薄片化細(xì)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(jìn)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(shì)突出，確立了硅片環(huán)節(jié)的核心技術(shù)趨勢(shì)。而近兩年硅料持續(xù)處于高位，加速了薄片化的進(jìn)程。另外，2017年金剛線切割完成對(duì)砂漿線切割的完全替代，金剛線細(xì)線化也是硅片切割技術(shù)進(jìn)步及降本的指向標(biāo)。

硅料價(jià)格高位加速硅片減薄和細(xì)線化

隨著近兩年光伏安裝量的快速提升，2021年因?yàn)楣枇瞎?yīng)短缺導(dǎo)致硅料價(jià)格逐月攀升，硅料價(jià)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(jià)格將持續(xù)處于高位，直至2022Q4硅料供應(yīng)緊張的局面才會(huì)出現(xiàn)緩解從而引起價(jià)格的松動(dòng)，硅料價(jià)格低于每公斤200元人民幣則直至23Q3在多數(shù)擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃順利產(chǎn)出后才能實(shí)現(xiàn)。

硅料價(jià)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(shì)。

高昂的硅料價(jià)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(xì)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(jìn)鎢絲金剛線實(shí)現(xiàn)母線32μm的金剛線切割從而進(jìn)一步降低硅耗。

Source: PV InfoLink_技術(shù)趨勢(shì)報(bào)告_202205

金剛線市場需求提升

根據(jù)PV InfoLink的最新預(yù)計(jì)，2022年全球新增裝機(jī)有望超過239GW, 裝機(jī)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(shì)必增長明顯；另一方面，金剛線細(xì)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(xì)線化的進(jìn)一步推進(jìn)，預(yù)估每年單GW耗線量增長5萬公里。

光伏裝機(jī)量的提升以及疊加細(xì)線化的推進(jìn)，2022年相較2021年金剛線的需求將出現(xiàn)一個(gè)較大的增長，預(yù)估2022年金剛線的需求將達(dá)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(dá)國家，早期具有競爭優(yōu)勢(shì)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(jìn)口替代進(jìn)程的加快，國內(nèi)企業(yè)在金剛線領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)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(qiáng)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(dá)到1.58億公里，基本可滿足22年的需求，隨著廠商的進(jìn)一步擴(kuò)張，22年末金剛線名義產(chǎn)能有望超過3億公里。

實(shí)際供應(yīng)方面，21年上市公司方面合計(jì)供應(yīng)約6700萬公里，傳聞原軾和聚成合計(jì)供應(yīng)約2500萬公里，即上述表格各企業(yè)合計(jì)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(dòng)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(jìn)一步細(xì)線化困難。

鎢絲因?yàn)檩^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(dá)99.95％，有利于超細(xì)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(xì)線高強(qiáng)度線鋸設(shè)計(jì)需求。

Source: 一種超細(xì)高強(qiáng)度合金鎢絲金剛石線鋸及其制備方法

因?yàn)楝F(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(jià)的4-5倍，導(dǎo)致鎢絲金剛線的售價(jià)較高，約為常規(guī)金剛線售價(jià)的2-3倍。盡管鎢絲金剛線的售價(jià)較高，但是因?yàn)槠渚€徑較細(xì)可有效減少切割的硅損耗，鑒于目前硅料價(jià)格較高，從市場上了解到鎢絲因?yàn)檩^高的破斷力以及韌性較佳在使用了更細(xì)的線徑后斷線率仍有優(yōu)勢(shì)，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(jìn)一步降低。通過成本模擬發(fā)現(xiàn)，硅料價(jià)格在300元/Kg和鎢絲金剛線價(jià)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(shì)，按照當(dāng)前的金剛線價(jià)格，硅料價(jià)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(shì)來看，硅料價(jià)格越高，鎢絲金剛線的優(yōu)勢(shì)越明顯，后續(xù)隨著常規(guī)金鋼線和硅料價(jià)格的降低，鎢絲金剛線亦可通過降價(jià)和進(jìn)一步細(xì)線化來保證其優(yōu)勢(shì)，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(jià)降低到80元/Km，硅料價(jià)格高于180元/Kg 時(shí)鎢絲金剛線切割仍有成本上的優(yōu)勢(shì)。另外鎢絲金剛線仍有較大的細(xì)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(shí)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(jì)約700億米的鎢絲擴(kuò)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(duì)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(shí)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(xì)線化一直以來均為硅片技術(shù)進(jìn)步的方向，硅料價(jià)格持續(xù)處于高位加速了薄片化以及細(xì)線化的進(jìn)程。鑒于常規(guī)碳鋼線已經(jīng)非常接近其性能極限，進(jìn)一步細(xì)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(shí)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(jì)約700億米的鎢絲擴(kuò)產(chǎn)，年供應(yīng)約120-140GW的電鍍金剛線需求。鑒于2023年硅料價(jià)格仍相對(duì)較高，預(yù)估2023年鎢絲金剛線的使用比重將進(jìn)一步提高。

盡管鎢絲金剛線切割有優(yōu)勢(shì)，但是降低硅片成本相對(duì)比較有限，并不能大幅降低硅片成本，另外，受制于光伏級(jí)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(jìn)一步細(xì)線化以及降價(jià)，充分發(fā)揮其在切片領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，輔之光伏級(jí)鎢絲母線進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)，勢(shì)必將加速常規(guī)碳鋼線的替代。

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