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光伏切割市场预计增长至64.4亿元,金刚线需求预计将突破2500亿米

日期:2022-12-07    来源:财闻网

国际太阳能光伏网

2022
12/07
13:54
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关键词: 光伏产业链 大尺寸硅片 光伏组件

光伏切割设备对应光伏产业链的硅片环节,拉晶后的硅棒需要先后经过截断、开方、磨倒、切片等工艺最终形成单晶/多晶硅片,该过程所需设备包括单晶/多晶截断机、单晶/多晶开方机、磨倒一体机、切片机等。

随着硅料价格高涨,行业降本需求凸显,目前业内 158-166mm 尺寸硅片仍然占据较大比重,而182/210mm 的大尺寸硅片有助于在不增加设备和人力的同时增加硅片产出,进而摊低单位成本,具备明显的成本优势,因此,近年来各大硅片厂商开始加速布局大尺寸硅片产能。

根据CPIA统计,2020年158.75mm和166mm 尺寸硅片占比合计达到77.8%,而 2020-2021年182mm和 210mm大尺寸硅片合计市场份额占比由4.5%迅速增长至45,预计2022年M10(182mm*182mm)、G12(210mm*210mm)及G12R(210mm*182mm)大尺寸硅片占比呈持续扩大趋势,至2022年底,182mm与210mm大尺寸硅片的合计占比将超过75%。

薄片化硅片降低单瓦硅耗,主流硅片厚度持续降低。硅片薄片化可以在硅片面积不变的情况下压缩用料,通过降低硅片厚度降低单瓦硅耗,提高硅料使用率,同时薄片化可以提高硅片柔韧性,为下游电池、组件端提供更多可能性。

根据CPIA统计,2021年p型单晶硅片平均厚度约170μm,较2020年下降5μm;用于 TOPCon 电池的n型硅片平均厚度约165μm;用于HJT电池的硅片厚度约150μm。2022 年主流硅片厚度继续减薄,薄片化硅片需求量持续增加,根据TCL中环的单晶硅片价格信息显示,其公示的硅片中P型硅片厚度为155、150μm,N型硅片厚度为150、130μm。

硅片大尺寸、薄片化降本优势明显,但是目前部分存量设备无法将182mm、210mm等大尺寸硅棒切割加工为硅片,且由于大尺寸硅片的碎片率高于小尺寸,传统存量设备的切割良率存在较大提升空间。同时,薄片化硅片在生产时更加容易出现碎片、崩边、线痕明显、硅片弯曲、边缘翘曲等质量问题。

因此,为在保证切割效率的情况下提高大尺寸、薄片化硅片的切割良率,提高切割稳定性和硅片质量,光伏切割设备需要更加先进的切割工艺,从而推动设备的更新替换需求。

光伏切割设备规模持续增长

占全球总产量的 97.29%,是全球硅片是全球光伏产业链中产业集中度较高的环节之一,2021 年我国硅片产量为 226.6GW,最大的硅片生产国。

截至2021年末,硅片行业前五大企业的产量约占市场产量的84%,全球前十大硅片生产企业均位于我国。隆基绿能、TCL中环、晶科能源等头部企业纷纷宣布硅片扩产规划,快速拉升硅片市场需求。截断机、开方机、磨倒一体机、切片机等光伏切割设备在硅片制造环节中不可或缺,硅片扩产的高确定性,为光伏切割设备持续贡献新增需求。

随着全球气候变暖,可再生能源日益受到重视,能源转型推动光伏行业高景气发展,同时为光伏设备企业提供了广阔的市场空间。硅片产能的持续增长将带来大量硅片端设备的需求,因此对光伏切割设备市场规模进行测算:预计 2021-2023年新增硅片产能分别为168GW、170GW、184GW,假设新增光伏切割设备需求量等于新增硅片产能。

根据上述条件进行测算2021-2023年光伏切割设备市场规模预计从58.7亿元增长至64.4 亿元。随着各大光伏企业不断公布硅片扩产计划,未来市场规模预计继续保持高速增长,光伏切割设备企业有望充分收益。

2016 年以前,光伏切割设备市场主要由日本小松 NTC、瑞士梅耶博格等国外厂商占据。近年来,中国高硬脆材料加工设备发展迅速,国内光伏切割设备制造企业技术水平逐渐提高,产品不断升级。

目前,国产设备凭借优异的产品性能和出色的综合性价比,市场份额逐步提升,高测股份、连城数控、上机数控、晶盛机电等国内厂商已占据绝大部分光伏切割设备市场份额,其他国内厂商的市场份额相对较低,国外设备厂商已基本退出市场。

金刚线耗材需求旺盛

金刚线是一种线性切割工具,通过电镀方法将金属镍层沉积在高碳钢丝基体外围,金属镍层内裹有一定密度均匀分布的金刚石颗粒,在高速运动下形成“刀锋”实现切割效果。

晶体硅、蓝宝石、精密陶瓷等材料具有硬度大、较难切割,脆度大、易断裂特点,金刚线能较好地解决切割问题,因此广泛应用于高硬脆材料行业。金刚线在 2007 年左右规模应用于蓝宝石切割,2010 年左右开始应用于光伏晶体硅片切割,目前超过 90%的金刚线需求来自于光伏硅片切割。

据 PVInfolink 的数据显示,2022 年金刚线的市场需求预计将达到 1500 亿米,2023 年金刚线的需求将突破 2500 亿米。我国金刚线行业起步较晚,2014年以前主要被日本厂商垄断,国内 2015 年左右实现电镀金刚石技术突破,目前只有少数头部企业拥有完整地金刚线生产工艺。

金刚线的生产工艺主要包括母线预处理、电镀镍层、金刚石微粉预处理、上砂和加厚镀镍环节。其中微粉处理和上砂工艺有较高的技术壁垒,微粉处理是对金刚石颗粒进行化学加工使其获得一定的质量和晶形状态(如果金刚石颗粒晶形偏圆则锋利度会大大降低)。

上砂过程是将金刚石微粉颗粒均匀固结在母线表面,为了保证切割质量的一致性,金刚石微粉颗粒需要在母线上以均匀的密度分布(如果微粉颗粒分布过于密集会造成切割阻力过大出现断线情况)。同时在上砂时易出现团聚、叠砂的情况,需要生产厂商具备电镀液控制能力以及高水平的添加剂控制技术。

传统砂浆切割利用钢丝的快速运动将带有磨料的液体带入切缝中,磨料受力产生切削作用。在此过程中的碳化硅会被不断冲刷下来,加工效率较低,并且在锯切过程中消耗大量的 PEG 浆料,给污染管理和硅回收造成困难。

碳化硅的莫氏硬度为9.5,使用松散的碳化硅磨粒较难切割更硬的材料,而金刚石的莫氏硬度为 10,因此金刚线具有更高的耐磨性,承受更大的切削力。钢线高速运动带动金刚石以相同速度运动,产生的切割能力以及切割效率远胜砂浆切割,另外相比 PEG 悬浮液,水基切割液产生的有害废物更少,更容易在锯缝中回收硅泥。

硅料价格攀升使得降本需求不断提高,硅片薄片化可以降低单位硅耗,切割工艺上则需要更细的金刚线。更细的金刚线能够降低在切割过程中的锯缝硅料损失,使得同等规格下的硅棒切出更多的硅片。并且在相同切割工艺下,金刚线越细,外覆的金刚石微粉颗粒越小,切割过程中对硅片表面的损伤越小,硅片TTV等质量指标更优。

光伏行业需求快速增长背景下,硅料价格受供需关系影响维持高位,硅片厂商需要新型金刚线技术降低切割成本。目前碳钢金刚线的线径已接近产业化极限,钨丝金刚线线径具有更细的理论水平。钨丝金刚线具有更高的韧性和破断力,能够有效降低硅片损耗,适合切割大尺寸、薄片化硅片。

但从经济性上来看,钨丝线单位成本是碳钢线的4-5倍,市场上钨丝线平均45元/公里,高碳钢丝母线是10元/公里。同时钨丝母线存在单轨长度不匹配的问题,钨丝单轨较短在 60-80公里左右,较难突破100公里,而高碳钢丝在200公里左右。

综合来看,钨丝金刚线的规模应用将取决于钨丝降本空间和高于碳钢金刚线效能的收益。


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