人类进入工业化时代的两百多年来，二氧化碳排放量不断增加，导致全球气温升高、引发气候问题，减少二氧化碳等温室气体的排放已经成为全人类共同的目标。全球有越来越多的国家提出“碳中和”目标，而实现“碳中和”的重要路径就是发展新能源、降低化石能源消耗。IRENA（国际可再生能源机构）预测，在2050年全球碳中和的背景下，电力将成为最主要的终端能源消费形式（占比超过50%），而90%的电力将由可再生能源发电供应，63%的电力由光伏和风电供应。因此，光伏产业将成为未来数十年的景气赛道，值得长期研究跟踪。

下图为光伏产业链的上游、中游、下游。上游为光伏的基础原材料，硅（石头）经过热还原反应形成工业硅（也称为金属硅），再提纯成为多晶硅（也称为硅料）。中游为硅棒-硅片-电池片-组件，硅料经过加热、融化、拉晶后制成单晶硅棒或者多晶硅锭，再经过切片得到单晶硅片或多晶硅片（目前单晶是主流）。得到硅片后，再通过制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷-烧结-分选-镀膜等步骤，得到电池片，这是光伏组件的基本发电单元。电池片串联起来，再用EVA胶膜和光伏玻璃粘在一起形成叠层，之后再将这个叠层放入铝制边框中进行封装、检测，得到最终的组件。下游是光伏发电的应用场景，通过将组件按照一定方式组装成光伏阵列，再与逆变器、配电柜、控制系统连接，接入电网输送电力。

图1

数据来源：晶科能源招股书

从产业链各环节的竞争格局看，中国已经成为全球光伏产业的绝对龙头，拥有全球最大的产业链集群、最大应用市场、最大产能、最多专利、最大产品出口，而且行业集中度仍在不断提高。2020年全球前五大硅片企业产能超过全球的80%，前十大电池片企业产能超过全球的66%（同比增长10个百分点以上），前十大组件企业产能接近全球的60%（同比增长10个百分点以上）。

图2

数据来源：中国光伏行业协会《2020年-2021年中国光伏产业年度报告》

尽管行业集中度仍在提高，但各环节的格局并未稳定。过去10年，光伏行业各种新技术不断取得突破，技术创新推动行业综合成本下降了90%以上，把光伏带入了全球平价的时代，但技术进步的脚步并没有停止。光伏产业具备科技制造的属性，技术的变革一方面带来生产效率的提升，另一方面也带来行业格局的洗牌，这个过程中蕴含着重大的机遇与风险。从历史上看，新技术一旦跨过零界点，会以很快的速度替代老技术，而掌握新技术的公司，也会快速取代固守老技术的公司，成为新龙头。近年来最典型的技术革新，就是单晶硅片对多晶硅片的替代。单晶硅片有更好的发电性能，但早期成本很高，而个别公司全面拥抱新技术，推动单晶拉晶技术、金刚线切片技术的产业化，使成本大幅下降，对应的单晶电池和组件产品价格也快速下降，性价比优势显现，2016年单晶硅片市场份额27%，2019年达到65%首次超过多晶硅片，2020 年提升至 90%（数据来源：中国光伏行业协会）。这一轮单晶硅片的技术革新奠定了该公司的全球龙头地位。展望未来几年，光伏产业链各环节均面临产能过剩的风险，新技术的革新才会带来超预期的变化和投资机会。目前能看到的技术进步主要在硅料、硅片、电池片这3个环节。

一、硅料

目前硅料行业的主流生产方法是改良西门子法，也即通过改良传统的西门子法（早期硅料的生产技术源于德国西门子，因此称为西门子法）得来，这是目前国内外最普遍也是最成熟的方法。根据中国光伏行业协会的数据，2020年我国采用改良西门子法生产的多晶硅约占全国总产量的97.2%。改良西门子法技术成熟稳定，行业的技术发展目标主要是持续提高生产效率，提升产品质量，降低物耗、能耗，降低成本。但经过多年的发展，改良西门子法提效降本的空间已经有限。

而多年前的另一种技术叫硅烷流化床法（产物为颗粒硅，改良西门子法产物为棒状硅），该技术最近进步显著。两种技术的生产工艺过程不再赘述，简单来说，改良西门子法用高温的高纯硅芯为载体，生成的多晶硅沉积在硅芯上，产物为棒状。硅烷流化床法将工业硅在硅烷流化床内转化为颗粒状的硅料。相比之下，硅烷流化床法（颗粒硅）的优点：投资成本低、温度低、能耗低、尾气易于回收利用、可连续投料生产、项目人员需求少等；缺点：生产过程易燃易爆有安全隐患，产品的氢含量碳含量较多、难以达到品质要求。

颗粒硅因为含有杂质，下游的硅片厂商将少量颗粒硅掺杂进棒状硅使用，因此掺杂比例有多高，决定了颗粒硅未来在硅料市场的占比能有多大。目前颗粒硅技术的主导公司正在努力解决杂质问题，扩大产能，而节能低碳环保是颗粒硅最大的优势，更加符合全球碳中和的趋势。颗粒硅的产品杂质问题如果解决，凭借低成本的优势，很有可能大规模替代现有的改良西门子法技术，进而改变现有的竞争格局。

二、硅片

硅片环节，如前文所述，近年来最大的技术革新就是单晶硅片对多晶硅片的替代，目前单晶份额超过90%，替代进程已经完成。硅片行业仍在进行的两大技术改良是大尺寸化和薄片化。

硅片的尺寸越大，对光的转换效率更高，进而提高发电效率，而且可以降低单位投资成本和能耗，摊薄非硅成本（即原材料以外的成本）。2019下半年开始，硅片厂商陆续推出182mm、210mm的大尺寸硅片，2020年这两类硅片占比仅4.5%，但这两年大尺寸硅片快速渗透，根据PV infoLink 统计，2021上半年占比升至30%，全年预计达到50%，2022年将达到70%。另一方面，硅片的厚度越薄，对硅料的消耗越少，节约成本，且硅片柔韧性会更好，给后端的电池和组件环节带来更多的创新。大尺寸化和薄片化已经成为当前硅片环节的主要发展方向。

总体来看，硅片环节目前的技术进步循序渐进，并没有发生本质的变化，预计不会对行业竞争格局带来重大变化。

三、电池片

电池片的作用是将光能转换成电能，同等光照下，转换成的电越多越好，因此光电转换效率的高低是衡量电池片的最重要参数。现有的电池片技术有2大类，1是P型，2是N型，区别在于原材料硅片，P型硅片掺杂了硼元素，N型硅片掺杂了磷元素。目前P型电池占据了主流，我们经常听到的P型PERC电池就是P型电池中最主流的分支。P型PERC电池的理论转换效率为24.5%，目前实际生产中的转换效率已经接近23.5%的瓶颈，再继续提升的空间较小，而且产业链配套非常成熟，产业化降本也越来越难。

在此背景下，行业急需应用新型电池技术，以继续降本增效，N型电池应运而生。较P型电池而言，N型可实现更高的理论转化效率，且具有寿命高、弱光效应好、温度系数小等优点，是产业升级的方向。当前N型电池片技术主要包括TOPCon（理论效率28.7%，目前量产效率24.5%）、HJT异质结（理论效率27.5%，目前量产效率25.05%）、IBC（目前量产效率24%）三种。由于IBC电池工艺复杂、目前量产转换效率低、单位投资额高，因此中期来看最有可能替代P型电池的就是TOPCon或HJT异质结电池。尽管目前N型电池比P型PERC电池综合成本高15%-20%，但随着工艺改善、设备原材料国产化加速、良率提升，预计综合成本会很快降低，迟早会替代P型电池。

对于TOPCon和HJT异质结，传统电池片企业倾向于选择TOPCon，因为TOPCon和现在主流的PERC产线重合度很高，在现有产线上仅需增加部分设备就能升级，可以极大降低投资成本，同时避免旧产线的废弃，因此短期内TOPCon的产能增速会快于HJT。对于新势力电池片企业，会倾向于选择HJT，一方面没有传统产线可供改造，另一方面也具备弯道超车的机会。HJT的优势是实际转换效率更高，缺点是投资成本更高，投资成本来自设备和材料，异质结设备的国产化较为成功，单GW投资从过去的8亿元降至去年的4亿元，预计今年降至3亿元，材料端的银浆、靶材等辅材也在快速国产化降本。从中期角度看，HJT异质结潜力更大，因转换效率更高且降本速度快。长期看，最有潜力的是IBC电池，其没有正面栅线遮挡，理论效率最高，同时可以叠HJT/TOPCon变为HBC/TBC，只是目前投资成本高，还需要时间。

在碳中和的长期目标下，光伏产业在未来很长一段时间内会有持续增长的需求，这已经成为产业界的共识，也成为资本市场的共识。在这种共识驱动下，产业链各环节的产能扩张速度快，新进入者多，资本市场也充分定价了行业的长期成长性。而光伏产业具有科技制造的属性，未来技术路线的发展方向存在分歧，新兴技术有可能改变甚至颠覆现有的竞争格局，带来超预期的投资机会。

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