核心观点
　　供给、需求及技术因素共振，光伏行业具备成长和周期双重属性。当前光伏的成本已经降低到平价，产业主要矛盾从光伏发电成本，转变为光伏发电的电网接受力。站在光伏产业的历史节点，本文从技术、政策、企业格局、各国光伏发展四个角度梳理了2000-2022年光伏产业的发展，为下半场“如何让光伏发电成为电网最受欢迎的电源—构建以新能源为主体的新型电力系统”指明方向。
　　技术端：2008年冷氢化技术的突破大幅降低了光伏生产成本，奠定了晶硅的主流路线；2015年以来的单晶替代潮提升了光伏发电效率，同时生产成本下降，有效扩大了行业需求；近7年来组件封装技术不断进步，双面、半片、多主栅等技术的普及提升了组件功率，提升了光伏发电的竞争力；目前行业主流厂商均在进行电池片技术的研发/量产，topcon路线量产规模最大，占比5%左右，HJT其次；目前光伏消纳是行业最大的技术难题，绿电绿证峰谷电价等电力系统改革、储能逆变器等设备配套是当前行业关注重点。
　　政策端：2000年德国《可再生能源法》补贴推动欧洲逐渐成为光伏最大需求地；2008年经济危机、美欧双反，严重打击了我国光伏出口；2009年起，受政策补贴驱动，我国光伏市场正式开启，标杆电价、度电补贴、光伏扶贫、领跑者工程、户用光伏、绿证交易等政策先后登场；2018年531新政发布，我国光伏产业由补贴推动向平价推动转变；2021年光伏财政补贴彻底结束，全面进入平价时代；目前各国相继提出碳中和目标，我国相继开展了风光大基地、整县推进等重大项目。
　　企业格局：全球光伏产业规模稳健增长，中国企业持续加码，占比不断上升。从产量来看，截止2021年，中国四大环节的全球市占率均达到78%以上，全球生产规模前十中中国厂商占据绝大多数。由龙头企业驱动的垂直一体化战略逐渐成为近年行业发展的新趋势，不仅能够有效地控制终端成本，并且还可以进一步保证订单的及时交付，对公司的产能规划、业务开拓都有着积极的意义。
　　各国光伏发展：2021年全球光伏新增装机170GW，较2011年30.2GW提升超462.9%。随着光伏平价时代到来，成本优势明显，光伏发电成为了全球越来越多国家和地区电力装机的重要选择。全球光伏装机市场呈现遍地开花的局面，不再依赖某个单一市场，中国、欧洲、美国、印度贡献了主要的新增装机增量。中国已成为全球最主要的光伏出口国家。
　　投资建议与投资标的
　　展望未来，光伏产业有望继续保持高景气度，全产业链有望在降本扩需提效中持续受益，建议重点关注硅料降价后明确受益的环节。1、光伏电站运营商，新投电站成本下降，年投建规模提升，有望量利齐升，建议关注芯能科技(603105，未评级)、太阳能(000591，未评级)等；2、辅材量升利稳，建议关注胶膜环节福斯特(603806，未评级)、海优新材(688680，未评级)、支架环节意华股份(002897，未评级)、玻璃环节福莱特(601865，未评级)、亚玛顿(002623，未评级)等；3、逆变器，细分环节龙头有望量升利稳，建议关注昱能科技(688348，未评级)、禾迈股份(688032，未评级)、德业股份(605117，未评级)、阳光电源(300274，未评级)、固德威(688390，未评级)、锦浪科技(300763，未评级)、上能电气(300827，未评级)等；4、看好电池片环节N型技术迭代利润恢复，建议关注钧达股份(002865，未评级)、爱旭股份(600732，未评级)。
　　风险提示
　　光伏行业增长不及预期；能源结构转型速度不及预期；竞争加剧；电网消纳问题限制；光伏政策超预期变化。
　　

研究报告全文：行业研究深度报告电力设备及新能源行业看好维持周期成长共振光伏20年回顾及展望国家地区中国行业电力设备及新能源行业报告发布日期2023年02月10日光伏行业深度复盘核心观点供给需求及技术因素共振光伏行业具备成长和周期双重属性当前光伏的成本已经降低到平价产业主要矛盾从光伏发电成本转变为光伏发电的电网接受力站在光伏产业的历史节点本文从技术政策企业格局各国光伏发展四个角度梳理了2000-2022年光伏产业的发展为下半场如何让光伏发电成为电网最受欢迎的电源构建以新能源为主体的新型电力系统指明方向技术端2008年冷氢化技术的突破大幅降低了光伏生产成本奠定了晶硅的主流路线2015年以来的单晶替代潮提升了光伏发电效率同时生产成本下降有效卢日鑫021-633258886118扩大了行业需求近7年来组件封装技术不断进步双面半片多主栅等技术的lurixinorientseccomcn普及提升了组件功率提升了光伏发电的竞争力目前行业主流厂商均在进行电池执业证书编号S0860515100003片技术的研发量产topcon路线量产规模最大占比5左右HJT其次目前光顾高臣021-633258886119伏消纳是行业最大的技术难题绿电绿证峰谷电价等电力系统改革储能逆变器等gugaochenorientseccomcn设备配套是当前行业关注重点执业证书编号S0860520080004施静021-633258883206政策端2000年德国可再生能源法补贴推动欧洲逐渐成为光伏最大需求地shijing1orientseccomcn2008年经济危机美欧双反严重打击了我国光伏出口2009年起受政策补贴执业证书编号S0860520090002驱动我国光伏市场正式开启标杆电价度电补贴光伏扶贫领跑者工程户香港证监会牌照BMO306用光伏绿证交易等政策先后登场2018年531新政发布我国光伏产业由补贴推动向平价推动转变2021年光伏财政补贴彻底结束全面进入平价时代目前各国相继提出碳中和目标我国相继开展了风光大基地整县推进等重大项目梁杏红liangxinghongorientseccomcn企业格局全球光伏产业规模稳健增长中国企业持续加码占比不断上升从产严东yandongorientseccomcn量来看截止2021年中国四大环节的全球市占率均达到78以上全球生产规张洋zhangyang3orientseccomcn模前十中中国厂商占据绝大多数由龙头企业驱动的垂直一体化战略逐渐成为近年行业发展的新趋势不仅能够有效地控制终端成本并且还可以进一步保证订单的及时交付对公司的产能规划业务开拓都有着积极的意义各国光伏发展2021年全球光伏新增装机170GW较2011年302GW提升超逆变器乘光储东风踏浪前行逆2022-12-2524629随着光伏平价时代到来成本优势明显光伏发电成为了全球越来越多变器系列报告风电光伏演绎新逻辑行业景气度再上新2022-11-27国家和地区电力装机的重要选择全球光伏装机市场呈现遍地开花的局面不再依台阶电力设备及新能源行业2023年赖某个单一市场中国欧洲美国印度贡献了主要的新增装机增量中国已成度投资策略为全球最主要的光伏出口国家投资建议与投资标的展望未来光伏产业有望继续保持高景气度全产业链有望在降本扩需提效中持续受益建议重点关注硅料降价后明确受益的环节1光伏电站运营商新投电站成本下降年投建规模提升有望量利齐升建议关注芯能科技603105未评级太阳能000591未评级等2辅材量升利稳建议关注胶膜环节福斯特603806未评级海优新材688680未评级支架环节意华股份002897未评级玻璃环节福莱特601865未评级亚玛顿002623未评级等3逆变器细分环节龙头有望量升利稳建议关注昱能科技688348未评级禾迈股份688032未评级德业股份605117未评级阳光电源300274未评级固德威688390未评级锦浪科技300763未评级上能电气300827未评级等4看好电池片环节N型技术迭代利润恢复建议关注钧达股份002865未评级爱旭股份600732未评级风险提示光伏行业增长不及预期能源结构转型速度不及预期竞争加剧电网消纳问题限制光伏政策超预期变化有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望目录技术迭代推动降本增效光伏制造科技属性渐浓6硅料技术壁垒最高冷氢化奠定晶硅主流路线62009年冷氢化工艺大幅降低晶硅制造端成本晶硅路线成为主流72021年协鑫推出颗粒硅打开降本新思路品质有待提升7硅片推动单晶革命向大尺寸薄片化方向发展9电池片技术路线百花齐放科技属性渐浓12BSFPERCTOPConHJTIBC技术晶硅技术百花齐放13钙钛矿薄膜技术发展迅速发展前景巨大17组件多样化发展助力光伏制造端降本增效20双面组件带来发电增益全行业普及21高密度封装助力大尺寸硅片组件实现更高功率22电池片与组件环节联合创新主栅与焊带不断优化24平价时代配套系统升级走向台前27光伏运营端精细化管理推动逆变器升级28电力系统灵活性日益重要多种系统进行调节30光伏支架向跟踪支架升级提高发电量增益33财政补贴推动光伏平价碳中和打开光伏需求天花板35财政补贴促进降本和装机增长正循环2021年进入全面平价时代36光伏产业完成平价目标迎接下一个碳中和目标37从制造端企业格局变动来看我国光伏产业崛起40碳中和背景下全球各地光伏需求旺盛42欧洲装机需求旺盛依赖中国进口43美国光伏装机稳步向上对华贸易壁垒高45印度装机潜力巨大贸易壁垒政策反复47日本光伏装机平稳增长八成依赖进口49总结与展望中国光伏产业继续奔赴新征程52总结光伏十年取得巨大成就52展望供给端降本扩大景气度技术突破进入下一个十年52投资建议54风险提示55有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明2电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望图表目录图1西门子法发展历程7图2光伏颗粒硅发展历程8图3硅烷流化床法及其颗粒硅产品8图4FBR颗粒硅较西门子法成本下降9图52021-2030年棒状硅和颗粒硅市场占比变化趋势9图62016-2030年单晶渗透率快速提升10图7隆基绿能单晶硅片生产成本变化11图8光伏硅片尺寸变化11图92021-2030年各尺寸硅片市场占比变化趋势12图102016-2025年硅片厚度变化趋势m12图11光伏电池片效率演进图13图12光伏电池起源13图13PERC技术发展历程14图14N型技术发展梳理从上到下TOPConIBCHJT15图15BSFPERCTOPCon双面HJTIBC电池的结构示意图从左到右16图162012-2030年国内电池片量产转换效率发展趋势17图172021-2030年各种电池技术市场占比变化趋势17图18PERCMWTSE电池设计原理17图19薄膜电池发展梳理18图201980-2015年光伏技术市场份额变化18图21钙钛矿电池发展历程19图22n-i-p型的纯钙钛矿电池结构20图23HJT-钙钛矿叠层电池结构20图242009-2022年PERC组件功率提升路径21图252017-2030年单双面组件市场占比变化趋势22图26半片组件较整片发热量降低原理23图27半片组件电路结构设计23图282016-2030年组件封装技术的市场占比变化趋势23图29叠瓦组件结构示意图24图30丝网印刷形成电极25图31组件焊带示意图25图322021-2030年各种主栅技术市场占比变化趋势25图332021-2030年电池正面细栅线宽度及精度变化趋势25图342021-2030年电池片正面金属电极技术市场占比变化趋势26有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明3电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望图35无主栅电池片26图36无主栅结构26图37MWT组件左与传统组件结构右27图38光伏逆变器工作原理28图39集中式光伏逆变器工作模式29图40组串式光伏逆变器工作模式29图41辐照度变化对光伏组件输出功率的影响MPPT跟踪30图42温度变化对组件输出功率的影响MPPT跟踪30图43火电灵活性改造涉及子系统示意图31图44户储电芯产品举例32图45大储电芯产品举例32图46储能电站系统33图47风光配储收益模式33图48季节可调固定式支架33图49斜单轴跟踪支架33图50跟踪支架系统34图512021-2030年国内跟踪系统市场占比变化趋势34图522021年跟踪支架行业竞争格局按出货量34图53中国光伏新增装机容量GW35图542011-2022年光伏组件价格变化情况美元瓦35图55我国光伏财政补贴政策梳理36图562013-2022年中国光伏发电补贴退坡历程元千瓦时37图57我国光伏产业政策梳理38图58我国风光大基地项目进展39图592022年1-9月分布式光伏招标中整县推进规模及占比40图602011-2021年中国光伏四大环节产量及全球占比40图61全球新增光伏装机规模复盘43图62欧洲新增光伏装机规模复盘GW43图63美国光伏装机梳理45图64印度年度光伏装机量情况47图65我国出口印度组件规模GW49图66日本光伏装机梳理50图672014-2020年中国出口日本光伏组件规模MW51图68光伏行业盈利公式53表1光伏制造端重大技术变革汇总6表2组件环节重大技术变革6有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明4电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望表32016-2030年西门子工艺能耗统计7表4硅片环节重大技术变革10表5电池片环节重大技术变革12表6各种新型晶体硅电池的工艺对比加粗为新增工艺16表7薄膜太阳能电池分类17表8最新钙钛矿电池实验室光电转换效率19表9钙钛矿产能布局20表10组件环节重大技术变革21表11双面组件与单面组件的性能对比22表12主要叠瓦技术专利情况24表13光伏配套产品28表14各类光伏逆变器应用对比29表15电源侧及储能侧部分资源灵活性运行参数30表16动力电池和储能电池的不同之处31表17储能电站用磷酸铁锂钛酸锂三元锂电池一般性技术水平对比32表18光伏支架分类及性能对比33表19十四五期间国内主要光伏应用场景35表20三批领跑者项目规模及指标要求汇总38表21全球组件生产规模前十企业41表22全球电池片生产规模前十企业41表23全球硅片生产规模前十企业41表24全球多晶硅生产规模前十企业42表25中欧光伏贸易争端44表26欧洲光伏发展目标最新进展44表27美国光伏政策梳理45表28美国对华光伏贸易保护政策46表29印度近年主要光伏财政激励计划47表30印度光伏产品相关认证限制政策48表31印度光伏产品贸易摩擦事件梳理48表32日本光伏FIT政策50表33光伏行业2010-2021年主要成果52表34光伏制造端研究框架53表352023年光伏产业链制造端趋势判断54有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明5电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望技术迭代推动降本增效光伏制造科技属性渐浓在过去的20年中技术迭代带来光伏行业大幅度的降本增效其中最为重要的是硅料环节冷氢化技术的发明与全行业普及硅片环节单晶技术的持续降本与全行业普及接下来按时间顺序分别梳理四大环节的主要技术变革表1光伏制造端重大技术变革汇总时间环节公司技术被替代改进技术当前技术普及率成本效率节点硅料2009协鑫冷氢化工艺第一代西门子法10070环节2021协鑫硅烷法颗粒硅西门子法5302013隆基金刚线工艺砂浆切割100602013隆基直拉法多晶铸锭9560硅片2015隆基中环统一市场尺寸100环节2020隆基182尺寸硅片向大尺寸发展452020中环210尺寸2021设备厂主导钨基金刚线碳钢金刚线进入量产2016隆基PERCBSF技术1002电池2020晶科钧达TOPCon91片环2021爱康华晟HTJP型电池技术逐渐起量3-41节2021隆基爱旭IBC小批量12022协鑫光电纤纳光电钙钛矿电池晶硅技术未商业化2015组件厂商双面组件单面发电常规背板432018组件厂商半片90高密度封装2019通威环晟赛拉弗叠瓦4-5组件2017组件厂商多主栅技术90环节2021银浆公司银包铜电镀铜电池片与组件环节联合创小批量2021迈为无主栅技术新电极与焊带研发阶段2021日托光伏MWT1数据来源各公司公告CPIAWIND东方证券研究所硅料技术壁垒最高冷氢化奠定晶硅主流路线上世纪五六十年代多晶硅生产的两大技术路线相继问世其中西门子法通过多次技术迭代一直引领行业前行成为世界的主流路线而流化床法作为第二技术路线也在持续进步自2000年德国补贴打开全球光伏市场后曾发生过2次大的技术变革均由协鑫推动其中第一次冷氢化技术更是颠覆了光伏行业格局极大提升了行业供给水平表2组件环节重大技术变革时间公司技术被替代改进技术技术普及情况成本下降2009协鑫冷氢化工艺西门子法改进100702021协鑫硅烷法颗粒硅西门子法替代530数据来源协鑫科技公司公告CPIAWIND东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明6电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望2009年冷氢化工艺大幅降低晶硅制造端成本晶硅路线成为主流西门子法自开发至今已60余年技术不断改进产品品质和生产成本不断优化经过多次技术迭代已然成为多晶硅企业的主流早期的氢化方法称为热氢化法工艺成本高昂2004年冷氢化法的专利保护限制失效冷氢化工艺迅速发展2006年掌握硅材料提纯技术的日本和德国跨国巨头同意输出热氢化工艺国内多晶硅行业开始发展2006年保利协鑫进入多晶硅行业开始技术降本的探索设计还原炉和反应釜摸索工艺2009年研发冷氢化工艺量产硅料成功冷氢化技术突破大幅降低多晶硅生产成本图1西门子法发展历程数据来源改良西门子法制备多晶硅还原过程研究进展李亚广等多晶硅生产工艺现状及改良西门子法工艺流程曹胜军东方证券研究所发展至今西门子法经过三次改良生产成本大幅下降根据CPIA数据2021年我国多晶硅行业的平均电耗为63kWhkg-Si较2016年下降213预计至2030年还有5以上的下降空间表32016-2030年西门子工艺能耗统计指标2016201720182019202020212030E还原电耗kWhkg52504950494642综合电耗kWhkg807371706656355蒸汽消耗kgkg4253131282318488综合能耗kgcekg140513131251159576数据来源CPIA东方证券研究所冷氢化技术变革的市场影响2004-2008年光伏需求旺盛硅料供不应求价格高涨硅料价格由2000年的9美元kg飙涨至2008Q3的500美元kg期间涨幅高达56倍当时薄膜路线的性价比凸显同时金属硅和废硅回收冶炼等路线受到关注冷氢化工艺突破后成本大幅增加导致CIGS和镝化镉等薄膜路线丧失竞争力纷纷退出冷氢化工艺奠定了晶体硅路线是光伏行业面向未来的主流路线2021年协鑫推出颗粒硅打开降本新思路品质有待提升有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明7电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望多晶硅流化床路线从20世纪60年代开始研发早期硅料需求主要来自半导体行业对纯度要求更高而且需求总量有限因此西门子保持统治地位流化床法发展停滞2000年后光伏需求爆发挪威REC和德国Wacker尝试流化床工艺的大规模生产REC早期的产品只能满足多晶需求目前REC成功利用硅烷气作为原料实现了流化床法的商业化运营该方法被称为FBR硅烷流化床法德国Wacker公司利用三氯氢硅为原料实现了流化床法生产被称为TCS流化床法其中硅烷法的产业化进度更领先图2光伏颗粒硅发展历程数据来源协鑫科技公司公告中国粉体网东方证券研究所硅烷流化床生产多晶硅时将高纯的多晶硅细颗粒02-05mm作为生产用的晶种加入流化床反应器内从反应器底部通入SiH4和H2的混合气随着气体流率的增大颗粒床层由固定床转变为流化床在外部加热器的作用下硅烷在600800的温度下在硅晶种表面发生化学气相沉积使硅晶种长成尺寸较大的近球形颗粒15mm在操作中采取同步取出大尺寸颗粒产品和加入硅晶种的方法以实现连续化生产在流化床法的运作过程中沸腾的硅颗粒硅会不断冲击反应器内壁时间长达10小时容易使反应器内部受到腐蚀常用的金属材料会给反应体系带入大量的金属污染降低产品纯度金属杂质偏高会导致硅片少子寿命下降进而影响电池转换效率是产业化进程需要突破的关键步骤图3硅烷流化床法及其颗粒硅产品数据来源协鑫科技公司官网协鑫科技公司公告东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明8电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望硅烷流化床法成本优势突出1硅烷热分解反应的副产物为氢气2硅烷的沉积温度比三氯氢硅低还原电耗下降70从而大幅降低成本3沉积速率快可实现单程百分百转化4可实现连续操作5流化床具有良好的等温特性使得硅的沉积均匀性好6在铸锭生产过程中可提高单次坩埚装料重量提高铸锭生产过程中的效率与改良西门子法相比FBR颗粒硅综合生产成本较棒状硅下降约30仅多晶硅环节1GW多晶硅料可减排13万吨CO2较西门子法降低74基于整个光伏产业链1GW元件至少可降低CO2排放量477大幅助力实现碳中和图4FBR颗粒硅较西门子法成本下降数据来源协鑫科技公司官网东方证券研究所目前硅烷流化床法生产的颗粒硅品质低于改良西门子法主要与棒状硅混合使用搭配比例在30以内随着N型电池的发展对硅料品质要求更加严格颗粒硅仍存在技术难关2021年硅烷法颗粒硅产能和产量小幅增加市占率达到41从未来看若颗粒硅生产工艺能够进一步改进市场占比会进一步提升图52021-2030年棒状硅和颗粒硅市场占比变化趋势1009080706050403020100202020212022E2023E2025E2027E2030E棒状硅颗粒硅数据来源CPIA东方证券研究所硅片推动单晶革命向大尺寸薄片化方向发展硅片环节资产较轻技术难度低于硅料环节主要在于成本控制隆基从硅片环节进入光伏行业持续推出新技术来推动单晶路线最终单晶成为市场主流隆基也成长为行业龙头当前出于降本需求硅片向薄大方向发展有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明9电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望表4硅片环节重大技术变革时间公司技术被替代技术技术普及率成本下降备注2013隆基金刚线工艺砂浆切割10060结合PERC技术推动2013隆基直拉单晶多晶铸锭路线9560了单晶趋势2015隆基中环统一市场尺寸100硅片向大尺寸2020隆基182尺寸发展趋势发展452020中环210尺寸大尺寸薄片2021设备厂主导钨基金刚线碳钢金刚线进入量产数据来源CPIA隆基绿能公司公告东方证券研究所单多晶之争长期存在此消彼长单晶技术是目前光伏应用的主流路线根据FraunhoferISE数据全球单晶市场份额从1980年97下降至2015年25早期欧美日本的光伏都是以单晶为主并且有较多的稳定运行30年的记录单晶产品虽然转换效率较高但价格相对较高早期市场发展相对不成熟过于关注光伏电站的初始投资成本而对电站运营全周期内的度电成本则关注不足在单多晶效率差别不大的情况下比例变动主要取决于成本多晶产品因生产工艺相对简单所以产能扩张快速在市场供给不足阶段国内早期电池企业多选择多晶扩产路线这导致单晶产品在我国推动力不足2015年起单晶比例逐步上升则主要是拉棒切片成本下降和后端电池片的效率提升图62016-2030年单晶渗透率快速提升10090807060504030201002016201720182019202020212022E2023E2025E2027E2030E单晶多晶铸锭单晶数据来源CPIA东方证券研究所公司通过金刚线切割工艺拉晶工艺改进PERC电池技术等行业先进技术的产业化应用使得2016年硅片产品非硅成本已较2012年下降6760片P型PERC单晶电池组件最高功率已达到3166W2013-2018年拉晶切片环节变革推动单晶替代多晶1金刚线切割大幅提升速率降低成本传统硅片切割采用砂浆切割方式金刚线切割工艺被日本垄断2012年隆基率先研究国产金刚线切割技术2014年后逐渐全行业推广相较砂浆切割而言金刚线切割能够承受更大的切削力线径切削时间大幅降低出片率更高硅片产品表面受到的磨损程度低2连续投料技术快速拉晶技术促进了单晶硅棒生产效率2013-2016年隆基股份通过优化拉晶炉热场结构提高投料量提升拉速自动化等技术大幅降低单晶拉棒生产能耗和成本3PERC技术提升单晶电池效率2012年863专项启动PERC电池正式在我国开启产业化进程2014年隆有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明10电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望基与澳大利亚新南威尔士大学等合作伙伴合作解决了初始光衰高的问题向业界开放2015年领跑者计划中PERC电池作为先进技术产品得到重视奠定了单晶路线是主流晶体硅路线的基础图7隆基绿能单晶硅片生产成本变化724623225214203191821711601520112012201320142015201620172018201920202021隆基单晶非硅成本元片多晶电池片转换效率单晶电池片转换效率数据来源隆基绿能公司公告CPIA东方证券研究所2015年前行业里硅片各种尺寸满天飞2015年隆基与中环联手定制边长15675mm的M1M2硅片边距15675mm逐渐成为单晶硅片的主流尺寸2018年业内主流的单晶硅片全部采用M2标准市占率高达852019年M6边距166mmG12边距210mm相继推出2021年182mm和210mm尺寸占比增长至45未来其占比仍将快速扩大大尺寸硅片的趋势不可逆能够有效摊薄单瓦非硅成本图8光伏硅片尺寸变化数据来源北极星太阳能光伏网东方证券研究所同时2021年以来随着硅料价格上涨硅片薄片化快速进步中环股份210产品在2021年底已完成由T170向T160的量产转换同等条件下硅片出片数增加457这要求金刚线在更细的情况下具备更高的切割力和破断力高碳钢线极限已近以钨丝替代碳钢丝作为母线的金刚线产品也随着出现钨丝强度高耐磨可加工性好抗疲劳性好等特点可为切割环节带来显著增益市场已有小批量生产有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明11电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望图92021-2030年各尺寸硅片市场占比变化趋势图102016-2025年硅片厚度变化趋势m100200908018070601605040140302012010100020212022E2023E2025E2027E2030E20212022E2023E2025E2027E2030EPTOPConHJT15675mm15875mm160-166mm182mm210mm多晶单晶型单晶单晶数据来源CPIA东方证券研究所数据来源CPIA东方证券研究所电池片技术路线百花齐放科技属性渐浓太阳能电池按原材料分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池上世纪70年代相关技术就已出现1990年代晶硅效率超过薄膜薄膜电池份额滑落2004-2009年多晶硅价格不断高升薄膜性价比优势显现份额提升2009年后冷氢化技术大幅降低晶硅成本薄膜路线退出2019年后PERC电池量产效率已经普遍超过23越来越接近245左右的其理论极限晶硅路线效率提升接近极限成本下降减缓行业纷纷将重点投向对新一代主流电池技术的开发可以看到这一时期新技术转换效率不断突破比如N型技术钙钛矿技术等表5电池片环节重大技术变革量产时间公司技术被替代技术技术普及率当前量产平均转换效率2000ALLAl-BSFPN结100曾经1952016隆基PERCBSF技术1002322020晶科钧达TOPCon9242P型电池技2021爱康华晟HTJ逐渐起量3-4244术2021隆基爱旭IBC小批量244协鑫光电钙钛矿及其叠2022晶硅技术未商业化18纤纳光电层电池数据来源CPIA协鑫光电公司官网纤纳光电公司官网东方证券研究所美国国家实验室梳理了过去数十年来光伏电池片研究的效率演进光伏电池片技术的效率排序为薄膜技术多晶技术单质结异质结接下来的行业大变革可能就是异质结电池片击败单质结电池片在异质结技术簇之中有着多种多样的技术路线比如HBCTBC与钙钛矿的叠层电池等有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明12电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望图11光伏电池片效率演进图数据来源NREL东方证券研究所BSFPERCTOPConHJTIBC技术晶硅技术百花齐放BSF的出现首个光伏电池诞生至今已有近70年历史其结构是一个简单的晶硅PN结在之后的研究中发现在晶硅光伏电池PN结制造完成后通过在硅片的背光面沉积一层铝膜制备P层既可以减少少数载流子在背面复合的概率同时也可以作为背面的金属电极因此能够提升光伏电池的转换效率这就是Al-BSF电池即常规的太阳能晶硅电池结构图12光伏电池起源数据来源北极星太阳能光伏网东方证券研究所晶硅太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之重硅片内部和硅片表面的杂质及缺陷会对光伏电池的性能造成负面影响钝化工序就是通过降低表面载流子的复合来减小缺陷带来的影响从而保证电池的效率从早期的仅有背电场钝化BSF到正面氮化硅钝化再到背面引入诸如氧化硅氧化铝氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC设计PERC概念的核心就在于为常规光伏电池增加全覆盖的背面钝化膜有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明13电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望PERC取代BSF上世纪八十年代PERC电池早已在实验室完成研发但在随后的二十年里PERC电池产业化进程却一直处于停滞状态但随着常规的铝背场电池的转换效率逐步逼近20的效率天花板传统的工艺改良已经无法满足日益提升的效率需求如果要进一步突破20的效率瓶颈则需要采用更为先进的电池技术2015年开始考虑到PERC技术对电池转换效率提升明显工艺简单成本低廉且与当时电池生产线高度兼容PERC电池的量产被提上日程PERC电池发展至今有3个重要时间节点2012年晶澳科技首先进行PERC电池小批量试产效率达到2032015年PERC电池量产平均效率超BSF电池技术瓶颈头部企业实现批量化稳定生产产能首次达到世界首位次年正式开启产业化量产2017年PERC电池进入爆发期成为国内最主流的光伏电池技术高利润驱动产能高速扩张至2019年市场份额达到国内第一核心设备脱离对国外技术的依赖实现国产替代图13PERC技术发展历程数据来源低成本产业化高效PERC电池技术研究吕镱隆基绿能公司公告晶澳科技公司公告光伏盒子CPIA东方证券研究所N型技术迅速发展的原因2019年后PERC电池量产效率已经普遍超过23越来越接近245左右的其理论极限继续提升非常困难同时PERC电池技术相对成熟产业化已具备规模非硅成本下降空间较小因此行业纷纷将重点投向对新一代主流电池技术的研发N型技术具有少子寿命更高光致衰减效应小弱光响应好等众多优势因此其理论效率极限较PERC更高成为近两年来发展最快的技术有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明14电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望图14N型技术发展梳理从上到下TOPConIBCHJT数据来源隆基绿能公司官网晶科能源公司官网黄河水电公司官网天合光能公司官网东方证券研究所光伏性能提升史就是电池片结构演化史Al-BSF铝背场电池基于P型衬底基极在表面掺杂磷源形成发射极并与衬底形成PN结其表面采取SiNx减反射背面采用Al背场实现了电池效率的大幅提升但BSF电池仍然存在背面复合率高铝背场对长波利用率低等问题PERC发射极和背面钝化电池电池在传统的BSF常规铝背场电池电池前表面和后表面分别沉积钝化膜采用背面点接触代替BSF的全铝背场有效抑制了金属铝膜层中少数载流子的复合从而提升约1电池光电转换效率但PERC电池的金属电极与硅衬底直接接触接触界面仍会产生大量的少子复合中心降低电池转换效率PERC电池片相对BSF电池效率优势突出市占率由2016年的100攀升至2021年的912现已成为电池片主流产品TOPCon隧穿氧化层钝化接触电池应用于背表面的隧穿氧化层钝化接触电池以PERC结构为基础在N型硅片背面沉积超薄氧化硅和磷掺杂硅层构成钝化接触结构该结构可以使多子电子隧穿进入多晶硅层即使它们不具有足够的动能从势垒顶部翻越过势垒它们仍然能够在势垒入射的一边消失而在势垒的另一边出现同时将金属电极与硅衬底隔开实现了少子复合率的减小最终显著提升电池效率HJTHIT本征薄膜异质结电池不采用传统的晶硅PN结材料而是以P型氢化非晶硅层氢化非晶硅层N型硅片作为发射极以氢化非晶硅层N型氢化非晶硅层作为背电场最后收集的载流子在TCO导电层中传输电子和空穴分别汇集到电池受光面和背光面的表面电极可见异质结电池具备良好的双面对称性且硅片与非晶硅组成特殊的PN结削弱了载流子的复合提升了光电转换效率有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明15电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望IBC交叉指式背接触电池电池增效思路是将所有电极印刷在电池背面完全消除了前表面的栅线遮挡损失有效增加了前表面的发电面积是较为纯粹的单面电池同时背面可以使用较宽的金属栅线来降低串联电阻一定程度上提高了填充因子最终达到提升效率的目的图15BSFPERCTOPCon双面HJTIBC电池的结构示意图从左到右数据来源N型高效晶体硅太阳电池关键技术研究鲁贵林晶硅TOPCon与IBC太阳电池设计制备与性能丁东东方证券研究所光伏电池片环节工艺要求越来越严格接近半导体要求1以电池真空过程为例PERC有扩磷和两次PECVD真空度要求比较低杆泵就够HJT真空过程要求分子泵能量消耗大2HJT电池目前已完成HJT10非晶到HJT20单面微晶的跨越完成20的量产后续还将逐步实现30双面微晶40应用铜电极双面微晶50全背接触最终有望达成电池量产28的超高效率3IBC关键工艺是在电池背面制备出呈叉指状间隔排列的P区和N区以及在其上面分别形成金属化接触和栅线隆基2022年发布HPBC混合钝化背接触电池在P型硅片基础上结合TOPCon及IBC技术在电池背面构建指叉状PN结并运用TOPCon隧穿钝化电池量产效率突破25表6各种新型晶体硅电池的工艺对比加粗为新增工艺步骤常规铝背场电池P型PERC单晶电池N型双面电池HJT电池1硅片清洗植绒硅片清洗植绒硅片清洗植绒硅片清洗植绒2扩磷扩磷扩硼PECVD沉积硼等离子去边or湿法3湿法去背结湿法去背结去背结4清洗清洗清洗5离子注入磷PECVD沉积磷6PECVD镀SiNx膜PECVD镀SiNxPECVD镀SiNxPVD镀透明导电膜ALDPECVD镀ALDPECVD镀7PVD镀透明导电膜Al2O3SiNxAl2O3SiNx8激光开槽93丝印3烘干3丝印3烘干3丝印3烘干3丝印3烘干10测试分选测试分选测试分选测试分选扩硼高难镀Al2O3离子注入PECVD沉积硼磷工艺镀AI2O3数据来源CPIA东方证券研究所根据CPIA2021年N型TOPCon电池平均转换效率达到240HJT电池平均转换效率达到242IBC电池平均转换效率达到241较2020年均有提升随着N型路线的投产放量N型电池量产转换效率将继续大幅提升2022年新建量产产线以N型为主TOPCON产能逐渐释放HJT目前投产较少XBC路线以爱旭隆基为主有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明16电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望图162012-2030年国内电池片量产转换效率发展趋势图172021-2030年各种电池技术市场占比变化趋势27100259080237021601950401730152010201320142015201620172018201920202021201202022E2023E2025E2027E2030E多晶电池片单晶电池片PERC单晶电池20212022E2023E2025E2027E2030ETOPConHJTIBCBSFPERCTOPConHJTMWTIBC数据来源CPIA东方证券研究所数据来源CPIA东方证券研究所选择性发射极SE掺杂技术可有效解决轻重掺杂选择矛盾成为PERC标配提效工艺PERC电池转换效率到达瓶颈后推出了SEMWT等技术叠加在PECR电池上转换效率进一步提升尤其是SE技术2019年后新建PERC产能均配有SE工艺设备通过在光伏电池电极栅线与硅片接触部位区域进行高浓度磷掺杂从而降低电极和硅片之间的接触电阻并在电极以外区域进行低浓度浅掺杂降低表面复合速率从而有效实现电池的开压电流和填充因子改善有效提高了光电转换效率光电转换效率绝对值提升02-03左右作为参考目前各N型电池技术正在抓紧降本增效当效率到达瓶颈期或者N型产线建设完成后SE工艺渗透率有望提升激光掺杂技术有望成为标配工艺图18PERCMWTSE电池设计原理数据来源帝尔激光公司公告东方证券研究所钙钛矿薄膜技术发展迅速发展前景巨大基于光吸收层材料体系的不同薄膜太阳能电池主要分为硅基薄膜太阳能电池如非晶硅微晶硅及多晶硅薄膜电池等化合物薄膜太阳电池如碲化镉铜铟镓硒及砷化镓薄膜电池有机和染料敏化太阳能电池钙钛矿电池三类表7薄膜太阳能电池分类分类电池种类转换效率缺点第一代薄膜电池硅基薄膜光伏电池存在光致衰减的固有缺陷设备投资大碲化镉CdTe薄膜光伏电池生产成本低性能稳定第二代薄膜电池铜铟镓硒CIGS薄膜电池铟和镓的蕴藏量有限生产成本较高工艺未标准化砷化镓GaAs太阳电池镓蕴藏量有限砷有毒生产成本最高第三代薄膜电池钙钛矿Perovskite太阳电池稳定性差大尺寸制备困难数据来源北极星太阳能光伏网东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明17电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望薄膜电池发展经历两起两落在1980年代薄膜电池一度占据电池市场30的市场份额被称为下一代光伏技术但不久后实验室中晶硅电池的效率已经能够达到20硅基薄膜的效率瓶颈始终未能得到突破因此整个90年代薄膜电池份额持续滑落2004年FirstSolar实现了低成本CdTe电池的量产薄膜电池再次开启快速扩张与此同时多晶硅价格快速上涨晶硅路线成本高昂因此薄膜电池份额提升2009年FirstSolar一度成为电池产量冠军全球市占率高达122010年后随着光伏企业晶硅电池技术的突破晶硅成本快速下降且效率大幅领先薄膜电池失去低成本优势市场份额被不断压缩2021年以来PERC效率提升和成本降低的空间有限钙钛矿有望破解在廉价的条件下实现高效稳定的光伏器件难题图19薄膜电池发展梳理数据来源OFweek太阳能光伏网东方证券研究所图201980-2015年光伏技术市场份额变化数据来源FraunhoferISE东方证券研究所当前大力发展钙钛矿的原因1PERC效率见顶同时硅基成本和能耗下降空间较小具有效率成本关键优势的钙钛矿的价值变大钙钛矿理论转换效率远高于N型2经济性高于其他薄膜电池学术产业界推动钙钛矿电池研究经过不断地研发很多科学问题基本上已经解决了钙钛矿走到产业化拐点如何把产品尺寸放大把产线放大需要大量的资本和产业方共同推动32020年以来政策推动2021年十四五能源领域科技创新规划提出发展钙钛矿等先进光伏技术2022年科技部等九部门印发科技支撑碳达峰碳中和实施方案20222030年提出研发高效硅基光伏电池高效稳定钙钛矿等技术有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明18电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望图21钙钛矿电池发展历程数据来源从38到242钙钛矿电池的十年之变宋延林等科技部东方证券研究所2022年钙钛矿光电转换效率频繁被刷新不断创下新高目前暨南大学新能源技术研究院麦耀华教授团队经过独立第三方认证效率超过36的大面积钙钛矿室内光伏组件为当前已报道钙钛矿室内光伏组件世界最高转换效率表8最新钙钛矿电池实验室光电转换效率钙钛矿电池日期转换效率研究企业团队全钙钛矿串联叠层20222月2640南京大学谭海仁团队加拿大多伦多大学反型钙钛矿电池20222月2400华东师范大学方俊锋团队与中科院宁波材料技术与工程研究所新型倒置钙钛矿电池20224月2390南京大学多伦多大学大面积钙钛矿电池稳态效率20222月2260澳大利亚国立大学钙钛矿TOPCon叠层20226月2760澳大利亚国立大学北京大学以及晶科能源超薄超轻钙钛矿太阳电池20226月2020北京大学钙钛矿-硅叠层光伏电池20227月3130洛桑联邦理工学院EPFL和瑞士电子与微技术中心CSEMFAPbI3钙钛矿太阳电池20227月2560中科院半导体研究所新型钙钛矿cls串联电池20226月2500德国和比利时联合国际团队钙钛矿叠层电池20226月2800南京大学现代工程与应用科学学院钙钛矿电池20228月2808国家电投黄河公司柔性钙钛矿电池效率20229月236清华大学电气工程系电力系统国家重点实验室全钙钛矿叠层电池组件效率202210月2450仁烁光能无机钙钛矿太阳能电池202210月32澳大利亚GreatCellSolar公司钙钛矿室内用光伏组件稳态效率202211月36暨南大学新能源技术研究院教授麦耀华团队数据来源北极星太阳能光伏网东方证券研究所纯钙钛矿电池可分为n-i-p和p-i-n两种器件结构其中n-i-p器件结构较为常见钙钛矿可以选择和晶硅电池叠层也可以选择和薄膜电池叠层理论上最大的叠层数量是4层对应理论转换效有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明19电力设备及新能源行业深度报告周期成长共振光伏20年回顾及展望率高达453其中HJT电池对称结构天然适合与钙钛矿电池进行叠层因此HJT-钙钛矿叠层电池是较为普遍的产业选择图22n-i-p型的纯钙钛矿电池结构图23HJT-钙钛矿叠层电池结构数据来源高效晶硅异质结电池及其与钙钛矿叠层电池研究何凤琴东方数据来源高效晶硅异质结电池及其与钙钛矿叠层电池研究何凤琴东方证券研究所证券研究所目前钙钛矿太阳能电池尚在产业化初期2022年纤纳光电组件出货极电光能正式签单协鑫大尺寸组件下线钙钛矿电池逐步从技术讨论走向商业化尝试与传统晶硅太阳能电池相比钙钛矿光伏电池的工艺简单设备和制备成本更低且有着极低的单位能耗可以有效降低度电成本产业化瓶颈在于长期稳定性和大面积制备工艺表9钙钛矿产能布局公司名称最新产能进展协鑫光电投建的全球首条100MW量产线已在昆山完成厂房和主要硬件建设计划2022年投入量产纤纳光电2022年公司100MW生产线建成钙钛矿组件全球首发全球首款钙钛矿商用组件成功交付数量为5000片150MW全球最大的钙钛矿光伏组件生产线已经开始试生产全球首条GW级钙钛矿光伏生产线已签约落地无锡并将于极电光能2023年初启动建设计划于2023年初开始投入超过50亿建设6GW的产能第一期1GW将在2024年达产到2025年6GW产线全部达产公司将于2022年完成试验线建设年内实现大尺寸电池模组批量下线目标效率大于20公司将启动10MW级中试线无限光能建设计划2024年建成100MW商业化量产线公司已建成10MW钙钛矿叠层研发线将于2023年第三季度完成150MW的量产线建设预计未来五年内将建设数条仁烁光能GW级别的钙钛矿电池组件生产线2021年6月其总投资高达60亿元的钙钛矿太阳能电池项目正式落地该项目共分为两期一期产能为200MW顺利万度光能量产后公司计划扩充至10GW截止2022年公司已投资8000万元合16亿日元在中国江苏省建设10MW年产能生产线计划2023年再投资2亿元大正微纳人民币将年产能扩大到100MW钙钛矿光伏组件生产线产能达到200MW年公司已建成100-500kW准MW级大面积钙钛矿太阳能器件中试平台可快众能光电速进行工艺优化和迭代合特光电将于2022年投建的高效异质结钙钛矿叠层电池中试线量产的转化效率目标不低于28金昌鑫磊鑫半导年产1GW钙钛矿薄膜光伏组件生产基地2022年7月已开工建设2022年计划完成投资35亿元体科技宁德时代2022年5月5日业绩说明会上称公司钙钛矿光伏电池研究进展顺利正在搭建中试线曜能科技完成数千万元A轮融资高瓴资本领投数据来源各公司官网及公众号北极星太阳能光伏网东方证券研究所组件多样化发展助力光伏制造端降本增效有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明20