中金 | 光伏金刚线：电池迭代拉长细线化升级周期

原创 白鹭苗雨菲张梓丁 中金点睛 2023-09-04 07:41 发表于北京

 

中金研究

随着电池新技术渗透下的硅片大尺寸、薄片化以及高质量趋势，我们看好线径更细、切割能力更强的钨丝金刚线或逐步完成对于原有碳钢丝金刚线的替代，带动光伏金刚线行业迎来量价齐升的有利格局以及钨丝金刚线布局领先企业的投资机会。

 

Abstract

摘要

 

金刚线是硅片切割主要耗材，电池新技术推动金刚线细线化与钨丝替代。金刚线可用于硅棒的截断、开方以及硅片的切割，其中硅片切割对金刚线的需求量最大、性能要求也最高，金刚线对于切割出片数、硅片质量等均有影响。随着N型电池新技术的渗透，其130μm以下（P型平均150μm）的硅片厚度要求金刚线拥有更细的线径，否则硅粉损耗占比的提高将导致硅片成本的提高。然而，碳钢丝金刚线在线径降低后的强度不足，又引发出频繁断线、切割质量差等问题，我们认为此时钨丝金刚线凭借同等线径下更高的强度或成为金刚线替代的优选。

 

钨丝金刚线切割N型薄片已初步具有经济性，后续关注成本优化。使用更细的钨丝金刚线可以提高出片数从而增加收入，但也因为钨丝金刚线价格更高以及冷却液耗量提高而增加成本，根据我们测算，在当前硅料价格79元/公斤下，使用钨丝金刚线切割N型182尺寸、130μm硅片已具有经济性，而切割相同规格的P型硅片则经济性略差。钨丝金刚线价格是影响其切割经济性的核心因素，此前的高价主要是由于钨丝母线价格高，我们认为后续有望随母线成本降低和规模提升而不断降低。

 

金刚线行业迎来量价齐升，钨丝金刚线布局领先的企业有望受益。金刚线一方面受益于全球光伏硅片需求的提升，另一方面钨丝金刚线也使得产品单价出现拐点，呈现出量价齐升态势，我们预计2023年金刚线市场规模113亿元，到2025年有望达到178亿元，2022-2025年CAGR将达到34%。出于钨丝金刚线生产工艺与碳钢丝金刚线相似但母线成本高的特性，我们认为产能规模大（降低非原材料成本）以及布局钨丝母线自供（降低原材料成本）的企业能够在钨丝金刚线替代浪潮中占得先机，享受行业量价齐升红利。

 

风险

 

原材料价格及供给波动风险，终端需求不及预期，钨丝降本及替代进展不及预期，行业竞争加剧风险。

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Text

正文

 

光伏金刚线：硅片切割用主要耗材

 

 

 

金刚线广泛用于硬脆材料切割，光伏领域主要用于硅棒截断、开方、切片

 

金刚线又称金刚石线，是一种用于硬脆材料切割的耗材。金刚线是通过一定的方法，将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在高强度母线基体（高碳钢丝/钨丝）上制成的，其主要由母线、镍镀层和金刚石微粉颗粒构成，其中母线作为承载基体，金刚石微粉颗粒作为磨粒刀具，镍镀层作为结合剂将金刚石微粉颗粒固结在母线上。通过金刚线切割机，金刚线与物件间进行高速磨削运动，从而实现切割的目的。

 

光伏领域，金刚线目前主要应用于硅片生产的截断、开方和切片。在截断环节，金刚线用于切除单晶硅棒头尾形状不规则、成分不均匀的籽晶端和非籽晶端；在开方环节，金刚线用于切除圆柱形单晶四周的边皮料，使之成为类长方体的方棒；在切片环节，金刚线将数米长的方棒沿径向切割为百余微米厚的单晶硅片。

 

图表1：金刚线应用场景


资料来源：高测股份招股说明书，中金公司研究部

 

切片环节对金刚线的用量最大，线径要求也最高。截断和开方环节中为保证切割速度和切割效率，使用的金刚线线径较粗，一般达到250-350μm；在切片环节，由于厂家对原材料利用率、单位切割成本的要求更高，当前用于光伏硅片切割的主流母线线径为38-44μm，对应金刚线成品的牌号规格（并不等于实际直径）为32-38，金刚线成品实际直径还需加上合计约12-15μm的镍镀层厚度及磨粒出刃高度（即实际线径50-65μm左右）。镍镀层厚度一般为金刚石微粉颗粒直径的1/2~2/3，也即金刚石出刃高度（金刚石微粉颗粒露出最高点至镀层的距离，）一般在金刚石微粉颗粒直径的1/3~1/2。

 

图表2：金刚线切割示意图 


资料来源：高测股份招股书，中金公司研究部

 

使用金刚线对硅片进行截断、开方、切片时，大体分为布线和切割两个步骤。

 

► 金刚线布线：切片机的自动排线系统首先将一根长度200-300km+左右、成品直径50-65μm的金刚线由放线辊放出进入切割区域，均匀、精密地反复缠绕在切割区域内的 2 根主辊上，主辊上有细密的绕线凹槽，单根金刚线排布在凹槽内，并排布置成约由3,000 根、间距低于250μm的金刚线线网，然后再被收线轮从切割区域引出。金刚线直径与线网密集程度均为微米级，因而精准排线对于金刚线管理系统提出较高要求。

 

►金刚线切割：在硅片切割过程中，硅棒上表面固定在切割设备中，硅棒向下缓慢移动，金刚线网的线速度在4秒内从静止状态加速至2,400米 /分钟（折合144公里/小时）以上，高速持续运行约30秒后，在4秒内减速至0米/分钟；随后反向加速至2,400米/分钟以上，持续运行30秒并再次减速至0米/分钟；金刚线网通过此种往返高速运动切割硅棒，将一根硅棒切片通常耗时需60分钟至70分钟。

 

图表3：金刚线布线示意图


资料来源：高测股份招股说明书，中金公司研究部

 

图表4：金刚线切割示意图  


资料来源：高测股份招股说明书，中金公司研究部

 

 

金刚线由母线电镀上砂制成，原材料成本占比约65%+

 

产业链视角下，金刚线主要的生产材料包括母线、金刚石微粉、镍及部分化学制剂，根据2022年美畅股份金刚线成本构成来看，原材料成本占比为73%，恒星科技由于母线自供率为100%，因此原材料成本占比较低为52%，综合来看原材料成本占总生产成本的比例约为65%+。

 

图表5：金刚线主要原材料


资料来源：高测股份招股说明书，原轼新材招股说明书，聚成科技招股说明书，中金公司研究部

 

图表6：2022年美畅股份金刚线成本构成


资料来源：公司公告，中金公司研究部

 

图表7：2022年恒星科技金刚线成本构成


资料来源：公司公告，中金公司研究部 

 

►母线材质目前主要为镀铜高碳钢丝和钨丝。在生产流程上，先将钢丝盘条拉拔成直径较细的黄丝，随后将黄丝进一步拉制成微米级的母线（或采购钨丝母线）。在2018年及以前，国内所有金刚线厂家的高碳钢丝母线上游原材料盘条基本均来自于日本的几家钢铁厂商，在2017年日本盘条价格上涨超十倍。但2019年，美畅股份与奥钢联特种线材成功合作研发出可用于生产金刚线的黄丝，打破了此前黄丝上游原材料盘条只能由日本厂商供应的局面，此后上游盘条对母线价格的影响较小。黄丝方面，最重要的性能参数是成材率，成材率越高，拉制母线的长度越长。钨丝母线主要来源于厦门钨业、中钨高新等，钨丝最主要的工艺参数为成材率，成材率越高对应钨丝母线成本越低。

 

►金刚石微粉由金刚石裸粉通过表面金属化处理所得。上游原材料方面，金刚石裸粉由人造金刚石磨粒经过破碎、整形处理得到。金刚石颗粒本身不导电，为了增强金刚石颗粒与母线基体结合力，提高金刚线生产环节的电镀效率，并使得金刚石微粉在母线表面牢固均匀分布（减少团聚、叠砂现象），需要对金刚石裸粉表面进行金属化处理，在金刚石裸粉表面镀覆金属镍层，形成金刚石微粉。

 

图表8：金刚线产业链


资料来源：美畅股份招股说明书，聚成科技招股说明书，原轼新材招股说明书，中金公司研究部

 

金刚线目前主流工艺为电镀。电镀是以金属镀层作为结合剂将金刚石颗粒固结在母线上，以金刚石颗粒作为刀具，母线作为承载基体，从而使金刚线在高速运动下具备切割能力，包括母线拉拔、母线预处理、金刚石微粉预处理、预镀、上砂、加厚镀、水洗烘干等步骤。其中，上砂是金刚线生产的核心环节。母线在能保持一定强度、不断线的前提下，切割能力主要取决于金刚石颗粒，因此金刚线生产工艺的核心在于上砂工序。上砂后金刚线的线径变化要在一定幅度以内，且金刚石分布要均匀，过于密集则金刚石容易堆叠在一起导致切割过程中阻力过大而断线，过于稀疏则切割力不足。

 

目前主流上砂方式是复合镀上砂。复合镀上砂工艺首先对母线进行碱洗、水洗预处理，在母线上电镀沉积一层金属镍以提升微粉颗粒与母线之间的固结强度，随后将母线沉浸在电镀液中，通过金属电沉积作用将金刚石颗粒固结在母线实现上砂，并通过加厚镀增强固结力，保证成品在实际应用中的高效切割能力，并保持生产过程的高效、连续、稳定。由于金属电沉积作用需要一定反应时间，因此复合镀上砂工艺在生产速度提升方面具有一定局限性，一般生产速度为20-30米/分钟，为提升生产效率，运用复合镀上砂工艺的金刚线厂家主要采取“单机多线”的生产工艺，且我们认为单机多线是金刚线生产降本增效的重要方式。

 

图表9：电镀金刚线生产流程


资料来源：原轼新材招股说明书，中金公司研究部

 

复合镀上砂与干法上砂各有所长，单机多线复合镀上砂为主要生产方式。根据各公司年报以及公开业绩交流会，我们统计高测股份主要采用单机12线，美畅股份、聚成科技主要采用单机15线，三超新材、恒星科技主要采用单机16线，岱勒新材则可以实现单机20线生产，原轼新材目前以干法上砂工艺为主、复合镀上砂为辅，干法上砂工艺下金刚线产品镀层相对更薄、出刃高度更高，而复合镀上砂工艺下金刚石微粉分散性以及均匀性相对更好、出刃高度更低进而不易划伤硅片表面，因此两种上砂方式各有所长，当前原轼新材干法上砂工艺主要是单机四线，复合镀上砂为单机十二线。

 

图表10：不同上砂工艺对比


资料来源：美畅股份招股说明书，高测股份招股说明书，原轼新材招股说明书，头豹研究院，中金公司研究部

 

图表11：各金刚线公司最新工艺设备


资料来源：各公司公告，各公司招股说明书，中金公司研究部

 

此外，黄丝拉制母线、金刚石微粉预处理通常由公司外协加工或外采，少数龙头公司如美畅、原轼会通过向上游延伸内化部分母线、金刚石微粉的生产工序。


金刚线性能影响切片效率，关注切割能力、切割质量、断线率三大指标

 

实际生产应用中，金刚线的性能指标主要可表现为以下三个方面：切割能力、切割质量、断线率：

 

►切割能力：通常在体现切割效率、耐用度、线弓比大小。1）切割效率通常用单刀切割用时来表示，用时越短则切割越快，可以有效提高客户切割设备的利用率；2）耐用度通常用单刀切割用线长度来表示，耐用度越好则越省线，能够直接降低切割耗材成本；3）线弓比是指线锯在切割时线锯的弯曲程度。影响切割能力的线锯特性主要包括线锯表面磨粒的出刃高度、出刃率（出刃率即金刚线每毫米线圆周范围内所有金刚石微粉颗粒数量的总和，是反映金刚线切割能力的重要指标；随着母线线径变细，单位母线所能固结的金刚石微粉颗粒越来越少，出刃率越低）、磨粒在线锯表面的粘结牢固程度等。

 

►切割质量：主要包括划伤、线痕、崩口、TTV（Total Thickness Variation）等。1）划伤是指由于线锯表面存在大的镍瘤或者出刃高度过大的磨粒，在切割过程中将硅片划出的明显沟痕；2）线痕是由于团聚颗粒的挤压在硅片上留下的切割痕迹，与划伤直接导致硅片表面损伤不同，线痕是由于表面应力造成的痕迹，表面没有损伤；3）崩口、TTV等主要由于虚高磨粒过多造成。除了线锯本身的因素外，切割参数设置的不合理也会导致上述缺陷的产生。



►断线率：金刚线在切割过程中，若抗拉强度或屈服强度不够、切割力不够或者切割参数与金刚线参数不协调，则经常会出现断线，频繁出现断线的情形会给生产连续性带来较大损害，影响产出进而使得硅片生产的非硅成本提高，因此金刚线的断线率要尽量低。

 

图表12：金刚线技术发展方向


资料来源：美畅股份招股说明书，高测股份招股说明书，原轼新材招股说明书，头豹研究院，中金公司研究部

 

硅片薄片化降本推动金刚线细线化持续升级

 

 

 

硅料涨价落幕，电池P转N将继续推动金刚线细线化、硅片薄片化降本

 

硅片薄片化和金刚线细线化密不可分。从工艺角度出发，硅片厚度的降低对切割没有明显影响，仍然可以使用原有的较粗金刚线进行切割。然而，如果从成本角度出发，硅片切割过程中由于金刚线自身线径的存在，导致部分硅棒被磨削为废硅粉而损耗，因此迫切需要尽可能降低金刚线线径；从出片数视角考虑，一根硅棒可以切出的硅片数量越多则成本越低，理论出片数量=单晶硅棒有效长度/槽距，槽距=硅片厚度+金刚线总线径+游移量，金刚线细线化可以带来出片数量的提高，从而降低硅片成本。

 

图表13：硅片切割槽距示意图


资料来源：CPIA，Solarzoom，中金公司研究部

 

电池P转N技术迭代推动硅片薄片化降本、金刚线细线化升级周期拉长。



►过去三年，硅料价格的持续上涨放大了硅片厚度和切割损耗对于硅片成本的影响，进而加速了硅片薄片化降本和金刚线细线化进程。硅片环节中若碎片率控制得当，可以在对电池效率不产生明显影响的情况下，通过降低硅片厚度实现降低硅成本。随硅料价格由2020年初72元/kg持续推高至2022年末300元/kg，P型硅片厚度由2020年初的175μm降至2022年末的153μm（CPIA 2023年2月16日发布的《光伏产业发展路线图（2022-2023年）》数据，下同）。硅片薄片化推动金刚线细线化，金刚线母线线径由2020年初的51μm降到2022年末的37μm。细线化推动金刚线需求加速增长（线耗提升）并放大龙头优势。

 

►未来两年，电池P转N 迭代有望接棒硅料涨价，成为继续推动硅片薄片化降本和金刚线细线化升级的动力。2H22以来，市场担忧随硅料价格回归，硅片薄片化和金刚线细线化进程放缓，潜在带动金刚线环节格局恶化，金刚线环节股价跑输光伏指数24个百分点。然而，2Q23我们观察到在硅料加速降价背景下，金刚线细线化进程仍在持续：以美畅股份为例，2Q23钨丝金刚线出货占比提升至12%，33、34细线径碳钢丝金刚线出货占比提升至28%。我们认为，核心预期差在于电池环节P转N迭代推动硅片薄片化持续。在N型电池非硅成本抬高的背景下，通过硅片薄片化实现硅成本下降成为必经之路。当前情况来看，P-PERC、N-TOPCon、N-HJT电池量产所用硅片厚度分别150μm、125-130μm、110-130μm；我们预计N型电池终端渗透率2023年/2024年有望实现30%+/50%+（2022A：8.9%），N型渗透率加速向上将带动硅片平均厚度持续减薄。终局来看，根据CPIA预测，N型电池厚度有望向N-TOPCon 100μm，N-HJT 90μm发展，硅片薄片化仍有广阔空间，带动金刚线环节持续向好。

 

图表14：P型片厚度极限降至，N型片厚度或加速下降

 

 

图表15：2023年后金刚线细线化或放缓但趋势持续


资料来源：CPIA《中国光伏产业发展路线图（2022-2023年）》，中金公司研究部

高碳钢母线线径极限将至，奠定钨丝母线替代中长期趋势

 

金刚线总线径受母线线径和金刚石微粉直径影响，金刚石微粉尺寸减小的空间十分有限，因此降低母线线径是细线化的核心。根据计算公式，金属丝拉断时所承受的最大力Fb =σ*So，σ为抗拉强度，So为原始横截面积，在金属丝线径降低时，横截面积So的下降幅度高于抗拉强度σ的提高幅度，综合的结果是金属丝所能承受的拉力降低，降低到一定程度后切割时易导致断线，严重影响生产效率。除此之外，金刚线所能承受拉力还影响切片时金刚线的紧绷程度，可承受拉力越小、紧绷程度越低，进而增加线摆，导致硅片表面一致性降低，影响产品性能。目前主流的32-38规格碳钢丝金刚线对应母线线径38-44μm，已接近碳钢丝母线的产业化极限36μm。

 

在碳钢丝金刚线细线化空间不足的情况下，可以用抗拉强度更高的钨丝金刚线作为替代。钨丝是用粉末冶金和塑性加工方法（如拉丝模拉制、电解抛光等工艺）制成的纯金属钨或掺杂的细丝材。纯钨丝过去常用作照明电光源、电子管栅丝、发热元件等，目前也用作金刚线母线，若对母线强度等性能有更高要求还可以使用掺杂其他元素的掺杂钨丝。

 

纯钨的抗拉强度本身就高于碳钢，若向其中掺杂其他金属元素（如铈、钇、锆、镧等），可基于固溶强化机制制成强度更高的钨合金。因此，相同线径下钨丝可承受的拉力大于碳钢丝，而更细的钨丝也可凭借更高的抗拉强度实现与粗碳钢丝相同的拉力承受极限，我们认为这就是钨丝可以做到更细线径的原因。

 

图表16：钨丝与碳钢丝抗拉强度对比

对比来看，2023年3月时厦门钨业量产的钨丝母线线径已达到33μm（对应28规格的钨丝金刚线），而目前碳钢丝母线量产出货最细的为38μm（对应32-33规格的碳钢丝金刚线）；碳钢丝金刚线线径的理论极限约30 μm，产业化极限约35-36μm，而钨丝母线的预计产业化极限能到24-25μm。

 

 

母线成材率难点若突破，钨丝金刚线有望迎来大规模导入机会

 

从使用端角度考虑，我们认为钨丝金刚线替代碳钢丝金刚线的核心驱动因素为经济性。截断、开方过程使用的粗金刚线不存在钨丝替代，因此仅需考虑切片线的替代，更具体来说，是使用钨丝金刚线切割硅片能否提高切片厂的盈利，在此我们以硅棒切割利润（元/公斤）为衡量指标。

 

针对大硅片、薄硅片、N型等特殊场景，钨丝应用率先落地

 

►大尺寸硅片：在光伏行业对于大功率和低成本的追求进一步深化的情况下，逐渐出现了相较目前主流182硅片尺寸更大的210硅片、异形片（如矩形片）等。对于大尺寸硅片，其硅棒切方过程中的圆方棒转换率更低，因此单位面积（功率）硅棒的成本更高，使用较细的钨丝金刚线能够节省硅棒的意义就更加重大，此外钨丝金刚线更高的强度可带来更小的线摆、线痕，这对于提高大尺寸硅片的质量格外有利。

 

图表17：不同尺寸硅片的圆方棒转换系数对比

►薄硅片：随着N型电池新技术尤其是HJT的导入，薄硅片在硅片厚度结构中的占比不断上升，目前HJT硅片的厚度仅为120μm（PERC硅片厚度150μm）。对于薄硅片，使用较细的钨丝金刚线对于槽距的影响幅度较厚硅片更大，从而对于出片数的影响也较厚硅片更大，且钨丝金刚线的强度也更能满足薄硅片对于切割质量的要求。

 

►N型硅片：我们认为钨丝金刚线最直接的优势体现在出片数增加带来的收益增加，而目前N型硅料、硅片相比P型都已存在明显的溢价，这意味着在硅片厚度相同、出片数增加也相同的情况下，N型硅片通过钨丝金刚线切割可获得的额外硅片收入更多，因此更适合使用钨丝金刚线。

 


 


 

基准情形下，钨丝和高碳钢的性价比临界点为硅料价格79元/公斤

 

基于硅棒切割利润测算模型，我们认为主要影响硅棒切割利润的参数包括：1）母线线径；2）金刚线线耗；3）金刚线价格，在使用钨丝金刚线替代碳钢丝金刚线时，以上参数均会发生相应的变化。

 

►母线线径，我们取碳钢丝母线基准线径40μm、钨丝母线基准线径35μm。目前碳钢丝母线线径以40-42μm为主，量产极限线径为38μm，而钨丝母线自身的物理性质决定了其可以实现更细的线径，目前主要为33-37μm，我们预计未来产业化极限可达24-25μm。在其他参数相同的情况下，更细的金刚线可增加每千克硅棒切出的硅片数量（每千克方棒出片数=每千克方棒长度/槽距*良片率，槽距=硅片厚度+金刚线直径+游移量），从而增加硅片销售收入，但也会增加金刚线和冷却液消耗导致成本提高。以N型182尺寸平均厚度130μm硅片为基准进行测算，在金刚线砂径13μm，游移量5μm的情形下，母线直径每减少2μm，每千克方棒出片数增加约1.1%。


►金刚线线耗，我们取基准线径下碳钢丝金刚线线耗4.1米/片，钨丝金刚线4米/片。金刚线的消耗由切割能力和使用寿命决定：对于相同材质的金刚线，线径越细切割能力越弱，因此线耗越高，根据产业信息，具体表现为线径每降低1μm，线耗增加约5%；对于不同材质的金刚线，由于钨丝金刚线可重复使用、寿命更长，因此线耗更低。

 

►金刚线价格，我们取碳钢丝金刚线价格35元/公里（含税），钨丝金刚线价格55元/公里（含税）。钨丝金刚线更高的价格主要是由于成本更高，进一步来说是其成本中原材料钨丝母线的价格更高。硅片切割中的金刚线成本=金刚线线耗*金刚线价格，基准情况下钨丝金刚线切割的线耗更低、线价更高，我们测算对应的钨丝金刚线成本为0.22元/片，而碳钢丝金刚线切割的金刚线成本为0.14元/片。

 

除以上3个参数外，切割良品率、断线率等也会影响切割硅棒的利润，同等线径下钨丝金刚线良品率更高、断线率更低，而在我们所取的基准情形下，较细钨丝金刚线与较粗碳钢丝金刚线的良品率、断线率基本处于同一水平，因此不在测算模型中考虑二者的差异。


综上所述，使用钨丝金刚线切割硅棒因提高出片数而提高了硅片出售收入、金刚线成本和冷却液成本，因金刚线价格更贵而提高了金刚线成本，将收入增加与成本增加相减即可得到利润增加值。以切割N型182尺寸130μm厚度硅片为例，在基准条件（碳钢丝、钨丝母线的线径分别为40μm、35μm，金刚线价格分别为35元/公里、55元/公里，平均单位线耗分别4.1米/片、4米/片）下，取硅片不含税价格2.73元/片（对应硅料含税价格75元/公斤），使用钨丝金刚线切割硅棒的收入增加为4.93元/公斤，而成本增加合计为5.02元/公斤，因此利润降低了0.10元/公斤，说明该条件下使用钨丝金刚线切割不具备经济性。


进一步来看，硅料价格通过影响硅片价格间接影响钨丝金刚线切割的经济性，在基准条件下，使得两种金刚线切割N型130μm厚度硅片利润打平（即使用钨丝金刚线切割的收入增加等于成本增加）的硅料价格为79元/kg，低于当前N型料价格，因此使用钨丝金刚线切割N型硅片已具备经济性；相比之下，切割P型150μm厚度硅片利润打平的硅料价格为84元/kg，高于当前P型料价格，因此我们判断在P型料价格较低的情形下，P型硅片仍然更适合用碳钢丝金刚线进行切割。



除硅料价格外，钨丝金刚线价格和线径是替代经济性的另一直接影响因素。由敏感性分析可知，在钨丝母线线径35μm的条件下，当钨丝金刚线价格下降到50元/公里及以下时，无论硅料价格如何在正常范围内波动，都具有较为明显的切割经济性，而随着母线线径降低，这种经济性则将更加凸显。因此我们认为后续需要重点关注钨丝金刚线的价格下降情况，以判断其应用能否扩展至P型等更多场景。


钨丝金刚线价格演进回顾与展望

 

根据上文的测算，钨丝金刚线价格是其切割经济性的核心影响因素，因此我们判断分析钨丝金刚线价格趋势至关重要。我们将钨丝金刚线价格发展分为3个阶段：1）过去，高昂价格严重阻碍应用；2）当前，降价带来初步经济性；3）未来，降价空间尚存推动钨丝替代浪潮。

 

即使去年硅料价格处于高位，但钨丝金刚线高昂的价格仍然使得其经济性存疑，是阻碍钨丝金刚线应用的关键：2022年主流碳钢丝金刚线的售价为30-40元/公里，钨丝金刚线售价则高达70-80元/公里，约为碳钢丝金刚线的2倍，部分规格可达到4倍。

 

母线成本高是钨丝价格高的主要原因。以钨丝金刚线出货主力聚成科技为例，2022年碳钢丝、钨丝金刚线的单位成本分别是22.35元/公里、46.16元/公里，其差异几乎全部来源于直接材料成本，而材料成本的差异又主要源于母线：碳钢丝母线采购单价7.13元/公里，钨丝母线采购单价31.10元/公里。而在生产料工费方面，由于二者在将母线制成金刚线的环节工艺相似、仅需调整参数，生产设备可以实现共用，主要区别在于具体的生产工艺参数如电镀溶液浓度、电流密度、处理时间等，因此直接人工和制造费用基本相同，金刚石微粉、镍材等非母线原材料成本也基本相同。最终反映在成本构成上，碳钢丝金刚线的直接材料成本占比仅有52%，而钨丝金刚线的直接材料成本占比则为79%。



我们认为钨丝母线成本高主要来自两方面原因：1）原材料钨粉成本较高；2）钨丝母线加工成材率偏低。在钨粉原材料成本短期内难以降低的情况下，通过工艺细节控制提高成材率或将是降低钨丝母线成本的突破口和关键。

 

钨丝母线高价格的主要来源之一是原材料钨粉的成本短期难以降低。厦门钨业投关表显示公司整体细钨丝产品的毛利约40%，若以售价35元/公里计算，成本为21元/公里，而根据其2023年5月《1000亿米光伏用钨丝产线建设项目环境影响报告书》，生产钨丝主要原材料钨粉的耗量为0.035千克/公里，对应钨粉价格270元/千克时的单位成本为9.45元/公里，仅此一项就已经超过了碳钢丝母线的价格，占钨丝母线总成本的45%。钨粉上游原材料钨精矿、仲钨酸铵（APT）和钨粉价格自2016年来不断上升，目前没有明显的降价趋势，因此我们判断短期内这一成本难以降低。


加工成材率低是钨丝母线高价格的另一主要来源。光伏用钨丝的生产分为三大部分：黑粗钨丝→黑细钨丝→白细钨丝（最终产品光伏用钨丝）。将原材料钨粉混合、压制后烧结得到钨坯，然后实施开坯、碱洗退火、旋锤和拉丝工序，此时得到的粗钨丝在表面氧化和石墨润滑剂附着后呈现黑色，故称黑粗钨丝，黑粗钨丝经一系列拉丝工序后得到黑细钨丝，黑细钨丝再通过电解、清洗、烘干后得到表面无杂质、无氧化层的白细钨丝，即钨丝母线。相比之下，碳钢丝母线是由轧制而成的碳钢线材丝通过拉丝、电镀铜等工艺制成黄铜钢丝（即黄丝），再将黄丝进一步拉拔成微米级钢丝（即母线）。在这一过程中，钨的熔点高、硬度大、延伸率低，因此加工成细丝较为困难，需要使用热拔（在再结晶温度以上）工艺，而钨的再结晶温度随变形程度增加而迅速提高，对加热温度、时间、均匀性的控制均有较高要求，否则会使钨丝局部发生再结晶，导致放丝脆断，此外钨丝在塔轮工作面滑动致使线材受力不匀会导致断丝和扭曲现象、塔轮表面磨损会导致钨丝出现表面缺陷。以上种种因素使得钨丝母线产品的成品率很低，行业平均成材率仅为50%-60%（对比碳钢丝母线成品率可达90%），大大提高了钨丝母线的生产成本和价格。


今年来看钨丝金刚线价格已出现明显下降，造就当前的初步经济性。根据聚成科技第二轮审核问询函的回复，其1-5月钨丝金刚线销售单价为54.94元/公里，相比去年均价72.66元/公里下降近25%，这一方面是母线采购价格从31.10元/公里降至26.82元/公里，另一方面是规模效应带动非原材料成本下降（详见下一章节分析），使非母线成本总体从15.06元/公里降至12.39元/公里。按照上游钨丝母线厂商的反馈，钨丝母线降价是由于技术进步带来的成材率提升以及硅料降价带来的价格压力。


展望未来，钨丝金刚线价格仍有下降空间，进一步推动钨丝替代。一方面，钨丝母线生产的成材率处于持续提升中，从最初的10%到40%再到接近60%，目前还没有达到理论极限，通过工艺优化继续提高钨丝母线成材率将为钨丝金刚线成本、价格的降低做出积极贡献；另一方面，尽管2023年钨丝金刚线渗透率已较2022年有成倍的提升，但相比碳钢丝金刚线仍然规模偏小，因此我们认为非原材料成本也有继续优化的空间。

 

投资建议：金刚线竞争格局稳固，把握头部企业机会

 

 

全球双碳目标明确，光伏需求长期增长确定性高。光伏作为清洁可再生能源，具备成本低、能源安全性高以及资源禀赋充足三个优势，在全球双碳目标明确的情形下，我们认为光伏发电有望成为未来碳中和主力电源的首选之一。且随着行业不断降本增效，全球光伏已经走向平价时代，经济性优势凸显，我们认为有望推动其对于存量电源的替代以及增量电源中占比的提升。

 

 

硅片薄片化、大尺寸推动金刚线单耗提升和金刚线增速alpha表现

 

根据我们的测算，2023、2024、2025年全球光伏组件需求分别有望达到500、600、700GW，而硅片需求由于电池、组件环节生产良率等原因为组件的1.1倍。分市场来看：1）美国 IRA 细则落地后对光伏新增装机的刺激有望从2024年开始充分发挥；2）中东招标储备量丰富，我们预计随组件价格回落2023-24年有望从2022年3-4GW市场成长为2024-2025年20-30GW市场；3）拉美地区今年受制于利率跳升需求不及预期，明年或有递延需求释放；4）中国方面，户用光伏需求随组件降价实现市场拓展，工商业在电价提升、能耗控制及可靠用电需求背景下保持高增，2024-2025年风光大基地地面电站装机将迎来主要释放；5）欧洲在去年户用市场迅速增长之后，我们预计工商业和大型地面电站未来会贡献增量，明年或继续平稳低双位数增长，若储能降本、消纳能力提升，需求有望在中期再上新台阶。

 

考虑到硅料价格走势、未来大尺寸薄硅片的趋势和金刚线细线化技术进步水平，我们预计2023年、2024年、2025年钨丝金刚线的渗透率有望达到20%、35%、50%。


金刚线细线化趋势持续，带动金刚线需求跑赢行业总需求。由于金刚线持续变细情形下，单位长度金刚石微粉量减小，同时细线化产品抗拉强度较弱更易断，因此切割力的下降会带动单GW线耗提升。根据不同型号金刚线的渗透率以及对应单位线耗的加权平均，我们计算出各年金刚线的平均单GW线耗，并结合硅片产量预测，得出2023年金刚线需求预计为29090万公里，2025年预计为42143万公里。进一步，我们按碳钢丝金刚线价格保持35元/公里不变、钨丝金刚线价格由当前的55元/公里每年下降5%计算，得到加权平均的金刚线单位价格，发现钨丝渗透率的提升带动金刚线单位均价或将于2023年出现首次反转，呈现出量价齐升态势，我们预计2023年金刚线市场规模113亿元，到2025年有望达到178亿元，2022-2025年复合增速为34%，高于硅片需求增速。


金刚线行业“一超多强”格局稳固，细线化或有助于供需格局和盈利向好

 

金刚线行业竞争呈现出明显的一超多强格局。我国金刚线生产以专业化企业为主，尚未有主产企业涉及这一领域，部分金刚线企业还兼有切割设备与硅片切割等业务。金刚线行业以民营企业为主，美畅股份为行业的绝对龙头，2021年市占率为43%，行业内其他规模较大的企业还包括原轼新材、聚成科技、高测股份、恒星科技、岱勒新材、三超新材、东尼电子等（其中聚成科技处于IPO申报中、原轼新材IPO已撤回），格局较为集中，2021年CR8市占率超95%。


金刚线持续细线化以及部分定制化属性有助于环节供需格局向好以及巩固头部企业盈利能力。

 

►根据我们统计和测算，2020-2022金刚线行业供给增速快于硅片产出增速以及金刚线产品均价稳步下滑（其中聚成科技2022年单价上升主要由于钨丝金刚线单价较高）情形下，头部金刚线企业毛利仍是位居前列，美畅股份毛利率稳定在55%以上，且根据2023年7月31日高测股份投资者关系记录表，高测股份1Q23金刚线毛利率为52.2%，相比2022年全年提升9.1ppt，根据高测股份和我们判断，虽然金刚线名义产能高于需求，但是细线化产品由于技术壁垒较高供应相对阶段性紧缺，且细线化会带来单位线耗提升，对于行业需求增长带来额外alpha；

 

►考虑到金刚线产品具备一定定制化属性，下游客户硅片切割设备、工艺存在差异，因此更加考验金刚线企业与下游客户的合作能力，硅片切割过程中需要做到金刚线、切割工艺、设备性能的紧密结合，并通过技术服务配合客户实现技术升级。即使是同一家切片厂客户，在切割不同硅片时也对金刚线性能有不同的需求，例如切割单价高的大尺寸薄硅片时出于经济性考虑更注重金刚线对出片数的影响，而对其他指标的要求则可以有所取舍，这就需要金刚线企业通过调整工艺参数的方式控制产品参数，避免性能冗余带来的成本增加。

 

所以我们认为金刚线供给过剩情况好于预期，具备细线化产品快速迭代能力（包括碳钢丝细线以及钨丝产品替代）的企业盈利能力将维持高位。




风险提示

 

►原材料价格及供给波动风险：钨丝金刚线主要原材料钨丝母线成本占比较高，如果钨丝母线采购价格大幅波动或供给方面偏紧，我们认为或将会对钨丝金刚线价格造成较大影响。

 

►终端需求不及预期：金刚线需求与终端光伏装机需求密切相关，国内外宏观经济形势复杂多变、大宗商品价格大幅攀升等因素可能带动光伏装机承压，从而影响金刚线行业的景气度。同时我们认为钨丝金刚线的需求主要驱动力来源于N型电池技术迭代，如果相关技术迭代不及预期，或减缓钨丝金刚线需求。

 

►钨丝降本及替代进展不及预期：当前钨丝母线价格相对高碳钢丝母线仍处于高位，如果钨丝降本进展不及预期，或使得钨丝金刚线相对于高碳钢丝经济性减弱。

 

►行业竞争加剧风险：良好的市场前景吸引了很多投资者进入该领域，各公司均有相应的扩产计划，市场竞争逐渐加剧，对业内公司产品质量、价格、服务等方面都提出了更高的要求。如果公司不能通过持续研发新产品、拓展市场占有率、加强经营管理等方式保持自身的竞争优势，激烈的竞争环境或将导致公司市场占有率下滑，进而影响公司的经营效益。

 

Source

文章来源

本文摘自：2023年9月2日已经发布的《光伏金刚线：电池迭代拉长细线化升级周期》

白鹭  分析员 风光公用环保 SAC 执证编号：S0080523070019

苗雨菲  分析员 风光公用环保 SAC 执证编号：S0080522040005 SFC CE Ref：BTM578

张梓丁  分析员 机械军工 SAC 执证编号：S0080517090002 SFC CE Ref：BSB840

郭威秀  分析员 机械军工 SAC 执证编号：S0080521120004 SFC CE Ref：BSI157

陈显帆  分析员 机械军工 SAC 执证编号：S0080521050004 SFC CE Ref：BRO897

朱尊  分析员 风光公用环保 SAC 执证编号：S0080523070020

胡子慧  联系人 风光公用环保 SAC 执证编号：S0080122030170

 

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