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人類進入工業(yè)化時代的兩百多年來，二氧化碳排放量不斷增加，導致全球氣溫升高、引發(fā)氣候問題，減少二氧化碳等溫室氣體的排放已經(jīng)成為全人類共同的目標。全球有越來越多的國家提出“碳中和”目標，而實現(xiàn)“碳中和”的重要路徑就是發(fā)展新能源、降低化石能源消耗。IRENA（國際可再生能源機構）預測，在2050年全球碳中和的背景下，電力將成為最主要的終端能源消費形式（占比超過50%），而90%的電力將由可再生能源發(fā)電供應，63%的電力由光伏和風電供應。因此，光伏產(chǎn)業(yè)將成為未來數(shù)十年的景氣賽道，值得長期研究跟蹤。

下圖為光伏產(chǎn)業(yè)鏈的上游、中游、下游。上游為光伏的基礎原材料，硅（石頭）經(jīng)過熱還原反應形成工業(yè)硅（也稱為金屬硅），再提純成為多晶硅（也稱為硅料）。中游為硅棒-硅片-電池片-組件，硅料經(jīng)過加熱、融化、拉晶后制成單晶硅棒或者多晶硅錠，再經(jīng)過切片得到單晶硅片或多晶硅片（目前單晶是主流）。得到硅片后，再通過制絨-擴散-刻蝕-鍍膜-絲網(wǎng)印刷-燒結-分選-鍍膜等步驟，得到電池片，這是光伏組件的基本發(fā)電單元。電池片串聯(lián)起來，再用EVA膠膜和光伏玻璃粘在一起形成疊層，之后再將這個疊層放入鋁制邊框中進行封裝、檢測，得到最終的組件。下游是光伏發(fā)電的應用場景，通過將組件按照一定方式組裝成光伏陣列，再與逆變器、配電柜、控制系統(tǒng)連接，接入電網(wǎng)輸送電力。

圖1

數(shù)據(jù)來源：晶科能源招股書

從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的競爭格局看，中國已經(jīng)成為全球光伏產(chǎn)業(yè)的絕對龍頭，擁有全球最大的產(chǎn)業(yè)鏈集群、最大應用市場、最大產(chǎn)能、最多專利、最大產(chǎn)品出口，而且行業(yè)集中度仍在不斷提高。2020年全球前五大硅片企業(yè)產(chǎn)能超過全球的80%，前十大電池片企業(yè)產(chǎn)能超過全球的66%（同比增長10個百分點以上），前十大組件企業(yè)產(chǎn)能接近全球的60%（同比增長10個百分點以上）。

圖2

數(shù)據(jù)來源：中國光伏行業(yè)協(xié)會《2020年-2021年中國光伏產(chǎn)業(yè)年度報告》

盡管行業(yè)集中度仍在提高，但各環(huán)節(jié)的格局并未穩(wěn)定。過去10年，光伏行業(yè)各種新技術不斷取得突破，技術創(chuàng)新推動行業(yè)綜合成本下降了90%以上，把光伏帶入了全球平價的時代，但技術進步的腳步并沒有停止。光伏產(chǎn)業(yè)具備科技制造的屬性，技術的變革一方面帶來生產(chǎn)效率的提升，另一方面也帶來行業(yè)格局的洗牌，這個過程中蘊含著重大的機遇與風險。從歷史上看，新技術一旦跨過零界點，會以很快的速度替代老技術，而掌握新技術的公司，也會快速取代固守老技術的公司，成為新龍頭。近年來最典型的技術革新，就是單晶硅片對多晶硅片的替代。單晶硅片有更好的發(fā)電性能，但早期成本很高，而個別公司全面擁抱新技術，推動單晶拉晶技術、金剛線切片技術的產(chǎn)業(yè)化，使成本大幅下降，對應的單晶電池和組件產(chǎn)品價格也快速下降，性價比優(yōu)勢顯現(xiàn)，2016年單晶硅片市場份額27%，2019年達到65%首次超過多晶硅片，2020 年提升至 90%（數(shù)據(jù)來源：中國光伏行業(yè)協(xié)會）。這一輪單晶硅片的技術革新奠定了該公司的全球龍頭地位。展望未來幾年，光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均面臨產(chǎn)能過剩的風險，新技術的革新才會帶來超預期的變化和投資機會。目前能看到的技術進步主要在硅料、硅片、電池片這3個環(huán)節(jié)。

一、硅料

目前硅料行業(yè)的主流生產(chǎn)方法是改良西門子法，也即通過改良傳統(tǒng)的西門子法（早期硅料的生產(chǎn)技術源于德國西門子，因此稱為西門子法）得來，這是目前國內(nèi)外最普遍也是最成熟的方法。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2020年我國采用改良西門子法生產(chǎn)的多晶硅約占全國總產(chǎn)量的97.2%。改良西門子法技術成熟穩(wěn)定，行業(yè)的技術發(fā)展目標主要是持續(xù)提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質量，降低物耗、能耗，降低成本。但經(jīng)過多年的發(fā)展，改良西門子法提效降本的空間已經(jīng)有限。

而多年前的另一種技術叫硅烷流化床法（產(chǎn)物為顆粒硅，改良西門子法產(chǎn)物為棒狀硅），該技術最近進步顯著。兩種技術的生產(chǎn)工藝過程不再贅述，簡單來說，改良西門子法用高溫的高純硅芯為載體，生成的多晶硅沉積在硅芯上，產(chǎn)物為棒狀。硅烷流化床法將工業(yè)硅在硅烷流化床內(nèi)轉化為顆粒狀的硅料。相比之下，硅烷流化床法（顆粒硅）的優(yōu)點：投資成本低、溫度低、能耗低、尾氣易于回收利用、可連續(xù)投料生產(chǎn)、項目人員需求少等；缺點：生產(chǎn)過程易燃易爆有安全隱患，產(chǎn)品的氫含量碳含量較多、難以達到品質要求。

顆粒硅因為含有雜質，下游的硅片廠商將少量顆粒硅摻雜進棒狀硅使用，因此摻雜比例有多高，決定了顆粒硅未來在硅料市場的占比能有多大。目前顆粒硅技術的主導公司正在努力解決雜質問題，擴大產(chǎn)能，而節(jié)能低碳環(huán)保是顆粒硅最大的優(yōu)勢，更加符合全球碳中和的趨勢。顆粒硅的產(chǎn)品雜質問題如果解決，憑借低成本的優(yōu)勢，很有可能大規(guī)模替代現(xiàn)有的改良西門子法技術，進而改變現(xiàn)有的競爭格局。

二、硅片

硅片環(huán)節(jié)，如前文所述，近年來最大的技術革新就是單晶硅片對多晶硅片的替代，目前單晶份額超過90%，替代進程已經(jīng)完成。硅片行業(yè)仍在進行的兩大技術改良是大尺寸化和薄片化。

硅片的尺寸越大，對光的轉換效率更高，進而提高發(fā)電效率，而且可以降低單位投資成本和能耗，攤薄非硅成本（即原材料以外的成本）。2019下半年開始，硅片廠商陸續(xù)推出182mm、210mm的大尺寸硅片，2020年這兩類硅片占比僅4.5%，但這兩年大尺寸硅片快速滲透，根據(jù)PV infoLink 統(tǒng)計，2021上半年占比升至30%，全年預計達到50%，2022年將達到70%。另一方面，硅片的厚度越薄，對硅料的消耗越少，節(jié)約成本，且硅片柔韌性會更好，給后端的電池和組件環(huán)節(jié)帶來更多的創(chuàng)新。大尺寸化和薄片化已經(jīng)成為當前硅片環(huán)節(jié)的主要發(fā)展方向。

總體來看，硅片環(huán)節(jié)目前的技術進步循序漸進，并沒有發(fā)生本質的變化，預計不會對行業(yè)競爭格局帶來重大變化。

三、電池片

電池片的作用是將光能轉換成電能，同等光照下，轉換成的電越多越好，因此光電轉換效率的高低是衡量電池片的最重要參數(shù)。現(xiàn)有的電池片技術有2大類，1是P型，2是N型，區(qū)別在于原材料硅片，P型硅片摻雜了硼元素，N型硅片摻雜了磷元素。目前P型電池占據(jù)了主流，我們經(jīng)常聽到的P型PERC電池就是P型電池中最主流的分支。P型PERC電池的理論轉換效率為24.5%，目前實際生產(chǎn)中的轉換效率已經(jīng)接近23.5%的瓶頸，再繼續(xù)提升的空間較小，而且產(chǎn)業(yè)鏈配套非常成熟，產(chǎn)業(yè)化降本也越來越難。

在此背景下，行業(yè)急需應用新型電池技術，以繼續(xù)降本增效，N型電池應運而生。較P型電池而言，N型可實現(xiàn)更高的理論轉化效率，且具有壽命高、弱光效應好、溫度系數(shù)小等優(yōu)點，是產(chǎn)業(yè)升級的方向。當前N型電池片技術主要包括TOPCon（理論效率28.7%，目前量產(chǎn)效率24.5%）、HJT異質結（理論效率27.5%，目前量產(chǎn)效率25.05%）、IBC（目前量產(chǎn)效率24%）三種。由于IBC電池工藝復雜、目前量產(chǎn)轉換效率低、單位投資額高，因此中期來看最有可能替代P型電池的就是TOPCon或HJT異質結電池。盡管目前N型電池比P型PERC電池綜合成本高15%-20%，但隨著工藝改善、設備原材料國產(chǎn)化加速、良率提升，預計綜合成本會很快降低，遲早會替代P型電池。

對于TOPCon和HJT異質結，傳統(tǒng)電池片企業(yè)傾向于選擇TOPCon，因為TOPCon和現(xiàn)在主流的PERC產(chǎn)線重合度很高，在現(xiàn)有產(chǎn)線上僅需增加部分設備就能升級，可以極大降低投資成本，同時避免舊產(chǎn)線的廢棄，因此短期內(nèi)TOPCon的產(chǎn)能增速會快于HJT。對于新勢力電池片企業(yè)，會傾向于選擇HJT，一方面沒有傳統(tǒng)產(chǎn)線可供改造，另一方面也具備彎道超車的機會。HJT的優(yōu)勢是實際轉換效率更高，缺點是投資成本更高，投資成本來自設備和材料，異質結設備的國產(chǎn)化較為成功，單GW投資從過去的8億元降至去年的4億元，預計今年降至3億元，材料端的銀漿、靶材等輔材也在快速國產(chǎn)化降本。從中期角度看，HJT異質結潛力更大，因轉換效率更高且降本速度快。長期看，最有潛力的是IBC電池，其沒有正面柵線遮擋，理論效率最高，同時可以疊HJT/TOPCon變?yōu)镠BC/TBC，只是目前投資成本高，還需要時間。

在碳中和的長期目標下，光伏產(chǎn)業(yè)在未來很長一段時間內(nèi)會有持續(xù)增長的需求，這已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界的共識，也成為資本市場的共識。在這種共識驅動下，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的產(chǎn)能擴張速度快，新進入者多，資本市場也充分定價了行業(yè)的長期成長性。而光伏產(chǎn)業(yè)具有科技制造的屬性，未來技術路線的發(fā)展方向存在分歧，新興技術有可能改變甚至顛覆現(xiàn)有的競爭格局，帶來超預期的投資機會。

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