光伏产业概况分析

光伏产业概况分析 一、 光伏产业概况 能源与环境问题是制约世界经济和社会可持续发展的两个突出问题。21世纪以来，随着科学技术的深入变革，世界经济呈现良好发展态势，但对传统能源如煤炭、石油、天然气的过度依赖引发了一系列生态环境问题。在此背景下，为了实现经济社会的可持续发展，节能减排、绿色发展、开发利用各种可再生能源已成为世界各国的发展战略，太阳能、风能、地热能等新能源受到各国政府的高度重视及政策扶持。其中，太阳能具有普遍性、清洁性、长久性等优点，是新能源领域的重点发展方向。 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将太阳能直接转变为电能的一种技术，其关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统；此外，光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染等优势，并且无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电。因此，光伏发电行业受到了世界各国的关注和重视。 二、 金刚线行业下游发展概况 作为金刚线的主要下游，光伏需求高增叠加硅片环节加速扩产为金刚线行业带来巨大市场空间。根据观研报告网发布的《中国金刚线行业发展现状调研与未来投资分析报告（2023-2030年）》显示，2020年全球金刚线需求量达5595万公里，金刚线产值达26．66亿元。硅片细线化、大尺寸、薄片化发展趋势确定，有望带动线耗不断提升。预计2025年全球金刚线需求量达18010万公里，金刚线产值达48．52亿元。 金刚线制造与应用最早起源于美、日等发达国家。从早期全球范围来看，日本和美国的金刚线供应商具有国际竞争优势。日本旭金刚石工业株式会社（Asahi）、日本联合材料株式会社（ALMT）、美国DMT等国际知名企业在金刚线制造领域处于世界领先地位。2015年以来，中国企业生产规模及生产效率逐渐提高，生产成本逐渐下降，实现了反超。目前美畅股份、高测股份、恒星科技、三超新材、岱勒新材等中国企业已占据绝大部分市场份额。其中美畅股份金刚线出货量遥遥领先，2021年达4540．82万公里，行业呈现一超多强竞争格局。 三、 金刚石线行业基本情况 金刚石线是通过一定的方法，将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在高强度钢线基体上制成的。通过金刚石线切割机，金刚石线与物件间进行高速磨削运动，从而实现切割的目的。 金刚石线最开始应用于蓝宝石切割，规模应用于蓝宝石切割始于2007年，应用于光伏晶体硅片的切割始于2010年。金刚石线在晶体硅切割中应用的环节包括切方、截断和切片，其中在切方和截断环节，为保证切割速度和切割效率，使用的金刚石线线径较粗，一般达到250-350μm；在切片环节，由于厂家对原材料利用率、单位切割成本的要求更高，一般采用50-70μm的金刚石线。金刚石线用于蓝宝石切割的线径规格与硅切方、硅截断工序类似，一般为180-250μm。 金刚石线主要用于晶体硅、蓝宝石、精密陶瓷等硬脆材料的切割。在晶体硅切割领域，全球2019年金刚石线需求量约为4，835．51万公里；在蓝宝石切割领域，根据中金企信统计数据，全球2017年金刚石线需求量约为110万公里，2020年预计为150万公里；在磁性材料切割领域，金刚石线使用比例仍然较低，且目前磁性材料切割对金刚石线的需求相对晶体硅、蓝宝石较低。因此，金刚石线的需求量按应用领域和环节划分，用于光伏晶硅切片（即50μm-70μm线径规格）的金刚石线用量最大，占当前金刚石线总需求量的比例超过90%。因此，金刚石线的市场需求主要受下游光伏行业的发展情况影响。 金刚石线技术革命推动光伏行业加速发展：我国光伏行业自2013年以来，在政府补贴扶持的背景下取得了快速发展，但近年来光伏行业补贴的逐步下调倒逼光伏企业必须通过降本增效实现行业的可持续发展。硅片作为太阳能电池的核心原材料，其成本下降对光伏行业具有重要意义。早期的硅片切割工序主要采用金刚石内圆锯片工艺，该工艺存在切缝大、硅材料损耗多的问题，同时对硅棒的尺寸也有限制，使得硅片生产成本居高不下。随着切割技术的演进，硅片生产企业逐步转向游离磨料砂浆切割工艺，成本得到一定程度下降，但由于砂浆切割效率依然较低，切割损耗较大，环保处理成本高，切片成本进一步大幅下降的空间较小。因此，上述传统的切割工艺无法使晶硅切片的成本大幅下降、切割效率大幅提高，成为当时制约光伏行业健康持续发展的重要因素。在此背景下，过去几年晶硅切割行业对新型切割工艺的需求尤为迫切。金刚石线切割技术作为近几年出现的新型切割技术，相比于游离磨料砂浆切割方式，具有切割速度快（4-5倍切割速度）、出片率高（多出15-20%硅片）、环境污染小等方面的巨大优势，能够大幅降低硅片生产企业的生产成本，提高光伏装机收益率，推动光伏行业装机量相应增长。 四、 金刚石线的需求展望 金刚石线在光伏产业链中的盈利能力居于前列，2021年利润率水平仅次于硅料，平均毛利率达到35%左右，向上延展到母线或者更上游的企业能达到50%以上。 细线化薄片化与大尺寸有望带动切片环节线耗提升。下游需求方面，平价上网与碳中和时代背景下，光伏需求增加，叠加硅片扩产加速，使得金刚石线需求有望超越行业增长。 五、 全球金刚石线行业概况 全球能源结构的转型持续推动光伏行业市场需求的增长，进而带动金刚线行业的发展。金刚线，按应用领域分，包括面向半导体行业、蓝宝石行业、磁性材料行业应用的金刚线，切割对象分别为半导体硅片、蓝宝石材料及磁性材料。目前业界存在两种不同类型的金刚线树脂金刚线和电镀金刚线。 金刚线采用如电镀或树脂等特殊技术手段，将坚硬的金刚石均匀的固定在钢线上，利用镶嵌有金刚石的钢线和待切割材料之间的相互摩擦作用对硬脆材料进行切割。相对于传统砂浆切割，具有切割速度快、切片品质高、切割损耗小、切割液更环保等优点。 六、 金刚线下游光伏行业发展概况 金刚石线在光伏产业链中的应用:光伏产业链主要包括硅料、硅片、晶硅电池片、光伏组件、光伏发电系统5个环节。上游为硅料的采集、硅片的生产环节；中游为晶硅电池片、光伏组件的生产环节；下游为光伏发电系统的集成与运营环节。其中，硅片切割是切片生产环节的主要工序，金刚石线可用于硅棒截断、硅锭开方、硅片切割，其切割性能直接影响硅片的质量及光伏组件的光电转换性能。 从晶体硅切割技术的发展历程来看，硅片切割方法经历了内圆锯切割、游离磨料砂浆切割、金刚石线切割的技术升级路线，其中每一步改进都带来了原材料利用率、切割效率的提升和硅片单位切割成本的降低。目前，主要的单、多晶硅片生产厂商已全面采用金刚石线切割工艺。 金刚石线切割工艺相较上一代游离磨料砂浆切割工艺具有巨大优势，主要体现在：1）大幅降低线耗成本；2）提高材料利用率，大幅降低切割磨损；3）提高切割速度，大幅提升切片效率；4）摒弃游离磨料砂浆切割所使用的昂贵且不环保的碳化硅等砂浆材料。因此，最近几年金刚石线快速取代游离磨料砂浆线成为光伏行业晶硅切片的主流切割工艺。 金刚石线在蓝宝石产业链中的应用：蓝宝石产业链包括上游的长晶设备制造商、原材料及耗材提供商、蓝宝石晶体生产企业，中游的蓝宝石衬底生产企业、蓝宝石窗口片（消费电子行业用于光学材料）生产企业，以及下游针对不同的应用行业进行深加工的制造企业。 在蓝宝石切割领域，因蓝宝石材料的硬度较大，电镀金刚石线已成为蓝宝石材料切割的主流工具，主要用于蓝宝石衬底、窗口片的开方和切片等。根据经验值，电镀金刚线市场与下游蓝宝石片耗用量直接相关，切割一片2英寸的蓝宝石片需要耗用电镀金刚线2米，蓝宝石切割用电镀金刚线市场的需求主要取决于蓝宝石材料的市场需求。 蓝宝石行业基本情况：蓝宝石晶体是一种氧化铝单晶，具有高硬度、高强度等优质性能；具有耐雨水、沙尘、盐雾等腐蚀的稳定化学性能；具有高表面平滑度、高电阻率及高介电性能。优良的光学、力学、热学、化学及电学性能决定了蓝宝石在民用领域中的重要地位和作用。由于蓝宝石属硬脆材料，其莫氏硬度达到8．5，仅次于金刚石、碳化硅等，其切割加工较为困难。传统砂浆线及金刚石结合力较弱的树脂金刚石线都难以有效完成蓝宝石的切割，因此，电镀金刚石线在蓝宝石切割领域得到推广并大范围应用，目前已替代了传统砂浆线和树脂金刚石线。蓝宝石晶体在微电子及光电子产业是极为重要的基础材料，其市场需求主要为LED行业的蓝宝石衬底材料需求和消费电子行业光学蓝宝石材料需求；蓝宝石有超过80%比例系用于LED衬底材料。 LED行业蓝宝石衬底切割用的金刚石线需求稳定增长：LED是指将电能转化为光能的固态半导体器件，与普通白炽灯、节能灯相比LED具有寿命长、高效节能的优点，是未来照明领域的发展趋势。LED产业链分为上游的衬底制备、外延片制造，中游的芯片生产和下游的封装、应用。目前，LED产品所用的衬底材料主要分为3类：蓝宝石衬底、碳化硅衬底和硅基衬底，其中蓝宝石是目前的主导衬底材料，占LED衬底的95%左右。 蓝宝石作为LED衬底材料的主要生产流程为：由蓝宝石坯料（主要为高纯度的Al2O3，一般纯度要求99．996%以上）经过熔融长晶成蓝宝石晶锭，再通过定向、掏棒等工序加工成蓝宝石晶棒，晶棒经切片、研磨、抛光、清洗等工序制成蓝宝石基片，对于采用了图形化衬底（PSS）技术的衬底，还需在蓝宝石基片的基础上进行PSS工艺。其中，金刚石线主要应用于晶棒的切片环节，其切割质量直接影响蓝宝石基片及LED产品的质量及性能。 目前，全球半导体照明技术正从追求光效向提升品质、光质量和多功能应用等方向发展，产业从技术驱动逐渐转向应用驱动，市场应用领域不断拓宽，市场渗透率不断提升，从照明、显示逐步向汽车、医疗、农业等领域拓展。特别是进入2013年以来，随着各国鼓励政策的实施和LED照明产品价格的下降，LED照明市场的渗透率不断提升。根据LEDinside的数据显示，2016年全球LED照明市场规模达296亿美元，2017年同比增长12%，达331亿美元，光源在照明市场渗透率达到52%。随着中国LED厂商大幅度扩充产能及车用照明、户外景观照明领域快速增长，加上新型态的Micro&MiniLED出现，未来LED照明的应用将更趋多元，LED的渗透率将持续攀高，而LED照明渗透率每增加1%，将直接拉动蓝宝石衬底约107万片的增长需求3，进而带动蓝宝石衬底切割用金刚石线需求的增长。从我国来看，目前我国已成为全球最大的半导体照明产品生产、消费和出口国。根据发改委数据，我国半导体照明产值平均年增长率约30%。 2015年，我国半导体照明产业整体产值达4，245亿元人民币；LED照明产品产量约60亿只；2017年半导体照明产业整体产值约6，538亿元，同比增长25．34%4。根据《半导体照明产业发展规划》，到2020年，我国半导体照明产业整体产值要突破1万亿元，LED照明产品渗透率要达到70%，拓展LED照明产品的应用范围，推动LED在智慧照明、农业照明、健康医疗照明、汽车照明、文化旅游、水处理、可见光通信等领域的应用，满足不同应用需求。可见，期间我国将实现从LED照明产业大国向强国转变，将极大地带动蓝宝石衬底市场的持续发展，进而推动蓝宝石衬底切割用金刚石线需求的不断增长。 消费电子领域蓝宝石切割用金刚石线需求快速增长：自苹果公司在iPhone5中首次使用高透光性的双抛光蓝宝石作为手机镜头保护盖以来，蓝宝石在消费电子行业中得到了广泛的应用。近几年，智能手机生产企业纷纷使用蓝宝石作为摄像头保护玻璃、指纹识别保护镜片，甚至是整块屏幕的保护玻璃。 从消费电子产品应用需求来看，苹果公司作为智能手机的领军企业，其发展方向时常会成为整个行业的发展方向。短期来看，鉴于高品质大尺寸蓝宝石材料有效供应有限，因而苹果公司短期内无法在AppleWatch、iPhone主屏幕上全部使用蓝宝石材料。若苹果公司全线产品使用蓝宝石，必将推动全球智能设备领域蓝宝石需求的爆发式增长，于此同时，作为蓝宝石切割耗材的金刚石线的需求也会有爆发式的增长。