光伏產(chǎn)業(yè)鏈及金剛石線的應(yīng)用分析

光伏產(chǎn)業(yè)鏈及金剛石線的應(yīng)用分析光伏產(chǎn)業(yè)鏈及金剛石線的應(yīng)用光伏產(chǎn)業(yè)鏈主要包括硅料、硅片、電池片、組件以及光伏系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品等五個(gè)環(huán)節(jié)。其中，上游主要包括高純多晶硅料的生產(chǎn)、多晶硅鑄錠/單晶硅拉棒及切片；中游為電池片、組件的生產(chǎn)；下游為集中式/分布式光伏電站的建造與運(yùn)營。硅片環(huán)節(jié)的生產(chǎn)流程為晶硅拉棒/鑄錠→開方、截?cái)唷ッ娴菇恰嘲簟衅杵撃z→硅片清洗→檢驗(yàn)分選→成品包裝，其中拉棒/鑄錠、切片是主要工序。作為硅片生產(chǎn)的重要切割耗材，金剛石線主要應(yīng)用于晶硅的開方、截?cái)?、切片。金剛石線行業(yè)發(fā)展歷程和競爭格局從發(fā)展歷程來看，金剛石線行業(yè)競爭格局經(jīng)歷了初期日本企業(yè)壟斷全球市場再到國內(nèi)廠商實(shí)現(xiàn)細(xì)線技術(shù)突破并逐步占據(jù)市場主導(dǎo)地位的過程。金剛石線產(chǎn)品最初誕生于日本，是由日本旭金剛石率先研發(fā)并實(shí)現(xiàn)突破和完成量產(chǎn)，繼而在2007年6月推出了首款成熟的金剛石線產(chǎn)品。憑借著技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢，日本企業(yè)在2014年以前幾乎壟斷了金剛石線的全球市場，代表性企業(yè)包括旭金剛石工業(yè)株式會(huì)社、中村超硬株式會(huì)社、愛德株式會(huì)社、聯(lián)合材料株式會(huì)社等，其中以旭金剛石和中村超硬為主。此外，早期的金剛石線主要應(yīng)用于玻璃、陶瓷、藍(lán)寶石等硬脆材料的切割加工中。直到2010年，金剛石線在單晶硅切割領(lǐng)域開始應(yīng)用，規(guī)模逐漸增大，但由于金剛石線技術(shù)被日本企業(yè)壟斷，產(chǎn)品售價(jià)高昂且產(chǎn)能有限，未能在光伏行業(yè)得到全面推廣及應(yīng)用。需求的不斷增長以及光伏產(chǎn)業(yè)鏈向國內(nèi)的遷移，以東尼電子、岱勒新材、三超新材和美暢股份為代表的國內(nèi)金剛石線生產(chǎn)企業(yè)在2014年前后相繼突破細(xì)線技術(shù)，產(chǎn)品線徑降至80μm及以下，打破了日本企業(yè)多年來的技術(shù)壟斷。同時(shí)，由于國內(nèi)金剛石線企業(yè)成本控制優(yōu)勢顯著，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后，電鍍金剛石線價(jià)格持續(xù)降低，日本高成本產(chǎn)能開始逐步退出中國市場。金剛線是金剛石切割線的簡稱，有人稱鉆石切割線或者鉆石線。工業(yè)上許多東西是用切割線來切割的，比如光伏領(lǐng)域的多晶硅切片。切割線的材料是很重要的。目前主流的用于光伏領(lǐng)域的硅片切割線是超精細(xì)切割鋼絲，直徑大約是100微米。金剛石切割線顧名思義，跟金剛石有關(guān)。大體上是把金剛石的微小顆粒鑲嵌在線上，做成的金剛石切割線。金剛石是超硬的，用途很廣的切割材料。金剛線具有了金剛石微型的鋸齒，增加了鋼線的切割能力，可以大大加快切割速度。金鋼線對(duì)于太陽能硅材料切割行業(yè)而言，是革命性的進(jìn)步。因而人們普遍預(yù)計(jì)它將來的應(yīng)用將非常廣泛。金剛線具有諸多優(yōu)點(diǎn):1．可實(shí)現(xiàn)高速切割，切割速度可以提高到原來的2倍，耗時(shí)自然減少。單位時(shí)間能夠完成更多的工作量，這是它最大的優(yōu)勢。2．環(huán)保生產(chǎn)，金鋼線的工藝只需要水或是水基冷卻清潔液就可以，真正實(shí)現(xiàn)了環(huán)保生產(chǎn)和制造。但是目前的金剛線技術(shù)也還很多的不足，主要是:1．成本高，這還是一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù)，還沒有普及，主要的金剛線依賴進(jìn)口，我國本土的公司金剛線的供給還比較少，所以價(jià)格比較高。2．線太粗從而導(dǎo)致硅片損失大。硅片的損失與切割線的粗細(xì)有直接聯(lián)系，越粗自然損失越多。目前主流的切割線是超精細(xì)切割鋼絲，直徑大約是100微米。而在實(shí)際應(yīng)用中的金剛線直徑大約是250微米，是超精細(xì)切割鋼絲的兩倍多。3．會(huì)有切痕從而導(dǎo)致晶硅電池片轉(zhuǎn)換效率低下。因此目前金剛石線主要用于硅片的粗加工領(lǐng)域，比如已經(jīng)在硅錠開方中獲得應(yīng)用。在更精細(xì)的切片領(lǐng)域還是用的是超精細(xì)切割鋼絲。目前金剛線的制備技術(shù)還不是很普及，西方和日本的技術(shù)相對(duì)較發(fā)達(dá)一些，中國也有不少公司正在努力。目前已有不少公司聲稱已經(jīng)能夠生產(chǎn)出直徑略高于100微米的金剛石切割線（日本已有直徑為80微米的金剛石切割線出售）。預(yù)計(jì)在更細(xì)的金剛線能夠研制出來并廣泛應(yīng)用以及解決切痕問題之前，金剛線還不能在精細(xì)切割領(lǐng)域（也是硅片加工的主要領(lǐng)域）代替現(xiàn)有的是超精細(xì)切割鋼絲。不過這方面技術(shù)進(jìn)步是相當(dāng)快的，也許不久的將來金剛線就是主流。金剛石線切割機(jī)經(jīng)過其金剛石線與物件間實(shí)行高速磨削運(yùn)動(dòng)，從而到達(dá)切割目的，所以被使用于晶體硅、藍(lán)寶石、精細(xì)陶瓷等硬脆材料的切割，首要使用于光伏行業(yè)上游范疇，可用于硅棒截?cái)?、硅錠開方、硅片切割，其切割功能直接感染硅片的質(zhì)量及光伏組件的光電轉(zhuǎn)換功能。近年來，隨著我國金剛線行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)及技改，盈利空間仍然存在，所以現(xiàn)有的廠商均大幅積極實(shí)行產(chǎn)能擴(kuò)張，如美暢股份產(chǎn)能從2021年底的7000萬公里進(jìn)步到2022年7月的10800萬公里，同時(shí)估計(jì)將在2022年下半年進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)，高測股份于2021年啟動(dòng)一機(jī)十二線技改活動(dòng)，年產(chǎn)能到達(dá)2000至2500萬公里等。隨著國際硅料價(jià)錢繼續(xù)走高，硅片廠商為節(jié)省硅料而采用更細(xì)線徑的金剛線實(shí)行切割，可以在同等長度硅棒下采用金剛線能切出更多硅片，截止2022年6月，行業(yè)主流線徑曾經(jīng)在36μm-38μm之間，因而行業(yè)細(xì)線化發(fā)展迅速。不過，隨著金剛線直徑逐步細(xì)化，其切割才能越來越小，切割進(jìn)程中斷線風(fēng)險(xiǎn)也更高，為降低斷線率，切片進(jìn)程中普通會(huì)降低切割速度，進(jìn)而使得切片線耗提升。全體來看，在高碳鋼絲線徑逐步趨于極限的趨向下，34μm與35μm的線斷線率希望提升，細(xì)線化速度在一定水平上與之前相比會(huì)有所減緩，但仍然會(huì)為行業(yè)奉獻(xiàn)增量。此外，我國硅片厚度逐步從180μm的主流硅片向165μm以下厚度減薄，對(duì)硅片切割時(shí)的品控要求也進(jìn)一步提高，這意味著需求用更多金剛線線耗來保證切割效率和品控。依據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2022年，我國P型單晶硅片厚度達(dá)160μm，邊長為166/182/210。由此可見，隨著硅片厚度不時(shí)變薄，金剛線的線耗也繼續(xù)提升。金剛石線行業(yè)市場現(xiàn)狀分析隨著電鍍金剛石線的制造成品的降低和規(guī)模化效應(yīng)的顯現(xiàn)，樹脂金剛石線的成本優(yōu)勢也將不復(fù)存在。特別是MCCE技術(shù)（金屬催化化學(xué)腐蝕法，即濕法黑硅技術(shù)）成功解決了多晶電池表面反射率高的難題，為電鍍金剛石線在多晶切片領(lǐng)域大面積推廣鋪平了道路。金剛線把金剛石的微小顆粒固結(jié)在切割鋼線上制成的切割線，使用時(shí)將金剛線安裝于切割機(jī)上，啟動(dòng)切割機(jī)使金剛線高速轉(zhuǎn)動(dòng)，固結(jié)于其上的金剛石顆粒進(jìn)行切割，用于硅棒截?cái)?、硅錠開方及硅片切割，其切割性能直接影響硅片質(zhì)量及組件光電轉(zhuǎn)換性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，金剛線占單晶硅片的成本比重僅1%，占非硅成本僅6．51%。目前金剛線的母線材料為高碳鋼，高碳鋼絲線徑進(jìn)一步降低可能出現(xiàn)力學(xué)性能不足的等問題，實(shí)驗(yàn)室證實(shí)鎢絲線徑可以更細(xì)、承受更大拉力，是未來金剛線母線材料可能的發(fā)展方向之一。531新政后，光伏行業(yè)降本增效動(dòng)力更強(qiáng)，單晶PERC電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高，金剛線細(xì)線化持續(xù)推進(jìn)，單晶較多晶的優(yōu)勢進(jìn)一步拉大，單晶組件在終端占比不斷提升，2020年基本完成對(duì)多晶的替代。從發(fā)展歷史來看，金剛線對(duì)切片的降本優(yōu)勢，拉開了單晶替代多晶的序幕，助推光伏行業(yè)技術(shù)迭代。2021年以來，隨著硅料價(jià)格不斷上漲，光伏硅片、電池片、組件等下游環(huán)節(jié)硅成本壓力持續(xù)增加，迫使下游各環(huán)節(jié)進(jìn)一步降本。在此背景下，硅片薄片化與金剛線細(xì)線化加速推進(jìn)。金剛線直徑及微粉粒度同硅片切割質(zhì)量及切削損耗量相關(guān)，較小的線徑和微粉粒度有利于降低切削損耗和生產(chǎn)成本，符合硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)大尺寸及薄片化的發(fā)展趨勢。目前受材料特性限制，碳鋼母線線徑逐步接近其材料的物理極限，進(jìn)一步細(xì)線化存在困難。金剛線行業(yè)發(fā)展趨勢相較于碳鋼線，鎢絲線具備高破斷拉力值、高扭轉(zhuǎn)值等優(yōu)異性能表現(xiàn)，在使用更細(xì)的線徑后，能夠有效降低硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碎片率。在目前硅料價(jià)格較高的背景下，盡管鎢絲線相較碳鋼線單價(jià)更高，硅片生產(chǎn)企業(yè)使用鎢絲線，仍能通過減少切割的硅損耗提升生產(chǎn)效益。金剛線線徑越細(xì)，鋸縫越小，切割時(shí)產(chǎn)生的鋸縫硅料損失越少，同樣一根硅棒可切割加工出的硅片數(shù)量越多，制造硅片所需的硅材料越少。金剛線母線直徑已由2016年的80μm降至2019年的50μm，相應(yīng)降低了切割料損。全球范圍內(nèi)，以光伏、風(fēng)電為代表的可再生能源在全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例不斷上升成為全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。金剛線是金剛石切割線的簡稱，還被稱為之為鉆石切割線或者鉆石線。工業(yè)上許多硬質(zhì)材料都是用切割鋼線或者更高質(zhì)量的金鋼線來切割的，比如光伏領(lǐng)域的多晶硅切片，單晶硅，晶棒，金鋼線是光伏硅片切片過程中的重要耗材，已實(shí)現(xiàn)全面應(yīng)用。光伏目前已成為金剛線最大的應(yīng)用市場，占總需求量90%以上。金剛線價(jià)值量在1-2分/W，略高于硅片生產(chǎn)過程中的坩堝、熱場等其他耗材。金剛石線的優(yōu)勢金剛石線最早主要用在藍(lán)寶石領(lǐng)域，在2015年開始應(yīng)用在光伏領(lǐng)域，之前光伏采用砂漿切割。當(dāng)國人把砂漿切割技術(shù)開發(fā)到極致的時(shí)候，已無降本空間，金剛石線這種工藝走進(jìn)光伏人視野。對(duì)于光伏行業(yè)來說，降本增效是永恒話題，尤其是在近兩年硅料價(jià)格大漲吞噬下游利潤，如何降低切割損耗、降低硅片成本是硅片企業(yè)迫切要解決的。硅片薄片化是近兩年硅片行業(yè)降低單片成本努力的方向。伴隨著硅片薄片化的是金剛石線的細(xì)線化。金剛石線細(xì)化可以減少切割對(duì)硅的損耗。切片過程中，硅片碎片率降低從而提高硅片良品率。硅料價(jià)格的高位推動(dòng)金剛石線直徑降低，減少硅耗這是最直接有效的好處。金剛石線細(xì)化后能夠切更薄的硅片。就像用斧頭切菜和用菜刀切菜一個(gè)道理。這兩個(gè)原因都有助于將同樣長度的硅棒切成更多數(shù)量的硅片。金剛石線細(xì)化后母線材料用量會(huì)大幅減少。由于線的直徑變小，截面積變小，母線質(zhì)量也就變小，可見材料上有節(jié)約。金剛石線本身也面臨鎢絲的挑戰(zhàn)。雖然相對(duì)于鎢絲線，鋼絲線的成本低，但是問題是破斷力不及鎢絲線，現(xiàn)在的38-42微米已經(jīng)接近鋼絲線的極限。鎢絲替代成為新方向。從使用壽命的角度對(duì)鋼絲和鎢絲金剛石線進(jìn)行比較，鎢絲金剛石線的使用次數(shù)是鋼絲的10-20倍。但是缺點(diǎn)在于：一是鎢的價(jià)格高于鋼絲價(jià)格，同等長度的鎢絲價(jià)格是鋼絲價(jià)格的數(shù)倍；二是鎢絲的繞線長度最多100km，而鋼絲能夠達(dá)到300km，因此運(yùn)輸和使用中的成本也高于鋼絲；三是目前的鎢絲母線的成材率較鋼絲低，因而增加了鎢絲線的成本。所以，金剛石線細(xì)線化和母線替代都有弊有利，需要權(quán)衡取舍。從歷史發(fā)展來看，金剛石線門檻相對(duì)較低，也造成了一段時(shí)間內(nèi)金剛石線競爭較為激烈。當(dāng)下時(shí)點(diǎn)，金剛石線的技術(shù)與生產(chǎn)正在全面提升。細(xì)線化加速發(fā)展，同時(shí)在傳統(tǒng)高碳鋼絲細(xì)線化出現(xiàn)瓶頸下，母線材料面臨替換的可能。加上硅片持續(xù)的大尺寸與薄片化趨勢，金剛石線技術(shù)壁壘有望加強(qiáng)。生產(chǎn)制造上，頭部企業(yè)加大一機(jī)多線改造力度，大幅提升生產(chǎn)效率。金剛線競爭格局及技術(shù)路線單耗提升疊加下游需求增長，晶硅切割用金剛線需求快速提升。由于硅料價(jià)格持續(xù)超預(yù)期，硅片企業(yè)加速推進(jìn)金剛線細(xì)線化，金剛線耗量明顯提升。金剛線線徑越細(xì)切割損耗越小、硅片出片率越高，但線徑下降會(huì)降低金剛線的拉伸強(qiáng)度，使得金剛線在切割過程中更容易被拉斷，硅片企業(yè)為避免斷線需增加金剛線更換頻率，帶來金剛線耗量提升。我國金剛石線市場金剛石線是將金剛石微粉以一定的分布密度均勻地固結(jié)在高強(qiáng)度鋼線基體上制成的，主要用于晶體硅、藍(lán)寶石、精密陶瓷等硬脆材料的切割。其中，用于光伏晶硅切片的金剛石線用量最大、占金剛石線總需求量的比例超過90%。光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游為硅料的采集及硅片的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其中硅片切割是硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主要工序，金剛石線可用于硅棒截?cái)?、硅錠開方、硅片切割，具有切割速度快、切片效率高、硅料損耗低、環(huán)保等優(yōu)勢，能夠大幅降低線耗成本。2015年金剛石線鋸實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化和規(guī)?；a(chǎn)后，產(chǎn)品價(jià)格迅速降低，金剛石線憑借高效率、高出片率優(yōu)勢迅速取代游離磨料砂漿線，在光伏硅片切割領(lǐng)域快速滲透，金剛石線需求爆發(fā)式增長，拉動(dòng)線鋸用金剛石微粉需求大幅提升。受光伏531新政影響，2H18光伏裝機(jī)量較預(yù)期大幅下降，疊加金剛石線市場競爭加劇，出現(xiàn)供過于求局面，金剛石線需求及價(jià)格大幅下降，線鋸用微粉銷售面臨短期波動(dòng)。光伏新增裝機(jī)高景氣度確定性高。在碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)指引和國家政策扶持下，預(yù)計(jì)十四五期間，光伏行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)高景氣態(tài)勢，全球及我國新增光伏裝機(jī)將有大幅增長。根據(jù)CPIA數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2022-2025年，全球光伏年均新增裝機(jī)將達(dá)到232-286GW，我國光伏年均新增裝機(jī)將達(dá)到83-99GW，20-25年全球光伏新增裝機(jī)容量CAGR為15．7%-20．5%。金剛石微粉作為光伏晶硅切片用金剛石線的主要原材料，市場需求有望持續(xù)旺盛。樂觀假設(shè)下，預(yù)