2023年中国光伏行业系列研究：光伏设备行业研究

行业研究| 2023/03 光伏系列 摘要 硅料生产设备 光伏硅产业链的主要环节包含了多晶硅料、硅片、电池片以及光伏组件环节。首先是硅料经过拉棒、切割等环节被生产成硅片，硅片经过镀膜、印刷后制成光伏电池，而后经过串焊、层压等封装环节后形成光伏组件，组件被用于与支架、电缆等进行组合安装，构成光伏电站 改良西门子法是当前生产多晶硅的主要工艺，多晶硅还原炉是还原工序的核心生产设备。多晶硅产线设备投资额在过去五年基本保持持续下降态势，生产综合电耗随着装备技术水平、系统能力、以及生产规模的提升而不断下降 受益于“双碳”目标下的系列政策支持以及光伏平价上网进程加速，中国光伏产业链各环节近年来皆保持了高速增长态势，2022，硅料环节产量达到83万吨，同比增长62.7%；硅片环节产量达到357GW，同比增长57.3%；电池产量318GW，同比增长60.6%； 硅片生产设备 光伏硅片的生产主要可以分为拉棒与切片两大工序流程，拉棒主要指通过将经过清洗后的多晶硅料投入单晶生长炉生长出单晶硅棒，切片环节主要指单晶硅棒经过截断、开方、磨削、切片、清洗分选检测后得到单晶硅片 光伏组件产量289GW，同比增长58.8% 光伏设备主要指光伏产业链主要环节生产企业用于生产原材料、光伏电池、光伏组件及零部件过程中所使用到的并且在反复使用过程中基本维持原有实物形态及功能不变的机器设备，通常包含多晶硅料生产设备、硅片制造设备、光伏电池片制造设备、以及光伏组件制造设备。 电池片生产设备 HJT光伏电池的核心生产步骤有清洗制绒、非晶硅薄膜沉淀、TCO薄膜沉积以及电极金属化，其中，非晶硅沉淀与TCO薄膜沉积是主要环节，其设备价值占比合计超过70%。TOPCon光伏电池的主要生产设备有清洗制绒设备、扩散炉、多晶硅薄膜沉积设备、丝网印刷设备等，其中，多晶硅薄膜沉积设备是最核心的生产设备组件生产设备 光伏组件生产设备主要有串焊机、层压机、激光划片机、EL测试仪，IV测试仪、装框机、打胶机、上下载机械手等，目前中国组件生产设备已经全部实现国产化。 名词解释 载流子：在物理学中，载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子。在半导体中，存 在两种载流子，电子以及电子流失导致共价键上留下的空位（空穴）均被视为载流子。通常N型半导体 中指自由电子，P型半导体中指空穴，它们在电场作用下能作定向运动，形成电流 热场：热场就是热系统。在机械中一般指单晶炉热场，就是单晶炉中的热系统 TOPCon：隧穿氧化层钝化接触太阳能电池（Tunnel Oxide Passivated Contact solar cell,TOPcon）是 2013年在第28届欧洲PVSEC光伏大会上德国Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太 阳能电池，首先在电池背面制备一层1～ 2nm 的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形 成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化。 HJT：异质结电池(HJT)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜，因以晶硅材料作为衬底，在材料中占比重较大， 业内通常将其列入晶体硅太阳电池类别;又因其制备过程使用薄膜太阳电池技术，也有少数人将其列为薄 膜太阳电池。从结构上来说，异质结一般以n型单晶硅片为衬底，在经过清洗制绒的n型CZc-Si正面依次 沉积厚度为5- 10nm 的本征a-Si:H薄膜(i-a-Si:H)、p型a-Si:H薄膜(p-a-Si：H)，从而形成p-n异质结。 IBC：IBC电池（全背电极接触晶硅光伏电池）将PN结和金属接触都设于太阳电池背面，电池片正面采用 SiNx/ SiOx 双层减反钝化薄膜，没有金属电极遮挡，最大限度地利用入射光，减少光学损失，带来更多有 效发电面积，拥有高转换效率，外观上也更加美观，尤其适用于光伏建筑一体化光伏硅产业链的主要环节包含了多晶硅料、硅片、电池片以及光伏组件环节。首先是硅料经过拉棒、切割等环节被生产成硅片，硅片经过镀膜、印刷后制成光伏电池，而后经过串焊、层压等封装环节后形成光伏组件，组件被用于与支架、电缆等进行组合安装，构成光伏电站 受益于“双碳”目标下的系列政策支持以及光伏平价上网进程加速，中国光伏产业链各环节近年来皆保持了高速增长态势，2022，硅料环节产量达到83万吨，同比增长62.7%；硅片环节产量达到357GW，同比增长57.3%；电池产量318GW，同比增长60.6%；光伏组件产量289GW，同比增长58.8% 光伏设备主要指光伏产业链主要环节生产企业用于生产原材料、光伏电池、光伏组件及零部件过程中所使用到的并且在反复使用过程中基本维持原有实物形态及功能不变的机器设备，通常包含多晶硅料生产设备、硅片制造设备、光伏电池片制造设备、以及光伏组件制造设备。 中国光伏设备行业综述——光伏设备定义 光伏设备主要指光伏产业链主要环节生产企业用于生产原材料、光伏电池、光伏组件及零部件过程中所使用到的并且在反复使用过程中基本维持原有实物形态及功能不变的机器设备 光伏设备定义 光伏设备主要指光伏产业链主要环节生产企业用于生产原材料、光伏电池、光伏组件及零部件过程中所使用到的并且在反复使用过程中基本维持原有实物形态及功能不变的机器设备，通常包含多晶硅料生产设备、硅片制造设备、光伏电池片制造设备、以及光伏组件制造设备。 光伏产业链各主要环节生产设备概览 生产设备类型 单位生产设备投资成本 生产设备种类 主要供应企业 部分设备展示 双良节能东方电热森松控股开原化工 多晶硅料生产设备 多晶硅还原炉、冷氢化设施 8-9亿元/万吨 森松重工还原炉 拉棒：5亿元/万吨 铸锭：2亿元/万吨 开方机、多线切割机、检验测试设备、抛光研磨设备、清洗设备、自动分拣设备等 晶盛机电高测股份京运通弘元绿色连城数控 硅片生产设备 切片：23.9万元/百万片 晶盛机电长晶炉 制绒机、清洗机、扩散炉、背钝化设备、PECVD、烧结炉、丝网印刷机、检测设备、激光开槽机、离子注入机 PERC：约1.55亿元/GW TOPCon：约1.9亿元/GW HJT：约36.4亿元/GW 捷佳伟创北方华创苏州聚晶迈为股份金辰股份 光伏电池生产设备 金辰股份PECVD设备 奥特维京山轻机先导智能武汉三工博硕光电 晶硅光伏组件生产设备 层压机、白动焊接机、切割划线设备、组框组角机、其他 约0.6亿元/GW 奥特维多主栅串焊机 多晶硅具有多种生产技术工艺，其中，物理法主要有冶金法，化学法主要有硅烷法、改良西门子法、流化床法、氯硅烷还原法、硅烷流化床法等，目前工业应用中，改良西门子法最为普遍、成熟且投资风险相对较小。同时，以协鑫科技为主的部分企业亦大力推进硅烷流化床法工艺生产颗粒硅，据悉，协鑫科技目前已有颗粒硅产能达26万吨/年，未来三年计划每年以20万吨新增颗粒硅产能速度进行扩产 改良西门子法是当前生产多晶硅的主要工艺，多晶硅还原炉是还原工序的核心生产设备。多晶硅产线设备投资额在过去五年基本保持持续下降态势，生产综合电耗随着装备技术水平、系统能力、以及生产规模的提升而不断下降 中国光伏设备行业——多晶硅生产流程 目前多晶硅主要生产工艺有改良西门子法与硅烷流化床法，其中，改良西门子法最为普遍、成熟且投资风险相对较小 多晶硅生产工艺 多晶硅具有多种生产技术工艺，其中，物理法主要有冶金法，化学法主要有硅烷法、改良西门子法、流化床法、氯硅烷还原法、硅烷流化床法等，目前工业应用中，改良西门子法最为普遍、成熟且投资风险相对较小。同时，以协鑫科技为主的部分企业亦大力推进硅烷流化床法工艺生产颗粒硅，据悉，协鑫科技目前已有颗粒硅产能达26万吨/年，未来三年计划每年以20万吨新增颗粒硅产能速度进行扩产 改良西门子法：改良西门子法指首先采用氯气与氢气为原料合成氯化氢，再以氯化氢与工业硅为原料在硫化床反应器中合成三氯硅烷。三氯硅烷在精馏塔中脱氢脱重，完成提纯，再在还原炉中实现三氯硅烷的还原。其中，副产物四氯化硅再重新与冶金级硅、氢气进行反应，进行氢化分离生产三氯硅烷，完成回收利用，.2022年，改良西门子法生产多晶硅市场占比超过90%。 硅烷流化床法：硅烷流化床法指以硅烷作为硅源气、以氢气作为载气，将硅烷通入以多晶硅为晶种的流化床中，使硅烷热分解并在晶种上沉积，生成粒状多晶硅。在反应过程中，硅烷气进入流化床后迅速分解，发生异相反应，沉积在颗粒硅的表面，生成颗粒硅 改良西门子法 回收氢气 尾气分离回收 回收氯化氢 H2 Cl2 回收氯硅烷 混合物 HCl SiHCl 精馏 SiHCl还原 多晶硅 Cl2 1,100℃， 转化率：12% 混合物 高纯SiCl 破碎、处理、包装 工业硅 SiCl氢化 硅烷流化床法 SiCl SiH 工业硅 SiCl氢化 SiH制备 颗粒硅 处理包装 中国光伏设备行业——多晶硅生产设备：还原炉 改良西门子法是当前生产多晶硅的主要工艺，多晶硅还原炉是还原工序的核心生产设备 多晶硅生产设备——还原炉 改良西门子法是当前生产多晶硅的主要工艺，多晶硅还原炉是还原工序的核心生产设备。 改良西门子法通过在多晶硅还原炉内给硅芯/硅棒通电加热使其表面温度维持在1050～1100°C，三氯氢硅和氢气在其表面进行反应，生成的硅沉积在硅芯/硅棒表面，形成多晶硅棒产品，其中钟罩式多晶硅还原炉是用于生产多晶硅的反应器，是改良西门子法的核心设备，其性能将综合体现多晶硅企业产品产量、质量、成本、能耗等关键指标，目前头部多晶硅还原炉生产企业的还原炉有72对棒、48对棒、40对棒、36对棒、24对棒、18对棒等系列产品，2008年之前多晶硅还原炉主要依赖于进口供应，当前多晶硅还原炉已基本完成国产化进程。 多晶硅还原炉钟罩式反应器 双良节能多晶硅还原炉 多晶硅产线设备投资额在过去五年基本保持持续下降态势，生产综合电耗随着装备技术水平、系统能力、以及生产规模的提升而不断下降。 产线投资额变化，2018-2022年 单位：亿元/千吨 1.2 1.15 1.1 1.05 1 0.95 0.9 多晶硅生产产线投资主要包含了土建、设备、安装费用，设备投资额占产线投资成本的60%-70%。 2022年，中国万吨级多晶硅产线的投资成本为1亿元/千吨，同比下降2.9%，预计随着未来工艺水平的提升以及单体产线规模的提高，至2030年千吨投资额可下降至约0.93亿元 2018 2019 2020 2021 2022 多晶硅生产综合电耗变化，2018-2022年 多晶硅生产的综合电耗是指多晶硅生产所耗用的包含合成、电解质轻、精馏、还原、尾气回收以及氢化等环节的电力消耗。电耗是多晶硅生产环节中重要的成本构成之一，亦是衡量各多晶硅企业成本控制能力的重要指标。2022年，平均来看多晶硅生产综合电耗为60kWh/kg-Si，至2030年有望降至52kWh/kg-Si 单位：kWh/kg-Si 80 71 70 66 63 60 60 40 2018 2019 2020 2021 2022 中国光伏设备行业——多晶硅生产设备：还原炉 双良节能是中国多晶硅还原炉头部厂商，2022年，双良节能多晶硅还原炉销量960台，同比增长168.9%，多晶硅还原炉业务收入29.1亿元，同比增长196.9% 多晶硅还原炉头部企业订单统计 双良节能是中国多晶硅还原炉头部厂商，是中国第一批实现多晶硅核心生产设备自主生产的企业之一，打破被国外产商垄断的局势，其所推出的第二代40对棒还原炉是目前国内多晶硅生产的主导炉型，2022年，双良节能多晶硅还原炉销量960台，同比增长168.9%，多晶硅还原炉业务收入29.1亿元，同比增长196.9%。多晶硅还原炉销售增长主要受益于硅料的产能扩张，受2021年至2022年硅料价格不断上涨刺激，众多光伏硅料龙头企业以及新晋玩家纷纷进行