光伏 2021 年策略：硅料、硅片、电池片、组件、辅材、系统
1. 光伏行业发展格局
1.1 产业链结构
光伏是半导体技术与新能源需求相结合而衍生的产业。我国已经将光伏产业列为国家战略性新兴产业之一。光伏产业链构成如下图所示：
在政策引导和市场需求双轮驱动下，经过十几年的发展，光伏产业已经成为我国为数不多、可以同步参与国际竞争、并有望达到国际领先水平的战略性新兴产业，也成为我国产业经济发展的一张崭新名片和推动我国能源变革的重要引擎。目前我国光伏产业在制造业规模、产业化技术水平、应用市场拓展、产业体系建设等方面均位居全球前列。
1.2 行业技术发展方向
光伏行业发展较快，特别是技术进步非常迅速，产业处于快速变革期，如单晶占比快速提升、硅片尺寸种类增多，N 型电池逐步迈向产业化，双面、半片、MBB、叠片等组件技术快速发展等。随着下游对单晶产品的需求增大，单晶硅片市场占比也逐年增高，预计 2021 年单晶硅片（P 型 N 型）市场占比将达到 80%以上，未来市场份额有望进一步扩大。为了获得更高组件功率以降低单位成本，企业纷纷发布 166mm、182mm、210mm大尺寸硅片，且逐步投入到下游制造中。 在不影响电池遮光面积及串联工艺的前提下，提高主栅数目有利于减少电池功率损耗，提高电池应力分布的均匀性以降低碎片率，提高导电性。由于半片或更小电池片的组件封装方式可提升组件功率，未来将会取代全片封装方式占据主导份额。
2. 度电成本是光伏产业关键指标
2.1 技术创新带动成本下降
光伏是一个技术密集型的行业，国内技术创新不断涌现。第一次技术创新是保利协鑫推动冷氢化技术的商业化。冷氢化技术是将四氯化硅在低温高压环境下转化为三氯氢硅。这样不仅可避免环境污染,生产多晶硅的另一重要原材料三氯氢硅也可在制造过程中循环产生。三氯氢硅占到多晶硅生产成本的 27％左右,是除去电耗和折旧后的最主要成本。国内冷氢化技术明显降低多晶硅原料成本。第二次技术创新是隆基股份推动单晶硅片替代多晶硅片的商业化。凭借长晶技术的进步和设备投料量的提高，单晶的长晶成本从 2010 年之前超 100 元/kg 降至 2015年的 50 元/kg 左右，而多晶只是从 30 元/kg 降至 20 元/kg，两者绝对差距在快速缩小；二是切片技术的进步，2015 年初，随着隆基率先使用的金刚线切割技术的成熟和其余单晶厂商的跟进，单晶硅片成本大幅下降，并进一步摊薄了单多晶在长晶成本端的差距；三是高效电池技术的快速推广，2016 年隆基率先推广单晶 PERC 电池，一举将单多晶电池效率差拉大至 3%。技术的进步提升了生产效率和光电转换效率，同时大幅降低了生产成本。光伏组件从 2014 年以来，价格持续下降，截止到 2020 年 5 月，国内组件出口价格降至 23美分/瓦。
2.2 度电成本优势带动装机量持续高增长
由于国内组件价格大幅下跌，导致海外部分国家的光伏已经实现平价上网，越来 越多的国家开始使用光伏发电，装机量快速增长。IRENA（国际可再生能源署）数据统计显示，全球光伏平准化度电成本从 2010 年的 37 美分/KWh 降至 9 美分/KWh，光伏发电成本已经降至燃料发电成本区间，部分国家已经实现平价上网。 光伏发电在很多国家已成为清洁、低碳、同时具有价格优势的能源形势。不仅在欧美日等发达地区，在中东、南美等地区国家也快速兴起。2020 年，在光伏发电成本持续下降和新兴市场拉动等有利因素的推动下，全球光伏市场仍将保持增长，预计全年全球光伏新增装机量将超过 130GW，乐观情形下甚至达到 140GW。 2020 年，在未建成的 2019 年竞价项目、特高压项目，加上新增竞价项目、平价项目等拉动下，国内新增光伏市场将恢复性增长。“十四五”期间，随着应用市场多样化以及电力市场化交易、“隔墙售电”的开展，新增光伏装机将稳步上升。 中央政府明确提出 2060 年实现碳中和的中长期目标，可再生能源占比将进一步提高，预计十四五期间，光伏装机量有望达到每年 70-90GW。
3、光伏产业链投资机会
3.1 硅料环节
多晶硅位于光伏产业链的上游，具有化工行业属性，资金和技术壁垒较高。 改良西门子法是目前主流多晶硅制备方法，市场应用占比超过 90%。改良西门子法主要流程包括三氯氢硅的合成、三氯氢硅的精馏、多晶硅沉积和尾气利用。其中多晶硅在还原炉中的沉积是核心过程。改良西门子法是在西门子法的基础上引入尾气回收和四氯化硅氢化工艺，实现了生产过程的闭环循环。改良西门子法的主要优势为工艺最为成熟、安全性强、产品质量较高。 截至 2020 年底，保利协鑫、永祥股份、新特能源、新疆大全、东方希望、亚洲硅业和内蒙东立产能合计超 30 万吨/年。最近几年，硅料大厂鲜有大规模扩产计划，国外硅料大厂韩国 OCI、德国瓦克，还因在硅料售价上的劣势而被迫退出。2021 年是硅料产业的转折年，从产能收缩期转向产能扩张期。 采用 FBR（Fluidized Bed Reactor）技术生产的颗粒硅其实并不是新的技术，目前不会对改进西门子法生产的致密料形成规模竞争优势，不会对光伏原生多晶硅竞争格局产生实质性的影响。
在流化床还原技术制备颗粒硅的过程中，氢化和还原是核心。在实际生产过程中，有中间产物四氢化硅（硅烷），气态很不稳定，一接触空气就会爆炸、燃烧，剧烈反 应，安全性较差。在客户使用过程中暂时还会出现跳料断线等现象。 目前硅料扩产的企业主要有永祥股份、大全新能源和亚洲硅业。其中永祥通威扩产 7.5-8 万吨，大全新能源扩产 3.5 万吨，亚洲硅业扩产 3-3.6 万吨，保利协鑫颗粒硅 5.4 万吨。新疆大全披露了科创板 IPO 申报稿，公司的募投项目之一正是年产 3.5万吨多晶硅项目。 原生多晶硅硅料产能扩张周期相对较长，从方案设计、采购、招标到供货安装调试、产能爬坡，至少需要 1-1.5 年时间。根据光伏协会对十四五规划的预测，2021 年装机量有望达到 160GW 以上，对应硅料将达到 48 万吨左右。2021 年硅料供应将偏紧，预计硅料全年均价仍将维持在8.0-8.5 万/吨，原生多晶硅头部企业通威股份、新特能源、大全新能源将充分受益。
3.2 硅片环节
隆基和中环占据国内单晶硅片 50%以上的市场份额。上机数控和京运通成为单晶硅片领域的后起之秀。 目前，硅片环节在全产业链里具有较高毛利水平，吸引了大量资本进入该环节。根据各公司公告公布的硅片扩产产能情况，我们预计 2020 年单晶硅片产能将达到190GW 左右，2021 年单晶硅片产能将达到 240GW 左右。在新产能扩建的同时，落后的产线产能也将逐步被市场淘汰。 随着下游对单晶产品需求增大，单晶硅片市场占比将逐年提高。N 型硅片在相同金属杂质浓度下比 P 型硅片有更高的光电转换效率。N 型硅片对铜、铁等金属杂质有较高的容忍度，少子寿命比 P 型硅片少子寿命高，没有硼氧复合带来的光衰，N 型单晶硅片市场份额将逐年提高，未来市场将进一步提高。 平价上网，成本压力的驱动下，光伏硅片逐步向大尺寸迭代。增加硅片尺寸，电池和组件在单位时间内可以输出更高的功率，从而摊薄制造成本, 大尺寸硅片已成市场发展趋势。
随着头部企业加速布局大尺寸产线，构筑规模优势，大尺寸硅片市场份额有望快速提升。2021 年 166 及以上尺寸将占据 50%以上的市场份额，这将稳固隆基、中环等头部企业在硅片市场的竞争优势和话语权，上机数控和京运通作为单晶硅片环节的后起之秀，大尺寸单晶硅片扩建产能的推进进度值得关注。 硅片环节产能扩建较多，2021 年下半年硅片产能有可能出现略微过剩的情况，硅片价格有机会逐步降至行业各环节平均毛利的合理区间。
3.3 电池片环节
全国电池片产量持续稳定增长，2020 年电池片产量达到 118GW 左右。 在电池片环节，垂直一体化的头部企业纷纷加快扩产补齐自身短板。新建产能均是大尺寸领先技术。 PERC (Passivated Emitter and Rear Cell，背钝化发射极技术)最早在 1983 年由澳大利亚科学家 Martin Green 提出。氧化铝具备较高的电荷密度，对 P 型硅表面的悬挂键有良好的钝化效果，能够大幅减少光生载流子在表面的复合。PERC 技术与铝背场产线兼容度高，投资成本相对较低，光电转换效率提升明显，在众多技术中脱颖而出，成为目前市场上量产的主流技术。PERC 电池的制作流程主要为：清洗制绒、扩散制结、边缘刻蚀和去磷硅玻璃、背面沉积氧化铝、双面沉积氮化硅、背接触、丝网印刷、烧结和分选。电池片面临大尺寸产线改造、升级和新产能的扩建，同时还面临 PERC 电池技术的进一步发展。PERC 电池技术量产光电转换效率将从 23%提升至 23.5%。电池环节将以 PERC、PERC 技术为主，TOPCon、TOPCon 和 HJT 等电池技术将逐步登上量产的历史舞台。 目前电池环节主流还是 PERC 电池技术，2021 年头部企业 PERC 电池光电转换效率可以提升至 23.5%，而 HJT 电池技术还需设备商的协同发展和供应链配套支持。市场一致看好 2021 年 HJT 电池技术的规模化量产。不同于其他研究机构，我们认为 HJT 技术目前还不具备市场竞争力，HJT 国产设备还需进一步提升生产效率和改善良率，TCO 薄膜和低温银浆减量使用或替代还在持续探索中。我 们 认 为 2021-2022 年 将 是 TOPCon 电 池 技 术 的 快 速 成 长 期 ， 其 中TOPCon IBC 技术更具有市场竞争优势和产业化前景。TOPCon 电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触（TunnelOxide Passivated Contact）太阳能电池技术，其电池结构为 N 型硅衬底电池，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合，为电池转换效率进一步提升提供了更大的 空间。 在电池片环节，通威股份和爱旭股份是国内电池片的龙头企业，两家公司在大尺寸先进电池产能上规模扩产，项目有力推进，大尺寸良率不断提升。大尺寸电池片存在结构性盈利改善空间。电池片环节的设备提供商捷佳伟创、迈为股份、帝尔激光受益于产线改进升级和电池片产能的大幅扩张，公司业绩将持续增长。
3.4 组件环节
2015-2019 年全国组件产量持续稳定增长，2020 年全国组件产能将达到 107GW。 各大企业正在积极推动高功率组件发展。2020 年 7 月，东方日升、天合、晶澳等 39 家公司联合推动成立 600W 光伏开放创新联盟。晶科 TigerPro 组件 2020 年 规划产能 10GW；隆基 Hi-MO5 组件 2020 年规划产能 12GW，天合至尊组件 2022年规划产能 31GW。光伏产业正在大踏步迈向高功率组件时代，基于大尺寸硅片的500W 和 600W 高功率组件已经成为现实。 组件环节，头部企业加快垂直一体化进程，隆基、晶科、晶澳纷纷通过扩充一体化产能来补齐短板，通过长单协议确保原材料供应和供应链安全。 根据 PV Infolink 数据库统计，2020 年上半年晶科稳居组件出货龙头宝座，然而一路以黑马之姿抢市的隆基出货量也超过 7GW，首度拿下上半年出货第二名的宝座，后续依序是出货超过 5GW 的天合、晶澳，第五名开始依序为阿特斯、韩华 Q-cells、东方日升、First Solar、正泰、尚德。组件环节考验企业一体化整合能力。大功率组件具有度电成本优势，2021 年必将得到下游客户的认可，出货量也将持续增加。组件环节，我们认为隆基股份、晶科能源、晶澳科技、天合光能、阿特斯和东方日升具有一体化竞争优势，随着大尺寸大功率组件的推广，头部组件企业市场占有率将继续得到提升。受益组件企业扩产新增大尺寸产线，串焊机龙头企业奥特维业绩将持续稳定增长，受益半片或者多片组件的全面替代，无损划片龙头企业帝尔激光也将在新建产线中增加其产品的价值量。
3.5 辅材环节
辅材方面，2021 年上半年，宽幅玻璃供应偏紧，呈现结构性短缺现象。信义光能和福莱特是光伏玻璃的两大龙头企业，新产能建成后将优先满足宽幅玻璃的生产。 P 型双面电池的结构设计，会导致背面玻璃析出的 Na 进入电池片的 AlOx 层，会使背面存在电势诱导衰减（PID，Potential Induced Degradation）的风险。POE 胶膜具备极佳水汽和离子阻隔能力,能长效解决双面双玻组件的 PID 问题,为双玻组件提供了优异的封装可靠性。POE 胶膜是 N 型双面电池和 P 型双面电池组件封装的最佳之选。双面双玻的组件市场份额持续渗透，POE 胶膜独特的高反射性能，能够提高组件对太阳光的有效利用率，有助于增加双玻和单玻组件的发电功率。福斯特是国内EVA 和 POE 胶膜材料头部企业，受益行业装机量的持续增长和双面双玻技术的快速渗透，公司市占率将得到进一步提升。
3.6 系统环节
光伏发电系统通常由光伏组件、逆变器、交流配电柜、太阳跟踪控制系统、蓄电池组（可选）、蓄电池控制器（可选）等设备组成。光伏支架作为整个光伏电站的“骨骼系统”，承载着整个电站的发电主体重任。支架在整个电站中不仅仅是起到单纯的支撑作用，同时还可以大幅提升发电量，降低基础成本。 中信博是国内领先、世界一流的光伏支架系统解决方案提供商，通过全球多个国家和地区的认证，得到海外知名客户的广泛认可。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。我们倡导“因地制宜，科学设计”的理念，根据光伏电站规模、附着建筑和地势等因素，合理选择逆变器类型，保障光伏电站在全生命周期内的最大价值。 为了便于光伏用户选择逆变器，一般以逆变器适用的场合不同，将其分为三类：集中型逆变器、单相/三相组串型逆变器和微型逆变器。 传统的集中式逆变器的光伏逆变方式是将所有的光伏电池在阳光照射下生成的直流电全部串并联在一起，再通过一个逆变器将直流电逆变成交流电。集中型逆变器容量在 10 kW ~ 1 MW 之间，最大特点是系统的功率高，适用于光照均匀的地面大型光伏电站或大型屋顶电站等，产品和技术成熟度较高，成本低。 微型逆变器，也称组件逆变器，一般指的是光伏发电系统中的功率小于等于 1000瓦、具组件级最大功率峰值跟踪（MPPT）的逆变器，全称是微型光伏并网逆变器。 “微型”是相对于传统的集中式逆变器而言的。传统的光伏逆变方式是将所有的光伏电池在阳光照射下生成的直流电全部串并联在一起，再通过一个逆变器将直流电逆变成交流电接入电网；微型逆变器则对每块组件进行逆变。其优点是可以对每块组件进行独立的 MPPT 控制，能够大幅提高整体效率，同时也可以避免集中式逆变器具有的直流高压、弱光效应差等。传统集中型逆变器或组串式逆变器通常具有几百伏上千伏的直流电压，容易起火，且起火后不易扑灭。微逆仅几十伏的直流电压，全部并联，最大程度降低了安全隐患。多用于小型光伏电站。组串逆变器已成为现在国际市场上最流行的逆变器，每个光伏组串（1~5 kW）通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网。许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，与集中型逆变器相比，采用组串逆变器的系统直流电缆的长度减少、将组串间的遮影影响和由于组串间的差异而引起的损失减到最小。储能系统是电力生产过程“采-发-输-配-用-储”六大环节中一个重要组成部分。储能系统可以实现能量搬移，促进新能源的应用；可以建立微电网，为无电地区提供电力；可以调峰调频，提高电力系统运行稳定性。储能系统对智能电网的建设具有重大的战略意义。储能系统应用于能量搬移，分为集中型和分散型。能够改善光伏、风电限发问题，提高经济性；减少瞬时功率变化率，减少电网冲击。 阳光电源是光伏逆变器的龙头之一，并配套有集中储能和分散储能完整解决方案，未来将在全球逆变器和光伏储能领域获得更大的市场份额，发挥更大的贡献和作用。 （本报告观点及版权属于原作者，仅供参考。报告来源：国联证券）