光伏行业发展规模迅速扩大分析

光伏行业发展规模迅速扩大分析光伏行业发展规模迅速扩大随着可持续发展观念深入人心，光伏行业作为能源可持续发展的重要载体，呈现规模迅速扩大、技术进步显著、成本持续下降的发展态势。光伏发电在中国、欧洲、美国、日本等传统光伏发电市场保持快速增长，在东南亚、拉丁美洲、中东和非洲等地区光伏发电新兴市场亦快速启动。由上，2011-2021年，全球光伏发电规模快速扩大；截至2021年末，全球光伏装机累计规模达到843．09GW，年均复合增长率超过27．86%。截至2021年末，中国光伏累计装机规模达到306．40GW，年均复合增长率超过58．26%。细线化薄片化带来金刚线单位需求增加金刚线耗材属性，细线化、薄片化带动单位需求显著增加。光伏硅片生产环节中，金刚线消作为耗材，消耗量与硅片产量成正比。每片硅片出货量对应1．5米金刚线消耗，按单片硅片4W测算则单GW光伏需求对应37．5万千米金刚线需求。然而，在硅料价格高企背景下，光伏硅片出现明显薄片化趋势，同时金刚线出现明显细线化趋势，两者合力提升单位硅料出片率。美畅股份最新数据显示，以38m金刚线切割硅棒，获取厚度在165-160m的182硅片，对应约4米单片线耗，以每片7．59W试算，则单GW金刚线耗增加至52．7万千米，对比以往增加40．53%。受降本及新型电池片技术渗透驱动，硅片薄片化趋势仍在延续。CPIA发布中国光伏产业路线显示，p型单晶硅片平均厚度在170m左右，较2020年下降5m，用于TOPCon电池的n型硅片平均厚度为165m，用于异质结电池的硅片厚度约150m，用于IBC电池的硅片厚度约130m。同时，硅料价格仍在高位，驱动金刚线进一步细线化，美畅股份40m线径以上产品出货占比快速减少，36m出货占比已接近40%，恒星线径35m的金刚线产品已经进入试用阶段。进一步薄片化及细线化，有望驱动单GW金刚线需求在52．7万千米的基础上，进一步增加。硅片环节扩产快，金刚线潜在需求巨大。光伏硅片环节近年来呈现隆基股份及中环股份双寡头格局，2020年底隆基股份具备硅片产能85GW，中环股份具备硅片产能55GW，硅片制造全行业产能265．3GW。隆基及中环两者市占率分别为32．04%、20．73%。2021年以来光伏行业持续保持全球范围高景气，同时重大产业扶持政策集中释放，构建行业长期景气预期，因此各大企业加速产能扩张。以京运通、上机数控为代表的多家企业宣布扩产，跨界进入硅片制造领域。根据公司公告，2021年底隆基股份硅片名义产能达105GW；中环股份硅片名义产能达85GW，全行业名义产能425．1GW，目前已公开远期规划产能合计达660GW。光伏整体高景气引发全行业扩产，硅片行业扩产速度较快，产能扩建最快在100天内，行业规模扩张目前仍然主要受限于硅料环节。根据中国光伏协会CPIA统计，2021年度全国硅片产量为227GW，同时预测2022年全国硅片产量不少于293GW。然而，如果按各个硅片厂商规划产能测算，2021底硅片行业名义年产能425．1GW，硅片行业远期名义年产能660GW，假设排产率100%，则金刚线潜在需求最大可达3．48亿千米。金刚线行业的技术水平及发展趋势金刚线作为硬脆材料切割的重要耗材，直接决定了下游切片厂商切片的质量和成本。金刚线在切割过程中要承受高频率的往复运动和较大的张力，金刚线的金刚石分布密度和固结强度、金刚石切割能力、钢线的抗疲劳性能等方面都直接影响金刚线的性能。本行业研发、生产技术工艺复杂，技术迭代较快，制程控制严苛，各个生产环节对技术工艺人员的要求较高。在行业的主要应用方向硅切片领域，近年受硅料价格上涨、N型电池片渗透率提高等因素影响，线径细线化的演进速度进一步提高，较小的线径和介质粒度有利于降低切削损耗和生产成本。根据CPIA《中国光伏产业发展路线图（2021版）》，2021年金刚线母线直径已下降至43-56μm。目前，行业内主流厂商已掌握35μm规格碳钢线（对应母线直径约40μm）生产技术，逼近碳钢丝母线的物理性能极限。硅片切割过程中，母线需要有足够的力学性能，40μm以下的钢丝存在破断拉力偏小、切割能力不足等问题。以钨丝线作为金刚线母线，在强度等方面具备优势，进一步细线化空间大，有希望成为金刚线母线发展的主要方向之一。如钨丝线能克服产能、线长、品质稳定性等产业化难点，得到广泛应用，将有望进一步降低金刚线线径，从而推动下游光伏行业降本增效。金刚线行业发展趋势相较于碳钢线，钨丝线具备高破断拉力值、高扭转值等优异性能表现，在使用更细的线径后，能够有效降低硅片生产环节的碎片率。在目前硅料价格较高的背景下，尽管钨丝线相较碳钢线单价更高，硅片生产企业使用钨丝线，仍能通过减少切割的硅损耗提升生产效益。金刚线线径越细，锯缝越小，切割时产生的锯缝硅料损失越少，同样一根硅棒可切割加工出的硅片数量越多，制造硅片所需的硅材料越少。金刚线母线直径已由2016年的80μm降至2019年的50μm，相应降低了切割料损。全球范围内，以光伏、风电为代表的可再生能源在全球能源消费结构中的比例不断上升成为全球能源结构转型的发展方向。光伏行业高景气，金刚线行业乘风起金刚线主要用于晶体硅、蓝宝石、磁性材料等硬脆材料切割。金刚线指通过工序将金刚石微粉固结在高强度母线上形成的线锯。金刚线与被切割物间形成相对高速磨削运动，达到切割的目的。从产业链的角度来看，上游主要为原材料，具体包括母线、金刚石微粉、金属镍以及工字轮等，中游为金刚线制造环节，通过镀镍、上砂、水洗等工序进行金刚线生产；下游市场方面，金刚线主要用于晶体硅切割和蓝宝石切割，其中晶体硅切割包括开方、截断以及硅片切割，开方和截断环节使用较粗的金刚线（250μm以上），硅片切割则采用较细的金刚线，目前主流产品规格迭代至33-38μm；蓝宝石切割对金刚线线径要求居中，通常采用100-250μm的规格。原材料成本占比较高从生产工艺看，金刚线目前主流工艺为电镀。通过电镀工艺在母线上沉积一层金属镍，金属镍层包裹金刚石微粉颗粒，使得金刚石颗粒被固结在母线上，从而具备高速运动下的切割能力。树脂工艺由于金刚石固结度低、切割效果较差，目前已基本被淘汰。电镀金刚线主要原材料为母线和金刚石微粉，辅材包括镍、化学品（氨基磺酸镍、硼酸等）、包装材料（工字轮）等。母线：固结金刚石颗粒的基线，一般为高碳钢丝，由拉丝厂商将盘条拉制为不同直径的钢线（即黄丝），再将黄丝进一步拉为微米级钢丝（即母线）。核心工艺流程主要包括母线预处理、母线预镀镍、上砂和加厚镀镍四个步骤十、市场空间广阔，复合增速40%以上。下游：行业应用上，硅片切割上金刚线渗透率从2019年开始已经实现100%，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CPIA预测，2025年全球光伏新增装机乐观情形下达到330GW，考虑容配比及硅片加速扩产带来的超产，对应495GW硅片需求。线耗：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。2017年单晶硅片主流线径65μm，2021年降至43μm，目前主流线径在38μm左右，部分龙头已实现36μm产品批量出货，预计到2025年金刚线线径下降至28μm。目前线耗在50万公里/GW以上，按线径每下降10%、切割速度变慢引起的线耗提升10%计算，细线化导致切割速度下降引起的线耗提升预计在13万公里/GW以上，叠加细线化导致切割力下降以及大尺寸、薄片化带来良率降低等因素，预计到2025年金刚线线耗提升至72万公里/GW。价格：行业低谷时刻已过，未来细线化有望带动单价提升。加上市场格局优化、份额向头部企业集中，预计到2025年，平均价格小幅提升至42元/公里。预计到2025年，光伏领域金刚线需求3．6亿公里左右、市场空间达150亿以上。2021-2025年，金刚线复合增速预计在40%以上。光伏行业持续保持高景气度，上游切割材料环节也受到高度关注。近期，多家金刚线生产企业披露业绩预告，均实现大幅增长。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。随着电镀金刚石线的制造成品的降低和规模化效应的显现，树脂金刚石线的成本优势也将不复存在。特别是MCCE技术（金属催化化学腐蚀法，即湿法黑硅技术）成功解决了多晶电池表面反射率高的难题，为电镀金刚石线在多晶切片领域大面积推广铺平了道路。金刚线把金刚石的微小颗粒固结在切割钢线上制成的切割线，使用时将金刚线安装于切割机上，启动切割机使金刚线高速转动，固结于其上的金刚石颗粒进行切割，用于硅棒截断、硅锭开方及硅片切割，其切割性能直接影响硅片质量及组件光电转换性能。据统计，金刚线占单晶硅片的成本比重仅1%，占非硅成本仅6．51%。目前金刚线的母线材料为高碳钢，高碳钢丝线径进一步降低可能出现力学性能不足的等问题，实验室证实钨丝线径可以更细、承受更大拉力，是未来金刚线母线材料可能的发展方向之一。2021年以来，随着硅料价格不断上涨，光伏硅片、电池片、组件等下游环节硅成本压力持续增加，迫使下游各环节进一步降本。在此背景下，硅片薄片化与金刚线细线化加速推进。金刚线直径及微粉粒度同硅片切割质量及切削损耗量相关，较小的线径和微粉粒度有利于降低切削损耗和生产成本，符合硅片生产环节大尺寸及薄片化的发展趋势。目前受材料特性限制，碳钢母线线径逐步接近其材料的物理极限，进一步细线化存在困难。全球金刚线行业现状及竞争分析金刚线是金刚石切割线的简称，还被称为之为钻石切割线或者钻石线。工业上许多硬质材料都是用切割钢线或者更高质量的金钢线来切割的，比如光伏领域的多晶硅切片，单晶硅，晶棒，金钢线是光伏硅片切片过程中的重要耗材，已实现全面应用。光伏目前已成为金刚线最大的应用市场，占总需求量90%以上。金刚线价值量在1-2分/W，略高于硅片生产过程中的坩埚、热场等其他耗材。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。金刚线行业发展现状及市场格局金刚线是将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在母线（一般为高碳钢丝）上制成的，通过金刚线与被切割物体间进行高速磨削运动，从而实现切割目的。金刚线最早应用于蓝宝石切割，2010年左右开始应用于光伏。在光伏上，金刚线主要用于硅片切割（包括截断和切片，切片为主），其切割性能直接影响硅片质量及电池效率。光伏目前已成为金刚线最大的应用市场，占总需求量90%以上。金刚线切割优势明显，行业全面普及。相比上一代技术砂浆切割，金刚线切割具有出片率更高（切割磨损少）、切割速度快、环境污染小等优势，因此具备较强的竞争优势，在与砂浆切割的竞争过程中逐渐胜出。金刚线切割技术2010年左右开始应用于光伏，早期切割设备与耗材（即金刚线）主要依靠进口，成本相对较高。2014年以来，随着技术的成熟以及国产设备和材料厂商崛起，金刚线切割成本实