20210927-湘财证券-湘财证券光伏设备行业深度报告：碳中和背景下光伏设备行业投资逻辑梳理-solarbe文库

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敬请阅读末页之重要声明碳中和背景下光伏设备行业投资逻辑梳理相关研究行业评级增持近十二个月行业表现 1个月 3个月 12个月相对收益 -7.58 23.11 95.80 绝对收益 -0.50 22.06 89.64 注相对收益与沪深300相比分析师仇华证书编号S0500519120001 Tel8621 50293530 Emailqh3062xcsc.com 分析师轩鹏程证书编号S0500521070003 Tel8621 50293528 Emailxuanpcxcsc.com 地址上海市浦东新区银城路88号中国人寿金融中心10层湘财证券研究所核心要点 ❑ “碳中和”叠加成本大幅下降，全球光伏装机有望快速增加目前，全球已有 130 多个国家和地区提出“零碳”或“碳中和”目标，碳中和已成全球共识。而若要实现碳中和，必须大幅提升清洁能源发电比重。由于光伏发电具备低成本、地理条件要求低及应用场景多等优势，未来光伏发电有望成为全球主要发电方式之一。乐观情况下，2025 年全球新增光伏装机有望达 330GW，相比 2020 年 130GW 复合增长率为 20.5。因此，全球光伏装机量的大幅提高将推动光伏设备行业需求的快速提升。 ❑ 大尺寸硅片推动设备更新，新进入者和一体化企业加速扩产在全球光伏装机量有望快速提升的背景下，传统硅片龙头、一体化组件企业以及众多新玩家纷纷扩建硅片产能，预计2021-2023年全球新增硅片产能将超过170.1、129.3、120.7GW。此外，硅片大尺寸化和薄片化趋势也催生硅片存量设备更新换代需求，预计 2021-2023年存量设备更新产能将达 10、 30、60GW。推动全球硅片设备市场规模将达到380.1、326.6、361.4亿元。 ❑ N型电池技术逐渐成熟，新设备投资高峰即将来临 TOPCon、HJT 等 N 型电池具备高转换效率、低衰减、高发电量等优势，未来渗透率有望快速提升。目前，众多公司已建立N型电池生产线或中试线，TOPCon、HJT电池规划产能已超过50、100GW。我们预计2021-2023 年，TOPCon电池新增产能将达9.9、20.5、59.4GW，设备市场规模达24.7、 38.5、81.2亿元。HJT电池新增产能达到3.8、12.9、39.9GW， HJT电池设备市场规模将达到17.2、51.5、139.7亿元。 ❑ 组件行业集中度持续提升，龙头企业密集扩产马太效应凸显推动组件行业集中度快速提升，各大龙头组件厂纷纷扩建产能。与此同时，大尺寸、SMBB、低温焊接等新工艺技术也推动存量组件设备迎来更新。我们预计2021-2023年，全球新增光伏组件设备产能将达105.0、 88.2、71.8GW，存量更新产能 20.0、40.0、60.0GW，推动全球组件设备市场规模达到77.5、78.2、80.4亿元。 ❑ 投资建议在全球碳中和形成共识的背景下，全球新增光伏装机容量有望快速增加。与此同时，大尺寸、薄片化、TOPCon、异质结、SMBB等光伏产业链各环节的新技术和新工艺也在快速发展，带动光伏发电成本持续下降的同时也推动存量光伏设备迎来更新换代。因此，我们预计未来光伏设备行业需求将维持高景气，光伏硅片、电池设备的核心制造商以及向产业链下游纵向延伸带来业绩爆发的设备公司等将充分受益。综上，我们给予光伏设备行业“增持”评级。 ❑ 风险提示全球新增光伏装机容量不及预期。技术进步不及预期。 0 50 100 150 20/09 20/11 21/01 21/03 21/05 21/07 21/09 光伏设备申万沪深300 证券研究报告 2021年09月27日湘财证券研究所行业研究光伏设备行业深度报告 1 行业研究敬请阅读末页之重要声明正文目录 1 “碳中和”叠加发电成本大幅下降，全球光伏装机容量有望快速增加 4 1.1 “碳中和”已成共识，主要大国均已设立目标时间点 . 4 1.2 能源活动是碳排放主要来源，电力部门排放占比高 5 1.3 发电成本大幅下降叠加应用场景丰富，全球光伏装机容量有望快速增加 6 1.4 装机增加叠加技术进步推动产业链迎来设备投资高峰 9 2 硅片环节硅片企业持续扩建产能，大尺寸推动存量设备更新升级 . 11 2.1 传统玩家、新进入者共同加码，硅片产能快速增加 11 2.2 降本增效驱动大尺寸硅片渗透率快速提升 12 2.3 存量设备多数难兼容大尺寸硅片，亟需改造更新换代 14 2.4 光伏硅片设备行业格局及厂商梳理 16 3 电池环节N型电池技术逐渐成熟，新设备投资高峰即将来临 . 19 3.1 电池成为未来驱动光伏发电成本下降的主要动力 19 3.2 TOPCon电池可由PERC电池升级而成，更受传统电池厂青睐 22 3.3 HJT电池下一代主流技术平台，新旧玩家齐入场 . 26 3.4 光伏电池设备核心制造商梳理 32 4 组件环节行业集中度持续提升，龙头密集扩产 33 4.1 组件商核心竞争力品牌、渠道和产品 33 4.2 马太效应逐渐凸显，龙头开始加速扩产 35 4.3 光伏组件设备核心制造商梳理 38 5 投资建议 40 6 风险提示 40 图表目录图 1 2017年全球分部门温室气体排放比例 . 5 图 2 2017年中国分部门温室气体排放比例 . 5 图 3 2016-2020年全球各发电方式发电量占比 . 6 图 4 2016-2020年中国各发电方式发电量占比 . 6 图 5 2010-2020年全球各可再生能源加权平均LCOE 7 图 6 2010-2023年全球各可再生能源加权平均LCOE 7 图 7 地面电站、BIPV、分布式光伏等光伏发电场景举例 8 图 8 2021-2025年我国新增光伏装机容量预测GW 9 图 9 2021-2025年全球新增光伏装机容量预测GW 9 图 10 光伏产业链概览 9 图 11 全球光伏设备市场规模亿美元 10 图 12 各类型电池转换效率和组件输出功率对比（W，） 13 图 13 全球太阳能硅片市场结构. 14 图 14 市场主流硅片平均厚度及预测（μm） . 15 图 15 高测股份各型号切片机主要参数对比 . 15 2 行业研究敬请阅读末页之重要声明图 16 近五年晶盛机电营收、归母净利润及增速亿元， . 17 图 17 2020年晶盛机电营业收入结构亿元， . 17 图 18 近五年连城数控营收、归母净利润及增速亿元， . 17 图 19 2020年连城数控营业收入结构亿元， . 17 图 20 近五年金博股份营收、归母净利润及增速亿元， . 18 图 21 2020年金博股份营业收入结构亿元， . 18 图 22 近五年高测股份营收、归母净利润及增速亿元， . 18 图 23 2020年高测股份营业收入结构亿元， . 18 图 24 光伏产业链各环节主要降本增效路径 . 19 图 25 主流光伏电池类型转换效率预测 . 20 图 26 今年以来各光伏厂商不断创造新的电池转换效率记录 . 21 图 27 未来光伏电池市场结构预测 . 21 图 28 PERC、TOPCON电池结构对比 . 22 图 29 PERC和TOPCON电池生产工艺对比 . 22 图 30 中来股份TOPCon电池2.0技术生产工艺及设备 24 图 31 全球光伏电池片产能及增速（GW，） . 25 图 32 PERC与HJT电池结构对比 27 图 33 HJT异质结电池生产工序、设备及主要生产商 27 图 34 近五年迈为股份营收、归母净利润及增速亿元， . 32 图 35 2020年迈为股份营业收入结构亿元， . 32 图 36 近五年捷佳伟创营收、归母净利润及增速亿元， . 33 图 37 2020年捷佳伟创营业收入结构亿元， . 33 图 38 彭博新能源财经2020年全球光伏组件企业融资价值前十名 34 图 39 晶科能源全球制造与销售体系布局 . 34 图 40 2020年各光伏组件企业出货量及毛利率GW， 35 图 41 全球太阳能组件行业集中度 . 36 图 42 奥特维多主栅串焊机. 37 图 43 近五年奥特维营收、归母净利润及增速亿元， . 39 图 44 2020年奥特维营业收入结构亿元， . 39 图 45 近五年金辰股份营收、归母净利润及增速亿元， . 39 图 46 2020年金辰股份营业收入结构亿元， . 39 图 47 近五年先导智能营收、归母净利润及增速亿元， . 40 图 48 2020年先导智能营业收入结构亿元， . 40 表 1 明确碳中和目标和进展的国家统计 . 5 表 2 光伏各环节主要设备提供商合同负债变化（亿元，GW） 10 表 3 全球主要硅片企业现有产能及未来规划GW . 11 表 4 光伏硅片规格及尺寸. 12 表 5 京运通单晶炉主要生产参数对比 . 14 表 6 全球光伏硅片设备市场规模预测GW，亿元 . 16 表 7 光伏硅片生产工艺流程、设备及主要设备提供商 . 16 表 8 TOPCon膜沉积设备和技术路线对比 . 23 表 9 各公司TOPCon电池现有产能及规划GW， 25 表 10 TOPCon电池设备市场规模测算. 26 3 行业研究敬请阅读末页之重要声明表 11 PERC电池与HJT电池生产成本对比 2020年 28 表 12 PERC电池与HJT电池生产成本对比 2023年 30 表 13 各公司HJT电池现有产能及规划GW 30 表 14 HJT电池设备市场规模测算 31 表 15 HJT电池设备整线供应厂商梳理 32 表 16 全球主要太阳能组件龙头厂商产能及规划GW . 36 表 17 全球太阳能组件设备市场规模测算GW，亿元 . 37 表 18 光伏组件生产工艺流程、设备及主要设备提供商 . 38 4 行业研究敬请阅读末页之重要声明 1 “碳中和”叠加发电成本大幅下降，全球光伏装机容量有望快速增加 1.1 “碳中和”已成共识，主要大国均已设立目标时间点碳中和宣言确立我国风光发电未来发展前景。2020年9月，我国在联合国大会上提出“2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和”的“3060目标”。 2020年12月，习主席在气候雄心峰会上宣布，2030年，中国单位GDP二氧化碳排放将比 2005 年下降 65以上，非化石能源占一次能源消费比重达 25，森林蓄积量比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。截至2020年，我国风电和光伏的总装机容量分别为 281.5GW、253.7GW，合计535.2GW。若要达到2030年1,200GW的装机容量，每年则至少需新增风电和太阳能装机容量66.5GW。国外大部分国家和地区也已提出或确立“碳中和”目标。在气候雄心峰会上，除中国外全球另有70多个国家首脑做出声明，其中涉及45份新的和加强的巴黎协定国家自主贡献、24 份净零排放承诺，以及 20 个新的适应和复原力计划。2021年2月，美国正式重返巴黎协定。8月10日，美国参议院通过缩减版的 5,500 亿美元基建法案，主要聚焦道路、桥梁、货运铁路等传统基础设施。电力基础设施更新类别支出规模约 600 亿美元，且主要涉及输配电网络、碳捕获以及氢能源等项目。随后，美国参议院批准 3.5 万亿美元预算决议。其中，能源和自然资源、环境与公共事务两大类别的支出规模分别约1,980亿美元和670亿美元，涉及清洁电力、电气化补贴、太阳能和气候友好型技术发展以及清洁能源制造和汽车供应链技术融资等项目。欧洲方面，今年5月，欧洲议会已批准欧洲气候法案，根据该法案，2030 年欧盟温室气体净排放量相比1990年至少减少55％；2050年前，欧盟各成员国将实现气候中和。截至2021年6月，根据英国EnergyClimate Intelligence Unit组织统计的全球净零排放跟踪表，全球已有超过 130 个国家和地区提出了“零碳” 或“碳中和”的气候目标，包括已实现碳中和的2 个国家、已立法的6 个国家和欧盟、处于立法中状态的5个国家。另外，有20个国家发布了正式的政策宣示。提出目标但尚处于讨论过程中的国家和地区有近100个。 5 行业研究敬请阅读末页之重要声明表 1 明确碳中和目标和进展的国家统计碳中和进展国家和地区承诺年已实现苏里南共和国、不丹已立法瑞典2045、英国2050、法国2050、丹麦2050、新西兰2050、匈牙利2050、欧盟2050 立法中加拿大2050、韩国2050、西班牙2050、智利2050、斐济2050 政策宣示中国2060、芬兰2035、奥地利2040、冰岛2040、美国2050、日本2050、南非2050、德国2050、巴西2050、瑞士2050、挪威2050、爱尔兰2050、葡萄牙2050、巴拿马2050、哥斯达黎加2050、斯洛文尼亚2050、安道尔2050、梵蒂冈城2050、哈萨克斯坦2050 资料来源ECIU，湘财证券研究所 1.2 能源活动是碳排放主要来源，电力部门排放占比高能源活动是全球温室气体排放的主要源头。根据世界资源研究所WRI 数据，2017年能源活动排放量占全球温室气体总排放量的比例高达73。其次是农业活动，排放比例为11.8。土地利用变化和林业排放占比6.4，工业生产过程排放占比 5.7，废弃物处理排放占比 3.2。而在能源排放活动中，电力和热力部门温室气体排放占比最高，为30.4。与全球相比，我国能源活动、电力热力行业碳排放占比更高。而与全球相比，我国能源活动碳排放占比则更高，为 85.2。其中主要原因在于我国的电力和热力行业碳排放占比更高，为 41.6，这与我国的以火电为主的发电结构密切相关。此外，我国的工业生产过程排放占比为9.7，也明显高于全球，而建筑、交通及农业部门的碳排放占比则交通运输排放占比则较低。图 1 2017年全球分部门温室气体排放比例资料来源WRI，湘财证券研究所图 2 2017年中国分部门温室气体排放比例资料来源WRI，湘财证券研究所电力热力用能, 30.4 交通用能, 16.2 制造业用能, 12.4 建筑业用能, 5.6 燃料逃逸, 5.6 其他燃料, 2.9 农业, 11.8 土地利用变化和林业, 6.4 工业生产过程, 5.7 废弃物处理, 3.2 电力热力用能, 41.6 制造业和建筑业, 23.2 交通运输, 7.5 逃逸排放, 5.9 建筑部门, 4.5 其他燃料燃烧行业, 2.5 农业, 6.1 工业生产过程, 9.7 土地利用变化和林业, - 2.6 废弃物处理, 1.6 6 行业研究敬请阅读末页之重要声明火力发电为主是电力热力碳排放较高的主要原因。从全球范围看，以燃烧煤炭等化石燃料为主的火力发电虽然近年来的发电量占比有所下降，但仍是最主要的发电方式，2020 年火力发电量占全球发电总量的比例仍高达 59.9。而水力发电由于受地理条件约束，近年来发电量占比基本维持在18 左右。核能发电则由于安全等原因近年来装机建设放缓，发电量占比持续下降，2020年约11.5。风力发电和太阳能发电虽然近年来发电量占比持续提升，但目前占比仍较低，2020年发电量占比分别仅为6.8和3.6。我国由于煤炭资源丰富，因此火力发电量占比更高。而与全球相比，我国由于煤炭资源十分丰富，因此火力发电占总发电量的比例更高，2020年仍有 70.7的电量由火力发电方式提供。水力发电同样由于地理条件约束，近年来发电量占比基本维持在 16左右。而风力发电、核能发电以及太阳能发电的占比则持续提升，2020年发电量占比分别为6.2、4.9和1.9。但与全球相比，我国风电和太阳能发电的比例仍较低。因此，未来我国碳中和目标的实现，必须大幅提高风电和太阳能发电在我国发电结构中的比重。图 3 2016-2020年全球各发电方式发电量占比资料来源Wind，湘财证券研究所图 4 2016-2020年中国各发电方式发电量占比资料来源Wind，湘财证券研究所 1.3 发电成本大幅下降叠加应用场景丰富，全球光伏装机容量有望快速增加发电成本快速下降推动光伏发电进入“平价时代”。从发电成本角度看，根据国际可再生能源署IRENA的统计，自 2010-2020 的十年时间里，在生产成本大幅下降和技术快速进步驱动下，全球光伏发电加权平均LCOE平准化度电成本已从38.1美分/kWh下降至5.7美分/kWh，降幅高达85.0。而 0 20 40 60 80 100 2016 2017 2018 2019 2020 火电水电风电核电太阳能 0 20 40 60 80 100 2016 2017 2018 2019 2020 火电水电风电核电光伏 7 行业研究敬请阅读末页之重要声明同期水力发电LCOE则上升至4.4美分/kWh，海上风电、陆上风电、光热发电、以及生物质发电LCOE则分别下降48.1、56.2、68.2、0，均小于光伏发电的LCOE降幅。2021年4月，沙特的Al Shuaibu 600MW光伏项目，更是将全球光伏发电的最低中标价记录刷新至 1.04 美分/kWh。6 月 16 日，在四川甘孜州正斗一期 200MW 光伏招标项目中，国家电投集团四川电力有限公司也将国内光伏电站上网电价最低记录刷新至0.1476元/kWh。图 5 2010-2020年全球各可再生能源加权平均LCOE 资料来源IRENA，湘财证券研究所与此同时，随着光伏发电系统转换效率和发电功率的持续提升，光伏发电LCOE仍有很大的下降空间。预计到2022年，全球光伏发电加权平均LCOE 将再下降29.8至4.0美分/kWh。而光热发电LCOE则下降至7.6美分/kWh，陆上风电LCOE回升至4.3美分/kWh，海上风电维持8.4美分/kWh。光伏发电成本的持续大幅下降不仅将推动光伏发电具备相比于火力发电更大的成本优势，也将使得光伏发电成为全球最便宜的可再生能源发电方式。图 6 2010-2023年全球各可再生能源加权平均LCOE 资料来源IRENA，湘财证券研究所 8 行业研究敬请阅读末页之重要声明相比其他可再生能源发电，光伏发电应用场景更加丰富。除了发电成本下降速度更快以外，相比风力发电等其他清洁能源，光伏发电的应用场景也更加丰富，包括地面电站、分布式光伏以及BIPV等多种应用场景。一、地面电站。主要适合在荒地、沙漠等不适宜居住和工业生产的区域，通过建设大功率集中式地面电站，通过电网向外输送电力。二、分布式光伏。包括工商业和户用两类。分布式光伏可以在满足自用的条件下，对外输出电力。三、光伏建筑一体化BIPV。当前的分布式光伏主要以屋顶为主，而随着光伏和建筑技术的融合，未来建筑物的侧面外墙也可以安装光电幕墙来进行发电。6 月24日，我国能源局正式下发关于报送整县市、区屋顶分布式光伏开发试点方案的通知，BIPV和分布式光伏的应用场景迎来政策的鼓励和支持。图 7 地面电站、BIPV、分布式光伏等光伏发电场景举例资料来源公开资料整理，湘财证券研究所综上所述，我们认为，在全球越来越多的国家加入碳中和的一致共识下，风力发电、光伏发电等可再生能源在电力结构中的比重有望快速提升。而其中，由于光伏发电成本的持续大幅下降、以及地面电站、分布式光伏、BIPV 等应用场景的不断拓宽，未来全球光伏发电的装机容量有望持续快速增加。根据中国光伏行业协会CPIA的预测，保守情况下2025年我国新增光伏装机容量将达到90GW，相比2020年48.2GW，复合增速为13.3。而 2025年全球新增光伏装机容量为270GW，相比2020年130GW，复合增速为15.7。在而乐观情况下，2025年我国新增光伏装机容量将达到110GW，相比2020 年复合增速将达到17.9。全球新增光伏装机容量将达到330GW，相比2020 年的复合增速将达到20.5。 9 行业研究敬请阅读末页之重要声明图 8 2021-2025年我国新增光伏装机容量预测GW 资料来源CPIA，湘财证券研究所图 9 2021-2025年全球新增光伏装机容量预测GW 资料来源CPIA，湘财证券研究所 1.4 装机增加叠加技术进步推动产业链迎来设备投资高峰纵观整个光伏产业链，可大致分为多晶硅料、单晶硅棒和硅片、太阳能电池、太阳能组件以及光伏电站五个环节。其中，多晶硅料环节主要是将金属硅通过改良西门子法或硅烷流化床法加工为多晶硅料，核心设备为还原炉。单晶硅棒和硅片环节主要是将多晶硅料通过长晶技术改变晶体结构、生成单晶硅棒，而后经过切片加工为单晶硅片，核心设备为单晶炉和切片机。太阳能电池环节则是将单晶硅片通过清洗制绒、刻蚀、气相沉积、印刷电极等工序加工为具备将太阳能转换成电能的半导体器件，核心设备为 PECVDPlasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积设备。太阳能组件则是由若干块电池片通过串并联的方式组成，进而通过焊接、叠层、层压等工序将玻璃、EVA 胶膜、边框等辅件进行组合，成为太阳能供电系统的发电单元。最后，光伏组件与逆变器、支架、接线盒等系统配件共同组成光伏发电系统，安装在集中式电站或分布式光伏电站内。图 10 光伏产业链概览资料来源公司公告，湘财证券研究所 3 5 11 11 15 35 53 44 30 48 65 75 90 100 110 48 55 60 70 80 90 0 20 40 60 80 100 120 2011 2013 2015 2017 2019 2021E 2023E 2025E 乐观情况保守情况 30 32 38 43 53 70 102 106 115 130 170 225 270 300 330 150 180 210 240 270 0 100 200 300 400 2011 2013 2015 2017 2019 2021E 2023E 2025E 乐观情况保守情况 10 行业研究敬请阅读末页之重要声明光伏设备行业市场规模持续增长，增速受装机需求影响呈现一定波动性。从光伏设备角度看，由于整个光伏产业仍处于快速发展阶段，因此相关的生产技术和加工工艺的进步速度十分迅速，推动光伏设备持续不断更新换代，行业销售收入持续增长。但另一方面，由于前期光伏装机需求受经济增长、政策变化的影响较大，因此光伏设备行业的销售收入增速也随装机需求和预期的变化呈现出一定的波动性。根据CPIA统计数据，全球光伏设备行业销售收入从 2013 年的 17.5 亿美元增长至 2019 年约 50 亿美元，复合增长率为 19.1。与此同时，由于全球光伏产业链各个生产环节的主要生产地均在中国，所以中国光伏设备市场规模占全球的比重较高。2019年，我国光伏设备市场规模约为250亿元，同比增长13.6，占全球市场的比例高达71.4。图 11 全球光伏设备市场规模亿美元资料来源CPIA，湘财证券研究所光伏设备上市公司合同负债具备先导意义，增速亦随下游装机需求有所波动。另一方面，由于光伏设备的销售方式多采用预付-生产-发货-调试-确认的模式，因此上市公司合同负债的变化对营业收入变化具有一定的先导意义。通过选取光伏产业链各环节设备上市公司的合同负债来看，2018年由于我国新增光伏装机容量大幅下滑，光伏设备公司合同负债增速也出现较大幅度下降，而随着2019年光伏装机恢复快速增长，设备公司合同负债增速也开始回升。截至2021年6月，这些设备公司合同负债金额已达113.12亿元，相比 2020年同期增长高达66.2。表 2 光伏各环节主要设备提供商合同负债变化（亿元，GW）公司主要产品 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021H1 高测股份硅片加工设备 0.06 0.25 0.64 0.35 0.97 1.21 2.14 帝尔激光电池激光设备 0.41 0.79 1.73 4.61 6.35 5.64 5.47 罗博特科电池生产设备 0.60 1.66 2.65 2.02 1.78 1.60 1.61 迈为股份电池生产线 0.30 2.34 4.41 8.80 14.11 15.98 21.32 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 60 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 全球光伏设备市场规模（亿美元）市场规模增速 11 行业研究敬请阅读末页之重要声明捷佳伟创电池生产线 2.18 10.34 11.90 14.93 22.01 33.25 37.49 金辰股份组件生产线 2.12 2.90 3.01 3.69 3.16 4.04 5.01 晶盛机电单晶炉 0.62 1.78 9.78 5.18 10.07 20.03 40.07 上市公司合同负债合计 6.29 20.06 34.12 39.58 58.45 81.76 113.12 合同负债增速 135.9 218.7 70.1 16.0 47.7 39.9 66.2 全球新增光伏装机容量 53.0 73.0 102.0 106.0 115.0 130.0 同比增速 23.3 37.7 39.7 3.9 8.5 13.0 资料来源公司公告，湘财证券研究所 2 硅片环节硅片企业持续扩建产能，大尺寸推动存量设备更新升级 2.1 传统玩家、新进入者共同加码，硅片产能快速增加在全球光伏装机有望快速增加的背景下，叠加硅片制造工艺逐渐成熟、技术外溢以及单位设备投资额的持续下降，硅片制造行业的进入壁垒不断降低。因此，吸引了许多新玩家进入硅片制造行业。其中，主要包括以上机数控、京运通、高测股份等为代表的传统硅片设备制造商，以及双良节能、高晶太阳能、三一集团等新玩家。与此同时，硅片行业壁垒下降和竞争加剧也推动隆基股份、中环股份等传统专业化硅片制造商开始转型，其中隆基选择以纵向一体化为主要战略，向下游电池、组件环节延伸，并成功跻身全球组件龙头。而中环则主要通过进一步扩大生产规模，提高市场份额和规模效应，同时也逐渐布局组件环节。此外，原先主要产能以电池组件为主、只拥有少量硅片产能的一体化企业如天合光能、晶科能源、晶澳科技等也在加大对硅片制造环节的投资，以获得更大的一体化优势。因此， 2021-2023年，预计全球硅片总产能将达到418.4、 547.7、668.4GW，新增产能达171.0、129.3、120.7GW。表 3 全球主要硅片企业现有产能及未来规划GW 公司 2016 2017 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 隆基股份 7.5 15.0 28.0 42.0 85.0 105.0 120.0 140.0 中环股份 15.0 23.0 30.0 33.0 55.0 85.0 110.0 135.0 晶科能源 5.0 8.0 11.2 13.6 21.9 27.0 31.0 31.0 晶澳科技 3.7 5.4 8.4 11.5 18.0 33.0 43.0 53.0 保利协鑫 18.5 30.0 30.0 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0 阿特斯 1.0 5.0 5.0 5.0 6.3 11.5 16.3 23.0 12 行业研究敬请阅读末页之重要声明阳光能源 0.9 1.2 1.8 3.6 2.5 4.6 14.6 14.6 京运通 3.0 7.0 20.0 29.0 39.0 上机数控 1.5 20.0 30.0 30.0 30.0 天合光能 3.3 3.3 3.3 3.3 通威天合 7.5 15.0 15.0 双良节能 7.0 15.0 20.0 高景太阳能 15.0 30.0 50.0 高测股份 0.0 6.0 6.0 江苏美科 1.0 3.0 15.0 15.0 15.0 江西宇泽 5.0 10.0 10.0 10.0 浙江矽盛 0.5 0.5 4.5 4.5 4.5 三一集团 5.0 15.0 25.0 合计产能 100.0 122.3 161.2 185.3 247.4 418.4 547.7 668.4 新增产能 22.3 38.9 24.1 62.1 171.0 129.3 120.7 资料来源公司公告，湘财证券研究所 2.2 降本增效驱动大尺寸硅片渗透率快速提升对于光伏产业链而言，降本增效是整个产业链各个环节技术进步的根本驱动力。因此，与半导体晶圆发展历程类似，太阳能硅片的尺寸也在不断变大。而目前，大尺寸硅片主要是指G12和M10两种规格的硅片。其中，G12 硅片以2019年8月中环股份发布的“夸父”系列G12硅片为代表，其边长为210mm，直径295mm，面积44,096 mm²，G12硅片面积相比M6硅片增大近60.8。M10硅片则以2020年6月隆基、晶科、晶澳等七家光伏企业联合发布的M10型号为代表，其面积相比M6硅片面积也增大近45.9。表 4 光伏硅片规格及尺寸规格边长mm 直径mm 面积mm² 面积增大比例 G12 210.00 295.00 44,096.00 60.8 M10 182.00 281.00 39,997.00 45.9 M6 166.00 223.00 27,416.00 6.2 M4 161.70 211.00 25,826.00 2.5 G1 158.75 223.00 25,199.00 3.1 M2 156.75 210.00 24,432.00 资料来源公司公告，湘财证券研究所注G12和M10硅片面积增大比例均是与M6硅片相比相比M6及以下尺寸硅片，M10和G12大尺寸硅片可以有效降低单位生产成本，并在加工成电池组件后拥有更高功率和转换效率。以G12硅片为例 13 行业研究敬请阅读末页之重要声明 G12 硅片需要生产更大直径的硅棒，而适当增加硅棒的直径，可以在能耗增加较少的条件下提高硅片的面积，从而降低硅片的单瓦能耗成本。此外，在硅棒切割成硅片的切片环节中，大尺寸硅片意味着相同瓦数的硅片所需切割次数减少，从而相应降低切片单位成本。另一方面，G12硅片所加工成的电池和组件拥有更高的功率和转换效率，从而能有效降低光伏发电 LCOE，提升电站 IRR。根据中环股份测算，无论是P型还是N型组件，相比72片半片型的M6、G1和M2组件，60片半片型的G12组件均拥有更高的输出功率和转换效率。其中，PERC型组件的输出功率高达 580W，相比 M6 组件 430W 增幅高达34.9，转换效率也提高了0.8。而未来将成为主流的N型组件的输出功率更高达615W，相比M6 规格的N型组件455W增幅为35.2，转换效率也提升至21.4。图 12 各类型电池转换效率和组件输出功率对比（W，）资料来源中环大硅片发布会，湘财证券研究所随产能快速释放和下游适配产品推出，大尺寸硅片渗透率将快速提升。根据CPIA的统计数据，2020年，由于G12和M10规格的大尺寸硅片推出时间尚短，各生产厂商的产能仍处于新建和改造中，因此全球市场上仍以M6 及以下尺寸的硅片为主，其市场占比仍高达约 80。不过，随着中环、隆基等传统硅片龙头公司以及上机数控、高景太阳能、江苏美科等新进入者大幅增加大尺寸硅片产能，且下游厂商也不断推出适配G12和M10硅片的电池及组件，未来 G12 和 M10 硅片的市场份额有望迅速提高。至 2025 年，预计 G12和M10硅片的市场份额将分别提升至57、23，而 M6及以下尺寸硅片的市场份额则将下降至仅20。 580 430 395 380 615 455 420 405 20.1 19.3 19.6 19.2 21.4 20.5 20.9 20.2 10 12 14 16 18 20 22 300 400 500 600 700 800 G1260片半片 M672片半片 G172片半片 M272片半片 PERC组件输出功率 N型组件输出功率 PERC组件转换效率 N型组件转换效率 14 行业研究敬请阅读末页之重要声明图 13 全球太阳能硅片市场结构资料来源CPIA，湘财证券研究所 2.3 存量设备多数难兼容大尺寸硅片，亟需改造更新换代由硅片生产过程可知，大尺寸硅片必然要求更大直径的硅棒。而生产大尺寸硅棒则必须采用更大直径的单晶炉和热场系统。以京运通 JD1400 型单晶炉为例，该设备兼容28-32英寸热场系统，最大熔料量500kg，可拉制10 英寸及以下的晶体，用于M6及以下尺寸的硅片生产。而京运通最新的JD1600 型单晶炉，该设备可使用 30-40 英寸的热系统，最大熔料量 1,000kg，可拉制12英寸或以下的单晶，可用于G12和M10硅片的生产线。根据光伏见闻的统计数据，截至2020年10月，我国全市场存量单晶炉共有26,359台，其中有9,326台单晶炉为1200型及以下炉型，这些单晶炉由于受上炉腔直径限制，只能生产M6及以下硅片。1400型和1450型单晶炉有11,297台，占比约42.9，这些单晶炉中有部分可以通过更换热场的方式生产M10硅片，但同样受炉腔体积限制，几乎无法生产G12硅片。而目前可以生产最大尺寸为230mm的1600型炉型仅有5,736台，占比仅21.8。表 5 京运通单晶炉主要生产参数对比设备型号 JD1400型 JD1600型适配热场 28-32英寸 30-40英寸最大熔料量 500kg 1,000kg 拉制晶体尺寸 10英寸及以下 12英寸或以下可生产硅片尺寸 M6及以下 G12、M10 资料来源京运通公司公告，湘财证券研究所 0 20 40 60 80 100 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 5 156.75 158.75 161.7 163.75 166 182 210 15 行业研究敬请阅读末页之重要声明为降低生产成本，硅片厚度也在不断下降。以700mm长单晶硅棒为例，若硅片厚度为 190μm，则可切割出约 2,373 片硅片，若硅片厚度为 175μm，则可切割出约3,200片硅片，相当于单片硅片硅料用量下降了25.84。2020 年，多晶硅片的平均厚度为180μm，P型单晶硅片平均厚度在175μm左右， N型硅片平均厚度为168μm，较 2019年基本持平。而到2025年，N型单晶硅片的厚度有望下降到约149μm，从而更进一步降低硅片的单位生产成本。图 14 市场主流硅片平均厚度及预测（μm）资料来源CPIA，湘财证券研究所硅片大尺寸化和薄片化需对切片机进行升级换代。一方面，硅片平面尺寸的不断增大和厚度的下降会增加生产过程中的碎片率