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国产设备快速进步 HIT产业化瓶颈即将打开

光伏电池组件  来源:招商证券 雪球  作者:游家训  2020/6/1 9:56:02  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:◾电池是光伏产业技术最密集的环节,自产业化以来经历了薄膜到晶硅、多晶到单晶的技术演变,当前正处在P型到N型的转折点,未来很可能还有单结到多结的转变。N型HIT电池具备众多优势,设备国产化快速推进有望打开产业化瓶颈,一旦突破产业资源将加速向HIT汇集,进一步加速提效降本,促使HIT成为下一代主流技术。当前正处在HIT产业化的临界点,山煤GW级项目落地有望开启产业化进程,电池环节盈利空间有望重新打开,设备环节将迎来数百亿规模的崭新市场,建议积极布局。

摘要

◾国产设备酝酿突破,产业化瓶颈打开。高昂的设备投资是制约HIT产业化的核心因素,大通量PECVD一直是难点所在。近几年国内设备商在PECVD上倾注了大量研发资源,取得了很多进展,国内1GW的设备价格已经下降到5亿左右,随着节拍提升和零部件国产化,设备价格有望继续下降到4亿,打开HIT产业化的瓶颈。

◾产业资源向HIT聚集,提效降本有望加速。中国早期主要是汉能、钧石、晋能、中智等少数几家企业在研发HIT电池,当前已经有20多家企业在布局HIT,通威、爱康、日升、普莱特、Ecosolifer、3sun、Hevel等企业建设了中试线,山煤正在推动建设GW级量产线,此外部分能源类央企和地方国企也在积极布局HIT,一旦产业化开启,资源会加速聚集,提效降本也将加速。

◾电池盈利空间打开,设备迎来崭新市场。HIT电池具有高效率、低衰减、低温度系数、高双面率等优点,电池价格较PERC有一定溢价,大规模量产后盈利能力有望超越PERC,重新打开电池环节的盈利空间。设备端HIT需要重新进行资本开支,HIT设备商将迎来存量市场和增量市场双重红利,未来五年HIT设备市场有望达到数百亿,设备环节有望出现1-2家300亿市值的大公司。

◾风险提示:疫情得不到有效控制;HIT产业化进展低于预期


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1.国产设备酝酿突破,产业化瓶颈打开

1.1HIT制造工序及对应设备概览

HIT电池结构:N型硅片+正反面各 3 层膜。HIT电池以 N 型单晶硅片作衬底,正反面依次沉积本征非晶硅薄膜、掺杂非晶硅薄膜、金属氧化物导电层TCO,再通过丝网印刷制作正负电极,呈双面对称结构。


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核心生产工艺仅四步,分别对应4种专用设备:

清洗制绒:去除硅片表面杂质,制作金字塔绒面,减少阳光反射。HIT制绒难度高于PERC,对应设备为清洗制绒机,与PERC的清洗制绒机不通用。

非晶硅沉积:在清洗好的硅片两侧沉积本征和掺杂非晶硅薄膜,两侧共4层膜(i、n、i、p),在一台机器内完成,对应设备是PECVD,和PERC的PECVD不通用。

TCO沉积:在非晶硅薄膜两侧再沉积金属氧化物导电层TCO,用于导出电流,对应设备为PVD或者RPD,两种设备产业里都有应用,PERC不需要沉积TCO。

制作电极:在TCO两侧印刷银浆制备电极,对应设备为丝网印刷机,和PERC通用


1.2量变到质变,国产设备不断突破

海外设备较为成熟,但核心设备价格较高不具备量产经济性。

清洗制绒机:日本YAC、德国RENA和Singulus、韩国Exataq均有成熟的清洗制绒机在售,当前全球已经建成的HIT产线中,60%以上选用日本YAC的设备。

PECVD:在面板行业应用较多,美国应材、瑞士梅耶博格是海外核心供应商。

PVD/RPD:PVD海外核心供应商有德国的冯·阿登纳和Singulus,RPD核心专利在日本住友,台湾精耀、SNTEC有生产授权。

丝网印刷机:意大利Baccini,2016年被美国应材以3.3亿美元收购。

四大设备中,清洗制绒机约1000万元/台(250MW),丝网印刷机约1200万元/套(200MW),和国产设备价格基本一致,且性能基本相当,不构成产业化的障碍。PVD约3000万/台(250MW),国产设备在快速跟进,本身壁垒不高,也不是产业化的障碍。HIT量产最大的痛点在于PECVD,当前海外应材和梅耶博格的PECVD价格接近5亿元/GW,设备虽然成熟但价格太高,整线的设备投资达到7-8亿元/人民币。


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高设备成本对HIT产业化的制约体现在两个方面:

第一,PERC设备投资已经可以控制在2亿以内,5-6亿的差价意味着5-6分/W的财务报表折旧成本差异,而光伏企业决策时普遍按照3年折旧,因此在管理会计报表上体现出来是15-18分/W的差距,性价比被大幅拉低。

第二,设备国产化和降本是大势所趋,且进展迅速,如果采购高成本进口设备建成量产线,很可能在运行1-2年后就面临低成本国产线的竞争,在成本上处于劣势。

国产设备商快速崛起,核心设备不断突破。

清洗制绒机:捷佳伟创已经形成供货能力,YAC也在推动设备中国本土制造。清洗制绒环节的化学反应过程较为复杂,但近年来国内已经基本摸索出来,设备制造本身壁垒并不高,核心的制绒添加剂也已经实现国产。

PECVD:钧石、理想有设备供应,迈为研发进展较快,样机在通威合肥基地已经运行半年,下半年大概率会形成供货能力,捷佳伟创、金辰股份、常州比太也在积极布局,下半年有望推送样机到电池厂做测试。PECVD是HIT设备最难的环节,也是价值量和盈利能力最强的环节,设备厂必须突破PECVD才能形成核心竞争力。

PVD:钧石、湖南宏大、红太阳已经形成供货能力,捷佳、比太等企业在积极研发。

RPD:捷佳获得日本住友授权,具备成熟供货能力。

丝网印刷机:迈为股份是全球龙头,设备十分成熟,捷佳、金辰也在布局

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PECVD的突破是关键。PECVD并不是新兴技术装备,平板显示领域早已得到成熟应用,并且已经迭代到第11代了。2019年中国光伏企业购买的应材PECVD主要是6代线,对应单机产能只有100MW左右,今年已经升级到8.7代(应材专门针对光伏产业的改动版),对应单机产能250-270MW,8.7代的推出意味着大通量的PECVD不管在理论上还是工艺上都是可行的,此前产业中存在PECVD能否做大的争论。

国内设备企业的技术攻关主要就是集中在PECVD上,主要解决成本问题。目前国内节拍最高的PECVD节拍是3600片/小时,对应单机产能170MW,仍需要进步。迈为、捷佳、金辰、比太都在按照5500-6000片的节拍进行研发,对应单机产能250-300MW,已经有很大进展。一旦彻底突破,PECVD的GW投资将从5亿下降到2.5亿

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PECVD突破将带动设备投资快速下降。当前清洗制绒机、PVD/RPD、丝网印刷机制造工艺都已经成熟,价格偏高主要是由于需求没有放量,一旦PECVD突破将1GW的PECVD投资额降低到2.5亿,GW级的HIT产线将会迅速放量,进而带动其他设备降本,2年内大概率可以看到4亿元/GW左右的整线设备价格,突破产业化的瓶颈。

清洗制绒机:当前1000万元/台,产业化放量之后预计到600万/台以下,当前PERC的清洗制绒机价格约200-300万/台,设备80%以上成本为材料,降本空间较大。当前1GW产线需要4台清洗制绒机,未来可能只需3台,1GW的价值量预计在1500万。

PECVD:进口设备价格接近5亿/GW,国产化后降低到2.5亿/GW,随着节拍的提升和原材料零部件的国产化,价格还有进一步下降空间。按6000片算1GW产线需要4台PECVD,未来8000片以上机型推出后有潜力下降到3台,1GW的价值量预计在2.4亿左右,如果供应链国产化能够大部分实现,有可能下降到2亿。

PVD:进口设备价格接近3000万元/台,国产约2200万/台,PVD技术壁垒低于PECVD。当前主流PVD节拍6000片,已经有企业推出8000片,未来1GW产线预计只需要3台PVD,价值量预计不超过6000万。

RPD:当前价格约2400万元/台,由于RPD正反面不能在一台机器内完成,因此单线需要配置两台RPD,1GW要10台,2.4亿元,成本较高。因此国内有头部企业在开发大通量的RPD和正面RPD+背面PVD的一体机,兼顾效率和成本。

印刷机固化炉等:按最先进四道印刷技术,印刷机双轨4头,当前价格约2000万元/套,1GW需要5套,对应价值量1亿元。丝网印刷机也在往大通量去做,需要银浆的可印刷性配套提升,未来1GW的配置有望下降到4套,价值量不超过8000万

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2.资源向HIT聚集,提效降本有望加速

2.1研发投入加大,效率提升有望加快

光伏电池量产效率提升空间依旧较大。当前全球光伏电池研发最高效率已经达到47%,但量产的PERC电池平均效率只有22.6%,量产效率和研发效率之间有巨大的差距,随着技术进步和成本下降,量产效率继续提升是大趋势。就单结晶硅电池来看,效率极限预计在27%左右,技术类型为HBC(HIT+IBC),如果升级到双结电池,效率极限预计在35%,技术类型大概率是Tandem(HIT+钙钛矿)。无论是单结还是双结,冲击效率极限都需要先做好HIT电池

研发资源的导入对效率提升至关重要。当前占据绝对主流地位的PERC电池在1989年就已经诞生,发明人为澳大利亚著名光伏技术专家马丁·格林,但是PERC真正开始规模化量产是在2015年,当时金刚线革命带动单晶硅片成本大幅下降,单晶路线在性价比上开始超越多晶路线,PERC强化了这一优势。当时PERC电池效率仅20%出头,通过5年的探索,今年量产效率已经接近23%,平均每年提升0.6%。PERC电池的规模也从0增长到2019年底的123GW,到今年底预计将达到190GW,彻底完成对多晶的替代。

在效率提升的过程中,研发资源的导入至关重要,和PERC形成鲜明对比的是,由于多晶路线盈利较差,多晶路线上的研发资源越来越少,这导致多晶电池的效率提升陷入停滞,当前常规多晶电池的效率仅19%出头,落后PERC电池3PCT以上。当前HIT尚未大规模量产,研发资源远不如PERC,随着规模增加,研发资源的导入有望加速HIT电池效率的提升,效率潜力在25.5%-26.0%

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HIT研发效率已经站上25%,量产效率站上24%。当前全球HIT电池的研发效率世界纪录是汉能去年创造的25.11%。叠加IBC之后,当前全球研发效率世界纪录是日本Kaneka创造的26.6%,叠加钙钛矿做双结电池之后,当前全球研发效率最高的是英国牛津光伏的28%。量产方面,海内外主流厂商在24.0%-24.5%,工艺较为成熟,未来有望每年提升0.5%以上,潜力极限预计在26%。

提效手段包括:

▷银浆、靶材等耗材品质的提升

▷制绒的改善

▷非晶硅薄膜的优化

▷窗口层的优化,碳硅氧合晶技术的成熟

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2.2 HIT队伍壮大,配套产业链降本即将启动

布局HIT的企业越来越多,产业化酝酿开启。当前全球最大HIT量产线规模仅600MW,近两年新建产线以100-200MW的中试线为主。相较于去年,布局HIT的企业越来越多,已经超过20家,宣布了GW扩产规划的企业包括山煤国际、钧石能源、东方日升、爱康科技、中利腾辉、比太科技等,国产大通量低成本PECVD的突破将成为HIT产业化的发令枪

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山煤HIT项目有望落地,GW级产线有望出现。2019年山煤国际公告拟建设10GW的HIT电池生产线,受疫情和集团合并影响,进度晚于预期,当前山西煤炭进出口集团(山煤国际控股股东)和山西焦煤集团合并已经完成,山煤HIT项目作为山西能源革命重点工程有望加快推进,GW级别的设备招标有望出现,对推动设备国产化和降本有重要牵引作用,银浆、靶材等配套耗材的产业化降本也有望启动。

2.3 HIT降本展望

降本思路:单瓦成本=单片成本/单片功率,一方面做低单片成本,另一方面做高效率;

做低单片成本:

▷设备降本:同时降低折旧成本和财务成本,一举双得;

▷材料降本:硅片薄片化,清洗制绒试剂、靶材、银浆降本;

▷提高良率:HIT自动化难度较大,尤其是节拍做高和硅片做薄之后,良率需要尽可能控制在98%以上;

做高单片功率:24%——26%.

▷钝化膜和窗口层优化;

▷靶材和银浆提质;

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未来3年降本展望:

硅片成本:N型硅片的硅料价格和加工成本都比N型略高,同等厚度下N型硅片价格比P型高约7.2%,薄片化之后(150微米左右)N型和P型硅片价格基本打平,考虑到HIT约1个点的效率优势后,HIT的硅料成本比PERC低约2分/瓦。HIT是低温工艺,理论上硅片可以薄到100微米左右,但硅片、电池、组件制造工艺上有难度,预计两年内N型硅片厚度在140-150微米,随着制造工艺的进步,或许会往120微米去走。

银浆成本:主要跟银浆单耗和银浆价格有关。HIT所用银浆为低温银浆,当前价格比PERC高温银浆贵约20%,主要是量小,未来放量之后,低温银浆和高温银浆的价差预计可以控制在数百元以内。单耗方面,如果使用MBB印刷,210毫克/片,如果使用SWCT智能串焊技术,可以控制在100毫克以内。预计SWCT会成为主流技术。按当前银浆价格计算,HIT的银浆成本0.18元/瓦,如果使用SWCT,银浆成本可以做到0.07-0.08元/瓦。

靶材成本:靶材在平板显示行业应用已经十分成熟,HIT的靶材和平板靶材类似,当前价格约3000元/千克,消耗量约120毫克/片,沉积到腔体中的靶材可以回收,考虑回收之后靶材价格在2200元/千克。靶材成本可以控制在5分/瓦以内,潜力在3分/瓦。

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降本路径清晰,成本差逐渐缩小。按GW级产线和当前耗材价格计算,HIT电池的不含税完全成本达到0.84元/瓦,当前PERC(非硅按0.23计算)完全成本0.67元/瓦,HIT比PERC高0.17元/瓦,随着设备降本和产业链配套的成熟,成本差预计每年缩小4-5分/瓦,5年内缩小到4分/瓦,考虑到效率溢价、低温度系数溢价、低衰减溢价,HIT的性价比超过PERC有比较大的可行性

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3.电池盈利空间打开,设备迎来崭新市场

3.1电池盈利空间打开

HIT电池具备高效率、低温度系数、低衰减、高双面率等优势,单瓦发电量较传统PERC电池高10%-15%,因此具备更高的售价,较PERC电池溢价0.3-0.4元/W。

▷高效率:节省BOM和BOS成本,1%的效率差对应至少6分/W的溢价。

▷低衰减:发电量多5%,理论溢价0.1元/W+。

▷低温度系数:发电量多5%,理论溢价0.1元/W+。

▷高双面率:等效功率多10W,双面定价有待规范。

HIT溢价存在差异。不同应用场景下,HIT电池的溢价差异很大,整体来看,BOS成本越高、温度越高、电价越高、发电小时越高的地区,HIT的溢价越高,尤其对于欧美日等高BOS成本市场,中东印度巴西等热带高光照小时市场,HIT的优势非常显著。

电池盈利空间打开。此次电池跌价之前,PERC电池报价0.95元/W,对应HIT电池报价1.5元/瓦,当前PERC电池报价已经下跌到0.80元/W,跌幅相同的话HIT电池报价1.35元/W,溢价0.55元/W。当前HIT电池尚未放量,主要应用在高端市场,因此溢价较高,考虑HIT放量之后,溢价大概率会压缩到0.3-0.4元/W,对应电池价格在1.1-1.2元/瓦。相比0.8元/W的完全成本,电池的利润空间扩大到0.2元/W左右

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3.2设备迎来崭新市场

HIT扩产节奏估算。参考PERC,2015年2GW,2016年13GW,2017年36GW,2018年58GW,2019年123GW,2020年预计到年底190GW。预计2020-2025年HIT新增产能分别为2/6/20/60/80/100GW,累计产能分别为4/10/30/90/170/270GW。

2020年:山煤项目大概率落地,年底形成GW级产能,此外数条中试线投产。

2021年:山煤项目验证国产设备可行性和HIT的性价比,一旦确认,山煤继续扩张,其他电池厂或者产业外资本开始按照1GW产线上产能,预计6GW左右。

2022年:产业链降本快速推进,设备降到4亿左右,数GW级别的单体工厂出现。

2025年:光伏的年度需求有望增长到250-300GW级别,HIT成为主流

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设备厂迎来产能更新盛宴。由于PERC无法升级到HIT,电池厂将开启新一轮的资本开支周期,设备价格预计从5亿先降到4亿,未来有潜力降到3.5亿,对应2020-2025年设备产值10/30/90/240/304/350亿元。按照20%的光伏设备正常销售净利率计算,对应净利空间分别为1.8、5.3、15.9、42.5、53.8、61.9亿元,假设HIT装备龙头企业拿下50%的市场份额,第二大企业拿下30%市场份额,高峰期的净利在有望在20亿以上,龙头市值空间可以看到300亿,老二可以看到200亿。迈为股份和捷佳伟创综合实力最强,有望成为设备双雄。金辰股份引入梅耶博格技术人员,并联合海外技术专家进行联合研发,也有望分享设备市场。

光伏设备是个具备长期成长性的优质赛道。根据BP世界能源统计数据,2018年全球光伏渗透率仅2.2%,如果全部使用光伏发电,需要22216GW光伏装机,是2018年底光伏装机的45倍。过去10年全球电力增速均值3%,如果增量市场都给光伏,光伏每年的新增市场还有600GW以上。当前光伏组件价格已经下降到1.55元/瓦,未来在新技术的推动下还将继续下降,光伏在全球大多数地区都已经成为最具竞争力的发电方式,当前年度新增装机仅100-120GW,未来有望增长到200-300GW,未来随着储能技术的进步,还有更大的上升空间。对应电池产能也会继续扩张,因此光伏设备是个具有长期成长性的优质赛道,这个赛道上大概率会孕育出1-2家顶尖企业

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4.结论与投资建议

HIT有望成为未来主流技术路线。从技术路线来看,未来3年内,PERC、TOPCon、HIT大概率会共存,TOPCon延续存量PERC产能的生命,HIT开辟新的利润点,没有包袱的新进入者会直接扩HIT。3年后HIT大概率胜出,逐步淘汰其他。5年后,HIT+钙钛矿做Tandem叠层电池,目前钙钛矿主要是材料的问题,学术界和产业界攻关较多,解决的可能性较大,一旦解决HIT的高电压叠加钙钛矿带来的高电流将推动电池效率站上28%,最终潜力在35%左右。

技术进步将推动光伏产业装机进一步增长,产业链整体受益,建议积极布局。

硅片环节:推荐N型硅片龙头隆基股份,公司竞争力强大且清晰,HIT也在布局。

电池环节:推荐通威股份,公司在HIT研发上走在行业前列;推荐山煤国际,公司凭借焦煤集团强大资源支撑大手笔转型HIT;推荐东方日升,公司积极布局HIT。

设备环节:推荐捷佳伟创、迈为股份(机械联合)、金辰股份,未上市公司建议关注常州比太科技。

银浆环节:建议关注苏州晶银和常州聚合

风险提示

◾疫情得不到有效控制。光伏70%需求在海外,欧美是核心市场,如果疫情得不到有效控制,海外需求很可能难以恢复,制约光伏产业回暖。

◾HIT产业化低于预期。HIT设备降本依赖于设备工艺的创新和配套零部件的国产化,如果低于预期,设备价格会高于预期,导致产业化进展较慢



原标题:光伏系列报告(三十二)国产设备快速进步,HIT产业化瓶颈即将打开

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