光伏单晶炉:价值量占比超6成,持续受益行业技术变革

受益于单晶迭代多晶+大尺寸迭代小尺寸双重技术迭代,光伏单晶炉行业近年快速增长。随着N型硅片放量,低氧型、超导磁场单晶炉正引领行业新一轮技术变革,有望打开更大市场空间。


(资料图)

作为硅片拉晶环节核心设备,光伏单晶炉价值量较高。据连城数控(835368.BJ)相关公告,单晶炉价值量约为1.2亿元/GW,在硅片生产设备中的价值量占比达60%-70%。浙商证券称,在超导磁场渗透率从0%提升至 40%的基础假设下,预计2022-2025 年光伏单晶炉市场空间有望从225亿元提升至332亿元,CAGR达14%。

大尺寸硅片带来替换需求

此前,主流单晶炉热屏内径一般不超过300mm,多在270mm左右,适合直径为223mm的166mm硅片。随着技术的迭代升级,硅片尺寸不断“长大”——182mm硅片的直径为247mm,接近老旧产线可兼容尺寸的极限值;210mm硅片的直接为295mm,已完全不能适应原有的设备尺寸。

从市场份额来看,大尺寸硅片在2023年将基本替代小尺寸硅片产品。CPIA数据显示,截至2022年,直径247mm的182mm硅片、直径295mm的210硅片合计占比已达82.8%,预计2023年大尺寸硅片占比将达93.2%。

根据单晶炉型号的不同,1200型及以下炉型最高适配166mm硅片;1400/1450炉型部分可以通过更换热场的方式生产182mm硅片,但同样受炉腔体积限制,几乎无法生产210mm硅片;1600炉型则最高适配230mm硅片。

由于炉体形状已经决定炉腔尺寸,炉型之间的差异无法消除,因此单晶炉设备只能上新迭代。中金公司预计,2022年起, 3-5年内存量有1万多台单晶炉将被淘汰。

据东北证券,截至2023年2月初,全市场1600炉型设备仅对应约200GW的210mm硅片产能,但集邦咨询数据显示,2023年大尺寸硅片产能达792.4GW,其中210尺寸产能达到320.8GW。1600炉型单晶炉潜在需求较大。

鉴于国内1600单晶炉供应商仅三到四家,具备相关技术的企业有望率先抢占市场。

奥特维(688516.SH)目前产品主要是1600直拉式单晶炉,可拉制12英寸、N型晶棒,具备全程自动化能力。根据公司披露的销售情况,1600炉型客户包括天合光能、合盛硅业等。

2021年12月,连城数控与俄罗斯EnCORE集团签约N型光伏硅片项目。据悉,该项目竣工后将是欧洲最大的单体1600炉型单晶工厂,也是欧洲规模最大最先进的光伏硅片工厂。

此前在2020年,京运通(601908.SH)技术中心已成功研发出用于光伏行业的JD-1600全自动单晶炉,同年8月5日首棒12英寸晶体成功下线,标志着该设备全面投入市场。

N型硅片放量,单晶炉再迎技术变革

随着N型电池市占率稳步提升,N型硅片需求加速爆发。CPIA数据显示,预计2023年N型硅片渗透率为15.1%,2030年将攀升至48.3%。

N型硅片对含氧量和纯度要求比P型高,但N型硅片在生产过程中,氧会融入硅溶液,造成晶体里含有较多的氧,容易产生由原生氧造成同心圆、黑芯片问题。

一般而言,头氧(单晶硅棒的头部氧含量)含量越低,少子平均寿命(少数载流子寿命)越长。若头氧含量在12%-13%,少子寿命在6000-8000µs以下的占比将近60%;若头氧含量≤10%,少子寿命在8000-10000µs以上的占比将近70%。

为降低单晶硅棒的氧含量,现阶段增加磁场是有效解决方案之一,并且该方案具备一定的经济性。

据悉,在单晶炉外侧施加强磁场,可抑制硅熔体的热对流,降低晶体的杂质含量,解决氧含量过高、氧分布不均匀的问题,从而将含氧量降低到7ppma行业标准,提升制成电池后的转换效率。

东吴证券测算,以182mm尺寸72片组件、转换效率24.3%为例,单晶炉超导磁场可将电池转换效率提高0.1%~0.5%,组件环节可多盈利约1900万元/GW。此外,单晶炉超导磁场可多利用5%的头尾料,相当于节省5%的电费,组件环节可节省电费成本约400万元/GW。

从回本周期来看,浙商证券按照100万元/台价格测算,综合考虑坩埚、组件价格等,设备回本周期约3.1年。

东吴证券预计,2025年低氧单晶炉市场空间超200亿元。目前,相关设备厂商正在加紧推出低氧型单晶炉产品。

2023年7月,晶盛机电在投资者调研中表示,公司第五代单晶炉已签订约3500台设备订单,预计2023年配置近300台超导磁场(超导磁场需另外购买)。据悉,2023年晶盛机电超导磁场设备价格约150万元/台,2024年有望降至100万元/台。

奥特维子公司松瓷机电的新型低氧单晶炉SC-1600-LO₂未增加超导磁场,仅通过热场设计等进行优化,同心圆可降低50%,实现氧含量降低24%以上,试验线验证数据电池片效率提升0.1%,预计价格约150万元/台。

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