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2021第六届中国光伏产业论坛

建设1GW单晶硅片产能需配备多少设备?

来源:湘财证券 时间:2021-11-16

由硅片生产过程可知,大尺寸硅片必然要求更大直径的硅棒。而生产大尺寸硅棒则必须采用更大直径的单晶炉和热场系统。以京运通JD1400型单晶炉为例,该设备兼容28-32英寸热场系统,最大熔料量500kg,可拉制10英寸及以下的晶体,用于M6及以下尺寸的硅片生产。而京运通最新的JD1600型单晶炉,该设备可使用30-40英寸的热系统,最大熔料量1,000kg,可拉制12英寸或以下的单晶,可用于G12和M10硅片的生产线。

根据相关数据,我国全市场存量单晶炉共有26,359台,其中有9,326台单晶炉为1200型及以下炉型,这些单晶炉由于受上炉腔直径限制,只能生产M6及以下硅片。1400型和1450型单晶炉有11,297台,占比约42.9%,这些单晶炉中有部分可以通过更换热场的方式生产M10硅片,但同样受炉腔体积限制,几乎无法生产G12硅片。而目前可以生产最大尺寸为230mm的1600型炉型仅有5,736台,占比仅21.8%。

为降低生产成本,硅片厚度也在不断下降。以700mm长单晶硅棒为例,若硅片厚度为190μm,则可切割出约2,373片硅片,若硅片厚度为175μm,则可切割出约3,200片硅片,相当于单片硅片硅料用量下降了25.84%。2020年,多晶硅片的平均厚度为180μm,P型单晶硅片平均厚度在175μm左右,N型硅片平均厚度为168μm,较2019年基本持平。而到2025年,N型单晶硅片的厚度有望下降到约149μm,从而更进一步降低硅片的单位生产成本。

硅片大尺寸化和薄片化需对切片机进行升级换代。一方面,硅片平面尺寸的不断增大和厚度的下降会增加生产过程中的碎片率。而为了降低碎片率、切割损耗、以及崩片、划伤等影响转换效率的问题,就必须采用更小直径的金刚线等切割耗材,同时切片机的切割线速、智能化和自动化水平也需要进一步提高。从高测股份切片机迭代过程可以看出,切割线速已经从1,500m/min提升至最大2,400m/min。

综上,在硅片大尺寸化和薄片化趋势不断加强,将推动硅片存量产能的更新换代需求。我们预计2021-2023年全球硅片存量设备更新产能将达10、30、60GW,叠加全球新增硅片产能171.0、129.3、120.7GW,全球硅片设备需求总产能将达到181.0、159.3、180.7GW。

目前,建设1GW单晶硅片产能一般需配置100台10MW功率的单晶炉、2台单晶截断机、6台单晶开方机、8台磨倒一体机和16台金刚线切片机,设备总价值量约2.2亿元。其中,单晶炉、热场等长晶设备价值最高,占比近60%,而切方设备(截断机、开方机)、切片设备(切片机、金刚线)、分选机及其他设备的价值占比分别约为10%、17%和13%。我们预计2021-2023年单GW设备投资额将下降至2.1、2.1、2.0亿元,则全球光伏硅片设备市场规模约为380.1、326.6、361.4亿元。

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