光伏晶硅電池新技術分析研究

光伏晶硅電池新技術分析研究光伏行業(yè)進入下行期，技術進步作用更加凸顯經過快速增長期，全球光伏增長降速行業(yè)上行期：2020~2023年，全球光伏迎來了快速發(fā)展，中、美、歐三個國家地區(qū)貢獻了主要增量。2023年硅料價格下降，進一步釋放國內需求，我們預計國內裝機大約200GW，同比增長129%，全球需求有望沖擊400GW，同增56%。行業(yè)下行期：根據BNEF，未來全球光伏增長開始降速，主要因新能源電源側增長過快，新能源電價下行帶來新能源需求的抑制；同時新能源不具備調節(jié)能力，電網消納也成為制約。下游電價下行，光伏需求降速歐洲電價回歸，組件持續(xù)去庫：歐洲分布式光伏占比較高，分布式光伏需求主要受到居民電價影響。俄烏沖突后，電價逐步回歸正常水平波動，恐慌帶來歐洲市場累庫明顯，目前持續(xù)進行庫存去化。歐洲去庫或將進入尾聲：從出口數金額上來看，2023年3月以來出口金額持續(xù)下降，預計依然在去庫存。我們預測2022~2023年我國出口歐洲組件170GW，根據solarpowereurope，2022~2023年歐洲裝機數量估計為98GW，庫存去化或將進入尾聲。我國新能源電力價格主要由長協(xié)價和現(xiàn)貨價決定，比例大概為9:1。電價的下行會顯著降低業(yè)主投資的積極性，帶來光伏需求降速。現(xiàn)貨電價下行：2022~2023年新能源現(xiàn)貨電價比基準電價均有明顯降低，同時2023年以來我國各省份加快新能源參與現(xiàn)貨市場，新能源現(xiàn)貨電價較基準價降低幅度加大。長協(xié)電價下行：2023年新能源長協(xié)電價維持在火電標桿價附近，相對火電有所折價。但是在2024年，新能源長協(xié)電價開始出現(xiàn)明顯松動，如甘肅省明確要求新能源企業(yè)峰、谷、平各段交易基準價格為燃煤基準價格乘以峰谷分時系數（峰段系數=1.5，平段系數=1，谷段系數=0.5），各段交易價格不超過交易基準價，帶來甘肅新能源長協(xié)的分時電價明顯降低。消納限制新能源接入，國內分布式首當其沖國內分布式并網受限：2023年末，中國多地發(fā)生分布式光伏電網接入壓力問題。國內分布式光伏經過2021~2023年的高速發(fā)展，低壓配網接入能力受到較明顯的挑戰(zhàn)，預計該問題將成為短期內國內分布式光伏并網的重要制約因素。歐美亦擴張電網投資緩解并網壓力：歐洲出臺2030年5840億歐元的電網改造計劃，美國能源部宣布將撥款35億美元以提高全國電網可靠性，這些舉措說明海外電網已成為新能源發(fā)展制約，電網配套的缺失可能影響新能源并網需求。中游產能過剩，產業(yè)盈利壓縮制造端產能過剩，盈利承壓：目前主產業(yè)鏈處于過剩狀態(tài)，輔材僅石英砂等少部分環(huán)節(jié)處于相對緊張狀態(tài)，但預計也不會成為產業(yè)鏈瓶頸，產業(yè)鏈競爭惡化已經顯現(xiàn)。根據BNEF，預計2030年全球光伏組件需求約850GW，預計中期內，主產業(yè)鏈盈利壓力將持續(xù)存在，光伏行業(yè)需要繼續(xù)降本提效打破目前下游不景氣、中游壓力大的狀態(tài)。價格上，主產業(yè)鏈價格均下降明顯，盈利有較大壓力。行業(yè)下行期，技術優(yōu)化帶來的增效會比規(guī)模擴張帶來的成本優(yōu)化效果更明顯。延續(xù)類技術持續(xù)進步，革新類技術層出不窮過去光伏電池演進過程看似技術的替代，實際上也是技術的延伸。過去BSF電池是鋁背場電池，PERC電池在BSF電池技術上疊加了鈍化和開槽技術，減少了背表面復合率，提升轉化效率；TOPCON電池在PERC電池基礎上，改變了電池基底，增加了隧穿氧化硅鈍化技術，一方面增加少數載流子壽命，一方面進一步減少背表面復合率?？梢?，絕對意義的技術替代在過去光伏發(fā)展中還不存在，實際替換主要是技術延伸帶來的產線替代。未來可能迎來真正意義上的技術迭代。在電池兩邊制備不同PN結的HJT技術，或者形成將柵線轉移到電池背面的BC電池技術，甚至薄膜類鈣鈦礦電池以及疊層電池，這些新技術在結構上與原有電池大相徑庭，成為企業(yè)重點關注的方向。技術路線選擇錯誤會導致企業(yè)重大戰(zhàn)略失誤，這也使得企業(yè)在2021~2022年電池產能擴張非常謹慎，2022~2023H1電池產能也因此緊缺?？梢?，下一代電池技術路線方向非常重要，需要對比新技術的降本增效進展以及舊技術的生命延伸。電池技術迭代周期較長，企業(yè)技術路線選擇慎重電池生命周期分析：持續(xù)降本和增效，達到臨界值時進行更替降本增效是新技術實現(xiàn)老技術替代的必要條件。2018~2019年是PERC電池快速替代BSF電池的黃金時期，兩者效率差的擴大及其組件價差的縮小，實現(xiàn)了PERC電池相對BSF電池的增效降本。另一方面，行業(yè)需求下行期間如2018年的“531”政策，技術進步帶來的效果會更加顯著，如PERC加速對BSF電池的替代以及單晶對多晶的替代。電池技術更替的臨界值：1）電池產能有缺口的龍頭企業(yè)引領新技術產業(yè)化；2）當前主流電池技術的投資是否滿足回報要求。電池產能缺口是企業(yè)擴產必要條件電池環(huán)節(jié)輕資產以及多變化，廠商留有產能缺口保持靈活性：電池片環(huán)節(jié)輕資產，同時是產業(yè)鏈中技術迭代較快的環(huán)節(jié)，因此組件廠商一般會選擇余留電池產能缺口，一方面分散電池技術更替風險，另一方面保留獨立電池企業(yè)產品供應實現(xiàn)內外部產品競爭比對。電池產能缺口是企業(yè)擴產必要條件：當一種電池技術成為當期較為確定性的路線時，具備產能缺口的電池企業(yè)會引領該技術產能的迅速擴張，而電池產能基本匹配組件產能的企業(yè)則期待電池技術革新降速，延長現(xiàn)有電池產能的生命周期。隆基綠能引導PERC電池快速迭代：2017~2020年單晶PERC電池迅速實現(xiàn)BSF電池的替代，隆基股份因為較低的電池自供率，每年以翻倍以上速度擴產電池產能，電池自供率水平也快速上升，快速實現(xiàn)PERC電池的一體化。晶科能源引導TOPCON電池快速迭代：2021~2024年是TOPCON電池的快速應用時期，晶科能源電池自供率較低，從而快速引導TOPCON產業(yè)化，其2021~2022年電池產能均翻倍以上增長，一體化水平也迅速提高。同時，晶科能源通過TOPCON技術，2023年成為全球組件出貨第一名。歷史數據來看，電池產能平均投資回收期約5~6年ROIC角度，電池產能投資回收期大概5~6年：我們選取主要電池企業(yè)的ROIC的倒數作為電池企業(yè)投資回收期，平均電池產能回收年限在5年；同時根據PVInfolink測算，電池環(huán)節(jié)單W凈利的均值在0.032元/W，按照主流電池目前1.5~2億元/GW的投資測算，回收期也在5~6年。單瓦凈利角度：電池廠商希望盡可能多的延長電池壽命，從而擴大固有資產盈利水平。另一方面，期待通過新技術彎道超車的企業(yè)會積極投產新電池產能，從而壓縮原有電池生命周期，導致大部分電池產能生命周期在5~6年。TOPCON電池產能也或將延續(xù)5~6年生命周期未來TOPCON電池生命周期或將依然維持5~6年：其他電池技術在實現(xiàn)降本增效的必要條件后會成為下一代主流電池技術，而引領下一代電池技術的廠商也會是屆時具備電池產能缺口的廠商。由于更替時間較為久遠，無法預測廠商的電池產能以及電池自供率的變化，但是我們可以在一定程度上預測電池技術的演進。電池技術路線多樣，廠商選擇較多根據主要公司產能擴張計劃，我們預計2024年TOPCON產能會繼續(xù)迅速上升，PERC電池產能因逐步淘汰有所下降，HJT和BC電池產能出現(xiàn)穩(wěn)定增長，待HJT和BC成本出現(xiàn)明顯優(yōu)化時，再出現(xiàn)下一波技術更替熱潮。這些技術路線中，目前轉化效率最高的產品是BC產品，主要針對分布式市場，主打美觀高效，頭部企業(yè)之后也補充了地面電站類產品。其他電池技術在地面電站和分布式市場都可以應用，其中HJT因其較高的轉化效率、較短的生產流程以及高雙面率，也備受關注。晶硅電池路徑多樣，發(fā)展方向逐漸清晰TOPCON是同質結技術，與PERC路線相似TOPCON是隧穿氧化層鈍化接觸電池技術，與PERC電池結構具有較大的相似性，在PERC電池基礎上將磷擴散替換為硼擴散制備PN結、在背面增加隧穿氧化層以及多晶硅膜層工序。因此，電池廠商可以在PERC電池產線基礎上升級成為TOPCON產線，但是限于經濟性，目前較少廠商選擇升級改造，多數以新建為主，未來改造情況還需觀察。晶科能源和鈞達股份是目前行業(yè)內引領TOPCON技術發(fā)展的廠商，兩個廠商技術路徑相似。其他一體化廠商也有不同程度的TOPCON產能布局。TOPCON快速降本實現(xiàn)對PERC電池的替代下游應用上TOPCON經濟性優(yōu)于PERC：下游應用上，對比主流企業(yè)182mm的TOPCON和PERC組件，轉化效率為22.7%和21.7%，對應價格為1.08和1.02元/W，在1100小時的假設下，測算LCOE分別為0.3043和0.3050元/kWh，TOPCON效率提升帶來的發(fā)電量提升抵消了其組件的溢價，具備性價比。理論上，若TOPCON轉化效率高于PERC1.0%，在當前價格體系下，TOPCON組件可以有0.07元左右的單W溢價，而實際上目前組件端溢價也是0.05~0.08元/W。中游制造上TOPCON盈利優(yōu)于PERC：目前TOPCON電池盈利也優(yōu)于PERC約0.05~0.1元/W，而硅片端N型硅片比P型硅片溢價0.02元/W，可見大部分N型溢價由電池環(huán)節(jié)吸收。電池盈利波動較大，處于行業(yè)弱勢地位電池環(huán)節(jié)N-P盈利波動更大。理論上講，N-P組件的盈利差應該主要是被電池環(huán)節(jié)獲取，但實際上電池環(huán)節(jié)N-P溢價相對不穩(wěn)定。一體化企業(yè)一般會預留電池產能缺口防止排產下滑時對自身產能利用率的沖擊，因此行業(yè)需求向上和向下時，電池環(huán)節(jié)N-P價差體現(xiàn)較為明顯的波動，排產上行，N-P價差趨于縮??；排產下行，P型加速淘汰，N型需求相對有剛性帶來N-P價差拉大。TOPCON雖較為成熟，依然有降本提效空間TOPCON過去主要采用硅片減薄、提高良率來進行降本，目前該技術進入快速擴產期，依然具備較多的降本空間。提效降本：目前SE已經逐漸成為行業(yè)標配，將效率提升至25.5%以上。之后的技術差異可能在雙面poly工藝，將鈍化技術用于電池前表面減少載流子復合。我們預計該技術可能在24H1逐步實現(xiàn)量產，有望將TOPCON電池效率提升到26%+。材料降本：可以在金屬化、硅片薄片化、大尺寸化、0BB等技術方向降低成本。可能對TOPCON電池形成替代的技術路線可能形成替代的技術方案包括HJT和BC電池：由于TOPCON效率超預期追趕HJT，2022~2023年市場選擇了TOPCON，根據TaiyangNews的最高組件效率排名，HJT比TOPCON僅高出0.37PCT。之后HJT是否可以后來居上，主要取決于量產成本和量產效率。隆基綠能和愛旭股份選擇BC路線主要考慮差異化競爭策略，防止過快技術擴散。BC是平臺類技術，可以與任何電池技術疊加，主要將正面柵線轉移到背面，但是BC技術在上述路線中工藝最為復雜，生產良率低，設備投資高昂。HJT性能優(yōu)勢明顯，廠商擴產還不積極HJT是非晶硅薄膜異質結電池，其特點在于較高的雙面率和轉化效率。BSF、PERC以及TOPCON均屬于同質結，異質結的PN結由本征非晶硅層和晶體硅層組成，這會減少載流子復合，提升少子壽命，帶來轉化效率的提升。但是相應缺點就是更高難度的鈍化技術以及設備投資。目前主要進行擴產的廠商包括華盛新能源和東方日升，且大部分廠商還沒有明確的中期擴產計劃，主要還是因為目前制造成本降低難度大，同時轉化效率沒有與TOPCON電池拉開明顯差距。HJT制造端壓力較大，短期降本靠0BB+銀包銅漿料成本居高是目前HJT需要解決的問題：按照目前產業(yè)鏈價格測算，HJT相比PERC和TOPCON毛利率較高，但是限于規(guī)模，預計盈利不可觀，導致其價格相對具有剛性。成本端拆分看，HJT的非硅成本高于TOPCON主要因為低溫銀漿的高價格帶來的電池非硅過高，主要解決方案包括銀包銅、電鍍銅或者0BB技術。目前PERC電池非硅在0.15元/W左右，TOPCON略高于該值，HJT非硅成本估計在0.29元/W，長期非硅成本目標為0.15元/W，則有望實現(xiàn)其經濟性。測算目前HJT銀漿成本高于TOPCON約4分錢/W，若采用銀包銅+0BB技術，可以降低銀漿成本至6分錢/W，與TOPCON基本持平，使得整體非硅成本低于0.25元/W。頭部企業(yè)更易引導電池技術革新哪些企業(yè)可能引領下一代電池技術產業(yè)化行業(yè)下行期，企業(yè)競爭加劇，現(xiàn)金儲備是過冬的必需也是產生研發(fā)創(chuàng)新的必須；同時，較低的杠桿可以幫助企業(yè)維持住現(xiàn)金儲備。龍頭企業(yè)資產負