光伏产业链主要分为4个环节：硅料、硅片、电池片、电池组件。增效降本是光伏产业永恒的主题，技术的创新是增效降本的核心推动力。目前产业链的四个环节均有新的技术创新，新技术往往会带来行业内竞争格局的变化，同一环节不同技术路线的竞争同样会对行业竞争格局产生影响。
各环节的新技术和技术路线竞争如下：硅料：硅烷流化床法所生产的颗粒硅与改良西门子法所生产的块状硅。硅片：大硅片技术，目前存在182mm和210mm两大阵营。
电池片：TOPCon和异质结电池，两种新型电池的生产路线上均出现两种以上的技术路线。电池组件：半片技术（包含三片、四片技术）、多主栅技术和无主栅技术、叠瓦技术。
硅料环节：供需错配，企业加速扩产利好设备厂商
供需错配，硅料企业加速扩产
受下游高景气度的影响，2021年以来单晶复投料、单晶致密料、单晶菜花料的价格从每吨8.75/8.5/8.2万元上涨至2021年11月的每吨27.22/26.97/26.71万元，涨幅分别为211.09% / 217.29% / 225.73%。
根据中国有色金属工业协会硅业分会的统计，2020国内企业拥有多晶硅产能42万吨，产能占全球多晶硅产能的74.5%，2020年我国实际生产多晶硅39.6万吨，产量占全球产量的75.4%。与此同时，2020年我国多晶硅消费量为50.9万吨，占全球消费量的93.7%，硅片产量159GW，占全球产量98.8%。短期来看，国内供需有较大缺口。为了保证硅料供应，从2020年起下游企业开始陆续同硅料厂商签订长期供货合同，2021年近8成产能已经被锁定。
改良西门子工艺成熟，未来仍为市场主流
目前硅料的加工工艺主要为改良西门子法和硅烷流化床法，分别对应棒状硅料和颗粒硅料。西门子法在1954年由德国Siemens公司研发，于1956年实现工业生产，经过几十年的完善，目前已经发展到第三代（改良西门子法），综合能效显著降低。改良西门子法主要有以下几个工艺步骤：1）硅粉的氯化；2）三氯氢硅的（TCS）提纯；3）三氯氢硅还原；4）尾气回收；5）四氯化硅（STC）的氢化及其他辅助步骤。其中最核心的步骤为第三步三氯氢硅还原，在化学气相沉积炉（还原炉）中用高纯度氢气还原三氯氢硅得到多晶硅棒。
改良西门子法通过对尾气和物料的回收循环利用，实现物料的闭路循环，同时可以有效减少污染。当前改良西门子法生产的综合能耗为10kgce/kg，相比于2010年综合能耗下降69.24%。
颗粒硅的工艺流程和设备仍有待优化。在产业端的产能也尚不具备规模，保利协鑫自2010年开始自主研发颗粒硅技术，2020年协鑫具有颗粒硅产能10,000吨，预计2021年产能将超过30,000吨。因此在未来，改良西门子法生产的棒状硅仍将为市场主流。根据中国光伏行业协会的预测，到2030年棒状硅仍然会占据90.3%的市场份额。
硅料设备市场空间预测
关键假设一：受益于光伏发电成本下降，2021-2025年全球光伏装机量将达到160 GW/200 GW/250 GW/300 GW/350 GW（此数据为CPIA预测的中性假设下装机量）。
关键假设二：国内硅料产能未来继续提升，2021-2025年国内硅料产能全球占比将达到78%/81%/83%/85%/86%。
关键假设三：由于多晶硅产能建设从开始落地需要1-1.5年，达到满产水平需要2-2.5年，随着未来两年我国硅料产能的加速扩张，新建产能会拉低整体产能利用率，预计2021-2025年我国多晶硅料产能利用率先低后高，然后维持稳定，分别为62%/60%/70%/75%/80%。
硅料核心设备还原炉：行业格局集中，拥有确定性成长机会
还原炉是三氯氢硅（TCS）还原成多晶硅的反应产所，是改良西门子法生产多晶硅料的核心设备。国内多晶硅还原炉市场集中度非常高，主要为双良节能（600481.SH）、上海森松和东方电热（300217.SZ）。
根据双良节能年度报告披露的数据，2017年公司多晶硅还原炉占据接近60%的市场份额。 2021年双良节能和东方电热还原炉订单显著增长。2020年双良节能多晶硅还原炉收入1.7亿元，而2021年双良节能签订多晶硅还原炉及相关设备订单19.31亿元。2021年东方电热的多晶硅还原炉订单8.57亿元。行业增速显著。根据我们的预测，2022年将会达到多晶硅料扩产峰值，行业拥有确定性增长机会。
硅片环节： “行业扩产+大硅片产能升级”推动硅片设备行业景气度提升
行业扩产加速，大硅片推动现有产能改造升级
下游需求旺盛，国内主要硅片厂商纷纷宣布扩产。2020年全球新增光伏装机量126.7GW，同比增长29.44%。根据我们的预测2021-2023年全球新增光伏装机量将分别达到160GW、 200GW、250GW。截至2020年底，我国硅片产能全球占比为97%，我国硅片产量全球占比为98.8%。
我们统计了国内行业前十名（隆基、中环、晶科、晶澳、上机数控、京运通、美科、锦州阳光、保利协鑫、阿特斯）企业单晶硅片的产能情况和扩产计划，2020年末国内光伏行业前十名的单晶硅片产能为220.15GW。根据各公司披露的扩产计划，加上双良节能、高景、通威三家新进入的硅片厂商，2021年末13家单晶硅片规划产能将达到371.05GW。
硅片的生产主要有三个生产环节：拉棒、切方、切片，对应的生产设备分别为单晶炉、开方机、切片机。对于大硅片来说，更大的尺寸需要直径更长的硅棒。目前主流厂家的单晶炉热屏内径为270-300mm，而M12硅片的直径为295mm，对应硅棒的外径为300mm，因此已有产线的单晶炉不能满足210mm硅片的生产要求。
而开方机、切片机可以兼容M12尺寸硅片。因此硅片设备未来市场需求一方面来自于新增的产能扩建，另一方面来自于对已有产能的升级。从硅片设备投资构成来看，单晶炉单位投资额在1.43亿元/GW，占全部投资的比重最大，为43%。切方机单位投资额为0.19亿元/GW，占全部投资的9%。切片机的单位投资额为0.43亿元/GW，占全部投资比重的12%。
硅片设备市场规模预测
我们认为硅片设备的市场需要来自于两个方面：（1）产能扩建带来的新增硅片设备需求； （2）现有产能升级带来的硅片设备替换需求。根据各硅片企业披露的年报，2021年行业前13名企业的单晶硅片产能将达到371.05GW。自2019年中环发布210mm大硅片以来，各企业扩建产能几乎均能兼容210mm硅片，因此产能升级主要集中于2019年以前的产线，由于已有产线的切方机和切片机的能兼容210mm硅片，因此存量产能升级设备主要为单晶炉。主要假设一：2022-2023年扩建速度分别为35%、20%。主要假设二：2021-2023年存量产能升级比例为20%、30%、30%。
行业扩产潮下，核心设备厂商具备高成长性
目前，国内硅片生产设备厂商主要有晶盛机电、连城数控、上机数控、高测股份、京运通等公司。其中晶盛机电、连城数控为硅片生产全流程设备提供商，上机数控、高测股份则主要布局切方和切片环节。
从竞争格局上看，连城数控在业务上深度绑定隆基股份。2020年连城数控来自隆基股份的营业收入为17.19亿元，占全部营业收入的92.67%。同时连城数控在股权方面与隆基股份有较深的关联，公司控股股东沈阳汇智的董事长钟宝申为隆基股份公司董事长。在隆基之外，晶盛机电占据最大市场份额。晶盛机电主要客户有括中环股份、通威股份、晶科能源、上机数控、晶澳科技、合晶科技、有研新材等国内主要硅片生产企业。
在硅片核心设备单晶炉方面公司形成了技术和市场规模的双重护城河，公司产品全自动单晶硅生长炉被工信部评为第三批制造业单项冠军。从营收规模上看，2020年连城数控营业收入18.55亿元，同比增长90.84%，单晶炉收入占比61.29%。2020年晶盛机电营业收入38.11亿元，同比增长22.54%，单晶炉收入占比68.83%。
电池片环节：电池技术迭代开启，先进技术布局支撑未来发展
PERC电池效率接近天花板，HJT、TOPCon开启光伏新一代技术革命。PERC电池在理想条件下的最高效率为24.5%，目前隆基股份PERC电池效率达到了24.06%。而HJT和TOPCon电池的理论效率分别为27.5%、28.7%。目前，HJT和TOPCon电池的研发效率记录分别达到了25.26%和25.21%，均由隆基股份保持。中来股份TOPCon电池量产效率均达到了24.2%。根据CPIA的预测，到2030年TOPCon、异质结电池的市场份额将达到24%和33.5%。
TOPCon与异质结：一个着手当下，一个放眼未来
TOPCON——当前时点最好的选择
TOPCon（隧穿氧化层钝化接触）电池与PERC（背钝化点接触电池）电池结构类似，不同之处在于背钝化方式不同。在电极与电池接触处会形成复合电流，降低太阳能电池效率。
PERC电池在背面沉积Al2O3和SiNx形成表面钝化，在沉积层上开孔制备金属电极形成点接触，降低金属电极和电池接触面积，从而降低复合电流。TOPCon则是在电池背面制备一层厚度小于2nm的氧化硅，再沉积一层掺杂磷的非晶硅并经过退火重结晶加强场致钝化，最后将金属电极覆盖在非晶硅层上，超薄氧化层电子可以隧穿进入多晶硅层被金属电极收集，避免了金属电极和N型硅的直接接触，极大的降低了金属接触复合电流。
可由PERC生产线升级，设备投资成本低。相较于PERC电池生产工艺，TOPCon增加了隧穿氧化层沉积等步骤，只需在PERC生产线上增加20%的投资额就能实现产线的升级。目前PERC电池的设备投资成本为2.25亿元/GW，N-TOPCon电池的设备投资成本为2.7亿元/GW。
在TOPCon的核心加工工艺隧穿氧化层沉积上，目前有三种工艺：（1）LPCVD制备多晶硅膜结合传统的全扩散工艺；（2）LPCVD制备多晶硅膜结合扩硼及离子注入磷工艺；（3）PECVD制备多晶硅膜并原位掺杂工艺。采用PECVD方法可以一次性完成氧化硅膜和非晶硅膜的制备，并且由于PECVD方法不存在绕镀问题，可以将TOPCon电池的工艺减少到9步。
2021年将实现设备100%国产化，成本有望进一步下降。2020年10月中来股份推出了TOPCon 2.0技术，该技术采用公司独创的POPAID技术（等离子氧化及等离子辅助原位掺杂技术）可以将TOPCon工序缩短到9步，良率提升到97%以上。
不同于以上三种技术路径，POPAID是我国独创的一种技术路线，核心环节的技术国产化，有望帮助TOPCon电池成本进一步下降。产能大幅扩张，利好国内设备厂商。目前，国内的TOPCon产能只有中来股份的2.1GW和天合的500MW。中来股份、聆达股份、隆基股份、一道新能源、晶科股份均开始布局TOPCon产能，在建产能在40GW以上，通威/天合新建的30GW PERC电池产线也预留了TOPCon电池的升级空间。
异质结：短期来看受生产成本制约，但降本路径清晰，具有充分的想象空间
我们测算2020年异质结电池单位成本为0.9元/W，远高于PERC电池的0.72元/W和TOPCon的0.78元/W，目前不具有成本优势。2020年异质结电池设备的单位投资成本约为4.5-5亿元/GW，成本较高。但从工艺流程上看，异质结工艺流程更为简单，其中制备非晶硅掺杂层和TCO是关键环节,这两个关键工艺目前都有两种技术路径。
非晶硅薄膜沉积——异质结电池的核心工艺，决定电池的钝化效果。在对硅片清洗制绒后需要在硅片表面沉积一层5nm的本征非晶硅层作为钝化膜，然后在正表面沉积一层10nm的p型非晶硅层，背表面沉积一层10nm厚的n型非晶硅层。该工艺目前有PECVD（离子体增强化学气相沉积）和CAT-CVD（热丝化学气相沉积）两种技术路线。PECVD借助等离子体增加分解能量，衬底温度较低，沉积速度快，缺点在于源气体利用率低导致成本相对较高。
CAT-CVD使用气体分子与催化剂主体表面之间的接触将气体分解为中性基团，对硅片表面无轰击，比较柔和，相较于PECVD所得的非晶硅薄膜中氢含量更高，有利于钝化效果提升，缺点在于镀膜均匀性不如PECVD，同时该设备被日本住友公司技术垄断，热丝替换需要一直由日本供货，成本较高。当前PECVD设备为市场主流，国内的理想万里晖、福建钧石、捷佳伟创、迈为股份都实现了该设备的量产能力。（报告来源：未来智库）
根据安徽华晟2021年投产的500MW异质结产线来看，PECVD设备投资比重最大，约为49%。其次是TCO膜沉积环节的PVD设备，占比约为20%。根据我们的测算，安徽华晟异质结项目的实际产能可以达到650MW左右。
电池片设备市场空间预测
根据天合光能年报中的数据，2020年全球PERC电池产能为120GW左右。根据我们的统计，全球TOPCon产能约为3.7GW，HJT产能约为2GW。从成本的角度来看，TOPCon电池预计可以在2021年对PERC电池形成优势，但限制其市场占有率的最大原因在于产能。虽然TOPCon电池产线可以由PERC产线升级改造，但在2020年以前形成的产能基本只能兼容166mm硅片，从已有PERC产线升级的产能潜力有限。182mm、210mm的大硅片会在未来占据主要市场份额。
异质结电池的综合成本目前高出PERC电池25%左右，已有产线产能大多在500MW以下，以试产为主。在异质结电池成本没有形成优势之前，企业对异质结产能的大规模的投资持谨慎态度。不同于市场的观点，我们认为即使在2023年异质结电池对PERC电池形成了成本优势，但由于产能原因，PERC电池仍会占据较大市场份额。
主要假设一：2021-2023，PERC电池的市场份额为86%、80%、70%，TOPCon电池的市场份额分别为6%、12%、18%，异质结电池的市场份额为3%、7%、11%。
主要假设二：TOPCon电池在市场导入初期，产能利用率不会较高，原因有二：一是新建产能会经历一个产能爬坡期，二是企业为了争取市场会在前期大规模进行产能建设。因此我们预测2021-2023年，TOPCon的产能利用率分别为70%、70%、80%。根据我们的测算2021-2023年，PERC设备市场规模分别为61.51、42.97、31.58亿元，TOPCon设备市场份额分别为25.78、51.43、54.91亿元，异质结设备市场份额分别为21.31、69.20、90.00亿元，三者合计的市场规模为108.91、163.60、176.49亿元。
电池片设备主要厂商
（1）捷佳伟创（300724.SZ）
掺杂沉积设备龙头，多技术路线全面布局的整线设备供应商。公司具备提供PERC、TOPCon及异质结电池的产线“交钥匙”工程解决方案的能力。目前占据公司营收比重最大的为单晶硅电池片制备过程中扩散、沉积环节的扩散退火炉和PECVD设备。
根据招股说明书，公司的PECVD设备技术参数为行业第一。在TOPCon电池的增量环节上公司实现了两条技术路线的储备：（1）LPCVD氧化及沉积多晶硅并进行原位掺杂。该技术目前已完成测试。（2）PECVD沉积钝化膜。在异质结电池的技术储备上，捷佳伟创是全球第一家完成全线四道工序完全自主开发的池解决方案设备提供商。在非晶硅薄膜沉积环节上，公司凭借在PECVD设备上的积累，开发出板式PECVD设备，镀膜均匀性达到5%以内，领先行业水平。
在TCO膜沉积环节上，公司获得了日本住友的授权研发了RPD设备。由于设计原理上的优势，使用捷佳伟创RPD设备的异质结电池有更高的转换效率和电性能。据公司透露，在异质结最关键的非晶硅薄膜沉积上，公司正在进行CAT-CVD的技术研发。 2020年5月30日，捷佳伟创与爱康科技正式签署爱康长兴2GW异质结电池项目战略合作框架协议，主要在关键工艺设备技术研发和全线整套电池设备采购上开展深入合作。（报告来源：未来智库）
（2）迈为股份（300751）
丝网印刷设备龙头，异质结电池整线设备供应商。早年我国光伏电池丝网印刷设备被以Baccini为首的国外厂商垄断。迈为股份通过技术相继研发生产出单头单轨、双头双规丝网印刷设备，打破国外厂商垄断。公司在2019年开始研发异质结电池设备，选择PECVD+PVD的技术路线。目前公司已经具备异质结电池整线设备供应能力，核心环节的PECVD、PVD设备均实现量产能力。2020年公司中标安徽华晟500MW异质结电池的整线设备和两条PVD设备。2021年3月18号，安徽华晟500MW异质结项目正式流片，首周试产电池片平均转换效率达到23.8%。2021年6月8日，安徽华晟公布该生产线量产批次平均效率达到24.71%，单片最高效率达到25.06%。
（3）钧石能源
专注于异质结电池的整线设备提供商。公司成立于2005年，目前专注于新一代异质结电池设备的研发与生产。根据官网上的信息，公司目前具备异质结电池整线设备供应能力。钧石选取的技术路线为PECVD+PVD设备。PECVD、PVD、印刷机等兼容166mm、182mm、210mm尺寸硅片。目前公司的推出PECVD、PVD均有两种型号，分别对应350MW/年和500MW/年的生产能力，良品率在99.8%以上。目前公司在电极印刷设备上取得重要技术突破，钧石能源研发的溅射镀膜方式结合网版设计和新型浆料，可以使G1尺寸的异质结电池单片银浆消耗量从150mg降低至80mg。
（4）理想万里晖
国内PECVD设备第一梯队，得到多条产线验证。理想万里晖原为理想能源的PECVD事业部。2017年10月理想万里晖首台SHJ用量产型PECVD产品发货，打破了国外供应商的垄断。公司的PECVD设备已在成都通威异质结项目、安徽华晟异质结项目上得到检验。
组件环节：新技术多点开花，利好串焊机、划片器等核心设备厂商
装机需求确定性预期，组件厂商加速扩产
光伏组件是最小的有效发电单位，是产业链最后一个环节，下游为终端装机客户。先进电池技术生产出的电池片只有在经过串联、封装之后才能最终应用到光伏发电系统中去。电池片环节目前处于技术迭代的转换期，各企业对电池片扩产的节奏相对谨慎。但是在硅片和组件端得益于装机量需求的良好预期，厂商在这两个环节的产能投放激进。
根据CPIA的数据2020年国内排名前五的组件厂商（隆基、晶科、晶澳、天合、日升）的市场占有率为55.1%。根据我们的统计，2020年排名前五的组件厂商合计产能为140.1GW，2021年组件产能将扩张到219.1GW，同比增长56.4%。假设2021年CR5达到60%，预计国内组件产能将达到365.1GW。
今年以来，国内企业已经宣布的组件产能建设达到了63.7GW。由于组件环节的技术门槛相对较低，设备投资额约为6,300万元/GW。除了传统的光伏组件厂商进行的扩产计划外，也有其他行业企业布局光伏组件赛道，如金刚玻璃宣布建设1.2GW异质结电池及组件项目，风电企业明阳智能投资30亿元建设5GW异质结电池项目+5GW光伏高效组件项目。
新技术多点开花，助力产业链降本增效
光伏组件的加工工艺的包括串焊、排版、叠层、层压、装框、接线、清洗和测试八个工艺环节。其中最重要的是电池片的串焊和层压，串焊是将单个电池片通过金属导线串接起来形成电池组件，层压则是使用电池玻璃将串接好的电池组件封装起来。
在降本增效的驱动下，组件环节出现了较多的新型技术，主要包括三个方面：（1）减少封装带来的效率损耗，目前半片工艺为主要代表；（2）提高光电转换效率，以MBB和无主栅技术为代表；（3）提高封装密度，增加电池片受光面积，以叠瓦技术为代表。
组件市场空间预测
组件设备的需求主要来自于两个部分：一是组件企业扩产带来的增量需求，二是新技术带来的存量产能升级带来的需求。 2019-2020年，组件行业CR5从42.8%提高到55.1%，通过整理行业前五名的企业的产能情况，可以推测出2019-2020年组件行业产能分别为135GW、254.3GW。根据各企业公告，2021年组件行业前五名产能将扩张到219.1GW，假设2021年CR5达到60%，则国内组件产能将达到365.1GW。在中性假设下，我们预测2021年全球光伏装机量为160GW。因此组件产能是相对过剩的，行业扩产速度在2022年-2023年会相应放缓。
关键假设一：2022-2023年行业扩产速度分别为30%、15%
在存量产能升级上，由于182mm、210mm硅片的推出，原有产线最多只能兼容166mm硅片，因此存量产能需要进行升级。根据CPIA的预测，2021年166mm组件仍会占据45%的市场份额。随着大硅片组件产能的投产，2022年将182mm、210mm组件将实现对166mm组件的替换，因此在2022-2023年，存量产能升级将会加快。
关键假设二：2021-2023年存量产能的替换比率为20%、30%、30%
根据我们计算的结果，2021-2023年组件设备的市场规模分别为77.28亿元、87.02亿元、 61.43亿元。
组件设备相关厂商
（1）奥特维
国内串焊机龙头，多主栅串焊机收入爆发式增长。2020年公司营业收入11.44亿元，同比增长51.7%，多主栅串焊机出货量达到1,390台，同比整张246.60%。根据公司招股说明书，全球光伏组件产量top20企业中，18家为公司客户。2018年天合光能的183台串焊机中，奥特维供货量为149台，此外2020年公司激光划片机和硅片分选机出货量分别达到155台和100台。在叠瓦技术上公司完成了核心技术储备。
合同负债验证公司未来业绩成长性。2021年一季度公司合同负债8.11亿元，同比增长135.1%，，环比增长20.7%。受益于行业扩产和半片技术带来的串焊机需求，公司的业绩在2021年具有较强的确定性。
（2）金辰股份
光伏组件自动化生产线龙头。公司主要产品为光伏组件自动化生产线，具备单独提供叠片、串焊、压层、封装环节的全部设备。主要客户包括为隆基股份、通威股份、东方日升、晶澳科技、晶科能源、阳光能源等国内光伏组件龙头。2020年公司营业收入为10.61亿元，同比增长23%。
光伏组件自动化生产线占公司主营收入的绝大部分。当前公司立足于在自动化生产线的积累，积极向光伏产业链上游环节拓展，新增电池片自动化设备业务，主要包括光注入退火设备、电池刻蚀上下料机、管式PECVD上下料机、板式PECVD上下料机、背钝化的上下料机、双面制绒上下料机等。
（3）先导智能
智能装备的平台型企业，光伏组件业务快速增长。公司的主营业务为锂电池设备、光伏自动化生产设备、3C智能设备及薄膜电容器设备。2020年公司主营业务收入58.58亿元，同比增长25.06%。其中光伏自动化生产设备业务10.84亿元，同比增长118.99%，在主营收入构成占比提高到18.45%。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。报告出品方，长城国瑞，如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
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