薄片化細線化加速鎢絲金剛線替代

PVInfoLink · 2022-08-01 17:35:24

近兩年硅料持續(xù)處于高位，加速了薄片化的進程。......

硅片切割是光伏硅片制造的核心工序之一，大尺寸、薄片化在產(chǎn)業(yè)鏈降本方面優(yōu)勢突出，確立了硅片環(huán)節(jié)的核心技術(shù)趨勢。而近兩年硅料持續(xù)處于高位，加速了薄片化的進程。另外，2017年金剛線切割完成對砂漿線切割的完全替代，金剛線細線化也是硅片切割技術(shù)進步及降本的指向標(biāo)。

硅料價格高位加速硅片減薄和細線化

隨著近兩年光伏安裝量的快速提升，2021年因為硅料供應(yīng)短缺導(dǎo)致硅料價格逐月攀升，硅料價格高于每公斤200元人民幣已經(jīng)持續(xù)一年有余。根據(jù)PV InfoLink的預(yù)測，22年硅料價格將持續(xù)處于高位，直至2022Q4硅料供應(yīng)緊張的局面才會出現(xiàn)緩解從而引起價格的松動，硅料價格低于每公斤200元人民幣則直至23Q3在多數(shù)擴產(chǎn)計劃順利產(chǎn)出后才能實現(xiàn)。

硅料價格的上漲，導(dǎo)致硅片成本陡增，硅片供應(yīng)商為了降低硅片成本，加速硅片厚度的減薄，從2018年到2020年3年內(nèi)硅片厚度總體下降才5μm左右, 但是從21年到現(xiàn)在，硅片厚度下降已經(jīng)超過15μm并有繼續(xù)下降的趨勢。

高昂的硅料價格，硅片端降本最直接和最有效的措施即為省硅。硅片減薄是一方面，金剛線細線徑化也是另外的一大推力，以大尺寸硅片切割為例，21年上半年主流的金剛線母線直徑為42-47μm, 目前主流的金剛線母線直徑已經(jīng)下降到36-40μm, 甚至有廠商引進鎢絲金剛線實現(xiàn)母線32μm的金剛線切割從而進一步降低硅耗。

Source: PV InfoLink_技術(shù)趨勢報告_202205

金剛線市場需求提升

根據(jù)PV InfoLink的最新預(yù)計，2022年全球新增裝機有望超過239GW, 裝機需求的提升帶來硅片的需求激增，而金剛線作為硅片制作的主輔材，其需求勢必增長明顯；另一方面，金剛線細線化后單位面積帶砂量減小，參考高測網(wǎng)站上的金剛線產(chǎn)品參數(shù)，43μm電鍍金剛線出刃率為180±30顆/mm而37μm電鍍金剛線出刃率僅為140±30顆/mm，切割力的降低從而導(dǎo)致單片耗線量提升明顯。

硅片耗線量方面，當(dāng)前182 主流的綜合耗線量約3.5-4m/片，210綜合耗線量4.8-5.3m/片，折合單瓦耗線量約為0.46-0.53米，從而預(yù)估2022年全年單GW耗線量為50萬公里。后續(xù)隨著細線化的進一步推進，預(yù)估每年單GW耗線量增長5萬公里。

光伏裝機量的提升以及疊加細線化的推進，2022年相較2021年金剛線的需求將出現(xiàn)一個較大的增長，預(yù)估2022年金剛線的需求將達到1.5億公里，2023年金剛線的需求將突破2.5億公里。

金剛線市場供應(yīng)能力

金剛線目前主流常規(guī)產(chǎn)品母線為高碳鋼絲，制造和應(yīng)用發(fā)源于美國、日本等發(fā)達國家，早期具有競爭優(yōu)勢的金剛線供應(yīng)商主要集中于日本和美國，日本旭金剛（Asahi）、日本中村超硬（Nakamura）、美國DMT等國際企業(yè)在金剛線制造領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。2017年以后，隨著國內(nèi)金剛線廠商的崛起以及進口替代進程的加快，國內(nèi)企業(yè)在金剛線領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)近乎100%替代。當(dāng)前金剛線的供應(yīng)整體呈現(xiàn)一超多強的局面，其中美暢連續(xù)多年市占比超過50%，而高測，恒星，聚成和原軾當(dāng)前月供應(yīng)量均超過100萬公里。

Source: 公開資料整理和行業(yè)調(diào)研, PV InfoLink整理

截止21年末，金剛線名義產(chǎn)能已經(jīng)達到1.58億公里，基本可滿足22年的需求，隨著廠商的進一步擴張，22年末金剛線名義產(chǎn)能有望超過3億公里。

實際供應(yīng)方面，21年上市公司方面合計供應(yīng)約6700萬公里，傳聞原軾和聚成合計供應(yīng)約2500萬公里，即上述表格各企業(yè)合計供應(yīng)約9200萬公里，與21年市場需求約9000萬公里基本匹配。

鎢絲金剛線

目前金剛線鋸領(lǐng)域基本采用92c或100c線材作為載體，制備不同規(guī)格金剛石線鋸，35μm和36μm的電鍍金剛線其破斷力要求為≥5.3N和5.8N, 為保證切割所需的張力以及切割過程中的張力波動余量，可用于光伏硅片切割的常規(guī)高碳鋼絲極限線徑約35μm,而目前用于切割的鋼線已經(jīng)非常接近甚至已經(jīng)到了35μm，進一步細線化困難。

鎢絲因為較高的破斷力，受到越來越多的廠商關(guān)注，鎢絲鋼線的優(yōu)異性能表現(xiàn)為：

高破斷拉力值，是同規(guī)格碳鋼的1.2～1.3倍，高扭轉(zhuǎn)值是同規(guī)格10倍以上，合金鎢絲楊氏模量是鋼絲的1.7倍、拉伸率僅為碳鋼的約60％

鎢屬于體心立方晶格，經(jīng)過摻雜改性后的合金鎢絲屬于微晶結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸約100nm，使其組織均勻，內(nèi)部無夾雜顆粒，其純度高達99.95％，有利于超細鎢絲拉拔

合金鎢絲的電阻率為5.4×10～6ω/cm，僅為碳鋼的55.7％，可以承載高一倍的電流，鎳鍍層沉積更均勻致密

高耐腐蝕能力，在硫酸或鹽酸中均不腐蝕，有效避免生產(chǎn)過程酸的腐蝕導(dǎo)致母線的缺陷斷絲；所以，合金鎢絲優(yōu)異的指標(biāo)十分匹配超細線高強度線鋸設(shè)計需求。

Source: 一種超細高強度合金鎢絲金剛石線鋸及其制備方法

因為現(xiàn)有的可供光伏切割用的鎢絲產(chǎn)能有限，鎢絲母線約為常規(guī)高碳鋼母線售價的4-5倍，導(dǎo)致鎢絲金剛線的售價較高，約為常規(guī)金剛線售價的2-3倍。盡管鎢絲金剛線的售價較高，但是因為其線徑較細可有效減少切割的硅損耗，鑒于目前硅料價格較高，從市場上了解到鎢絲因為較高的破斷力以及韌性較佳在使用了更細的線徑后斷線率仍有優(yōu)勢，從而降低綜合線耗約10%。后續(xù)通過加大每卷鎢絲金剛線的量至100km/卷以上，綜合耗線量將有望進一步降低。通過成本模擬發(fā)現(xiàn)，硅料價格在300元/Kg和鎢絲金剛線價格約90元/Km的情況下，采用鎢絲金剛線切割G12切片成本仍有約0.04元/片的優(yōu)勢，按照當(dāng)前的金剛線價格，硅料價格在240元/kg 附近兩種金剛線的切割成本打平。

從上圖的成本差異趨勢來看，硅料價格越高，鎢絲金剛線的優(yōu)勢越明顯，后續(xù)隨著常規(guī)金鋼線和硅料價格的降低，鎢絲金剛線亦可通過降價和進一步細線化來保證其優(yōu)勢，假設(shè)后續(xù)常規(guī)36μm金剛線和30μm鎢絲金剛線均能完成G12硅片切割，當(dāng)鎢絲金剛線售價降低到80元/Km，硅料價格高于180元/Kg 時鎢絲金剛線切割仍有成本上的優(yōu)勢。另外鎢絲金剛線仍有較大的細線化潛力，有能力做到30μm以下。

當(dāng)前鎢絲母線主要的供應(yīng)商為松下，廈門鎢業(yè)以及中鎢高新，受制于當(dāng)前產(chǎn)能規(guī)模較小，目前能批量供應(yīng)鎢絲金鋼線的主要為聚成；美暢、岱勒、原軾也實現(xiàn)小批量供應(yīng)；其他金剛線企業(yè)也在積極布局中。后續(xù)隨著廈門鎢業(yè)以及中鎢高新合計約700億米的鎢絲擴產(chǎn)，約能供應(yīng)120-140GW的電鍍金剛線需求。另外，使用鎢絲作為母線相對常規(guī)金剛線最大的不同即為使用前需去除鎢絲在生產(chǎn)過程中表面產(chǎn)生的厚氧化層和殘留石墨乳，以保證鎳鍍層結(jié)合力，而常規(guī)去除厚氧化層、石墨乳的方法，無法匹配金剛線生產(chǎn)速度，同時去除率偏低，鎢絲表面清潔度得不到保證，該技術(shù)問題增加了常規(guī)金剛線切換到鎢絲金剛線制備的復(fù)雜性。

總結(jié)

大尺寸薄片化以及金剛線細線化一直以來均為硅片技術(shù)進步的方向，硅料價格持續(xù)處于高位加速了薄片化以及細線化的進程。鑒于常規(guī)碳鋼線已經(jīng)非常接近其性能極限，進一步細線化空間有限。鎢絲憑借其較高的破斷力，被廣泛的視為接力常規(guī)碳鋼線的下一代金剛線母線。

受制于鎢絲母線供應(yīng)，實際鎢絲金剛線的供應(yīng)仍較有限，后續(xù)隨著廈門鎢業(yè)以及中鎢高新合計約700億米的鎢絲擴產(chǎn)，年供應(yīng)約120-140GW的電鍍金剛線需求。鑒于2023年硅料價格仍相對較高，預(yù)估2023年鎢絲金剛線的使用比重將進一步提高。

盡管鎢絲金剛線切割有優(yōu)勢，但是降低硅片成本相對比較有限，并不能大幅降低硅片成本，另外，受制于光伏級的鎢絲線供應(yīng)能力，碳鋼線仍將為未來1-2年內(nèi)最主流的金剛線母線。

后續(xù)若鎢絲金剛線能進一步細線化以及降價，充分發(fā)揮其在切片領(lǐng)域的優(yōu)勢，輔之光伏級鎢絲母線進一步擴產(chǎn)，勢必將加速常規(guī)碳鋼線的替代。

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