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(1)光伏热场隔热碳材料简介:光伏热场,也称光伏热场系统。根据应用场景的不同,热场系统主要分为单晶炉热场系统和多晶炉热场系统,前者主要用于光伏行业、半导体行业的单晶硅生产,后者主要应用于光伏行业多晶硅制造。
光伏热场隔热碳材料包覆于热场功能部件外围及晶硅炉体内部,主要用于构建热场空间、保温隔热。碳纤维虽然具有较高的导热系数,但是碳纤维材料为疏松多孔的碳纤维聚合体,纤维之间靠摩擦力维持毡体形状,纤维与纤维之间搭接在一起,属于点接触,大幅降低了通过固体热传导途径传递的热量。尤其在高温热场中(如 800℃以上),辐射强度增高,热辐射成为传递热量的主要形式,辐射波通过纤维之间不断的反射,消散于毡体内部,从而达到保温隔热的作用。
光伏热场隔热碳材料是晶硅制造热场系统的重要耗材,一方面,热场隔热碳材料包覆于热场功能部件外围及晶硅炉体内部,能够起到保温隔热、降低热场能耗的作用;另一方面,热场隔热碳材料的灰分含量直接影响晶硅纯度,进而影响硅片品质。
中金企信国际咨询公布的《光伏热场隔热碳材料行业深度调研分析及投资风险预测评估报告(2023-2029)》
根据原丝类别的不同,光伏热场隔热碳材料也可以分为黏胶基、PAN 基和沥青基三种。以石墨软毡为例,三种热场隔热碳材料的耐高温性能、保温隔热性能对比情况如下:
目前,碳纤维的应用主要以 PAN 基为主,但是相比 PAN 基和沥青基,黏胶基碳材料在保温隔热方面的性能更为优异,因此,黏胶基石墨软毡也是目前光伏热场隔热碳材料的主流选择。但是,长期以来,黏胶基热场隔热碳材料及应用的相关技术主要掌握在德国西格里、摩根先进材料等国际巨头手中,国内使用的黏胶基热场隔热碳材料主要以进口为主。2017 年以前,国内也有少数企业能够生产出黏胶基热场隔热碳材料,但是由于生产效率低,成本高,供应量有限,不具有市场竞争力,无法和进口产品竞争。2017 年后,受益于国内光伏行业巨大需求的带动,少数国内企业掌握了黏胶基热场隔热碳材料的低成本制备技术,大幅提高生产效率,大幅降低生产成本。黏胶基热场隔热碳材料作为下游热场的重要耗材,一方面,其生产成本的下降,降低了下游热场的使用成本,促进了国产黏胶基热场隔热碳材料的下游应用;另一方面,生产成本的下降,提高了国产黏胶基热场隔热碳材料的市场竞争力,逐步实现了进口替代。
目前,国内光伏热场隔热碳材料基本上使用的都是国内企业生产的产品,成为市场主流。发行人经过持续的技术研发和积累,在生产装备设计自主化、碳纤维织物成型、新型催化剂研制、预氧化及碳化、石墨化工艺等方面取得创新性突破,掌握了高温热场隔热碳材料的低成本制备核心技术,并实现产业化,对推动我国高温热场隔热碳材料行业发展,以及提高国产化率方面做出了重要的贡献。
(2)光伏热场隔热碳材料的市场需求情况:光伏热场系统是晶硅制造过程中的关键设备,光伏行业作为硅片的主要应用领域之一,其发展状况直接决定硅片的市场需求,进而影响光伏热场隔热碳材料产业的发展前景。
①光伏行业发展状况:近年来,能源危机和生态环境问题促使全球积极寻求可替代化石能源的绿色可再生能源,经济社会对清洁能源的需求日益增长,而太阳能因资源量巨大、清洁安全、易于获得等优点,被普遍认为是最有发展前途的绿色可再生能源之一。
目前,全球已有多个国家提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标,发展以光伏为代表的可再生能源已经成为全球共识。根据中金企信统计数据,2022 年全球光伏新增装机量约为 230GW,创历史新高。未来,在光伏发电成本持续下降和全球绿色复苏等有利因素的推动下,全球光伏新增装机仍将快速增长,预计到2030 年,全球光伏新增装机量将超过 400GW。
②硅片产量情况:硅片是光伏行业广泛使用的基底材料,在全球光伏产业快速发展的背景下,全球硅片产能、产量持续增加。中国是全球最大的硅片生产国,根据中金企信统计数据,2021 年底我国的硅片产能约为 407.2GW,占全球产能的 98.1%,处于绝对领先地位。随着光伏产业的发展,2022 年我国硅片产量由 2014 年约 38GW,增加至357GW,年复合增长率超过 30%,增速较快。
2014-2024年中国硅片产量现状分析
数据整理:中金企信国际咨询
得益于光伏行业的快速发展,硅片市场需求及产量持续增加。光伏热场碳材料作为晶硅制造热场系统的重要耗材,市场需求将随之增加。
③光伏热场隔热碳材料市场需求前景:根据中金企信统计数据,2020 年至 2022 年,中国硅片产量分别为 161.3GW、226.6GW 和 357.0GW。
2020-2022 年全球光伏热场隔热材料中石墨软毡市场需求量现状分析
数据整理:中金企信国际咨询
(3)光伏热场隔热碳材料行业发展趋势:
①晶硅制造企业产能扩张,为光伏热场隔热碳材料带来持续市场需求:随着光伏行业的快速发展,硅片市场需求持续增加,行业内主流晶硅制造企业纷纷制定了扩产计划。光伏热场隔热碳材料作为晶硅制造热场系统的重要耗材,随着晶硅制造企业扩产产能的逐步释放,将为光伏热场隔热碳材料带来持续市场需求。
②行业竞争加剧,考验生产企业核心竞争力:光伏行业的快速发展带动硅片市场需求增加,光伏热场隔热碳材料作为晶硅制造过程中的重要耗材,市场规模随之增加。在此背景下,光伏热场隔热碳材料行业内企业进行产能扩张,导致市场供给增加,行业竞争加剧。
一方面,行业竞争加剧,导致近年来光伏热场隔热碳材料市场价格整体呈下降趋势,生产企业利润空间被压缩,降本增效压力增加;另一方面,激烈的竞争环境下,下游客户在降低报价的同时对热场隔热碳材料的品质提出了更高的要求。因此,只有掌握优质热场隔热碳材料低成本制备核心技术的企业,才能在保证产品品质的同时有效控制生产成本,保持竞争优势。
③N 型单晶硅片市场占比提升对热场隔热碳材料品质提出更高要求:根据晶体取向不同,硅片可分为单晶硅片和多晶硅片两大类。目前,单晶硅片凭借光电转换效率高、稳定性好等优势,已逐步替代多晶硅片,成为市场主流。单晶硅片根据掺杂元素的不同可分为 P 型和 N 型两类,P 型单晶硅片用于 P 型电池,N 型单晶硅片用于 N 型电池。根据 中金企信数据,2022 年 P 型和 N 型单晶硅片的市场占比约为 97.5%,其中 P 型占比约为 87.5%,N 型单晶硅片占约为10%。相比 P 型电池,N 型电池具有更高的光电转换效率,随着 HJT、TOP Con等 N 型电池技术发展,N 型单晶硅片市场占比将逐步提升。根据中国预测到 2030 年 N 型单晶硅片的市场占比将接近 50%。
相比 P 型单晶硅片,N 型单晶硅片的纯度要求更高,光伏热场隔热碳材料作为晶硅制造热场系统的重要耗材,其灰分含量直接影响硅片纯度。因此,N 型单晶硅片市场占比提升对光伏热场隔热碳材料纯度提出更高要求,低灰分、高纯度的光伏热场隔热碳材料市场需求将增加。
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