報告: 硅料、硅片、電池組件光伏設備市場空間預測

光伏產業鏈主要分為4個環節：硅料、硅片、電池片、電池組件。增效降本是光伏產業永恒的主題，技術的創新是增效降本的核心推動力。目前產業鏈的四個環節均有新的技術創新，新技術往往會帶來行業內競爭格局的變化，同一環節不同技術路線的競爭同樣會對行業競爭格局產生影響。

各環節的新技術和技術路線競爭如下：硅料：硅烷流化床法所生產的顆粒硅與改良西門子法所生產的塊狀硅。硅片：大硅片技術，目前存在182mm和210mm兩大陣營。

電池片：TOPCon和異質結電池，兩種新型電池的生產路線上均出現兩種以上的技術路線。電池組件：半片技術（包含三片、四片技術）、多主柵技術和無主柵技術、疊瓦技術。

硅料環節：供需錯配，企業加速擴產利好設備廠商

供需錯配，硅料企業加速擴產

受下游高景氣度的影響，2021年以來單晶復投料、單晶致密料、單晶菜花料的價格從每噸8.75/8.5/8.2萬元上漲至2021年11月的每噸27.22/26.97/26.71萬元，漲幅分別為211.09% / 217.29% / 225.73%。

根據中國有色金屬工業協會硅業分會的統計，2020國內企業擁有多晶硅產能42萬噸，產能占全球多晶硅產能的74.5%，2020年我國實際生產多晶硅39.6萬噸，產量占全球產量的75.4%。與此同時，2020年我國多晶硅消費量為50.9萬噸，占全球消費量的93.7%，硅片產量159GW，占全球產量98.8%。短期來看，國內供需有較大缺口。為了保證硅料供應，從2020年起下游企業開始陸續同硅料廠商簽訂長期供貨合同，2021年近8成產能已經被鎖定。

改良西門子工藝成熟，未來仍為市場主流

目前硅料的加工工藝主要為改良西門子法和硅烷流化床法，分別對應棒狀硅料和顆粒硅料。西門子法在1954年由德國Siemens公司研發，于1956年實現工業生產，經過幾十年的完善，目前已經發展到第三代（改良西門子法），綜合能效顯著降低。改良西門子法主要有以下幾個工藝步驟：1）硅粉的氯化；2）三氯氫硅的（TCS）提純；3）三氯氫硅還原；4）尾氣回收；5）四氯化硅（STC）的氫化及其他輔助步驟。其中最核心的步驟為第三步三氯氫硅還原，在化學氣相沉積爐（還原爐）中用高純度氫氣還原三氯氫硅得到多晶硅棒。

改良西門子法通過對尾氣和物料的回收循環利用，實現物料的閉路循環，同時可以有效減少污染。當前改良西門子法生產的綜合能耗為10kgce/kg，相比于2010年綜合能耗下降69.24%。

顆粒硅的工藝流程和設備仍有待優化。在產業端的產能也尚不具備規模，保利協鑫自2010年開始自主研發顆粒硅技術，2020年協鑫具有顆粒硅產能10,000噸，預計2021年產能將超過30,000噸。因此在未來，改良西門子法生產的棒狀硅仍將為市場主流。根據中國光伏行業協會的預測，到2030年棒狀硅仍然會占據90.3%的市場份額。

硅料設備市場空間預測

關鍵假設一：受益于光伏發電成本下降，2021-2025年全球光伏裝機量將達到160 GW/200 GW/250 GW/300 GW/350 GW（此數據為CPIA預測的中性假設下裝機量）。

關鍵假設二：國內硅料產能未來繼續提升，2021-2025年國內硅料產能全球占比將達到78%/81%/83%/85%/86%。

關鍵假設三：由于多晶硅產能建設從開始落地需要1-1.5年，達到滿產水平需要2-2.5年，隨著未來兩年我國硅料產能的加速擴張，新建產能會拉低整體產能利用率，預計2021-2025年我國多晶硅料產能利用率先低后高，然后維持穩定，分別為62%/60%/70%/75%/80%。

硅料核心設備還原爐：行業格局集中，擁有確定性成長機會

還原爐是三氯氫硅（TCS）還原成多晶硅的反應產所，是改良西門子法生產多晶硅料的核心設備。國內多晶硅還原爐市場集中度非常高，主要為雙良節能（600481.SH）、上海森松和東方電熱（300217.SZ）。

根據雙良節能年度報告披露的數據，2017年公司多晶硅還原爐占據接近60%的市場份額。 2021年雙良節能和東方電熱還原爐訂單顯著增長。2020年雙良節能多晶硅還原爐收入1.7億元，而2021年雙良節能簽訂多晶硅還原爐及相關設備訂單19.31億元。2021年東方電熱的多晶硅還原爐訂單8.57億元。行業增速顯著。根據我們的預測，2022年將會達到多晶硅料擴產峰值，行業擁有確定性增長機會。

硅片環節： “行業擴產+大硅片產能升級”推動硅片設備行業景氣度提升

行業擴產加速，大硅片推動現有產能改造升級

下游需求旺盛，國內主要硅片廠商紛紛宣布擴產。2020年全球新增光伏裝機量126.7GW，同比增長29.44%。根據我們的預測2021-2023年全球新增光伏裝機量將分別達到160GW、 200GW、250GW。截至2020年底，我國硅片產能全球占比為97%，我國硅片產量全球占比為98.8%。

我們統計了國內行業前十名（隆基、中環、晶科、晶澳、上機數控、京運通、美科、錦州陽光、保利協鑫、阿特斯）企業單晶硅片的產能情況和擴產計劃，2020年末國內光伏行業前十名的單晶硅片產能為220.15GW。根據各公司披露的擴產計劃，加上雙良節能、高景、通威三家新進入的硅片廠商，2021年末13家單晶硅片規劃產能將達到371.05GW。

硅片的生產主要有三個生產環節：拉棒、切方、切片，對應的生產設備分別為單晶爐、開方機、切片機。對于大硅片來說，更大的尺寸需要直徑更長的硅棒。目前主流廠家的單晶爐熱屏內徑為270-300mm，而M12硅片的直徑為295mm，對應硅棒的外徑為300mm，因此已有產線的單晶爐不能滿足210mm硅片的生產要求。

而開方機、切片機可以兼容M12尺寸硅片。因此硅片設備未來市場需求一方面來自于新增的產能擴建，另一方面來自于對已有產能的升級。從硅片設備投資構成來看，單晶爐單位投資額在1.43億元/GW，占全部投資的比重最大，為43%。切方機單位投資額為0.19億元/GW，占全部投資的9%。切片機的單位投資額為0.43億元/GW，占全部投資比重的12%。

硅片設備市場規模預測

我們認為硅片設備的市場需要來自于兩個方面：（1）產能擴建帶來的新增硅片設備需求； （2）現有產能升級帶來的硅片設備替換需求。根據各硅片企業披露的年報，2021年行業前13名企業的單晶硅片產能將達到371.05GW。自2019年中環發布210mm大硅片以來，各企業擴建產能幾乎均能兼容210mm硅片，因此產能升級主要集中于2019年以前的產線，由于已有產線的切方機和切片機的能兼容210mm硅片，因此存量產能升級設備主要為單晶爐。主要假設一：2022-2023年擴建速度分別為35%、20%。主要假設二：2021-2023年存量產能升級比例為20%、30%、30%。

行業擴產潮下，核心設備廠商具備高成長性

目前，國內硅片生產設備廠商主要有晶盛機電、連城數控、上機數控、高測股份、京運通等公司。其中晶盛機電、連城數控為硅片生產全流程設備提供商，上機數控、高測股份則主要布局切方和切片環節。

從競爭格局上看，連城數控在業務上深度綁定隆基股份。2020年連城數控來自隆基股份的營業收入為17.19億元，占全部營業收入的92.67%。同時連城數控在股權方面與隆基股份有較深的關聯，公司控股股東沈陽匯智的董事長鐘寶申為隆基股份公司董事長。在隆基之外，晶盛機電占據最大市場份額。晶盛機電主要客戶有括中環股份、通威股份、晶科能源、上機數控、晶澳科技、合晶科技、有研新材等國內主要硅片生產企業。

在硅片核心設備單晶爐方面公司形成了技術和市場規模的雙重護城河，公司產品全自動單晶硅生長爐被工信部評為第三批制造業單項冠軍。從營收規模上看，2020年連城數控營業收入18.55億元，同比增長90.84%，單晶爐收入占比61.29%。2020年晶盛機電營業收入38.11億元，同比增長22.54%，單晶爐收入占比68.83%。

電池片環節：電池技術迭代開啟，先進技術布局支撐未來發展

PERC電池效率接近天花板，HJT、TOPCon開啟光伏新一代技術革命。PERC電池在理想條件下的最高效率為24.5%，目前隆基股份PERC電池效率達到了24.06%。而HJT和TOPCon電池的理論效率分別為27.5%、28.7%。目前，HJT和TOPCon電池的研發效率記錄分別達到了25.26%和25.21%，均由隆基股份保持。中來股份TOPCon電池量產效率均達到了24.2%。根據CPIA的預測，到2030年TOPCon、異質結電池的市場份額將達到24%和33.5%。

TOPCon與異質結：一個著手當下，一個放眼未來

TOPCON——當前時點最好的選擇

TOPCon（隧穿氧化層鈍化接觸）電池與PERC（背鈍化點接觸電池）電池結構類似，不同之處在于背鈍化方式不同。在電極與電池接觸處會形成復合電流，降低太陽能電池效率。

PERC電池在背面沉積Al2O3和SiNx形成表面鈍化，在沉積層上開孔制備金屬電極形成點接觸，降低金屬電極和電池接觸面積，從而降低復合電流。TOPCon則是在電池背面制備一層厚度小于2nm的氧化硅，再沉積一層摻雜磷的非晶硅并經過退火重結晶加強場致鈍化，最后將金屬電極覆蓋在非晶硅層上，超薄氧化層電子可以隧穿進入多晶硅層被金屬電極收集，避免了金屬電極和N型硅的直接接觸，極大的降低了金屬接觸復合電流。

可由PERC生產線升級，設備投資成本低。相較于PERC電池生產工藝，TOPCon增加了隧穿氧化層沉積等步驟，只需在PERC生產線上增加20%的投資額就能實現產線的升級。目前PERC電池的設備投資成本為2.25億元/GW，N-TOPCon電池的設備投資成本為2.7億元/GW。

在TOPCon的核心加工工藝隧穿氧化層沉積上，目前有三種工藝：（1）LPCVD制備多晶硅膜結合傳統的全擴散工藝；（2）LPCVD制備多晶硅膜結合擴硼及離子注入磷工藝；（3）PECVD制備多晶硅膜并原位摻雜工藝。采用PECVD方法可以一次性完成氧化硅膜和非晶硅膜的制備，并且由于PECVD方法不存在繞鍍問題，可以將TOPCon電池的工藝減少到9步。

2021年將實現設備100%國產化，成本有望進一步下降。2020年10月中來股份推出了TOPCon 2.0技術，該技術采用公司獨創的POPAID技術（等離子氧化及等離子輔助原位摻雜技術）可以將TOPCon工序縮短到9步，良率提升到97%以上。

不同于以上三種技術路徑，POPAID是我國獨創的一種技術路線，核心環節的技術國產化，有望幫助TOPCon電池成本進一步下降。產能大幅擴張，利好國內設備廠商。目前，國內的TOPCon產能只有中來股份的2.1GW和天合的500MW。中來股份、聆達股份、隆基股份、一道新能源、晶科股份均開始布局TOPCon產能，在建產能在40GW以上，通威/天合新建的30GW PERC電池產線也預留了TOPCon電池的升級空間。

異質結：短期來看受生產成本制約，但降本路徑清晰，具有充分的想象空間

我們測算2020年異質結電池單位成本為0.9元/W，遠高于PERC電池的0.72元/W和TOPCon的0.78元/W，目前不具有成本優勢。2020年異質結電池設備的單位投資成本約為4.5-5億元/GW，成本較高。但從工藝流程上看，異質結工藝流程更為簡單，其中制備非晶硅摻雜層和TCO是關鍵環節,這兩個關鍵工藝目前都有兩種技術路徑。

非晶硅薄膜沉積——異質結電池的核心工藝，決定電池的鈍化效果。在對硅片清洗制絨后需要在硅片表面沉積一層5nm的本征非晶硅層作為鈍化膜，然后在正表面沉積一層10nm的p型非晶硅層，背表面沉積一層10nm厚的n型非晶硅層。該工藝目前有PECVD（離子體增強化學氣相沉積）和CAT-CVD（熱絲化學氣相沉積）兩種技術路線。PECVD借助等離子體增加分解能量，襯底溫度較低，沉積速度快，缺點在于源氣體利用率低導致成本相對較高。

CAT-CVD使用氣體分子與催化劑主體表面之間的接觸將氣體分解為中性基團，對硅片表面無轟擊，比較柔和，相較于PECVD所得的非晶硅薄膜中氫含量更高，有利于鈍化效果提升，缺點在于鍍膜均勻性不如PECVD，同時該設備被日本住友公司技術壟斷，熱絲替換需要一直由日本供貨，成本較高。當前PECVD設備為市場主流，國內的理想萬里暉、福建鈞石、捷佳偉創、邁為股份都實現了該設備的量產能力。（報告來源：未來智庫）

根據安徽華晟2021年投產的500MW異質結產線來看，PECVD設備投資比重最大，約為49%。其次是TCO膜沉積環節的PVD設備，占比約為20%。根據我們的測算，安徽華晟異質結項目的實際產能可以達到650MW左右。

電池片設備市場空間預測

根據天合光能年報中的數據，2020年全球PERC電池產能為120GW左右。根據我們的統計，全球TOPCon產能約為3.7GW，HJT產能約為2GW。從成本的角度來看，TOPCon電池預計可以在2021年對PERC電池形成優勢，但限制其市場占有率的最大原因在于產能。雖然TOPCon電池產線可以由PERC產線升級改造，但在2020年以前形成的產能基本只能兼容166mm硅片，從已有PERC產線升級的產能潛力有限。182mm、210mm的大硅片會在未來占據主要市場份額。

異質結電池的綜合成本目前高出PERC電池25%左右，已有產線產能大多在500MW以下，以試產為主。在異質結電池成本沒有形成優勢之前，企業對異質結產能的大規模的投資持謹慎態度。不同于市場的觀點，我們認為即使在2023年異質結電池對PERC電池形成了成本優勢，但由于產能原因，PERC電池仍會占據較大市場份額。

主要假設一：2021-2023，PERC電池的市場份額為86%、80%、70%，TOPCon電池的市場份額分別為6%、12%、18%，異質結電池的市場份額為3%、7%、11%。

主要假設二：TOPCon電池在市場導入初期，產能利用率不會較高，原因有二：一是新建產能會經歷一個產能爬坡期，二是企業為了爭取市場會在前期大規模進行產能建設。因此我們預測2021-2023年，TOPCon的產能利用率分別為70%、70%、80%。根據我們的測算2021-2023年，PERC設備市場規模分別為61.51、42.97、31.58億元，TOPCon設備市場份額分別為25.78、51.43、54.91億元，異質結設備市場份額分別為21.31、69.20、90.00億元，三者合計的市場規模為108.91、163.60、176.49億元。

電池片設備主要廠商

（1）捷佳偉創（300724.SZ）

摻雜沉積設備龍頭，多技術路線全面布局的整線設備供應商。公司具備提供PERC、TOPCon及異質結電池的產線“交鑰匙”工程解決方案的能力。目前占據公司營收比重最大的為單晶硅電池片制備過程中擴散、沉積環節的擴散退火爐和PECVD設備。

根據招股說明書，公司的PECVD設備技術參數為行業第一。在TOPCon電池的增量環節上公司實現了兩條技術路線的儲備：（1）LPCVD氧化及沉積多晶硅并進行原位摻雜。該技術目前已完成測試。（2）PECVD沉積鈍化膜。在異質結電池的技術儲備上，捷佳偉創是全球第一家完成全線四道工序完全自主開發的池解決方案設備提供商。在非晶硅薄膜沉積環節上，公司憑借在PECVD設備上的積累，開發出板式PECVD設備，鍍膜均勻性達到5%以內，領先行業水平。

在TCO膜沉積環節上，公司獲得了日本住友的授權研發了RPD設備。由于設計原理上的優勢，使用捷佳偉創RPD設備的異質結電池有更高的轉換效率和電性能。據公司透露，在異質結最關鍵的非晶硅薄膜沉積上，公司正在進行CAT-CVD的技術研發。 2020年5月30日，捷佳偉創與愛康科技正式簽署愛康長興2GW異質結電池項目戰略合作框架協議，主要在關鍵工藝設備技術研發和全線整套電池設備采購上開展深入合作。（報告來源：未來智庫）

（2）邁為股份（300751）

絲網印刷設備龍頭，異質結電池整線設備供應商。早年我國光伏電池絲網印刷設備被以Baccini為首的國外廠商壟斷。邁為股份通過技術相繼研發生產出單頭單軌、雙頭雙規絲網印刷設備，打破國外廠商壟斷。公司在2019年開始研發異質結電池設備，選擇PECVD+PVD的技術路線。目前公司已經具備異質結電池整線設備供應能力，核心環節的PECVD、PVD設備均實現量產能力。2020年公司中標安徽華晟500MW異質結電池的整線設備和兩條PVD設備。2021年3月18號，安徽華晟500MW異質結項目正式流片，首周試產電池片平均轉換效率達到23.8%。2021年6月8日，安徽華晟公布該生產線量產批次平均效率達到24.71%，單片最高效率達到25.06%。

（3）鈞石能源

專注于異質結電池的整線設備提供商。公司成立于2005年，目前專注于新一代異質結電池設備的研發與生產。根據官網上的信息，公司目前具備異質結電池整線設備供應能力。鈞石選取的技術路線為PECVD+PVD設備。PECVD、PVD、印刷機等兼容166mm、182mm、210mm尺寸硅片。目前公司的推出PECVD、PVD均有兩種型號，分別對應350MW/年和500MW/年的生產能力，良品率在99.8%以上。目前公司在電極印刷設備上取得重要技術突破，鈞石能源研發的濺射鍍膜方式結合網版設計和新型漿料，可以使G1尺寸的異質結電池單片銀漿消耗量從150mg降低至80mg。

（4）理想萬里暉

國內PECVD設備第一梯隊，得到多條產線驗證。理想萬里暉原為理想能源的PECVD事業部。2017年10月理想萬里暉首臺SHJ用量產型PECVD產品發貨，打破了國外供應商的壟斷。公司的PECVD設備已在成都通威異質結項目、安徽華晟異質結項目上得到檢驗。

組件環節：新技術多點開花，利好串焊機、劃片器等核心設備廠商

裝機需求確定性預期，組件廠商加速擴產

光伏組件是最小的有效發電單位，是產業鏈最后一個環節，下游為終端裝機客戶。先進電池技術生產出的電池片只有在經過串聯、封裝之后才能最終應用到光伏發電系統中去。電池片環節目前處于技術迭代的轉換期，各企業對電池片擴產的節奏相對謹慎。但是在硅片和組件端得益于裝機量需求的良好預期，廠商在這兩個環節的產能投放激進。

根據CPIA的數據2020年國內排名前五的組件廠商（隆基、晶科、晶澳、天合、日升）的市場占有率為55.1%。根據我們的統計，2020年排名前五的組件廠商合計產能為140.1GW，2021年組件產能將擴張到219.1GW，同比增長56.4%。假設2021年CR5達到60%，預計國內組件產能將達到365.1GW。

今年以來，國內企業已經宣布的組件產能建設達到了63.7GW。由于組件環節的技術門檻相對較低，設備投資額約為6,300萬元/GW。除了傳統的光伏組件廠商進行的擴產計劃外，也有其他行業企業布局光伏組件賽道，如金剛玻璃宣布建設1.2GW異質結電池及組件項目，風電企業明陽智能投資30億元建設5GW異質結電池項目+5GW光伏高效組件項目。

新技術多點開花，助力產業鏈降本增效

光伏組件的加工工藝的包括串焊、排版、疊層、層壓、裝框、接線、清洗和測試八個工藝環節。其中最重要的是電池片的串焊和層壓，串焊是將單個電池片通過金屬導線串接起來形成電池組件，層壓則是使用電池玻璃將串接好的電池組件封裝起來。

在降本增效的驅動下，組件環節出現了較多的新型技術，主要包括三個方面：（1）減少封裝帶來的效率損耗，目前半片工藝為主要代表；（2）提高光電轉換效率，以MBB和無主柵技術為代表；（3）提高封裝密度，增加電池片受光面積，以疊瓦技術為代表。

組件市場空間預測

組件設備的需求主要來自于兩個部分：一是組件企業擴產帶來的增量需求，二是新技術帶來的存量產能升級帶來的需求。 2019-2020年，組件行業CR5從42.8%提高到55.1%，通過整理行業前五名的企業的產能情況，可以推測出2019-2020年組件行業產能分別為135GW、254.3GW。根據各企業公告，2021年組件行業前五名產能將擴張到219.1GW，假設2021年CR5達到60%，則國內組件產能將達到365.1GW。在中性假設下，我們預測2021年全球光伏裝機量為160GW。因此組件產能是相對過剩的，行業擴產速度在2022年-2023年會相應放緩。

關鍵假設一：2022-2023年行業擴產速度分別為30%、15%

在存量產能升級上，由于182mm、210mm硅片的推出，原有產線最多只能兼容166mm硅片，因此存量產能需要進行升級。根據CPIA的預測，2021年166mm組件仍會占據45%的市場份額。隨著大硅片組件產能的投產，2022年將182mm、210mm組件將實現對166mm組件的替換，因此在2022-2023年，存量產能升級將會加快。

關鍵假設二：2021-2023年存量產能的替換比率為20%、30%、30%

根據我們計算的結果，2021-2023年組件設備的市場規模分別為77.28億元、87.02億元、 61.43億元。

組件設備相關廠商

（1）奧特維

國內串焊機龍頭，多主柵串焊機收入爆發式增長。2020年公司營業收入11.44億元，同比增長51.7%，多主柵串焊機出貨量達到1,390臺，同比整張246.60%。根據公司招股說明書，全球光伏組件產量top20企業中，18家為公司客戶。2018年天合光能的183臺串焊機中，奧特維供貨量為149臺，此外2020年公司激光劃片機和硅片分選機出貨量分別達到155臺和100臺。在疊瓦技術上公司完成了核心技術儲備。

合同負債驗證公司未來業績成長性。2021年一季度公司合同負債8.11億元，同比增長135.1%，，環比增長20.7%。受益于行業擴產和半片技術帶來的串焊機需求，公司的業績在2021年具有較強的確定性。

（2）金辰股份

光伏組件自動化生產線龍頭。公司主要產品為光伏組件自動化生產線，具備單獨提供疊片、串焊、壓層、封裝環節的全部設備。主要客戶包括為隆基股份、通威股份、東方日升、晶澳科技、晶科能源、陽光能源等國內光伏組件龍頭。2020年公司營業收入為10.61億元，同比增長23%。

光伏組件自動化生產線占公司主營收入的絕大部分。當前公司立足于在自動化生產線的積累，積極向光伏產業鏈上游環節拓展，新增電池片自動化設備業務，主要包括光注入退火設備、電池刻蝕上下料機、管式PECVD上下料機、板式PECVD上下料機、背鈍化的上下料機、雙面制絨上下料機等。

（3）先導智能

智能裝備的平臺型企業，光伏組件業務快速增長。公司的主營業務為鋰電池設備、光伏自動化生產設備、3C智能設備及薄膜電容器設備。2020年公司主營業務收入58.58億元，同比增長25.06%。其中光伏自動化生產設備業務10.84億元，同比增長118.99%，在主營收入構成占比提高到18.45%。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。報告出品方，長城國瑞，如需使用相關信息，請參閱報告原文。）