钨丝线行业投资价值分析及发展前景预测

钨丝线行业投资价值分析及发展前景预测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。光伏行业概况（一）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%。（二）光伏行业降本增效持续推进光伏行业呈现规模迅速扩大的发展趋势，主要是因为：一方面受可持续发展理念推动，各国均密集出台相应的产业支持政策，扶持光伏行业发展；另一方面，光伏产业链各企业通过提升光伏发电效率、降低生产成本等方式，光伏发电度电成本显著下降，光伏市场竞争力迅速提升。2011-2021年中国光伏电池片量产转化效率快速提升。同时，根据中国光伏行业协会数据，2021年全投资模型下地面光伏电站在处于较低的等效利用小时数水平即1，000小时的情况下，光伏地面电站发电成本已与目前全国脱硫燃煤电价平均值相当。随着光伏行业降本增效的持续推进，光伏发电经济性逐步显现。（三）光伏行业市场需求预计仍将维持高速增长随着光伏行业降本增效进程的持续推进，光伏发电逐步成为具备市场竞争力的电源形式。同时，全球多国陆续提出零碳或碳中和的气候目标，发展以光伏为代表的可再生能源成为全球共识。在光伏发电成本持续下降和全球绿色复苏等有利因素的推动下，全球及中国新增装机规模仍将快速增长。2021年，全球光伏新增装机规模达到170GW，创历史新高，预计十四五期间，全球光伏年均新增装机将超过220GW。2021年，国内光伏新增装机55GW；同时，2021年10月，《2030年前碳达峰行动方案》到2025年非化石能源消费比重达到20%左右，到2030年非化石能源消费比重达到25%左右。随着碳达峰行动方案的持续推进，十四五期间，中国光伏年均新增装机规模将超过75GW。金刚线行业发展概况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。金刚线规模应用始于2007年，主要用于蓝宝石切割。2010年左右，金刚线切割技术逐步开始应用于光伏领域，包括硅开方、硅截断和硅切片。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，金刚线切割成本实现快速下降，相对砂浆切割的优势逐渐明显，应用规模迅速扩大。随着隆基股份、TCL中环等领先硅片企业开始转向金刚线切片。在单晶切片领域，金刚线切片已在2017年全面取代砂浆切片；随着黑硅、添加剂法等工艺解决了金刚线切割硅片损伤层浅、反射率高的问题，多晶领域金刚线切片的渗透率也快速提升，2018年基本完成砂浆切片向金刚线切片的转换。531新政后，光伏行业降本增效动力更强，单晶PERC电池转换效率不断提高，金刚线细线化持续推进，单晶较多晶的优势进一步拉大，单晶组件在终端占比不断提升，2020年基本完成对多晶的替代。从发展历史来看，金刚线对切片的降本优势，拉开了单晶替代多晶的序幕，助推光伏行业技术迭代。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。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。金刚线技术发展金刚石微粉需要具有一定导电性，才能随镍沉积而被固定在母线表面，进而制备金刚线。为使金刚石微粉具备导电性，一般采用化学镀的方式，使微粉表面沉积金属镀层。金刚线制备过程中，微粉在酸性体系环境中，表面金属镀层容易受到酸性腐蚀而脱落，导致上砂能力减弱、上砂不均、微粉结合力不足。因此金刚石微粉金属镀层需要具备强结合力、高耐腐蚀性能。通过高频超声酸刻蚀技术工艺，实现化学镀金属层金属活化点生长在金刚石刻蚀凹坑内，增强其结合力；通过使用添加剂并精准控制工艺参数，提升镀层耐腐蚀能力。金刚石微粉作为金刚线的主要原材料之一，其质量对于金刚线品质有着较大影响；如在母线上分布不均，出现堆积、团聚等问题，将影响金刚线的使用效果。金刚线微粉复合工艺为微粉制作完成后增加的一道钝化工艺。该技术通过在微粉表面形成一层钝化膜，改善其自身物理性能，最终实现微粉在上砂过程中均匀分布在母线上。金刚线PLC全自动过程控制技术通过计算机模拟系统，使得金刚线生产在一定程度上具备自动化。该技术可以控制制程工艺参数，保持相关参数处于最佳的工艺参数范围，以稳定产品质量。同时，该技术已实现视觉系统与自动加砂控制系统的联动，通过视觉系统监测颗粒密度变化情况，通过自动加砂量控制母线上微粉的颗粒密度，通过对于电镀液液位、温度、PH值的精准监测，实现自动补水、温度控制以及PH值等关键参数的控制，从而促进产品质量的稳定性。随着金刚线产品的持续生产，镀液中积累的金属离子、有机添加剂等杂质不断增加，此类杂质积累到一定程度会影响镀层质量，导致镀层脆性增加，进而影响下游客户使用效果。随着光伏切片技术的不断发展，下游硅片生产企业愈发关注出片率和生产成本，在切片综合良率、切割过程断线率、耗线量等方面提出更高的要求。金刚线高效上砂技术是根据多年经验自主研发的一套基于上砂工艺+核心设备的金刚线制备技术。该核心技术通过严格控制上砂工艺，实现上砂密度、上砂均匀性、上砂形态等关键指标精准把握，通过控制镀液体系、添加剂、镀层厚度与微粉粒径匹配性，实现对微粉结合力、母线脆性等机械性能的把控，从而满足不同下游客户对于切割工艺的需求。同时，该核心技术通过对设备张力系统、导电系统的优化创新，实现了不同规格金刚线的精控制生产，尤其对于规格在35线及以下的产品，可以在低张力、高线速下精准控制不同位置电流，以保证多线机台各位置金刚线的一致性。金刚线母线作为金刚石微粉的载体，其自身破断强度、韧性等方面直接影响金刚线产品的性能，其表面的拉拔沟槽、合金分布等直接影响上砂效率及镀层的结合力。光伏行业高景气，带动金刚线需求放量平价上网叠加双碳背景，全球光伏需求放量高增。尽管受硅料产量限制，2021年内光伏行业全球及国内市场保持高景气度，CPIA统计数据显示2021年内全球光伏新增装机量高达170GW，同比增长30．77%。全球几大主流市场中，欧盟实现装机25．9GW，同比增长34%；美国实现装机26．8GW，同比增长39．6%；印度实现装机11．89GW，同比增长218%。2021年内我国实现光伏装机54．88GW，同比增长13．9%，其中分布式光伏新增装机29．28GW，占比高达53．4%，史上首次突破50%；户用光伏新增装机21．6GW，同比增长113．3%，创历史新高。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。金刚线行业概况（一）金刚线逐步实现在光伏行业的完全渗透2011-2014年，金刚线在光伏行业渗透率较低，主要是因为2014年前，金刚线产品供应主要集中于日本供应商，金刚线单价较高，同传统砂浆游离磨料切割硅片相比，不具备成本优势；同时，国内金刚线生产企业的产品开发，尚处于起步阶段。2015-2016年，金刚线在单晶硅切片领域的渗透率提升至35-55%，主要是因为国内金刚线生产企业在产品生产技术取得突破，打破日本供应商在行业内的垄断，金刚线产品单价由2014年的300-600元/公里下降至2016年的200-500元/公里；同时，单晶硅相较多晶硅质地更为均匀，从而率先实现金刚线工艺配套。相较传统砂浆游离磨料切割工艺，金刚线切割速度提高4-5倍，切割硅片出片率提升15-20%，此外切片质量更为稳定，对环境污染较小。但2015-2016年，金刚线在单晶硅切片领域的渗透率仍较低，主要是因为金刚线在多晶硅切片领域，尚未解决金刚线切割导致的后端制绒工艺问题，影响多晶硅片的转化效率。2017年至今，金刚线在单晶硅切片及多晶硅切片领域的渗透率逐步提升；一方面，单晶硅切片领域率先实现金刚线工艺的全面应用；另一方面，多晶硅切片领域通过黑硅及PERC等技术的成熟解决了后端制绒工艺问题，大幅降低成本的同时提升了电池效率，带来了金刚线在多晶硅片切割应用的快速发展。此外，随着金刚线切片技术的大规模应用，单晶硅片的生产成本大幅下降；同时，由于单晶硅片的转化率更高，相较多晶硅片逐步体现出性价比优势。2021年，单晶硅片市场份额达94．5%，因此，目前金刚线切割硅片主要应用于单晶硅片切割领域。（二）金刚线行业市场需求不断扩大2011年以来，光伏装机规模扩增带动硅片产能及产量增长；同时，金刚线切片工艺实现在硅片切割领域的完全渗透，共同推动金刚线市场容量不断扩大。根据中国光伏行业协会数据，2021年全球光伏新增装机规模同比增长31%达到创历史新高的170GW，乐观估计2022年到2025年全球新增光伏装机容量仍将维持持续增长趋势。受益于下游行业的增长，金刚线未来市场需求也将不