电力设备行业深度分析：回顾光伏行业变革，展望未来高效之路.pdf

2020年04月03日 行业研究证券研究报告 电力设备 行业深度分析 回顾光伏行业变革，展望未来高效之路 投资要点 技术革新降本增效，价格暴跌造就行业巨头。近20年光伏发电行业的兴起来自两轮多晶硅料价格的暴跌和一轮硅片价格的暴跌。行业成本下降来自新技术不断革新，行业在不断的技术革新和产能过剩导致的价格暴跌中循环成长。从过去20 年的光伏行业发展来看，每一轮价格暴跌之后，都将形成一个行业巨头。近3年来，单晶PERC电池取代常规铝背场电池的技术红利已经消失，2019年到目前我们正在经历 PERC 电池片的价格暴跌，而新一轮高效电池技术变革还在酝酿中。本轮行业出清之后势必出现光伏电池片巨头，我们认为获取相对较高的效率溢价和相对较低的成本，将是这一轮电池片公司实现“剩者为王”的关键。 大硅片可使电池环节非硅成本降低 15 分钱。硅片薄片化趋势减缓之后，硅片大型化趋势确定。2019 年隆基、中环相继推出 M6、M12 大尺寸硅片，面积较目前主流的 M2 分别提升 12.2%、80.5%，组件封装功率可提升到 450W+、600W+，较 M2 72片组件分别高出60W+、200W+。假设电池产线每小时出片量不变，M6、M12可以使产能相应提升12.2%和80.5%，从而摊薄人工、折旧等除辅材外的非硅成本。根据测算，我们预计 M6、M12大硅片可使电池片每瓦非硅成本降低1-5分钱。另外根据下游测算数据，M12尺寸大硅片可使BOS成本下降6%10%，LCOE成本下降3%6%。 PERC 电池是 23 年内兼顾效率与成本的最优选择。目前 PERC 电池已达到24%的研发效率，量产效率今年底将突破23%，我们预计PERC电池很快将进入提效的瓶颈期。不过由于大尺寸硅片的应用，PERC 电池成本优势将进一步巩固。此外，TOPCon、HJT电池23%24%的量产效率优势并不显著，因此我们认为未来23年内市场仍将以 PERC电池为载体，进行外延叠加新技术的开发应用，工艺方面首先需要对大尺寸电池片的良率、碎片率等问题进行攻关。 TOPCon适合现有 PERC产能升级，HJT长期看更具潜力。1）TOPCon 电池主要优势在于兼容度更好，只需在 PERC产线上增加硼扩设备、LPCVD以及湿法刻蚀设备，但由于工艺较复杂，更适合 PERC 产能转型过渡，考虑到目前150GW+的PERC产能，我们认为TOPCon在未来35年更具备竞争优势。2）HJT在2019年受到了许多新进入资本的青睐，目前投资成本510亿元/GW，即便设备全部实现国产化，仍较 PERC 投资高出一倍，加上耗材的国产化未完全成熟，短期内很难替代PERC，但长期看 HJT电池由于工序少自动化程度高，适合规模化生产，并且可以与IBC、钙钛矿等其他技术叠加，具备非常大的效率潜力，是目前最受关注的下一代光伏电池技术代表。 投资建议：重点推荐大尺寸硅片、电池相关标的：隆基股份、爱旭股份、通威股份、晶盛机电，建议积极关注：中环股份、迈为股份、东方日升、山煤国际。 风险提示：大尺寸硅片下游拓展不及预期；新型高效电池技术发展不及预期；新型高效电池技术成本下降不及预期。 投资评级 领先大市-A维持 首选股票 评级 601012 隆基股份 买入-A 300316 晶盛机电 买入-A 600732 爱旭股份 买入-A 600438 通威股份 买入-A 002129 中环股份 买入-B 300751 迈为股份 买入-B 一年行业表现 资料来源：贝格数据 升幅% 1M 3M 12M 电力设备相对收益 -1.47 7.03 -3.66 电力设备绝对收益 -10.19 -2.87 -10.82 光伏相对收益 -9.02 3.99 -0.30 光伏绝对收益 -17.75 -5.92 -7.46 分析师 肖索 SAC执业证书编号：S09105180070004 xiaosuohuajinsc 021-20377056 报告联系人 宇文甸 yuwendianhuajinsc 相关报告 新能源设备：第14周周报：比亚迪发布刀片电池，钴锂价格继续承压 2020-03-30 新能源设备：怎么看三星最新的Ag-C材料全固态电池技术？ 2020-03-27 新能源设备：第13周周报：发改委新政要求建立新能源汽车推广机制，单晶产业链价格维稳 2020-03-23 新能源设备：新能源汽车产销量分析： 疫情爆发导致2 月产销降幅扩大，动力电池市场集中度进一步提升 2020-03-19 新能源设备：第12周周报：特高压建设超预期，光伏政策如期落地 2020-03-16 -20%-14%-8%-2%4%10%16%2019!-04 2019!-08 2019!-12光伏 沪深300 电力设备 行业深度分析 内容目录 一、回顾光伏电池行业 . 5 （一）光伏电池的基本原理 . 5 （二）从太空到地面，光伏行业增长了1500倍 . 6 （三）两轮多晶硅料的价格暴跌，奠定晶硅电池发展基础 . 8 （四）金刚线切割大幅降低单晶硅片成本，奠定单晶电池发展基础 . 11 二、PERC电池的提效降本之路 . 15 （一）从PERC电池的应用看新技术的导入 . 15 （二）大尺寸硅片助力 PERC电池继续降本 . 18 三、后PERC时代，TOPCon还是 HJT？ . 21 （一）主要新型高效电池介绍 . 22 （二）新型高效电池量产工艺比较 . 25 （三）新型高效电池经济性分析 . 25 （四）新型高效电池量产情况 . 28 四、投资建议 . 29 （一）隆基股份：硅片订单充足，有望受益 M6 渗透率提升 . 30 （二）晶盛机电：受益于大尺寸硅片扩产，2020年订单高增长 . 30 （三）爱旭股份：率先实现 210大尺寸电池片量产 . 31 （四）通威股份：规模优势明显，非硅成本最低 . 31 （五）中环股份：盈利持续改善，210大硅片有望放量 . 32 （六）迈为股份：在手订单充足，有望继续高增长 . 33 五、风险提示 . 35 图表目录 图1：太阳能电池的光生伏特效应 . 5 图2：PN结内部结构示意图 . 5 图3：太阳能电池的分类 . 5 图4：太阳能电池的光生伏特效应 . 6 图5：1969年研制完成硅太阳能电池组 . 6 图6：近二十年光伏行业重大事件梳理 . 7 图7：2000年-2020年全球不同类型的光伏组件产量 . 7 图8：2000年至今不同类型光伏电池市场占比 . 8 图9：2005年-2009年我国光伏电池产量 . 8 图10：2001年-2009年全球光伏电池产量 . 8 图11：2008年原料多晶硅市场品牌市占率 . 9 图12：2005年-2009年在硅料被垄断的情况下，薄膜电池兴起 . 9 图13：2008年-2010年多晶硅价格出现第一轮暴跌（美元/kg） . 9 图14：2010年-2012年多晶硅价格出现第二轮暴跌 . 9 图15：2006年2011年中国多晶硅产量出现飞跃式增长 . 10 图16：2010年我国多晶硅产能排名前五的厂商 . 10 图17：各种光伏电池的效率变化趋势 . 11 图18：光伏电站系统成本拆分 . 11 图19：光伏发电成本已接近化石燃料发电成本下限 . 11 行业深度分析 图20：2011-2020年全球光伏新增装机（GW） . 11 图21：金刚线切割与砂浆切割的对比 . 12 图22：“金刚线切割技术”的应用与隆基的崛起 . 13 图23：保利协鑫与隆基股份硅片产能变化趋势 . 14 图24：单多晶硅片价格变化趋势 . 14 图25：保利协鑫 2007-2018年营业收入与同比增速 . 14 图26：隆基股份 2010-2018年营业收入与同比增速 . 14 图27：晶硅太阳能电池的钝化机制可分为场效应钝化和化学钝化两种 . 15 图28：PERC电池通过在常规铝背场电池的背面叠加钝化层实现 . 15 图29：2015年ISFH给出的将PERC电池效率提升至24%以上的技术路线图 . 16 图30：单晶PERC电池最高效率以平均每年0.5个百分点增长 . 17 图31：2015-2019年PERC电池市占率变化趋势 . 17 图32：PERC只需在原有产线上增加两道工序即可实现 . 17 图33：2012-2019年单多晶电池价格变化趋势（美元/片） . 18 图34：单多晶电池量产转换效率差距逐步拉大 . 18 图35：PERC产线投资成本不断下降 . 18 图36：2015-2020年单晶PERC电池产能 . 18 图37：不同尺寸电池片及组件比较 . 20 图38：不同尺寸硅片占比变化趋势预测 . 21 图39：高效太阳能电池技术现状 . 21 图40：HJT电池结构示意图 . 22 图41：TOPCon电池结构示意图 . 22 图42：IBC电池结构示意图 . 23 图43：HBC电池结构示意图 . 23 图44：钙钛矿异质结叠层太阳能电池片结构示意图 . 23 图45：不同电子/空穴选择性接触材料组成电池的极限效率 . 24 图46：不同种类太阳能电池效率对比 . 24 图47：松下异质结电池效率的提升 . 24 图48：我国光伏电池实验室效率 . 24 图49：太阳能电池最新研发转换效率图 . 24 图50：不同电池生产工序及对应设备 . 25 图51：单晶PERC电池生产成本拆分 . 27 图52：N型HJT电池生产成本拆分 . 27 图53：2019年底新型高效太阳能电池产能情况 . 28 表1：2010年新一轮多晶硅产能投放 . 10 表2：金刚线切割与砂浆切割的量化对比 . 12 表3：大尺寸电池片可摊薄非硅成本1-5分钱 . 19 表4：M12组件与 M2 组件参数对比 . 19 表5：不同尺寸硅片的组件成本、BOS成本和LCOE的比较 . 19 表6：大尺寸硅片产业化速度超预期（不完全统计） . 20 表7：新型高效电池设备投资成本 . 26 表8：1.5GW N型单晶双面 TOPCon电池项目投资额（万元） . 26 表9：2.5GW 异质结电池项目投资额（万元） . 26 表10：太阳能电池成本与利润分析 . 27 行业深度分析 表11：几种高效光伏电池综合对比 . 28 表12：异质结电池规划产能超30GW . 29 表13：隆基股份财务数据与估值 . 30 表14：晶盛机电财务数据与估值 . 31 表15：爱旭股份财务数据与估值 . 31 表16：通威股份财务数据与估值 . 32 表17：中环股份财务数据与估值 . 33 表18：迈为股份财务数据与估值 . 34 表19：相关标的估值一览表 . 34 表20：新型高效电池关键环节海内外相关公司 . 34 行业深度分析 一、回顾光伏电池行业 （一）光伏电池的基本原理 光伏发电的基本原理是利用半导体的光生伏特效应（Photovoltaic Effect，PV），在太阳能电池内部PN结上形成电位差，从而将太阳能转换为电能，因此光伏电池是决定光伏发电效率的核心器件。 光伏电池中的最核心部分是PN结，作为光伏电池的基本结构单元，在P型（掺硼）半导体和N型（掺磷）半导体的交界面形成。P型半导体掺杂元素为硼，空穴作为多数载流子（多子）主要参与导电，电子是少数载流子（少子）；N 型半导体掺杂元素为磷，电子作为多子主要参与导电，空穴是少子。 由于半导体内载流子浓度的差异，在 PN 结会形成一个由 N 指向 P 的内电场。当太阳光照射在半导体表面，PN结附近的电子吸收能量变为移动的自由电子，同时在原来的位置形成空穴。自由电子受到内电场的作用会向 N 区漂移，同时对应空穴向 P 区漂移。当连接电池正负极形成闭合回路时，自由电子受到内电场的力从N区经过导线向P区移动，在外电路产生电流。 图1：太阳能电池的光生伏特效应 图2：PN结内部结构示意图 资料来源：公开资料整理，华金证券研究所 资料来源：公开资料整理，华金证券研究所 图3：太阳能电池的分类 资料来源：公开资料整理，华金证券研究所 行业深度分析 根据半导体材料的不同，可以将太阳能电池分为晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术，按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为 P 型电池和 N 型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC 电池即为 P 型单晶硅电池，而 TOPCon、异质结、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。 （二）从太空到地面，光伏行业增长了1500倍 1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应算起，太阳能电池已经经过了180多年的漫长的发展历史。1877 年 W.G.Adams 和 R.E.Day 研究了硒(Se)的光伏效应，并制作第一片硒太阳能电池。 我国 1958 年正式开始研发太阳能电池，最初研发出的光伏电池主要用于空间领域。1975年-1976年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面，但由于产品价格贵地面光伏市场小，20 世纪 70 年代至20世纪90年代，行业发展几乎停滞。 图4：太阳能电池的光生伏特效应 图5：1969年研制完成硅太阳能电池组 资料来源：公开资料整理，华金证券研究所 资料来源：公开资料整理，华金证券研究所 直到2000年德国颁布可再