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薄片化细线化加速钨丝金刚线替代

2022-08-01 14:40来源:PVInfoLink关键词:金刚线钨丝金刚线硅片切割技术收藏点赞

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硅片切割是光伏硅片制造的核心工序之一,大尺寸、薄片化在产业链降本方面优势突出,确立了硅片环节的核心技术趋势。而近两年硅料持续处于高位,加速了薄片化的进程。另外,2017年金刚线切割完成对砂浆线切割的完全替代,金刚线细线化也是硅片切割技术进步及降本的指向标。

硅料价格高位加速硅片减薄和细线化

随着近两年光伏安装量的快速提升,2021年因为硅料供应短缺导致硅料价格逐月攀升,硅料价格高于每公斤200元人民币已经持续一年有余。根据PV InfoLink的预测,22年硅料价格将持续处于高位,直至2022Q4硅料供应紧张的局面才会出现缓解从而引起价格的松动,硅料价格低于每公斤200元人民币则直至23Q3在多数扩产计划顺利产出后才能实现。

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硅料价格的上涨,导致硅片成本陡增,硅片供应商为了降低硅片成本,加速硅片厚度的减薄,从2018年到2020年3年内硅片厚度总体下降才5μm左右, 但是从21年到现在,硅片厚度下降已经超过15μm并有继续下降的趋势。

高昂的硅料价格,硅片端降本最直接和最有效的措施即为省硅。硅片减薄是一方面,金刚线细线径化也是另外的一大推力,以大尺寸硅片切割为例,21年上半年主流的金刚线母线直径为42-47μm, 目前主流的金刚线母线直径已经下降到36-40μm, 甚至有厂商引进钨丝金刚线实现母线32μm的金刚线切割从而进一步降低硅耗。

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Source: PV InfoLink_技术趋势报告_202205

金刚线市场需求提升

根据PV InfoLink的最新预计,2022年全球新增装机有望超过239GW, 装机需求的提升带来硅片的需求激增,而金刚线作为硅片制作的主辅材,其需求势必增长明显;另一方面,金刚线细线化后单位面积带砂量减小,参考高测网站上的金刚线产品参数,43μm电镀金刚线出刃率为180±30颗/mm而37μm电镀金刚线出刃率仅为140±30颗/mm,切割力的降低从而导致单片耗线量提升明显。

硅片耗线量方面,当前182 主流的综合耗线量约3.5-4m/片,210综合耗线量4.8-5.3m/片,折合单瓦耗线量约为0.46-0.53米,从而预估2022年全年单GW耗线量为50万公里。后续随着细线化的进一步推进,预估每年单GW耗线量增长5万公里。

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光伏装机量的提升以及叠加细线化的推进,2022年相较2021年金刚线的需求将出现一个较大的增长,预估2022年金刚线的需求将达到1.5亿公里,2023年金刚线的需求将突破2.5亿公里。

金刚线市场供应能力

金刚线目前主流常规产品母线为高碳钢丝,制造和应用发源于美国、日本等发达国家,早期具有竞争优势的金刚线供应商主要集中于日本和美国,日本旭金刚(Asahi)、日本中村超硬(Nakamura)、美国DMT等国际企业在金刚线制造领域处于世界领先地位。2017年以后,随着国内金刚线厂商的崛起以及进口替代进程的加快,国内企业在金刚线领域已经实现近乎100%替代。当前金刚线的供应整体呈现一超多强的局面,其中美畅连续多年市占比超过50%,而高测,恒星,聚成和原轼当前月供应量均超过100万公里。

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Source: 公开资料整理和行业调研, PV InfoLink整理

截止21年末,金刚线名义产能已经达到1.58亿公里,基本可满足22年的需求,随着厂商的进一步扩张,22年末金刚线名义产能有望超过3亿公里。

实际供应方面,21年上市公司方面合计供应约6700万公里,传闻原轼和聚成合计供应约2500万公里,即上述表格各企业合计供应约9200万公里,与21年市场需求约9000万公里基本匹配。

钨丝金刚线

目前金刚线锯领域基本采用92c或100c线材作为载体,制备不同规格金刚石线锯,35μm和36μm的电镀金刚线其破断力要求为≥5.3N和5.8N, 为保证切割所需的张力以及切割过程中的张力波动余量,可用于光伏硅片切割的常规高碳钢丝极限线径约35μm,而目前用于切割的钢线已经非常接近甚至已经到了35μm,进一步细线化困难。

钨丝因为较高的破断力,受到越来越多的厂商关注,钨丝钢线的优异性能表现为:

高破断拉力值,是同规格碳钢的1.2~1.3倍,高扭转值是同规格10倍以上,合金钨丝杨氏模量是钢丝的1.7倍、拉伸率仅为碳钢的约60%

钨属于体心立方晶格,经过掺杂改性后的合金钨丝属于微晶结构,晶粒尺寸约100nm,使其组织均匀,内部无夹杂颗粒,其纯度高达99.95%,有利于超细钨丝拉拔

合金钨丝的电阻率为5.4×10~6ω/cm,仅为碳钢的55.7%,可以承载高一倍的电流,镍镀层沉积更均匀致密

高耐腐蚀能力,在硫酸或盐酸中均不腐蚀,有效避免生产过程酸的腐蚀导致母线的缺陷断丝;所以,合金钨丝优异的指标十分匹配超细线高强度线锯设计需求。

Source: 一种超细高强度合金钨丝金刚石线锯及其制备方法

因为现有的可供光伏切割用的钨丝产能有限,钨丝母线约为常规高碳钢母线售价的4-5倍,导致钨丝金刚线的售价较高,约为常规金刚线售价的2-3倍。尽管钨丝金刚线的售价较高,但是因为其线径较细可有效减少切割的硅损耗,鉴于目前硅料价格较高,从市场上了解到钨丝因为较高的破断力以及韧性较佳在使用了更细的线径后断线率仍有优势,从而降低综合线耗约10%。后续通过加大每卷钨丝金刚线的量至100km/卷以上,综合耗线量将有望进一步降低。通过成本模拟发现,硅料价格在300元/Kg和钨丝金刚线价格约90元/Km的情况下,采用钨丝金刚线切割G12切片成本仍有约0.04元/片的优势,按照当前的金刚线价格,硅料价格在240元/kg 附近两种金刚线的切割成本打平。

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从上图的成本差异趋势来看,硅料价格越高,钨丝金刚线的优势越明显,后续随着常规金钢线和硅料价格的降低,钨丝金刚线亦可通过降价和进一步细线化来保证其优势,假设后续常规36μm金刚线和30μm钨丝金刚线均能完成G12硅片切割,当钨丝金刚线售价降低到80元/Km,硅料价格高于180元/Kg 时钨丝金刚线切割仍有成本上的优势。另外钨丝金刚线仍有较大的细线化潜力,有能力做到30μm以下。

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当前钨丝母线主要的供应商为松下,厦门钨业以及中钨高新,受制于当前产能规模较小,目前能批量供应钨丝金钢线的主要为聚成;美畅、岱勒、原轼也实现小批量供应;其他金刚线企业也在积极布局中。后续随着厦门钨业以及中钨高新合计约700亿米的钨丝扩产,约能供应120-140GW的电镀金刚线需求。另外,使用钨丝作为母线相对常规金刚线最大的不同即为使用前需去除钨丝在生产过程中表面产生的厚氧化层和残留石墨乳,以保证镍镀层结合力,而常规去除厚氧化层、石墨乳的方法,无法匹配金刚线生产速度,同时去除率偏低,钨丝表面清洁度得不到保证,该技术问题增加了常规金刚线切换到钨丝金刚线制备的复杂性。

总结

大尺寸薄片化以及金刚线细线化一直以来均为硅片技术进步的方向,硅料价格持续处于高位加速了薄片化以及细线化的进程。鉴于常规碳钢线已经非常接近其性能极限,进一步细线化空间有限。钨丝凭借其较高的破断力,被广泛的视为接力常规碳钢线的下一代金刚线母线。

受制于钨丝母线供应,实际钨丝金刚线的供应仍较有限,后续随着厦门钨业以及中钨高新合计约700亿米的钨丝扩产,年供应约120-140GW的电镀金刚线需求。鉴于2023年硅料价格仍相对较高,预估2023年钨丝金刚线的使用比重将进一步提高。

尽管钨丝金刚线切割有优势,但是降低硅片成本相对比较有限,并不能大幅降低硅片成本,另外,受制于光伏级的钨丝线供应能力,碳钢线仍将为未来1-2年内最主流的金刚线母线。

后续若钨丝金刚线能进一步细线化以及降价,充分发挥其在切片领域的优势,辅之光伏级钨丝母线进一步扩产,势必将加速常规碳钢线的替代。

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投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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