安博体育官网登陆入口.云悦资本先进制造系列研究(一):两万字长文拆解新能
发布时间:2024-03-02 05:22:00 来源:安博体育官网登陆 作者:安博体育官网
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  阅读提示:本篇研究大概2.4万字(包括上中下三篇),全文阅读完大致需要2个小时,内容主要包括:

  上篇:重点介绍发电端中的光伏发电材料、光热发电材料产业情况,包括产业价值链、产业生命周期、产业竞争格局、产业变革力量以及代表公司。

  中篇:重点介绍发电端中的风力发电材料产业情况,同样包括产业价值链,产业竞争格局以及代表公司等。

  云悦观点1:随着我国国家能源安全的战略实施,以及全世界对便宜和无尽能源的不懈追求,在很长一段时间内,新能源材料都将会是一个万亿级的大市场。

  云悦观点2:无论是在发电端、储能端、用能端,都在追求更便宜,更安全,更轻便的方式,工艺创新,材料创新是这个行业永恒的主题,不断带来新的机会点。

  云悦观点3:发电端,钙钛矿太阳能电池,光热发电,将会带来更廉价和稳定的能源。在储能端,氢能源将逐步得到重视。随着固态电池技术的逐步成熟,更多的正极负极材料的应用,在动力电池方面也会创造更多的机会。

  近年来,随着环保意识的逐渐提高以及能源危机的不断突显,新能源材料逐渐成为人们关注的焦点。新能源材料是指能够用于制造太阳能电池、风力发电机和电动汽车等新能源领域的材料。这些材料不仅能够提高能源的利用效率,还能够减少对环境的污染,对现在的社会和未来的可持续发展具有重要的意义。

  从发电端来讲,目前应用比较多的就是光伏发电、光热发电、风力发电。而在储能端,主要应用就是电化学储能、电解氢储能,还有一些物理储能方式,在用电端,主要的应用就是动力电池,还有氢燃料电池等。而这些应用,都涉及到一些关键的材料,这些材料具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力,是未来能源领域的发展方向。

  光伏发电产业链从上游到下游,主要包括的产业链条包括多晶硅、硅片、电池片以及电池组件。在产业链中,从多晶硅到电池组件,生产的技术门槛越来越低,相应地,公司数量分布也越来越多。因此,整个光伏产业链的利润主要集中在上游的多晶硅生产环节,上游企业的盈利能力明显优于下游。

  光伏材料中可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅,其他尚处于开发阶段。目前致力于降低材料成本和提高转换效率,使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争,从而为更广泛更大规模应用创造条件。

  光伏产业市场空间在过去五年中得到了显著扩张。根据国际能源署(IEA)的数据,过去五年中,全球光伏发电总装机容量增长了大约200%。此外,随着世界各国越来越关注环保和可持续发展,光伏产业的市场前景十分广阔。

  根据国家能源局,2022 年我国光伏发电新增并网容量为 87.41GW,按10亿/GW计算,投资约874亿,同比增长 59.27%,2019-2022 年年均复合增速为 42.65%,在政策支持以及技术变革推动下,近年来我国光伏装机快速增长。

  全球范围来看,根据 IRENA,截至 2021 年末,世界光伏装机容量为 843.09GW,同比增长18.70%,2019-2021 年年均复合增速为 20.08%;中国光伏装机容量为 306.40GW,同比增长 20.91%,2019-2021 年年均复合增速为 22.38%,近年来我国光伏装机增速快于全球平均水平。

  可见,未来光伏产业将保持高速增长趋势,市场前景广阔,各国也将加大对可再生能源的投资和支持力度,为光伏产业的发展提供更大空间。

  虽然光伏发电系统的组成材料各异,但所有的组件都包括若干层从向光面到背光面的材料。光伏原材料的最上游是硅矿,从硅矿到金属硅再到多晶硅几个环节共同构成光伏产业链最上游的环节。

  2022 年我国多晶硅产量达 82.7 万吨,同比增长 63.4%。随着多晶硅企业技改及新建产能的释放,2023 年全国多晶硅产量将超过 124 万吨。2022 年我国硅片产量约为 357GW,同比增长 57.5%,伴随着头部企业的扩产,2023 年全国硅片产量将超过535.5GW。CPIA 预测 2023 年国内光伏新增装机 95-120GW,全球新增装机 280-330GW。与终端需求相比,2023 年硅料和硅片这两个环节的供需矛盾将得到缓解,硅料、硅料价格有望继续下行。上游原材料价格的下行有助于降低光伏发电企业的项目建设成本,提升企业的经营效益。

  初级阶段:从上世纪70年代中期开始到2000年前后,太阳能电池技术处于初级阶段。电池的效率较低,生产成本高,应用范围有限,市场也不够成熟。

  发展阶段:从2000年开始到2008年左右,光伏电站的建设逐渐增多,全球光伏市场迅速扩大。太阳能电池技术逐渐成熟,成本不断下降,应用范围开始拓展。

  成熟阶段:从2008年开始到现在,光伏发电产业进入了成熟阶段。技术创新不断,太阳能电池的效率不断提升,生产技术不断更新,市场规模和应用范围持续扩大,成本不断下降。

  总体来说,光伏发电产业技术成熟度和应用范围不断增加,市场规模逐渐扩大,成本不断下降。然而,由于环保、可持续发展等因素的不断推动,太阳能电池板的发展依旧具有很大的潜力和前景,未来仍将有很多的新技术和新应用涌现。

  上游:多晶硅生产工艺点繁多,供应历年来呈现稳定的龙头格局。2021年硅料行业之中,通威股份、保利协鑫、新疆大全三大龙头并驾齐驱,市占率分别为29%、22%、17%。东方希望、新特能源和亚洲硅业也保持着一定竞争力,紧跟其后。

  硅片企业集中度高,中国占据主导地位。根据CPIA数据显示,2021年全国硅片产量约为227GW,同比增长40.6%。其中,排名前五企业产量占国内硅片总产量的84%,且产量均超过10GW。随着头部企业加速扩张,预计2022年全国硅片产量将超293GW。同时,2021年全球光伏硅片产能中,我国占比达98.1%,占据绝对领先的地位。

  中游:电池环节是资本和技术双密集型行业。要求企业及时跟进最新的电池制造技术以提升电池效率。根据CPIA数据显示,2021年,全国电池片产量约为198GW,同比增长46.9%,排名前五企业产量占国内电池片总产量的53.9%,其中前6家企业产量超过10GW。·

  组件环节有品牌和渠道壁垒,集中度较高。2021年全国组件产量达182GW,同比增长46.1%,以晶硅组件为主。组件环节的品牌和渠道壁垒导致行业格局较为稳定,排名前五企业产量占国内组件总产量的63.4%,产量超过10GW。

  下游:除了组件之外,还需要逆变器、支架、汇流箱和蓄电池等相关辅助系统或材料,一起构成光伏电站,包括分布式和集中式两种,分布式又分为户用和工商业两类。2021国内光伏新增装机54.88GW,同比增加13.9%,其中,分布式光伏装29.28GW,占全部新增光伏发电装机的53.4%,历史上首次突破50%。2021年户用装机达21.6GW,创历史新高,占2021年我国新增光伏装机的约39.4%。随着更多“零碳”或“碳中和”目标的提出,新能源光伏发电装机规模将再创新高。

  钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有可调节的带隙 ,高吸收系数 和长的载流子扩散长度等特性,是最有发展潜力的薄膜光伏技术。钙钛矿材料在太阳能电池领域取得了突破性的进展,通过改进钙钛矿材料配方、器件制造流程和高质量的成膜方法,小面积单节钙钛矿太阳能电池光电转换效率持续突破新高,钙钛矿领域的研究已进入规模化生产的探索阶段,代表企业有协鑫光电、纤纳光电、极电光能等。但目前钙钛矿电池的制备仍存在稳定性、铅污染及大面积制备效率尚低等工艺难点。

  钙钛矿电池光电转化效率理论极限高于晶硅电池。根据权威测试机构德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测算,普通单晶硅太阳能电池理论极限转换效率为24.5%,HJT电池理论极限转换效率为27.5%,TOPCon电池理论极限转换效率为28.7%。而单层钙钛矿电池理论极限转换效率高达31%,钙钛矿双节钙钛矿效率极限高达35%,三节钙钛矿理论极限效率为45%。钙钛矿电池转换效率极限高主要原因在于其禁带宽度适宜、钙钛矿材料带隙宽度可调以及无组件效率损失。

  抗衰减性强:钙钛矿电池无PID效应与LID效应。PID效应又称电势诱导衰减,电池片与其接地金属边框间高电压作用下出现离子迁移,大量电荷聚集于电池片表面使其表面钝化,最终导致组件效率下降。LID效应是指光致衰减效应,一般发生于P型掺硼硅片制作的电池片中。但PID、LID效应不会显著影响钙钛矿的发电量。协鑫光电表示,目前大多数先进实验室已经可以实现钙钛矿组件连续工作至少1000小时不衰减,协鑫光电100MW产线下线产品的使用寿命预计将超过25年。

  具有低温度系数:相较晶硅低两个数量级,高温条件下效率受影响较低。晶硅组件的温度系数是-0.3左右,即温度每上升1度,功率会下降0.3%。而钙钛矿的温度系数为-0.001,接近于0,因此实际发电效率就会显著高于晶硅。

  吸收系数高:光吸收系数是指在单位浓度及单位厚度时的吸光度。钙钛矿层厚度为百纳米,晶硅电池光吸收系数仅103cm-1,而钙钛矿吸收系数达105cm-1,光系数高,弱光效应强,阴天及室内等弱光条件下转换效率更高。

  钙钛矿电池相较于晶硅电池投资成本、生产成本均较低。钙钛矿太阳能电池的制程耗时明显减少,一体化工厂大幅降低生产成本。晶硅电池需要至少在四个不同的工厂分别加工硅料、硅片、电池、组件,单位制程至少需要3天以上,同时还需要大量的人力、运输成本等。根据协鑫纳米的数据,钙钛矿太阳能电池的生产流程较为简单,仅需45分钟就可将玻璃、胶膜、靶材、化工原料等在一个工厂内加工成组件,极大地缩短了制程耗时,简化了流程,价值高度集中,成熟期后单GW投资成本将降至5亿元。钙钛矿材料占总成本比例小,以协鑫光电100MW产业为例,其生产线GW级别量产线元/W,远低于晶硅生产成本1元/W。

  钙钛矿电池产能投资额仅为晶硅产能投资额的一半,成本进一步降低。根据协鑫光电,晶硅1GW的产能(包含硅料、硅片、电池、组件)投资额在10亿元左右,而协鑫钙钛矿的第一条100MW的设备产线GW产能投资额规模化之后预计约为5亿元。

  2022年12月协鑫光电完成5亿元B+轮融资,由淡马锡投资、红杉中国、IDG资本三家领投,川流投资等机构跟投,将用于完善协鑫光电100MW大尺寸钙钛矿组件产线的工艺和设备开发。

  极电光能完成2.2亿元Pre-A轮融资,并宣布2022年2月150MW生产线月仁烁光能完成数亿元PreA轮融资,由三行资本领投,用于150MW钙钛矿组件量产线年脉络能源完成数千万元天使轮融资,由国新思创领投,本轮融资主要用于中试线建设,并继续进行更大尺寸、更高效率、更长寿命的产品研发。

  湖北三峡新型建材股份有限公司是湖北省玻璃行业唯一一家上市公司,主要从事平板玻璃及玻璃深加工和移动互联网终端产品销售及服务行业。并拥有自营进出口权,公司控股的宜昌当玻硅矿有限责任公司,是中南地区最大的硅砂基地,探明BCD级储量3000多万吨,是优质浮法玻璃生产的理想硅质原料。所生产的原材料供公司自用,公司目前拥有1200万吨的硅矿开采储量,年精砂产量为40万吨/年,占三峡新材硅砂需求量的50%;随着降铝除铁技术的应用,公司硅砂自给率将初步提高。

  公司主要是从事草甘膦和有机硅等化工产品的生产和销售。公司坐拥8000万吨硅矿,2022年上半年,因为公司的有机硅、工业硅等产品依然处于相对高位,所以半年度大赚20多亿。农化资产产品,也就是草甘膦相关产。