2022年光伏熱場行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來前景分析

1、2022年光伏熱場行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來前景分析一、技術(shù)趨勢：大尺寸及 N 型趨勢加速碳碳熱場滲透光伏熱場是拉晶環(huán)節(jié)關(guān)鍵耗材，占硅片非硅成本比重9%。硅片生產(chǎn)過程中，原 材料多晶硅需在單晶拉制爐或多晶鑄錠爐內(nèi)經(jīng)過融化、引晶、放肩/轉(zhuǎn)肩、生長、收 尾等步驟被拉制成特定尺寸的硅棒或硅錠，再經(jīng)過切割成為硅片。由于硅晶體生長 需嚴(yán)格控制溫度梯度，因此需在主爐室內(nèi)部安裝熱場系統(tǒng)，起到保溫及隔熱等功能， 光伏熱場品質(zhì)及設(shè)計(jì)將直接影響硅晶體質(zhì)量，但占硅片成本比重并不高，根據(jù) Solarzoom，石墨熱場占單晶硅片成本比重僅1.32%，占非硅成本的8.78%。耗材屬性決定光伏熱場替換需求穩(wěn)定增長，光伏熱場部件主要

2、包括坩堝、導(dǎo)流 筒、保溫筒、加熱器及保溫蓋和螺母等小部件，其中坩堝主要起高溫承載石英坩堝 及傳熱等作用，導(dǎo)流筒用于阻止外部熱量傳導(dǎo)至內(nèi)部，提升硅棒生長速率；保溫筒 用于構(gòu)建熱場空間，阻止內(nèi)部熱量向外傳導(dǎo)；加熱器則是提供硅料熔化的熱源。由 于熔化硅料時(shí)的反應(yīng)溫度較高，熱場部件壽命有限，需定時(shí)更換。根據(jù)草根調(diào)研， 加熱器及坩堝使用壽命約6-8個(gè)月，導(dǎo)流筒約2年，保溫筒約1年半，需要定期更換。 根據(jù)我們測算，2025年碳碳熱場替換產(chǎn)值為50億元，2020-2025年復(fù)合增速為10%。硅片擴(kuò)產(chǎn)潮刺激光伏熱場短期新增需求高增。光伏旺盛裝機(jī)需求催生硅片擴(kuò)產(chǎn) 潮，根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，硅片龍頭為鞏固地位持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)并加

3、碼大尺寸產(chǎn)能，隆基規(guī)劃曲 靖二期20GW產(chǎn)能，中環(huán)規(guī)劃銀川50GW單晶G12產(chǎn)能；一體化企業(yè)為完善產(chǎn)業(yè)鏈布 局積極擴(kuò)產(chǎn)，晶澳計(jì)劃新增40GW拉晶及切片產(chǎn)能，晶科與通威攜手補(bǔ)齊硅片短板， 計(jì)劃合資建設(shè)15GW拉棒及切片項(xiàng)目；新進(jìn)入者如京運(yùn)通、上機(jī)數(shù)控、高測、雙良 節(jié)能、高景等擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模超180GW。根據(jù)SOLARZOO統(tǒng)計(jì)，2021-2022年全球硅片新 增產(chǎn)能分別為176/186GW，硅片大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)刺激下游熱場需求旺盛，預(yù)計(jì)2021-2022 年光伏熱場新增需求帶來的產(chǎn)值規(guī)模為16/17億元。熱場主流材料為碳基復(fù)材和等靜壓石墨，碳基復(fù)材供貨周期較短，有效滿足光 伏旺盛需求。由于硅晶體熔點(diǎn)高達(dá)1,

4、420以上，為保證成品質(zhì)量，熱場系統(tǒng)需具備 優(yōu)異的耐熱性、耐腐蝕性、較長使用壽命及極高材料純度，因此除石英坩堝和保溫 氈外，其他熱場系統(tǒng)部件幾乎全部采用等靜壓石墨或碳基復(fù)合材料制成。等靜壓石 墨是采用等靜壓成型方式生產(chǎn)的石墨材料，原材料為骨料（瀝青焦或石油焦）和粘 結(jié)劑（煤瀝青），通過磨粉、熔融、混捏、等靜成型、多次焙燒和浸漬循環(huán)制成， 通過機(jī)加工及氯氣/氟利昂純化后便可制成熱場部件，生產(chǎn)周期6個(gè)月左右。碳基復(fù) 材是指以碳纖維及其織物增強(qiáng)的碳基體復(fù)合材料，碳碳熱場則是將碳纖維維經(jīng)過織 布、成網(wǎng)、準(zhǔn)三維成型、復(fù)合針刺等技術(shù)，形成碳纖維預(yù)制體（毛坯）后，經(jīng)過致 密化處理、高溫純化及石墨化而成，生產(chǎn)

5、周期僅1-2個(gè)月。碳基復(fù)材性能優(yōu)異，大幅度延長熱場使用壽命，減少更換次數(shù)，提高設(shè)備利用 率。碳基復(fù)材多項(xiàng)性能優(yōu)于等靜壓石墨材料：1）高強(qiáng)度：碳基復(fù)材耐壓強(qiáng)度高于石 墨，高溫下仍可保持原有形狀，延長產(chǎn)品使用壽命，從而減少更換次數(shù)并提高設(shè)備 利用率。而石墨材料脆性大，熱場部件在交變熱應(yīng)力和電磁力作用下容易產(chǎn)生裂紋， 造成雜質(zhì)污染；2）低密度：碳/碳復(fù)合材料密度低于等靜壓石墨，制造及使用更方 便；3）高導(dǎo)熱性：碳/碳復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)更低，是在1650以上應(yīng)用的少數(shù)備選 材料，保溫性能優(yōu)異，由其制成的導(dǎo)流筒能提高晶體生長速度，保溫筒保溫效果更 好，有效降低能耗。由碳基復(fù)材制成的熱場部件具有更高耐壓強(qiáng)度

6、、抗彎強(qiáng)度和更 低的導(dǎo)熱系數(shù)，碳碳熱場產(chǎn)品經(jīng)測試可使用90爐次以上，而石墨熱場則只有10-30 爐次，使用碳/碳熱場能夠減少部件更換次數(shù)，從而提高設(shè)備利用率，減少維修成本。大尺寸化及N型技術(shù)趨勢進(jìn)一步凸顯碳基復(fù)材生產(chǎn)及性能優(yōu)勢。大尺寸方面： 硅片尺寸增加可以減少拉晶能耗，提升電池及組件單個(gè)生產(chǎn)線產(chǎn)出量，同時(shí)提升組 件功率，有效降低光伏度電成本，大尺寸產(chǎn)品占比逐漸提高，根據(jù)PVinfoLink，截 止2021年上半年，182/210大尺寸產(chǎn)組件出貨量約20-23GW，滲透率已提升至30% 左右，預(yù)計(jì)全年有望進(jìn)一步提升至50%左右。光伏熱場產(chǎn)品尺寸一般為硅片尺寸的 三倍，硅片166/182/210

7、mm尺寸對(duì)應(yīng)熱場尺寸分別為28/32/36寸，由于碳基復(fù)材可 以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)任意編制成預(yù)制體后進(jìn)行致密化處理制造，生產(chǎn)過程中無余料浪費(fèi)， 大型化僅會(huì)使得原材料成本線性增加，同時(shí)能夠通過減薄厚度來利用現(xiàn)有單晶爐設(shè) 備生產(chǎn)大尺寸晶硅產(chǎn)品，節(jié)約設(shè)備投資成本。與之相反，采用等靜壓石墨生產(chǎn)熱場 不但會(huì)面臨成型及加工難度提高的壁壘，原材料損耗成本也將隨著直徑增加指數(shù)級(jí)增長；此外，大尺寸使得拉棒單爐投料量增加，從而對(duì)坩堝熱場的承重、耐壓及抗 層間剪切強(qiáng)度提出更高要求，碳基復(fù)材成為優(yōu)選材料。N型技術(shù)方面：PERC電池量 產(chǎn)效率已接近理論極限，N型高效電池滲透率不斷提高，有望成為下一代主流技術(shù)， 根據(jù)CPIA，

8、2020年N型電池市占率8.1%，預(yù)計(jì)2021/2023/2025年電池市占率將分 別提升至12.5%/20.7%/27.7%。由于N型硅片的摻雜要難度更大，對(duì)熱場系統(tǒng)的灰 分要求更高（灰分要求：P型200ppm；N型100ppm），熱場部件需進(jìn)行碳化硅 涂層，目前碳碳熱場表面高純涂層制備技術(shù)已經(jīng)取得突破，而石墨材料的熱膨脹系 數(shù)不均，涂層易脫落，因此，隨著N 型硅片推廣，碳碳熱場滲透率有望進(jìn)一步提升。圖：N 型電池占比逐步提升等靜壓石墨受進(jìn)口壟斷，國產(chǎn)碳基復(fù)材彎道超車保障供應(yīng)鏈穩(wěn)定性。2005年以 前，光伏熱場材料仍以等靜壓石墨為主，高品質(zhì)的等靜壓石墨依賴進(jìn)口，生產(chǎn)工藝 封鎖，主要由德國西格

9、里、日本東洋炭素等生產(chǎn)，但海外公司制備及供貨周期長， 價(jià)格較高，嚴(yán)重制約光伏行業(yè)降本擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)程。2005-2010年期間，金博股份及西安 超瑪?shù)葒鴥?nèi)優(yōu)秀公司開始積極探索碳/碳復(fù)合材料在光伏熱場的應(yīng)用，率先推出了坩 堝、導(dǎo)流筒等產(chǎn)品，逐步對(duì)等靜壓石墨產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)口替代。2011年，日本福島地震 導(dǎo)致進(jìn)口等靜壓石墨供應(yīng)緊張，碳/碳復(fù)合材料得到替代機(jī)會(huì)窗口，產(chǎn)品數(shù)量及種類 快速發(fā)展。2012-2015年期間，海外“雙反”倒逼光伏行業(yè)加快降本增效進(jìn)程，推 動(dòng)碳基復(fù)材加速對(duì)等靜壓石墨替代，2016年國內(nèi)光伏行業(yè)逐漸形成全球競爭力，大 尺寸及N型技術(shù)凸顯碳基復(fù)合材料性能及成本優(yōu)勢，滲透率穩(wěn)定攀升。綜合性能、成

10、本及供應(yīng)鏈安全優(yōu)勢，國產(chǎn)碳基復(fù)材已滲透過半，加熱器成重點(diǎn) 滲透領(lǐng)域。由碳基復(fù)材制成的碳碳熱場在技術(shù)、性能、成本、供貨周期等均領(lǐng)先于 進(jìn)口等靜壓等特種石墨熱場，滲透率逐年提升，根據(jù)金博股份招股說明書，2010年 碳基復(fù)材在光伏熱場中滲透率不足10%，2019年在坩堝產(chǎn)品中滲透率已超過85%， 在導(dǎo)流筒及保溫筒中約50%。但在加熱器中滲透率還不足5%，仍有提升空間。主要 是由于加熱器對(duì)材料電阻率的均勻性及一致性要求高，同時(shí)原有電氣系統(tǒng)主要是基 于石墨材料進(jìn)行設(shè)計(jì)及匹配，更換碳基復(fù)材需要優(yōu)化設(shè)計(jì)、重新調(diào)參。二、優(yōu)化空間：工序優(yōu)化+自制預(yù)制體+碳纖維國產(chǎn)化制造費(fèi)用及原材料占碳碳熱場成本比重80%左右，

11、制備工序及預(yù)制體自制產(chǎn)生 成本差異。根據(jù)2020年金博股份及中天火箭年報(bào)，制造費(fèi)用占碳碳熱場成本比重為 34%-50%，制造費(fèi)用占成本比重為37%-45%，但兩家公司單位成本差距接近30萬 元/噸，主要系制備工藝及預(yù)制體采購方式不同所致。制備工藝方面，金博股份采用 制備工藝更為簡化的化學(xué)氣相沉積法，西安超瑪（中天火箭子公司）則綜合化學(xué)氣 相沉積法與液相浸漬法。預(yù)制體采購方面，金博股份已實(shí)現(xiàn)預(yù)制體自制，而西安超 瑪?shù)念A(yù)制體則為外部采購。碳纖維預(yù)制體致密化處理主要有兩種制備工藝：（1）傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積+液相浸漬法是先利用丙烯熱解產(chǎn)生的碳沉積在預(yù)制體 孔隙內(nèi)，再將預(yù)制體浸入液態(tài)浸漬劑中，通過真空、加

12、壓等措施使其滲入預(yù)制體孔 隙，然后經(jīng)固化、碳化以及石墨化和機(jī)加工等處理后得到碳碳熱場產(chǎn)品。（2）金博股份采用的快速化學(xué)氣相沉積法利用甲烷在高溫下熱解產(chǎn)生的碳沉積 在碳纖維預(yù)制體孔隙內(nèi)進(jìn)行致密化，然后通過石墨化及機(jī)加工得到熱場產(chǎn)品?？焖倩瘜W(xué)氣相沉積通過優(yōu)化制備工序，大幅縮短致密周期，降低設(shè)備折舊及輔 助材料成本。相比傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積+液相浸漬法，快速化學(xué)氣相沉積法通過優(yōu)化浸 漬、固化、碳化三個(gè)步驟，減少使用浸潰爐、固化爐、碳化爐等生產(chǎn)設(shè)備，致密周 期從600小時(shí)以上減少至300小時(shí)內(nèi)，有效降低生產(chǎn)能耗，提高設(shè)備利用率，單位設(shè) 備原值產(chǎn)量提高兩倍多。根據(jù)金博股份招股說明書，2018年采用快速化學(xué)氣

13、相沉積 法的單位設(shè)備原值對(duì)應(yīng)成品產(chǎn)量為43.83kg/萬元，相較化學(xué)氣相沉積+液相浸漬法高 出31kg/萬元，若按差異設(shè)備原值3000萬元，10年折舊年限，5%殘值率，則單位產(chǎn) 量節(jié)省設(shè)備折舊成本約19元/kg。此外，而化學(xué)氣相沉積結(jié)合液相浸漬工藝以丙烯為 碳源，丙烯需以氣瓶的形式長途運(yùn)輸至生產(chǎn)現(xiàn)場，運(yùn)輸成本高，額外消耗氮?dú)庾鳛?稀釋氣體，液相浸漬過程所用樹脂具體為糠酮樹脂，糠酮樹脂屬于劇毒物品、易爆、 危險(xiǎn)品，運(yùn)輸要求較高，后期需要氯氣或氟利昂純化才能滿足使用要求。而快速化 學(xué)氣相沉積工藝以天然氣為碳源，無需稀釋氣體，也不需要對(duì)樹脂進(jìn)行液相浸漬。 根據(jù)金博股份招股說明書，2018年快速化學(xué)氣

14、相沉積法的輔助材料成本為16.9元/kg， 較化學(xué)氣相沉積+液相浸漬法節(jié)省84.6元/kg。圖：不同工藝路線致密周期（單位：小時(shí)）縱向一體化攻克預(yù)制體自制技術(shù)降低原材料成本。碳纖維預(yù)制體是以碳纖維為 原材料，經(jīng)成網(wǎng)、織布、布網(wǎng)復(fù)合成型等技術(shù)所形成的坯體，其致密層密度、強(qiáng)度 直接影響光伏熱場產(chǎn)品的力學(xué)及保溫性能。同時(shí)，制備大尺寸、形狀復(fù)雜的碳纖維 預(yù)制體需要攻克氣體定向?qū)恿?、氣量均勻分配等難題，較高設(shè)計(jì)技術(shù)壁壘帶來附加 值溢價(jià)。因此，自制預(yù)制體相比外采不僅能保證產(chǎn)品性能、防止設(shè)計(jì)技術(shù)外溢，并 能有效節(jié)省原材料成本。根據(jù)金博股份招股書，2020年公司自制預(yù)制體的直接材料 成本為191元/kg，而可

15、比公司外采預(yù)制體均價(jià)為362元/kg，相當(dāng)節(jié)省171元/kg，對(duì) 應(yīng)毛利率達(dá)47%。碳纖維國產(chǎn)替代加速，有望進(jìn)一步降低原材料成本。我國碳纖維需求持續(xù)高增 長，國產(chǎn)化率不斷提高，根據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)統(tǒng)計(jì)，2020 年國內(nèi)碳纖維需求為4.88 萬噸，同比+29%，其中國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)1.84萬噸，同比+57%，國產(chǎn)化率從2015年 的18%已大幅提升至2020年的38%。由于新冠疫情導(dǎo)致全球碳纖維產(chǎn)能下降，加之 日美主要生產(chǎn)國鎖緊對(duì)華供給，碳纖維進(jìn)口增速放緩，同時(shí)國內(nèi)風(fēng)電葉片、碳基復(fù) 材等領(lǐng)域需求高速增長，需求缺口進(jìn)一步拉大，國產(chǎn)碳纖維面臨加速進(jìn)口替代的機(jī) 遇窗口，隨著技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程持續(xù)突破，預(yù)計(jì)2025年國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量有望超過 進(jìn)口，國產(chǎn)化有望帶動(dòng)碳纖維價(jià)格下降，從而推動(dòng)碳碳熱場原材料成本進(jìn)一步降低。預(yù)計(jì)2025年行業(yè)產(chǎn)值超40億元，2020-2025年復(fù)合增速為14.95%。2021年行 業(yè)主流公司紛紛宣布擴(kuò)產(chǎn)，亦有新進(jìn)入者高調(diào)宣布產(chǎn)能建設(shè)計(jì)劃，產(chǎn)能達(dá)產(chǎn)后恐將 出現(xiàn)供大于求局面。龍頭公司多年積淀打磨工藝，已掌握低成本生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，或 通過降價(jià)擊穿對(duì)手成本線以逼迫高成本產(chǎn)能出清，保證自身份額提升。因此我們錨 定龍頭成本及適當(dāng)利潤水平判斷長期價(jià)格，預(yù)計(jì)2025年碳碳熱場產(chǎn)值40.7億元， 2021-2025年CAGR為14.95%。長期產(chǎn)值：逆變器跟蹤