技术壁垒,占异质结设备投资额的50%。受制于生产设备依赖进口所致导致目前设备单位成为较高。但目前随着国产设备的加速,国产HJT设备投资额已降至4.5亿元/GW以内,2021年有望降至4亿元甚至更低的水平。转换效率上,捷佳伟创最新的PECVD5500设备和TCO工序先进的RPD系列设备,能够将电池转换效率推上25%新高度

(三)国产替代空间大,国内厂商竞争格局显现

由于行业前期设备主要依赖进口,耗材均未形成规模优势,因此造成短期内HJT电池设备投资成本高于PERC。目前以4亿元/GW来看,PERC设备仅需2.5-3亿元/GW,成本上还有进一步下降的空间。随着国产化替代,产能的提升,设备成本有望下降30%-50%。

HJT设备的增长点在于存量电池产能替换+新增需求增长,HJT设备今年取得了突破性的发展,明后年有望迎来爆发式增长。根据行业统计,各企业宣布的新投项目合计产能总计达到319.57GW以上,其中PERC/PERC+共计155.85GW,HJT共68.82GW,Topcon共8GW,对应设备总规模约889.59亿元,假设项目平均3.5-4年左右投产,则对应年均电池片设备市场规模约200-300亿元。

四、钙钛矿:未来叠加HJT晶硅电池成为下一代技术风口

(一)钙钛矿太阳能电池转换效率突破极限,缺点不够稳定

目前,钙钛矿太阳能电池世界最高光电转换效率记录已达到26.7%,2020年4月由韩国科学技术高等研究院、首尔大学和美国国家可再生能源实验室共同创造,理论值可达到50%,是目前商业化的太阳能电池转化效率的2倍左右。

晶硅太阳能电池的理论转化效率极限是29.4%,硅太阳能电池实验室转化效率最高已经达到26.6%,而现有的PERC技术量产极限是23%。随着晶硅太阳能电池的转化效率越来越接近极限,业内企业开始将目光瞄向了新型材料—钙钛矿太阳能电池,以寻求新的技术来突破转换效率的极限。

其最大的问题是稳定性不足,若想全面取代尚不现实,但可以利用电池发挥柔性、轻薄的特点,在硅电池不适合的地方找一些局部的应用场景。

(二)“钙钛矿+HJT晶硅”有望成为行业终极解决方案

为了解决稳定性的问题,现在行业一致意见是“钙钛矿+晶硅”的发展路径。钙钛矿太阳能电池有较多优势,效率高,成本大幅低于晶硅电池(十分之一),另外可以跟晶硅叠加,与现有的产业进行无缝衔接。而目前只有N型硅片电池才能跟钙钛矿叠加。而由于HJT在去年开始得到了实质性的突破,成本大幅下降,工艺简单,最适合与钙钛矿叠加。

另外,MBB多主栅技术的引入,通过减少主栅宽度,增加主栅数量,可实现减少银浆用量从而降低成本。电池的单片银浆消耗量从300-400毫克下降到150毫克(现在最低耗量128mg),银浆成本下降0.2元/瓦。同时由于主栅更细,遮光更少,电池效率还提升了0.5%,HJT的性价比得到质的提升,让HJT量产的可行性大幅增加。

预计到明年底钙钛矿的组件成本可以做到每瓦0.7元,不到晶硅组件成本的一半,而在效率上强于晶硅电池,所以明年有望成为钙钛矿大规模市场化的元年。

(三)行业龙头纷纷加码,加强技术储备

近两年,钙钛矿太阳能电池技术发展进程加快,行业龙头企业纷纷加码钙钛矿的研究,以储备未来可能爆发的技术。

其中,通威股份2019便成立了钙钛矿团队,探索高效硅基底电池和低成本和无毒稳定钙钛矿材料叠加的技术路线。未来5年,通威的规划是聚焦于大尺寸叠层高效、稳定钙钛矿电池的研究。保利协鑫旗下子公司协鑫纳米今年拟投资建设100MW的量产线,明年要建设1GW的量产线。金风科技投资牛津光伏,牛津光伏钙钛矿设备方面行业领先。据透露,宁德时代正到处招聘钙钛矿研究人员,搭建钙钛矿研究团队,拟进军光伏领域。

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