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新能源 光伏发电设备行业产业链分析

  2018年531新政以来,我国光伏发电全面进入平价上网阶段。当前,在存量享受补贴政策的项目尚有部分未并网的条件下,2021年新增光伏项目(除户用光伏外)已全面实行平价上网政策。

  2021年5月,国家能源局印发《国家能源局关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》(国能发新能〔2021〕25号)。其中明确:

  (1)保障性并网规模:2021年各省(区、市)完成年度非水电最低消纳责任权重所必需的新增并网项目,由电网企业实行保障性并网,2021年保障性并网规模不低于9000万千瓦。保障性并网规模可省际置换,通过跨省区电力交易落实非水电消纳责任权重的,经送、受省份协商并会同电网企业签订长期协议后,根据输送(交易)新能源电量相应调减受端省保障性并网规模并调增至送端省。保障性并网项目由各省级能源主管部门通过竞争性配置统一组织。

  (2)自主落实消纳条件并网规模:对于保障性并网范围以外仍有意愿并网的项目,可通过自建、合建共享或购买服务等市场化方式落实并网条件后,由电网企业予以并网。并网条件主要包括配套新增的抽水蓄能、储热型光热发电、火电调峰、新型储能、可调节负荷等灵活调节能力。

  (3)各地非水可再生能源电力消纳责任权重参照《国家发展改革委 国家能源局关于2021年可再生能源电力消纳责任权重及有关事项的通知》(发改能源〔2021〕704号),相关规定执行,具体目标如表1所示。

  2020年1月,财政部、发展改革委、国家能源局印发了《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》(财建〔2020〕4号)。该文件明确了2020年及以前核准(备案)的存量享受国家补贴政策的光伏发电和风力发电项目全生命周期合理利用小时数、补贴电量和补贴标准。

  (3)按照《可再生能源电价附加补助资金管理办法》(财建〔2020〕5号)规定纳入可再生能源发电补贴清单范围的项目,全生命周期补贴电量内所发电量,按照上网电价给予补贴。在未超过项目全生命周期合理利用小时数时,按可再生能源发电项目当年实际发电量给予补贴。纳入可再生能源发电补贴清单范围的项目,所发电量超过全生命周期补贴电量部分,不再享受中央财政补贴资金,核发绿证准许参与绿证交易。

  2021年,仅剩户用光伏项目享受中央财政补贴政策。具体补贴标准参照《国家能源局关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》(国能发新能〔2021〕25号)执行,即021年户用光伏发电项目国家财政补贴预算额度为5亿元,度电补贴额度按照国务院价格主管部门发布的2021年相关政策执行,项目管理和申报程序按照《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》(国能发新能〔2019〕49号)有关要求执行。在确保安全前提下,鼓励有条件的户用光伏项目配备储能。户用光伏发电项目由电网企业保障并网消纳。

  2021年6月,《国家发展改革委关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》(发改价格〔2021〕833号),2021年新建项目上网电价,按当地燃煤发电基准价执行;新建项目可自愿通过参与市场化交易形成上网电价,以更好体现光伏发电的绿色电力价值。新核准(备案)海上风电项目上网电价由当地省级价格主管部门制定,具备条件的可通过竞争性配置方式形成,上网电价高于当地燃煤发电基准价的,基准价以内的部分由电网企业结算。该价格政策自2021年8月1日起执行。

  随着全球低碳发展浪潮的兴起,全球范围内光伏装机需求快速增长。预计2021-2022年全球光伏装机需求分别约160GW、190GW,同比增速分别约21%、19%,其中国内需求分别为60GW、75GW,同比增速分别为24%、25%。

  光伏设备制造产业链包括光伏组件制造以及光伏电站配套设备制造行业。其中,光伏组件制造是光伏设备制造的核心,包括从硅料开采,至加工成为单晶光伏组件或多晶光伏组件的全部产业链环节(图2);光伏电站配套设备制造由汇流箱、逆变器、变压器、支架、开关柜、电缆制造等环节构成,其中逆变器成本占比较高(图3)。

  经历了多年曲折的发展历程,当前我国光伏设备制造产业已具有全球领先的竞争力,新技术层出不穷,在硅片、电池片、组件和逆变器等细分领域诞生了一批全球龙头企业。具体来看:

  当前,全球主要多晶硅料生产商较为成熟的制硅工艺为改良西门子法,通威股份、保利协鑫、新特能源、新疆大全等主流厂商均采用改良西门子法制备多晶硅。

  近年来,以保利协鑫为代表的企业不断推进硅烷法生产颗粒状多晶硅(颗粒硅)的量化生产工艺,并取得了突破性的进展。与改良西门子法制备的柱状多晶硅相比,颗粒硅具有生产成本较低、支持连续投料、可提升硅棒生产效率等优点。

  根据中国光伏行业协会统计,2020年采用改良西门子法生产出的棒状硅约占全国总产量的97.2%,并在未来一段时间仍将是硅料生产的主流工艺。预计在投产顺利的情况下,颗粒硅产能在2030年占比有望超过10%。

  目前,我国企业在全球硅料制造领域内占据绝对领先地位,市场占有率超过90%,其中行业内通威/永祥、保利协鑫、新疆大全、新特能源等龙头企业2020年硅料出货量CR5为87.5%。

  表2全球主要硅料生产企业2020年产能及2021年预测产能(单位:万吨)

  近期,硅料龙头企业不断推出硅料扩产计划,预计将进一步提升我国企业在硅料生产领域内的先进产能优势地位。

  通威/永祥云南保山4万吨产能和四川乐山3.5万吨产能分别计划于2021年10月底和2021年12月底投产;大全新能源新疆3.5万吨产能计划于2021年12月底投产;亚洲硅业青海3万吨产能计划于2022年6月底投产。

  2020年以来,保利协鑫颗粒硅规划产能10万吨,其中2020年9月开工项目5.4万吨,计划分两期建设,于2021年6月年产能扩至3万吨,至2021年底年产能扩至5.4万吨。

  根据中信证券测算,上述产能投产后,将提升我国多晶硅料供给量至71万吨左右,大约对应260GW光伏组件产能。

  硅片制造环节是通过将多晶硅棒通过拉晶、切割成单晶硅片或将多晶硅锭融化冷却、切割成多晶硅片的制造环节。随着单晶硅电池片制造成本不断下行,且具有光电转换效率更高的优势,近年来单晶硅片逐渐成为硅片制造领域内的绝对主流技术路线mm硅片成为发展方向

  伴随着硅片制造环节技术水平的不断提升,主流硅片尺寸在向着更大、更薄的方向不断发展(图4)。

  据中国光伏行业协会数据,我国硅片主要以156.75mm和158.75mm硅片为主,2019年156.75mm硅片市场占有率为61%,其次为158.75mm,市场占有率为32%,大硅片已成发展趋势。

  2020年以来,行业内针对大尺寸硅片的发展,形成了两大尺寸182mm(M10)和210mm(G12)阵营。目前主推生产182mm硅片标准的厂商主要包括隆基、晶科、晶澳、阿特斯等,而主推210mm硅片标准的厂商主要包括中环、上机数控、天合光能、通威、阿特斯等。

  根据中国光伏行业协会的统计数据及预测,2020年,单晶硅片(P型+N型)市场占比约90.2%,其中P型单晶硅片市场占比由2019年的60%增长到86.9%,N型单晶硅片约3.3%。随着下游对单晶产品的需求增大,单晶硅片市场占比也将进一步增大,且N型单晶硅片占比将持续提升。多晶硅片的市场份额由2019年的32.5%下降至2020年的9.3%,未来呈逐步下降趋势。

  2020年受新冠肺炎疫情全球蔓延影响,我国企业硅片出货量在全球总出货量占比大幅提升,其中我国硅片制造CR5占比约为88.1%,行业集中度极高,其中隆基与中环产能规模大幅领先于其他厂商。同时,2020年以来各硅片制造厂商加紧布局新建大尺寸硅片制造产能,预计将在2020年至2021年间相继投产,届时硅片制造端将不可避免面临结构性产能过剩。

  电池片制造环节是将硅片通过制绒、掺杂扩散、刻蚀、丝网印刷等工艺环节制备成具有高效光电转换效率与良好导电性能的光伏电池单体片工艺。

  当前,单晶硅电池以PERC电池作为主流技术路线。随着技术不断进步,未来N型TOPCon电池和异质结(HIT)电池是业内公认的最具潜力的替代PERC电池的新技术路线 PERC、N-TOPCon和HIT电池结构对比

  资料来源:双面PERC单晶硅太阳电池工艺研究,摩尔光伏,TaiyangNews,天风证券,中国民生银行

  根据中国光伏行业协会数据,2020年,电池片新建量产产线仍以PERC电池产线为主。随着PERC电池片新产能持续释放,PERC电池片市场占比进一步提升至86.4%。N型电池(主要包括异质结电池和TOPCon电池)相对成本较高,量产规模仍较少,目前市场占比约为3.5%,较2019年小幅提升。根据天风证券测算,随着生产工艺进步和设备成本的下降,至2023年HIT经济性开始领先,成本达到0.542元/W,低于PERC的0.546元/W和TOPCon的0.577元/W。因此,HIT技术有望成为2025年以后主流电池片技术。

  组件制造是通过对电池片进行测试后进行正面焊接、背面串接,并将电池片、玻璃和切割好的EVA、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设层压(敷设层次:由下向上:钢化玻璃、EVA、电池片、EVA、背板),并将层压后的组件串装框,安装接线盒的制造工艺。

  片、MBB、叠片、叠瓦等技术提升功率效果明显。当前,组件封装技术不断迭代创新,半片、MBB、叠片、叠瓦等技术的应用可有效提升组件功率。从当前发展趋势来看,半片+MBB+叠片是相对而言性价比较优的技术路线,而叠瓦未来发展前景向好。根据中国光伏行业协会数据,2019年组件封装技术仍以全片为主,市场占比约77.1%。半片市场份额有望逐渐扩大,预计2021年渗透率超过50%。

  双面组件迎来性价比质变。双面组件将组件背板改为透明材料(玻璃或透明背板)封装,在成本增量有限的情况下可使背板吸光发电,视光伏电站条件可使组件发电量提升5%-30%不等。

  2020我国组件主流厂商产能快速扩张,同时全球光伏装机需求增长使得光伏组件出货量大增(表6)。从出货量来看,全球光伏组件CR5占比为55.1%。

  光伏玻璃构成光伏组件最外层结构,起到保护电池片和透光的作用,保护机械强度较差的电池片破裂和易氧化生锈的电极,保证较高的透光率。光伏玻璃可以分为盖板(面板)和背板(对应双面组件),是光伏组件最外层结构。

  目前双玻组件用的封装胶膜主要包括EVA胶膜和POE胶膜。在光伏组件中,胶膜放在组件钢化玻璃或背板与太阳能电池之间,用于封装并保护电池片。

  EVA胶膜是一种乙烯-醋酸乙烯共聚物,具有熔点低,流动性好,透明度高,层压工艺成熟等优点,是目前双玻组件主要的封装材料。但是由于EVA胶膜强度低,水蒸汽透过率和吸水率较大,耐候性较差,用于双玻组件上需要进行封边,然而在正常使用过程中也仍然会有水汽透过,导致胶膜雾化,影响透光率,降低组件的发电量。

  而POE是一种乙烯-辛稀共聚物,是以茂金属作催化剂开发的具有窄相对分子质量分布和窄共聚单体分布、结构可控的新型聚烯烃热塑性弹性体。相对于EVA胶膜,POE胶膜最大的优势就是低水汽透过率和高体积电阻率,保证了组件在高温高湿环境下运行的安全性及长久的耐老化性,使组件能够长效使用。但当前POE胶膜成本相对EVA胶膜更高。

  光伏逆变器是光伏发电系统主要部件之一,连接光伏方阵和电网,是确保光伏电站长期可靠运行和提升项目投资回报的关键。与其他环节不同,逆变器制造是典型的轻资产环节。从类型上,可分为组串式光伏逆变器、集中式光伏逆变器、户用光伏逆变器等。

  当前,光伏设备制造产业链各环节因历史产能因素、扩产计划与扩产周期、技术进步等情况不尽相同,导致市场供需水平存在较大差异。

  根据相关预测,在近两年各家头部厂商大量扩产计划的背景下,2021年底,国内硅料产能供应量47-48万吨,叠加部分进口供应量,全年硅料供应量大约可满足对应180GW组件下游生产需求。而根据现有主流设备厂商新建产能投资情况,至2021年底预计我国单晶硅片、电池片、组件产能分别有望达373GW、366GW和377GW,远远超过2021年乐观估计的180GW全球总装机需求。因此,当下硅片、电池片和组件在老旧产能与新产能共存的状况,供过于求的现象将越发严峻,小尺寸产能面临淘汰危机。

  从主流一体化厂商现有产能来看,未来两年部分厂商的落后电池片、组件产能面临淘汰风险。光伏玻璃产能方面,2020年光伏玻璃供需格局紧张,在高价、高盈利能力的背景下,各家光伏玻璃企业均放出产能扩张计划,近期龙头企业新产能已开始释放。2021-2022年,我国规划新增光伏玻璃产能460万吨左右,到2022年底我国光伏玻璃产能将达到1200万吨左右,可满足约240-250GW光伏组件的需求。

  胶膜方面,2020年光伏胶膜龙头福斯特实施2亿平方米POE产能、2.5亿平方米白色EVA产能技改等项目,并开始投建滁州年产5亿平方米光伏胶膜产能,预计2021年内整体投放3-4亿平米产能。海优新材、赛伍技术、斯威克等企业的产能扩张计划亦在推进,产能扩张总额超过11亿平米,对应组件供给超过110GW。

  在2020年年中,光伏设备制造产业链各环节成本和毛利情况如图13所示。从盈利方面来看,硅料环节毛利率维持在适中水平,电池片、组件制造等环节毛利率较低,其中组件制造维持微利;硅片制造环节相对而言毛利率水平较高,是价值链的优势环节。

  2021年5月,随着上游硅料环节价格暴涨,各环节毛利率水平发生较大变化(图14)。目前,产业链全部环节产成品价格出现上涨,但各产品调价幅度不同,下游接受涨价能力存在差异,导致价值链在不同环节进行了重新分配。目前,硅料制造环节毛利率水平远远领先产业链其他环节;硅片制造环节受一定技术、规模垄断等优势影响议价能力相对较强,通过涨价维持住了相对合理的毛利率水平;电池片、组件制造环节因竞争激烈,下游成本传导通路不畅等问题导致毛利率水平较低,部分厂商出现亏损。

  从国内需求端来看,组件报价的传导并非完全顺利,对于已启动建设的电站项目来说,组件价格的临时上涨意味着电站业主前期的收益率测算与项目可研结论出现偏差,项目推进受阻;