光伏设备行业专题报告（一） 高效电池生产设备产业链梳理 行业专题报告 行业报告 机械 2019 年 08 月 07 日 请务必阅读正文后免责条款 中性 （ 维持 ） 行情走势图 相关研究报告 行业专题报告 *机械 *科创板系列 3D 打印产业链全景图 2019-08-05 行业专题报告 *机械 *3D打印产业链全梳理，高成长赛道的机遇和挑战 2019-07-31 行业专题报告 *机械 *科创板中高端装备公司一张图对比分析 2019-07-22 行业专题报告 *机械 *科创板系列 工业机器人产业链全景图 2019-07-17 行业半年度策略报告 *机械 *风雨未霁，创新为帆 2019-07-02 证券分析师 胡小禹 投资咨询资格编号 S1060518090003 021-38643531 HUXIAOYU298PINGAN 研究助理 吴文成 一般从业资格编号 S1060117080013 021-20667267 WUWENCHENG128PINGAN 我国是全球最大的光伏生产国。 光伏电池是一种对光有响应并能将光能转化为电能的器件，所用的太阳能属于可再生能源。 2018 年底全球光伏累计装机量达 480GW，预计 2030 年有望达到 1721GW，发展空间巨大。晶硅光伏电池产业链分为硅料、硅片、电池片、组件、系统五个环节， 2018年我国硅料、硅片、电池片、组件产量占全球总产量的比重分别为 58%、90%、 73%、 72%，是全球最大的光伏生产国，并诞生了江苏中能、隆基股份、天合光能等一批优秀的光伏制造公司。 生产技术持续创新，推动设备加速迭代。 光伏行业面临平价上网的挑战 ，发展新型的高效电池成为重要的突破口。行业呈现“一代技术，一代设备”的现象， 生产 技术 的 创新将推动设备迭代。光伏电池生产包括四大流程：硅料制程、硅片制程、 电池片制程和组件制程。在硅片环节，单晶硅成为发展趋势 ，带动单晶硅片产能扩张。在电池片领域， PERC 电池持续扩张，N 型电池（ PERT、 HJT、 IBC 电池 ） 蓄势待发 。在组件领域，多主栅、半片和叠片组件渗透率持续提升。建议关注单晶硅生长 设备 ， PERC 和 N 型电池片设备，以及 新型 组件 技术 带来的激光划片机、多主栅串焊机和叠片机等设备的投资机会。 高效电池产能扩张，设备公 司机遇多 。预计 2019 年我国硅料、硅片、电池片、组件分别扩张产能约 20 万吨、 36GW、 50GW、 20GW，均以高效电池产能为主。 2018 年全球光伏设备市场 总 规模达 48 亿美元，同比增长7.62%。 预计 2019 年全球 PERC 电池 片 设备市场规模达 200 亿元，其中背钝化设备、自动化设备、丝网印刷设备占比最高，分别为 43 亿元、 43亿元、 23 亿元。我们认为，未来几年光伏设备市场将出现结构性机会，高效电池的设备商业绩有望景气向上。 投资建议： 随着平价上网步伐的加速，降本增效是产业链上所有企业共同的追求。我国是全球最大的光伏生产国，硅料、电池片和组件生产企业积极推动高效电池产能扩张。建议关注国内单晶炉龙头晶盛机电、电池片设备龙头捷佳伟创、 PERC 激光设备龙头帝尔激光、丝网印刷设备龙头迈为股份，以及组件设备优秀代表奥特维（科创板拟上市公司），同时建议关注非上市公司理想万里晖。 风险提示： （ 1）行业政策风险。全球光伏行业一直由政策推动发展。在平价上网尚未完全到来之际，政策变化对行业影响较大。（ 2）行业需求下滑风险。光伏电池受宏观需求以及行业自身周期影 响较大，如果宏观经济剧烈波动，下游需求显著下滑，设备企业订单将受到直接影响。（ 3）技术替代风险。光伏行业技术更迭迅速，每一轮技术变更，均有望带来新的设备需求，但如果设备企业未能跟紧技术变化，相关设备无法满足新型技术要求，公司业绩将显著恶化。（ 4）市场竞争风险。光伏设备竞争企业较多，如果市场竞争加剧，将会带来盈利能力下滑风险。 请通过合法途径获取本公司研究报 告，如经由未经许可的渠道获得研 究报告，请慎重使用并注意阅读研 究报告尾页的声明内容。 -30%-20%-10%0%10%20%30%Aug-18 Nov-18 Feb-19 May-19沪深 300 机械证券研究报告 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 2 / 29 股票名称 股票代码 股票价格 EPS P/E 评级 2019-08-06 2018A 2019E 2020E 2021E 2018A 2019E 2020E 2021E 晶盛机电 300316 12.97 0.45 0.58 0.76 0.95 28.62 22.53 17.01 13.59 未评级 捷佳伟创 300724 30.88 0.96 1.32 1.70 2.11 32.27 23.45 18.16 14.65 未评级 帝尔激光 300776 133.40 2.54 4.31 5.79 7.43 52.54 30.93 23.03 17.96 未评级 迈为股份 300751 142.30 3.29 5.51 7.31 9.00 43.29 25.85 19.46 15.82 未评级 资料来源： wind，未评级公司按照 wind 一致预期 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 3 / 29 正文目录 一、 我国是全球最大的光伏生产国 . 6 二、 生产技术持续创新，推动设备加速迭代 . 9 2.1 硅料：生产技术成熟， 设备市场稳健 . 9 2.2 硅片：单晶硅片渗透率提升 . 9 2.3 电池片： PERC 电池持续扩张 ， N 型电池蓄势待发 . 11 2.4 组件： MBB、半片、叠片技术多点开花 . 19 三、 高效电池产能扩张，设备公司业绩景气向上 . 23 3.1 高效电池产能持续扩张 . 23 3.2 光伏设备市场稳健增长，技术创 新诞生结构性机会 . 25 3.3 相关设备公司业绩迎来景气向上周期 . 26 四、 投资建议 . 27 五、 风险提示 . 28 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 4 / 29 图表目录 图表 1 全球光伏发电量占比 . 6 图表 2 全球光伏发电累计装机容量 . 6 图表 3 光伏产业链 . 7 图表 4 2018 年底我国光伏行业有效产能及产量 . 7 图表 5 2018 年光伏产业各环节中国产量占比 . 7 图表 6 我国多晶硅产量 . 8 图表 7 我国硅片产量 . 8 图表 8 我国电池片产量 . 8 图表 9 我国组件产量 . 8 图表 10 我国诞生了众多全球领先的光伏制造企业 . 8 图表 11 改良西门子法制备硅料流程及核心设备 . 9 图表 12 硅片制备流程 . 10 图表 13 硅片制备工艺的流程介绍 . 10 图表 14 单晶电池片光电转换效率高于多晶电池片 . 11 图表 15 单晶硅片和多晶硅片市场占比趋势变化 . 11 图表 16 不同电池片生结构和制备技术 . 12 图表 17 高效电池技术路线选择 . 12 图表 18 Al-BSF 电池片生产流程 图 . 13 图表 19 Al-BSF 电池片工艺流程及相关设备 . 13 图表 20 电池片工艺设备的国内外供应商 . 13 图表 21 PERC 电池与常规铝背场电池对比 . 14 图表 22 PERC 比 Al-BSF 工艺额外增加了两道工序 . 15 图表 23 N-PERT 与单面 PERC 电池对比 . 15 图表 24 N-PERT 电池工艺及核心设备 . 16 图表 25 TOPCON 技术结构图 . 16 图表 26 HJT 电池工艺流程及对 比分析 . 17 图表 27 HJT 电池设备情况 . 17 图表 28 IBC 电池结构图 . 18 图表 29 IBC 电池工艺流程 . 18 图表 30 各种晶硅电池片工艺对比 . 18 图表 31 各类电池平均转换效率 . 19 图表 32 不同电池技术市场份额变化 . 19 图表 33 组件工艺及对应的设备 . 20 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 5 / 29 图表 34 多主栅电池与 5 主栅产品对比 . 20 图表 35 各种主栅产品市场份 额变化 . 21 图表 36 半片组件工艺及产品图 . 21 图表 37 叠片组件和常规 PERC 组件 . 22 图表 38 全片、半片和叠片技 术的优缺点对比 . 22 图表 39 2018-2025 年全片、半片、叠片市占率变化趋势 . 22 图表 40 新型组件工艺带来的新增设备及其供应商 . 22 图表 41 2019 年多晶硅产能扩张代表企业 . 23 图表 42 2019 年硅片 产能扩张代表企业 . 24 图表 43 2019 年电池片产能扩张代表企业 . 24 图表 44 2019 年光伏组件产能预期概况 . 24 图表 45 全球光伏发电新增装机量 . 25 图表 46 我国光伏发电新增装机量 . 25 图表 47 全球光伏设备市场规模 . 25 图表 48 全球 PERC 设备规模测算 . 26 图表 49 全球 PERC 设备规模测算（亿元） . 26 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 6 / 29 一、 我国是全球最大的光伏生产国 光伏电池是一种对光有响应并能将光能转化为电能的器件。光伏发电所用的太阳能具有普遍性、清洁性、长久性等特点，属于可再生能源。 近几年全球光伏发电量占比持续提升， 2017 年 达到 1.9%。根据国际可再生能源署（ IRENA）数据，截至 2018 年底，全球光伏发电累计装机量达 480GW，2009-2018 年增长了 20 倍。根据国际能源署（ EIA）预测， 2030 年全球光伏累计装机量有望达到1721GW（ 2018-2030 年复合增速约 11%） ，到 2050 年将进一步增加至 4670GW（ 2030-2050 年复合增速约 5%） 。光伏发电有望在未来成为主要的发电方式之一。 图表 1 全球光伏发电量占比 图表 2 全球光伏发电累计 装机 容量 料来源： BP，平安证券研究所 资料来源： 国际可再生能源署 ， 平安证券研究所 光伏电池主要分为晶硅电池和非晶硅电池（太阳能薄膜电池）。 目前，晶硅电池占绝对比重 （ 90%左右） ，本篇报告主要探讨晶硅电池的生产技术的创新和对应设备。 晶硅电池产业链包括硅料 （多晶硅）、硅片、电池片、组件、系统五个环节。其中上游为 硅料、硅片，中游为电池片、组件，下游为光伏发电系统。 硅料： 当熔融的单质硅凝固时 ， 硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核 ， 如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒 ， 则形成多晶硅。多晶硅料是生产多晶硅片和单晶硅片的直接材料。 硅片： 硅料可以进一步加工成硅片，硅片分为单晶硅片和多晶硅片。 电池片： 硅片 可以进一步加工成电池片。电池片正面和背面的金属电极用来收集光激发的自由电子和空穴，内部的 PN 结作用是将光激发的自由电子输送给 N 型硅，将自由空穴输送给 P 型硅，形成电流。 组件： 将不同规格的光伏电池片组合在一起称作组件。该过程需将电池片先串联获得高电压，再并联获得高电流，然后通过一个二极管（防止电流回输）输出。 系统： 将光伏组件、逆变器等零部件组合起来，构成最后的光伏发电系统。 0.7% 0.9% 1.2% 1.5% 1.9%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%光伏其他生物质发电风力发电水力发电化石燃料0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%0100200300400500600全球光伏累计装机容量（ GW）YOY（ %）机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 7 / 29 图表 3 光伏产业链 资料来源：迈为股份招股书，平安证券研究所 根据 CPIA（中国光伏行业协会）数据， 2018 年我国多晶硅、硅片、电池片、组件有效产能分别达116.1GW、 146.4GW、 128.1GW、 130.1GW，产量分别为 77.7GW、 109.2GW、 87.2GW、 85.7GW（其中多晶硅产能和产量分别 为 38.7 万吨 和 25.9 万吨， 折算成 GW）。 2018 年我国多晶硅、硅片、电池片、组件产量 占全球总产量的比重分别为 58%、 90%、 73%、 72%。 我国是全球最大的光伏生产国。 图表 4 2018 年底我国光伏行业有效产能及产量 图表 5 2018 年光伏产业各环节中国产量占比 料来源： CPIA， 智汇光伏， 平安证券研究所 资料来源： CPIA， 智汇光伏， 平安证券研究所 2010-2018 年，我国多晶硅、硅片、电池片、组件产量分别增加了 4 倍、 8 倍、 7 倍和 6 倍多。我国光伏行业仍处于成长期，未来发展空间巨大。 020406080100120140160产能 (GW) 产量 (GW)58%90%73% 72%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2018年我国光伏各环节产量占比（ %）机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 8 / 29 图表 6 我国多晶硅产量 图表 7 我国硅片产量 料来源： CPIA，平安证券研究所 资料来源： CPIA， 平安证券研究所 图表 8 我国电池片产量 图表 9 我国组件产量 料来源： CPIA，平安证券研究所 资料来源： CPIA， 平安证券研究所 全球光伏生产中心建立的背后是，我国诞生了一批知名 的 光伏制造企业。如在多晶硅领域的江苏中能、新特能源、新疆大全；硅片环节的协鑫、隆基、中环；电池片和组件领域的晶澳、晶科、天合等。我国包揽了多晶硅、硅片、电池片、组件四大环节前十名公司的绝大多数。 图表 10 我国诞生了众多全球领先的光伏制造企业 全球领先企业 多晶硅 江苏中能、 Wacker、 OCI、 新特能源、新疆大全、四川永祥、洛阳中硅、 Hemlock、东方希望、亚洲硅业 硅片 协鑫、隆基、中环、晶科、晶澳、荣德新能源、环太集团、阿特斯、天合光能、英 利 电池片 晶澳、通威、 韩华、 天合光能、晶科、阿特斯、广东爱旭、隆基绿能、顺风光电、东方日升 组件 晶科、晶澳、 韩华、 隆基绿能、天合光能、阿特斯、协鑫、东方日升、 First Solar、越南光伏 资料来源：智汇光伏，平安证券研究所 备注：加粗的公司为海外公司 4.5 8.4 7.1 8.5 13.6 16.5 19.4 24.2 25.9 28.0 051015202530全国多晶硅产量（万吨）11.0 20.0 26.0 29.5 38.0 48.0 64.8 91.7 109.2 120.0 020406080100120140全国硅片产量情况（ GW）10.8 21.0 23.0 25.1 33.0 41.0 51.0 72.0 87.2 95.0 0102030405060708090100全国电池片产量（ GW）10.8 21.0 23.0 27.4 35.6 45.8 53.7 75.0 85.7 93.0 0102030405060708090100全国电池组件产量（ GW）机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 9 / 29 二、 生产技术持续创新，推动设备加速迭代 光伏设备的增长机会来自光伏制造企业产能的扩张以及设备的更换。 光伏行业呈现“一代技术，一代设备”的特点，技术的创新，推动了设备加速迭代，也成就了一批又一批光伏设备企业。 目前光伏行业面临平价上网的重要挑战，降低度电成本（ LCOE）意义非凡，高效 电池产能受到越来越多的客户的认可。为了追求更高的光电转换效率（指 电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率 ），光伏企业积极创新，并不断扩张高效电池产能，也带来了光伏设备的投资机会。 生产光伏电池主要分为四大流程：硅料制程、硅片制程、电池片制程和组件制程。 我们将分别分析不同环节的工艺制程， 并 对技术创新点重点分析，挖掘光伏设备行业的机遇。 2.1 硅料：生产技术成熟，设备市场稳健 当前主流的多晶硅（硅料）生产技术主要有三氯氢硅西门子法（改良西门子法）和硅烷流化床法，产品形态分别为棒状硅和颗粒硅。 改良西门子法生产工艺成熟， 2018 年采用此方法生产出的棒状硅约占据全国总产量的 96%，是主流生产工艺。 改良西门子法的原理是在 1100左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。该方法主要包括四个流程： 1）三氯氢硅的合成与提纯。 2）三氯氢硅的氢还原。 3）四氯化硅的氢化分离。 4）尾气的干法回收。 图表 11 改良西门子法制备硅料流程及核心设备 资料来源： CNKI，平安证券研究所 改良西门子法主要设备包括还原炉、氢化炉、流化床等。其中核心设备还原炉和氢化炉 2012 年之前基本被海外企业垄断，如 Centrotherm、美国 GT、美国 PPP 公司等。 2012 年之后，国内企业双良节能和上海森松等企业逐步切入该领域，顺利实现了国产替代。 多晶硅环节产能扩张平稳，近几年未出现革命性的技术创新 。 2.2 硅片：单晶硅 片 渗透率提升 光伏硅片分为单晶硅片和多晶硅片。硅片的生产流程主要包括： 1） 原材料预处理； 2）直拉单晶 /多晶铸锭； 3）切片； 4）清洗； 5）检测包装。其中单晶直拉 /多晶铸锭是流程难点，对应 设备单晶生长炉和多晶铸锭炉难度最高。 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 10 / 29 图表 12 硅片制备流程 资料来源：天业通联公司公告，平安证券研究所 图表 13 硅片制备工艺的 流程介绍 流程 简述 原材料预处理 对硅料进行预处理，为后续拉晶铸锭做准备。 直拉单晶 / 多晶铸锭 直拉单晶：将硅料装入圆形坩埚，吊装入单晶炉内进行高温熔化，颅腔内保持负压并冲入氩气保护，在高温下由籽晶引发单晶硅棒定向生长后，形成内部晶粒有序、排列方向一致的单晶硅棒。 多晶铸锭：将配制好的硅料放入坩埚，坩埚放入 镕 铸炉内加热生长成晶锭，熔铸过程需要融入氩气保护。然后将冷却后的多晶硅锭和坩埚一起从铸锭炉中取出，敲碎坩埚，获得多晶硅锭。 切片 将单晶硅棒、多晶硅锭切割成单晶硅片、多晶硅片。 检测包装 对硅片进行检验分选，检验指标为硅片尺寸、厚度、表面质量等，最后将合格成品进行包装。 资料来源：天业通联公司公告，平安证券研究所 硅片制程所需要的主要设备为：单晶生长炉 /多晶铸锭炉、切磨抛设备（切片、研磨、抛光）。 单晶炉供应商：晶盛机电、北方华创、京运通、天龙光电、 美国 Kayex、 德国 PVA 等。 多晶炉供应商：晶盛机电、京运通、精功科技 、美国 GT Solar、德国 ALD 等公司。 切磨抛设备供应商包括：上机数控、连城数控、 日本 小松 NTC、瑞士 Meyer Burger 等公司。 金刚线（切片耗材）供应商：三超新材、岱勒新材、杨凌美畅、东尼电子等公司。 单晶和多晶路线之争由来已久，近年来市场正在发生变化，单晶的趋势愈发明显。 首先，单晶电池具备更高的光电转换效率。在晶体硅中，单晶硅具有规则的结构，因而光电转换效率较多晶硅高。 2018 年，多晶电池平均转换效率约为 19.2%，单晶电池平均转换效率为 21.8%。我们认为，随着技术的推进，单晶电池转换效率仍有提升空间，将继续保持领先优势。 其次， 单晶和多晶电池组件每瓦成本差距逐渐缩小。多晶凭借成本优势，一度占据较高市场份额。 2017 年前后，随着单晶连续投料、金刚线切割等技术的发展，单晶和多晶的成本差距越来越小。 2017 年 年初，单晶组件和多晶组件成本约相差 0.2 元 /W， 到 2018 年底两者 仅相差 0.06 元 /W。 单晶 PERC 组件成本略高一些 ，未来有较大的下降空间 。