2022年中国光伏行业系列研究：金刚线研究报告

市场研读| 2022/09 中国：光伏系列 摘要 n金刚线行业简介 金刚线产品主要应用于光伏硅片切割环节，其市场规模主要由光伏硅片产量所决定，而硅片产量则主要受下游光伏新增装机所驱动。2015年12月，《巴黎协定》经约200个缔约方一致通过，约定将于本世纪下半叶实现碳中和目标，截至2020年底，共计44个国家正式宣布其碳中和目标。在全球碳中和大背景下，光伏作为重要清洁能源受各国所重视，至2021年，全球光伏新增装机达170GW，自2007年至2021年复合年化增长率逾30%。硅片是光伏行业中产业集中度最高的环节，且主要产能皆位于中国，2020年全球逾90%硅片自中国生产。中国硅片产量受全球光伏装机推动亦呈现快速增长趋势，自2011年20GW增长至2021年227GW，复合年化增长率达2 7 . 5 %， 预计2 0 2 7年中国硅片产量将达454.7GW。硅片产量的持续增长将拉动金刚线产品需求的增长，同时，光伏硅片“大尺寸、薄片化”趋势亦将消耗更多金刚线进行硅片切割。 金刚线根据工艺可以分为树脂金刚线与电镀金刚线，其中，电镀金刚线由于优异的经济性以及金刚石牢固性等特征而成为目前主流的金刚线类型，其制作原理为将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在高强度母线基体上所制成。金刚线通过金刚石线切割机，与物体之间进行高速磨削运动，从而实现对物体的切割。金刚线最早应用于蓝宝石切割，2010年左右开始应用于光伏晶体硅片的切割，其中，应用环节包含切方、截断和切片。切方与截断环节为了保证切割效率与速度，常使用较粗的（250μm-350μm）金刚线进行切割，而切片环节对于单位切割成本及原材料利用率要求较高，常使用较细的（目前38μm-42μm）金刚线进行切割。金刚线亦可被用于磁性材料切割，目前，逾90%的金刚线需求来自于光伏硅片切割，未来随着金刚线技术的不断突破，有望应用于半导体硅片切片 规模化的出货、企业的扩产以及技术水平的提升将推动金刚线产品价格的进一步下降，成为制约金刚线行业市场规模激增的主要因素 ， 预计2027年全球金刚线市场规模将达到67.5亿元，相较于2020至2027年复合增长率为7.9% n金刚线行业产业链 金刚线行业的产业链结构较为简明，上游为金刚线生产原材料，主要为母线、金刚石微粉及金属镍，皆不具备稀缺性，且能够国产化，其中，镍金属价格近两年涨幅较大，对金刚线生产企业盈利能力有一定影响，中游为金刚线生产销售企业，行业竞争格局目前为一超多强，其中美畅股份为金刚线行业领军企业；下游为硅片生产企业，中国硅片生产企业行业集中度较高，全球逾90%硅片由中国企业所生产 名词解释 u单晶：所谓单晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规 律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的 排列为长程有序。 u多晶：多晶（polycrystal）是众多取向晶粒的单晶的集合。结构为点阵式。 u多晶硅致密料：多晶硅料可以分为致密料与菜花料两种。致密料外表光滑、颜色明亮，纯度高，制备成 本高；菜花料表面粗糙呈菜花状，颜色偏灰，纯度较低，制备成本低。致密料通常用于制作转换效率更 高的单晶硅片 uLME：伦敦金属交易所 q金刚线根据工艺可以分为树脂金刚线与电镀金刚线，其中，电镀金刚线由于优异的经济性以及金刚石牢固性等特征而成为目前主流的金刚线类型 q金刚线的生产工艺主要包括母线拔拉、金刚石裸粉/微粉预处理、上砂、加厚镀镍等环节；生产的核心工艺为上砂，可以分为干法上砂与复合镀上砂，其中，干法上砂的生产速度相对更快 q早期中国金刚线行业为日本厂商所垄断，随着中国企业逐步掌握金刚线生产技术并将金刚线进行国产化、规模化生产，金刚线价格呈现逐步走低态势 q目前市面上主流用于光伏硅片切割金刚线线径为38-42μm，已经接近于金刚线产业化的极限水平，硅片厂商对于切割硅料损失减少的需求日渐旺盛 q目前中国主要钨丝供应商企业有厦门钨业与中钨高新，钨丝金刚线目前依然处于小批量试用阶段，未来有可能与碳钢丝金刚线形成硅料价格错位时的互补之势 q金刚线产品主要应用于光伏硅片切割环节，其市场规模主要由光伏硅片产量所决定，预计2027年全球金刚线市场规模将达到67.5亿元，相较于2020至2027年复合年化增长率为7.9% 中国金刚线行业综述——定义及分类 金刚线根据工艺可以分为树脂金刚线与电镀金刚线，其中，电镀金刚线由于优异的经济性以及金刚石牢固性等特征而成为目前主流的金刚线类型 金刚线定义及分类 n金刚线根据工艺可以分为树脂金刚线与电镀金刚线，其中，电镀金刚线由于优异的经济性以及金刚石牢固性等特征而成为目前主流的金刚线类型，其制作原理为将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在高强度母线基体上所制成。金刚线通过金刚石线切割机，与物体之间进行高速磨削运动，从而实现对物体的切割。金刚线最早应用于蓝宝石切割，2010年左右开始应用于光伏晶体硅片的切割，其中，应用环节包含切方、截断和切片。切方与截断环节为了保证切割效率与速度，常使用较粗的（250μm-350μm）金刚线进行切割，而切片环节对于单位切割成本及原材料利用率要求较高，常使用较细的（目前38μm-42μm）金刚线进行切割。金刚线亦可被用于磁性材料切割，目前，逾90%的金刚线需求来自于光伏硅片切割，未来随着金刚线技术的不断突破，有望应用于半导体硅片切片 金刚线全景图 原材料 中国金刚线行业综述——碳钢丝与钨丝金刚线对比 目前市面上主流用于光伏硅片切割金刚线线径为38-42μm，已经接近于金刚线产业化的极限水平，硅片厂商对于切割硅料损失减少的需求日渐旺盛 碳钢丝金刚线与钨丝金刚线的对比分析 n硅料价格攀升拉动降本需求，钨丝金刚线有望加速渗透：目前市面上主流用于光伏硅片切割金刚线线径为38-42μm，已经接近于金刚线产业化的极限水平，但随着硅料供应趋紧而导致的价格不断抬升，硅片厂商对于切割硅料损失减少的需求日渐旺盛。钨丝金刚线的线径水平相较于目前的碳钢丝金刚线具有更细的理论水平，目前钨丝金刚线的直径约为32-35μm，已经接近碳钢丝金刚线的理论极限水平，随着钨丝金刚线制备水平的改进，未来有望继续下探金刚线的线径水平。但是钨丝金刚线的价格约为碳钢丝金刚线的2-3倍，能否大规模普及应用则主要取决于硅料损失减少带来的收益与钨丝金刚线高于碳钢丝金刚线成本部分的经济性水平 n通过对碳钢丝金刚线与钨丝金刚线在多晶硅致密料价格为300元/kg情况的经济性分析，假设钨丝金刚线的切割良品率能够达到与碳钢丝金刚线相同的94%的水平，则能够带来单瓦0.036元的收益 单位微米/公斤微米微米微米 碳钢丝金刚线13.000 38 10 170 钨丝金刚线13,000 32 10 170 备注 硅棒长度 金刚线母线线径金刚石微粉直径硅片厚度 1公斤/硅片面积/密度/// 硅片厚度+金刚线线径+金刚石微粉直径钨丝为假设值 方棒长度/槽距*良率 槽距 微米 218 212 切割良率出片量 % 片/公斤 94%56.06 边际收益16.77 300 5.03 0.14 边际成本4.2 0.04 0.168 94%57.64 单片硅耗硅料价格单片硅价单片节省 克/片元/公斤元/片 16.31 300 4.89 1公斤/出片量/ 硅料价格*单片硅耗单片硅价相减 金刚线耗用量金刚线价格金刚线消耗成本单片成本差异 米/片元/米元/片元 3.4 0.08 0.272 / 钨丝金刚线约2-3倍/ 0.104 消耗成本相减 边际利润 单片利润差异单片瓦数单瓦收益差异 元W元/W 0.14-0.104=0.036 7.6 0.0047 边际收益-边际利润 中国金刚线行业综述——钨丝金刚线经济性分析 目前中国主要钨丝供应商企业有厦门钨业与中钨高新，钨丝金刚线目前依然处于小批量试用阶段，未来有可能与碳钢丝金刚线形成硅料价格错位时的互补之势 钨丝金刚线经济性分析 中国金刚线行业综述——市场规模 金刚线产品主要应用于光伏硅片切割环节，其市场规模主要由光伏硅片产量所决定，预计2027年全球金刚线市场规模将达到67.5亿元，相较于2020至2027年复合年化增长率为7.9% 金刚线市场规模 全球硅片产量 q金刚线行业的产业链结构较为简明，上游为金刚线生产原材料，主要为母线、金刚石微粉及金属镍，皆不具备稀缺性，中游为金刚线生产销售企业，下游为硅片生产企业 q金刚线的营业成本构成可以分为原材料成本、人工费用以及制造费用；在原材料采购中，母线占据超过50%，是生产金刚线的基体材料，目前仅少数金刚线企业能够具备母线自主生产能力 q细线化的金刚线产品在近年成为主流趋势，主要系近年硅料价格的迅速增长，而金刚线线径的粗细直接决定了切割时硅料损耗的多少 q2021年，金刚线企业营业利润在光伏整体产业链中处于头部地位，以美畅股份、高测股份以及原轼新材三家销量较高企业取平均值，行业毛利率约为50.6%，仅次于多晶硅 q中国金刚线行业整体呈现一超多强的竞争格局，其中，美畅股份在行业竞争中在毛利率、产能及销量三方面皆处于优势地位，是行业内的领军企业 q中国硅片行业行业集中度较高，2021年以产量计CR5达86.4%，由于金刚线是硅片生产中的主要耗材之一，硅片企业的大幅扩产直接带动金刚线需求不断抬升 中国金刚线行业产业链图谱 金刚线行业的产业链结构较为简明，上游为金刚线生产原材料，主要为母线、金刚石微粉及金属镍，皆不具备稀缺性，中游为金刚线生产销售企业，下游为硅片生产企业 金刚线行业产业链图谱 金刚线母线 金刚石微粉 金属镍 上 中国金刚线行业产业链上游 金刚线的营业成本构成可以分为原材料成本、人工费用以及制造费用；在原材料采购中，母线占据超过50%，是生产金刚线的基体材料，目前仅少数金刚线企业能够具备母线自主生产能力 金刚线行业产业链上游——原材料 金刚线产品营业成本构成 金刚线生产单位电力成本 中国金刚线行业产业链分析——产业链中游（1/3） 细线化的金刚线产品在近年成为主流趋势，主要系近年硅料价格的迅速增长，而金刚线线径的粗细直接决定了切割时硅料损耗的多少 金刚线行业产业链中游——行业现状及金刚线技术发展方向 单位：万公里 部分企业金刚线产品销量，2019-2021年 5,000 4,000 400% 中国金刚线行业产业链分析——产业链中游（2/3） 2021年，金刚线企业营业利润在光伏整体产业链中处于头部地位，以美畅股份、高测股份以及原轼新材三家销量较高企业取平均值，行业毛利率约为50.6%，仅次于多晶硅 光伏玻璃行业产业链中游 中国金刚线行业产业链分析——产业链中游（3/3） 中国金刚线行业整体呈现一超多强的竞争格局，其中，美畅股份在行业竞争中在毛利率、产能及销量三方面皆处于优势地位，是行业内的领军企业 金刚线行业产业链中游——企业竞争格局 金刚线行业企业竞争格局，2021年 70% 60% 原轼新材 美畅股份 美畅股份 恒星科技 50%毛 原轼新材 恒星科技 宇晶股份 宇晶股份 利40%率 三超新材 高测股份 高测股份 Tier 1高毛利高产能高销量 岱勒新材 30% Tier 2 销量中上毛利中上产能中上 三超新材 20% Tier 3低毛利低产能低销量6,000 岱勒新材 10% Tier 3 Tier 2 Tier 1 单位：万公里 0% 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 7,000 8,000 2021年底产能 n中国金刚线行业整体呈现一超多强的竞争格局，其中，美畅股份在行业竞争中在毛利率、产能及销量三方面皆处于优势地位，是行业内的领军企业