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CVD江湖之變,下一場光伏神話的前夜 | 甲子光年

甲子光年
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2022-11-17 15:32
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CVD江湖之變,下一場光伏神話的前夜 | 甲子光年
CVD江湖之變,下一場光伏神話的前夜 | 甲子光年

光伏行業,大變革與大機遇交織而行。

作者 | 涂明 編輯 | 劉景豐

一家不到2歲的光伏設備企業,就已經歷了行業大變革前的數次“跌宕起伏”。

先是資本的180°大轉彎。2021年底,成立半年多的江西漢可泛半導體技術有限公司(以下簡稱“漢可”)準備開啟一輪天使輪融資。結果,聊了一圈,投資人的臉上寫滿了三個字——“沒興趣”。“不積極、沒興趣、認知淺是當時投資人對光伏設備企業的一致表現。”該公司創始人黃海賓回憶說。

但僅僅一個年關后,投資人開始“追”著黃海賓。一家眼疾手快的投資機構,接觸后不到1個月就確定了投錢。“最近半年內我交流過的投資機構就已接近百。”

然后是光伏行業電池片替代潮在悄然加速。隨著N型電池片替代P型電池片,N型電池片背后的三種電池技術——TOPCon、異質結以及IBC,正在由實驗室走向量產。其中最先爆發的TOPCon電池,已建產能十個月翻了5倍

大變革與大機遇交織而行。這也難怪投資人今年火速跑入光伏賽道。

據索比光伏網統計,在2021年,我國光伏行業的投融資事件總共只有25起,且行為主體多為光伏龍頭企業。而從2022年開年至今,已經有不少于50家如騰訊一般的“圈外”企業、投資機構開始投資光伏產業,長長的名單中,不乏阿里、比亞迪、吉利、美的等大眾熟知的企業。

為了更清晰的獲知光伏行業在今年發生的變化,了解投資人涌入光伏背后看中的到底是哪些機會,「甲子光年」專訪了江西漢可泛半導體技術有限公司創始人、南昌大學光伏研究院教授黃海賓,就其對光伏行業發展規律的觀察、個人的研究與創業經歷進行了探討。

1.180°大轉彎

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甲子光年光伏行業在今年有哪些明顯的新變化?

黃海賓:“圈外人”如果今年剛開始看光伏,往往會驚訝于其發展速度,比如僅上半年,我國光伏全產品的出口總額已超1800億人民幣,同比增長113%,晶科能源、愛旭股份、上機數控等一批分屬光伏產業鏈不同環節的中國龍頭企業,均在上半年獲得了超過100%的總收入增長。

但這種增長并未超出“圈內人”的預估,因為近些年光伏行業的快速突破已是常態,產業仍在正常的發展周期內運行,只是今年恰好趕上了“大年”。

從我的親身體感上看,今年最讓我驚訝的是資本的變化。從中國光伏誕生起,直到去年,光伏的發展多是靠圈內從業人員自發的力量以及政策來推動的,社會資本參與得并不多。但在今年,資本對光伏的態度發生了180°大轉彎,業內融資事件的數量開始空前增加

去年年底,我在為公司做第一輪融資談判時,對光伏不積極、沒興趣、認知淺還是投資人的普遍特點,談判一直進行到過年前,愿意進行交流的投資機構也只有10家左右。有一次,我告訴一家很知名的頭部基金,說我做的是光伏設備制造生意,結果人家的第一反應是,你的設備能賣給誰?

很明顯,這時的多數投資人甚至連對光伏商業模式的最基本認知都沒建立起來,投資者的動作都很緩慢。

但轉變來的很快,只過了一個年關,整個融資形勢立馬好轉,好像一夜之間所有投資人都開始關注光伏了。年后遇到的投資者中,動作最快的是諾延資本,從開始接觸到確定投錢,他們只用了不到一個月。

從投資者到訪數量的變化上看,這種轉變同樣驚人。自從今年5月漢可公布了天使輪融資成功的消息以來,半年內聯系我進行過交流的投資機構就已經近百家了。

據時代財經不完全統計,2022年前三季度共有160家與光伏相關的企業進行了168次融資,其中有38個項目披露了具體金額,總額高達458.6億元;

在上述融資事件中,完成天使輪、A輪融資的企業最多,高達67家,占今年進行融資的光伏企業總數量的41%;

而在2021年,光伏全行業的融資及并購事件僅有25起,輪次多集中在中后期,且以并購案件為主,總金額約為210.4億元。

這意味著,更多的新投資機會開始在光伏行業中涌現。

甲子光年讓投資人態度發生大變化的根本原因是什么?

黃海賓:社會資本的這種變化,其實是基于兩點原因。第一是世界局勢以及國內能源生態的變化,“碳達峰”“碳中和”的國內趨勢以及俄烏戰爭帶來的歐洲能源危機,極大的刺激了國內外光伏市場的需求;第二,則是中國光伏已經邁過了關鍵的“臨界點”,正式脫離政府補貼,實現了光伏發電成本與火力發電持平,甚至低于火火電,光電平價上網時代全面來臨,這意味著行業的盈利模式已完全跑通,資本自然開始大量涌入

甲子光年資本關注最多的是光伏的哪個環節?

黃海賓:資本最集中的主要是上游的硅料環節以及中游的電池片環節,這兩個環節都屬于典型的重資產投資領域,資金需求量大。

硅料端的投資增長主要由“缺硅”導致。目前,國內外光伏終端產品的需求量暴增,這導致光伏組件產能的擴張速度很快,而硅料產線受技術限制,擴產速度更慢,所以就形成了一個產能缺口,硅料價格因此持續上漲,資本也因此大量注入。

但硅料短缺引發的投資熱只是短期現象,更長期的變化發生在電池片領域。

眼下,一場N型電池片替代P型電池片的大潮正在來臨,N型電池片背后的三種電池技術——TOPCon、異質結以及IBC,正在由實驗室走向量產,電池片生產環節將因此發生質變,新的投資機會因此產生。

令我驚訝的是新技術的投產速度。最先爆發的新技術是TOPCon電池,眼下,以晶科為代表的電池廠商紛紛開始增加TOPCon的產線產能,目前全行業已投產的產能為49.4GW,在建產能達60.5GW,規劃中產能達206GW,而在今年初,全行業已建的TOPCon產能還只有大概8.7GW。

十個月翻了5倍,發展速度十分驚人

快速擴產是好事。光伏技術如果一直鎖在實驗室,全行業的生產規模停留在10GW以內,那這一技術的降本與量產化過程一定會非常緩慢,因為市場并沒有足夠的利益去驅動它快速進步迭代。反之,如果全國光伏廠商的擴產計劃都達到了10GW以上,那從上游的原料供應商、設備供應商,到下游的需求方,都會有足夠的動力和力量來一同適應、完善新的技術。

這里要普及一些認知:

光伏產業鏈自上而下大致分為硅料、硅片、電池片、組件以及電站五個環節。其中,讓硅片具備發電能力的加工環節,就是電池片制造。

一直以來,電池片加工所采用的硅片類型,都是以“P”型硅片為主,故名“P型電池”。由這種材料所制造的電池,制造工藝簡單、生產成本低廉,但發電效率低。眼下,一種發電效率更高的新型電池技術——N型電池,正在逐漸走向成熟,電池片環節的生產因此將發生質變,投資機會也由此產生。

N型電池的主要種類包括三種,即TOPCon、IBC以及異質結。在行業看來,未來的光伏市場主流,大概率會從這三種技術中產生。其中,TOPCon前期生產壁壘最低,因此在當下率先擴產。

甲子光年你好像一直認為異質結電池較其他電池技術而言更有優勢,且認定它會成為主流,為什么?

黃海賓:光伏行業對電池結構與技術的需求簡潔明確,第一就是要高性能,發電效率高;第二就是易生產,適合大規模量產,這樣才能商用,成本也才能降低。而異質結技術在這兩個方面恰恰潛力巨大。

了解光伏技術的性能優勢,首先要從最基本的物理結構出發,遵循第一性原則。異質結電池的構造是全對稱結構,簡潔異常,發電性能卻高到不可思議。對光伏產品來說,最基本的發電性能就是電壓乘電流。TOPCon的電壓低,但電流高,異質結則是反過來,高電壓低電流,二者在短期內各有千秋,所以市場在當下還在搖擺。

但電壓高低由電池的物理結構決定,這是電池的“天賦”,改變的空間不大,而電流大小則可以通過技術的進一步完善來改進,這意味著,從物理原理上講,異質結的性能潛力要大于TOPCon。

同時,異質結的結構簡潔到極致,這意味著它的生產工序能大大簡化,只有4道,而TOPCon電池的工序則高達12道,這意味著,異質結電池的良品率和生產性價比都會更高。

不僅如此,從環境適應性上講,異質結對溫度變化的承受能力也更強,隨著溫度升高,異質結電池發電性能的衰減幅度更小。這意味著,在現實的戶外場景中,異質結要比TOPCon更加“抗造”。

CVD江湖之變,下一場光伏神話的前夜 | 甲子光年異質結電池是以N型硅片為中心的上下對稱結構,TOPCon則為非對稱

2.沖破國外20年專利封鎖

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甲子光年異質結技術早在上世紀八十年代就已誕生,既然它的優勢如此明顯,那為何直至今日也未能成為光伏行業的主流呢?

黃海賓:我用一個類比來解釋。在光伏電池中,最重要的構成叫作“PN結”,它由P型半導體材料與N型半導體材料共同組成——這是光伏電池的發電單元,功能類似于汽車的發動機,有了它,電池才能工作。

而在不同的電池技術中,“PN結”的構成成分是不同的,根據這種成分差異,電池可分為兩類——一種叫“同質結”,即電池的“P型”與“N型”材料由同一種物質構成,過去主流的鋁背場電池,當下主流的PERC電池,包括目前正在擴產的TOPCon電池,都屬于“同質結”的范疇,技術體系相近,就像汽車中的燃油發動機,雖然車型不同,有轎車、跑車、貨車的區別,但本質上都是燒油的。

異質結則不同,它的“PN結”由兩種不同成分組成,所以叫“異質”。它可以理解為汽車中的發電機,與燃油發動機有質的區別。

基于這種差異,一直以來,晶體硅光伏行業的研究者分成兩個陣營,一個陣營研究的是“同質結”系列技術,一類陣營研究的是異質結技術,二者涇渭分明。

而異質結技術之所以發展的比同質結更慢,一個核心原因就是,在過去漫長的時間里,異質結技術始終處在它的開發者——日本三洋公司的專利封鎖之下。從1989年三洋公司取得異質結技術的相關專利,到2010年部分專利到期,中國對異質結光伏技術的應用研究幾乎為零。

當異質結還陷在日本的技術封鎖中時,“同質結”技術的早期代表——鋁背場電池,已經成為中國光伏市場的絕對主流。到2010年前后,光伏產業已圍繞“同質結”技術,形成了完整的產業生態,而此時國內的異質結技術研究才剛剛起步。

制造業有一個特點,產業鏈環環相扣,相關的技術生態一旦確定,想替代它,往往要付出巨大的迭代成本——這意味著,即使后來異質結技術走向開放,國內愿意研究并推廣它的人也寥寥無幾。

今年6月,中國光伏行業協會發布了《中國光伏產業從業人員白皮書(2021-2022年版)》,《白皮書》顯示,截至2021年,我國光伏行業的從業總人數已高達246萬人。而據我所知,我國目前從事異質結相關工作的光伏人,總數還不足2萬。

誕生早,但是入場晚,而且業內人才稀缺,獲得的資本支持也十分有限,與“同質結”系列技術相比,異質結技術就像一個頗有天賦但出身貧寒的孩子,未來可期,但需要時間來成長。

甲子光年目前,異質結電池在中國發展到什么水平?

黃海賓:異質結在當下的發展十分迅速,目前業內已有包括華晟、東方日升、愛康等企業將未來發展重點定位為異質結技術,可以看出,異質結的價值正在被更多人看見。

目前,全國異質結電池已有和在建產能約20GW,而一年前,這一數字還不足10GW。在2022年,異質結電池也迎來了新的擴產潮,據統計,今年國內規劃和新增建設的異質結電池產能已高達180多GW。

由于異質結電池的產線與現有的PERC、TOPCon電池產線完全不同,需要重新制造,所以對設備制造商而言,這是一個巨大的新市場機會;同樣,目前重注異質結產線的光伏企業中,絕大部分都是初創公司,這對資本而言也是絕佳的投資機會。

CVD江湖之變,下一場光伏神話的前夜 | 甲子光年截至今年8月,中國異質結電池新建產能統計表(部分)

甲子光年未來,異質結電池如果想進一步擴張產能、提升市占率,它會面臨哪些困難?

黃海賓:主要是成本問題。目前,在PERC、TOPCon以及異質結三種主流電池技術中,生產成本最高的就是異質結。

甲子光年能否做一下具體的成本對比?

黃海賓:電池片的成本受上游硅片價格影響較大,而今年硅片價格的波動幅度巨大且十分頻繁,因此很難給出具備參考性的數字。

如果一定要對比,我們可以看看今年6月的市場價格。據統計,今年6月份的異質結電池單瓦成本大概為1.15元,比TOPCon要貴3%,比PERC要貴8%。這種價格差在以單瓦為單位計算時并不明顯,而一旦以GW為單位計算,不同技術的生產成本差將擴大到千萬元以上。

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從降低成本的角度看,目前異質結電池在初期投產階段,最大的成本支出項就是生產設備成本。業內的普遍看法是,只要異質結電池的初始設備投資能降下去,異質結電池就能夠迅速起量。

一般而言,生產一塊異質結電池,通常需要經歷清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、TCO薄膜制備以及柵線電極制備四步,每一步都對應著一款生產設備。而建設單GW產能的異質結產線,需要花費3.5~4.5億元。

具體到每一步的成本占比,第一道工序約占10%,第二道工序占50%,第三道工序占25%,第四道工序占15%——從設備成本占比的角度來講,降低非晶硅薄膜沉積所需的成本將是重中之重。

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甲子光年這四個生產環節中,目前看哪個環節的降本潛力最大?

黃海賓:在四大生產環節中,清洗制絨和柵線電極制備兩個環節已經非常成熟,降本空間有限;TCO膜制備則類似于手機屏幕鍍膜,技術國產化程度高,降本空間同樣不大。唯有非晶硅薄膜沉積這道工序,目前業內出現了新的技術路徑

這里需要解釋一下什么是非晶硅薄膜沉積,這個詞聽上去學術,其實很好理解。

我們前邊提到,光伏發電的核心就是“PN結”,其地位大致相當于汽車的發動機。而非晶硅薄膜沉積技術,正是通過“鍍膜”技術,將“非晶硅膜”與原有的晶硅拼接在一起,從而形成“異質”的“PN結”。所以,非晶硅薄膜沉積環節,就相當于汽車發動機的制造環節,不論是從生產成本上看還是從實際功能上看,這一環節都是核心中的核心。

過去幾年,在國內,PECVD(等離子增強化學氣相沉積設備)是這一生產環節唯一可成熟供給的設備類型,每GW產能售價在2億元左右。而目前,漢可研發的熱絲CVD設備(催化化學氣相沉積設備),有望在設備生產能力不變甚至更優的前提下,將每GW設備的成本降到1億元以下——這意味著,如果大面積推動熱絲CVD應用,異質結電池產線的建設成本將降低25%。

甲子光年同樣是做非晶硅鍍膜,為什么熱絲CVD的設備成本能比PECVD低一半以上?

黃海賓:還是用一個類比來解釋。在燃油車時代,發動機的機械結構是非常復雜的,技術門檻和制造成本都很高,降本空間也有限。PECVD設備就像生產燃油發動機一樣,你看它的全稱,“等離子增強”化學氣相沉積技術,聽上去技術要求就很高,是要在高頻震蕩的電磁場中才能完成的技術,需要多種性能極高的材料與部件,所以成本高昂。

而熱絲CVD不同,顧名思義,它的工作原理就是將特殊的金屬絲進行加熱,然后催化氣體反應,工作原理更簡潔。它更像生產電機的設備,技術原理與燃油發動機完全不同,直接跳過了燃油機的技術壁壘與難點,從根上實現降本。

所以針對異質結電池的量產,可以做這樣的總結:目前,初始投資中,設備成本高 是限制異質結電池大規模量產的關鍵因素,其中,非晶硅薄膜沉積環節所需要的設備投資額最高,占比50%以上,而熱絲CVD技術是目前唯一能使該環節設備成本降低50%以上的技術

當異質結電池的初期生產線建成后,耗材將成為異質結電池生產的主要支出項。其中,硅片成本約占電池總成本的52%,用于制造電池電極的低溫銀漿則約占電池總成本的25%,是耗材中成本最高的兩部分。

因而,如何減少硅片消耗以及銀漿用量成為異質結廠商目前技術改良的重點。針對降低硅片用量,目前的主要技術方向是大尺寸硅片和硅片薄化,針對減少銀漿耗量,目前的主要技術方向是銀包銅和無主柵技術。(華經產業研究院)

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3.CVD江湖,上演一場生死較量

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甲子光年熱絲CVD的設備性能如何?更低的成本會不會讓它的生產能力大打折扣?

黃海賓:低成本是設備工作原理不同產生的技術紅利,并不會降低其生產能力。

在設備性能上,PECVD設備會對半導體材料產生等離子損傷,而熱絲CVD則不會,同時,熱絲CVD的良品率、鍍膜速度都要優于PECVD。這種優勢會在高產能需求場景中被進一步放大。

此外,熱絲CVD設備成本低的另一原因,是其對設備材料與構件的要求都要更低,因此成本更低。同時,熱絲CVD能做到雙面鍍膜,速度更快,而PECVD只能做到單面,這意味著,實現相同產能所需的熱絲CVD設備數量要更低。

單臺設備成本更低,一條產線所需的設備數量更少,總體成本自然下降。

甲子光年既然熱絲CVD設備從成本、性能上看,都要優于PECVD,而降低電池生產所需的設備成本又是如此重要,那為何此前市場對熱絲CVD并不關注?

黃海賓:以前熱絲CVD不是熱點,并非是市場客戶端不關注,是因為市場上沒有成熟可供給的熱絲CVD產品。因為以前只有日本愛發科公司(ULVAC)一家可供應該產品。但其后來退出了光伏市場,導致市場形成了幾年的真空期,直到漢可將這一技術研發出來,它才能夠重返市場。

熱絲CVD之所以此前并未在光伏領域得到大規模應用,主要是因為它的誕生時間更晚,比PECVD晚了十幾年。1979年時,熱絲CVD剛剛面世,CVD設備的主要應用場景還是半導體鍍膜。

這個階段的半導體生產,對鍍膜的需求量并不大,而那時PECVD已經發展成熟,成為市場的主流技術,雖然熱絲CVD的性能比PECVD高出了一點,并不足夠驅動市場進行技術替換。

這種情況直到日本愛發科公司率先將熱絲CVD技術應用于光伏領域才得到改善,由于光伏對鍍膜產能的需求量更大,熱絲CVD的技術優勢開始被逐漸放大。彼時,異質結電池技術的發明者,日本三洋公司看中了熱絲CVD突出的生產性能,于是全面換裝,與愛發科公司簽訂了專供協議,同時要求愛發科不得將熱絲CVD設備銷售給其他公司。

這一專供協議一直持續到2015年,而我國的異質結技術研究是從2010年左右開始的。這就導致了一個問題,即在2010年到2015年這5年時間里,異質結技術的研究者們都知道熱絲CVD設備好,但沒有一家單位可以買到熱絲CVD設備的量產機型。這給PECVD再次先手占據異質結電池市場提供了一個非常好的機遇期。

再往后則是如前所述,愛發科公司退出中國光伏市場,直到漢可再次推出熱絲CVD裝備產品。

甲子光年在未來,異質結電池在設備領域的企業格局會是怎樣的?

黃海賓:熱絲CVD與PECVD兩種技術路徑會有很強的競爭關系。目前PECVD的主要參與企業是蘇州邁為、鈞石集團以及理想能源,而熱絲CVD只有我們一家公司在做,捷佳偉創也在開發熱絲CVD技術。

按照光伏行業的普遍特征,其每一種設備,最后都會留存下兩到三家頭部供應商,老大一般會占據50%的市場份額,老二、老三各占20%左右。今年,中國CVD設備的市場規模大約為200億元人民幣,而從全球來看,與CVD相關的市場規模已達670億元人民幣。

所以在未來,漢可希望能擴大熱絲CVD技術所占的市場份額,使之向頭部供應商的出貨量看齊。但在這個過程中,建立客戶對熱絲CVD設備的認知是主要難點。

甲子光年漢可在未來會如何面對競爭?

黃海賓:我們期待更多的友商和團隊加入到熱絲CVD的研發和制造中來。目前,熱絲CVD設備在光伏領域的生態還尚未形成,需要更多的優秀團隊參與進來,共同發力。

本文來自微信公眾號“甲子光年”(ID:jazzyear),作者:涂明,36氪經授權發布。

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