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專題報(bào)告

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碳/碳熱場復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域的現(xiàn)狀及發(fā)展





市場機(jī)遇-熱場大尺寸化

碳/碳熱場材料是光伏單晶爐生產(chǎn)中所必需的耗材,主要產(chǎn)品形式為單晶拉制爐的坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒、加熱器等,在不同的部件,以等靜壓石墨為主流的石墨熱場材料,在2016年之前,能滿足拉制的要求。但隨后,碳/碳熱場最近扮演著愈加重要的角色,主要體現(xiàn)在:
1、 從圖1中看以看出熱場大尺寸化的趨勢,而碳/碳復(fù)合材料為熱場大尺寸化提供了可能。大尺寸熱場部件產(chǎn)品對單晶硅棒的直徑大型化發(fā)展起到支撐作用;

碳/碳熱場復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域的現(xiàn)狀及發(fā)展

2、碳/碳復(fù)合材料熱場部件較大程度提高拉晶熱場系統(tǒng)安全性,提升拉晶速率,顯著降低單晶拉制爐的運(yùn)行功率,對節(jié)能降耗起到較大促進(jìn)作用。
相較于傳統(tǒng)石墨熱場,碳/碳熱場性能占優(yōu),其穩(wěn)定性、耐沖擊性、抗震性以及綜合機(jī)械性能等均要好于石墨材料。并逐步滲透到原有市場。
1、碳/碳復(fù)合材料抗折強(qiáng)度可達(dá)150MPa以上,遠(yuǎn)大于石墨的38-60MPa。隨著拉制爐投料量從2016年的300kg提升至2020年的1900kg,坩堝的尺寸也從2011年前后的16-20英寸提高到現(xiàn)在的32-36英寸,坩堝的承載強(qiáng)度要求更高,碳基復(fù)材更能勝任。
2、碳/碳復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)低至30W/(m·K)以下,大幅低于石墨的80-140W/(m·K)。這一特性使碳/碳復(fù)合材料導(dǎo)流筒更能加速硅棒生長,保溫筒能降低熱量損失,進(jìn)而降低單晶爐運(yùn)行功率,節(jié)省電費(fèi)。


需求拉動(dòng)

滲透率迅速提升

作為耗材,隨著光伏新增裝機(jī)增長,下游企業(yè)對熱場產(chǎn)品的需求也將持續(xù)增長。從2013年以來的數(shù)據(jù)看,隨容配比提升,全球光伏裝機(jī)從41GW提升至2023年的240GW,而硅片產(chǎn)量則從39GW提升至381.7GW。

根據(jù)金博股份招股說明書、募集說明書滲透率測算數(shù)據(jù),結(jié)合碳/碳熱場發(fā)展趨勢,預(yù)計(jì)坩堝2025年滲透率達(dá)到100%;導(dǎo)流筒、保溫筒分別達(dá)到70%、66%;碳/碳加熱器低成本制備技術(shù)有待突破,金博股份當(dāng)前已將光伏底部加熱器交付下游,預(yù)計(jì)2025年滲透率達(dá)8%。預(yù)計(jì)2025年光伏用碳/碳熱場總需求為17231噸,其中替換需求占比由2022年的59%提升至72%,需求結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向以存量替換為主導(dǎo),可持續(xù)性較強(qiáng)。

表1 碳/碳復(fù)合材料滲透率變化圖

碳/碳熱場復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域的現(xiàn)狀及發(fā)展
而隨著N型電池的發(fā)展,N型硅片的需求將增長。據(jù)統(tǒng)計(jì),2022年,P型單晶硅片與N型單晶硅片合計(jì)市場占比約97.5%,其中P型單晶硅片市占率為87.5%,N型單晶硅片市占率上升至10%,預(yù)計(jì)2023年全年N型單晶硅片的市占率將提升至30%,2025年或?qū)⒊^50%。關(guān)鍵耗材依賴進(jìn)口的問題將制約行業(yè)發(fā)展,因此后續(xù)國產(chǎn)碳/碳熱場將進(jìn)一步替代進(jìn)口的等靜壓石墨產(chǎn)品,碳/碳熱場滲透率將繼續(xù)提升。


行業(yè)挑戰(zhàn)

成本壁壘與技術(shù)的突破
原材料和生產(chǎn)成本高昂
在原材料成本中,碳纖維預(yù)制體是最大的部分,占比達(dá)80%以上,自制預(yù)制體可降低成本,但技術(shù)壁壘較高。
從碳/碳熱場的成本構(gòu)成來看,制造費(fèi)用占比高達(dá)54%,主要包括反應(yīng)輔材、電力、折舊等。在制造費(fèi)用中,折舊是最大的部分,占比約60%,龍頭公司與其他公司的主要差異來自折舊,降低折舊的方式是提高單位時(shí)間設(shè)備產(chǎn)出、自主研發(fā)與生產(chǎn)設(shè)備,而這些主要依托各公司的技術(shù)研發(fā)實(shí)力。
另外,電力在制造費(fèi)用中占比約為16%(不同工藝有所差別),主要降低方式是在低電價(jià)地區(qū)建廠。

關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)的突破不易

預(yù)制體的制備技術(shù)壁壘較高,且主要用在航空航天領(lǐng)域,國外對這一技術(shù)進(jìn)行封鎖,目前國內(nèi)具有預(yù)制體制備技術(shù)的除科研院所、航空航天單位外,主要有金博股份、江蘇天鳥與龍頭。

此外,晶硅爐熱場用碳材料在硅蒸汽中易受到腐蝕。硅蒸汽主要通過材料的孔洞以及缺陷擴(kuò)散進(jìn)入材料內(nèi)部進(jìn)行腐蝕,腐蝕造成材料表面產(chǎn)生大量的裂紋,并且會(huì)造成C/C復(fù)合材料以及硬質(zhì)碳?xì)植牧蟽?nèi)部嚴(yán)重的破壞。需研究如何有效控制碳基體和碳纖維的剝離,以及碳纖維的縮頸,劈裂等問題。


趨勢與挑戰(zhàn)

碳/碳復(fù)材的多元化應(yīng)用
碳/碳復(fù)合材料因具有比重輕、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐腐蝕、摩擦系數(shù)穩(wěn)定、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好等優(yōu)良性能,除了用來制造高溫?zé)釄霾考?,也是摩擦部件的最佳候選材料,還可被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、航空航天以及剎車制動(dòng)等領(lǐng)域。
碳/碳熱場復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域的現(xiàn)狀及發(fā)展
圖源:中金點(diǎn)


此文由中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)搜集整理編譯,文章不用于商業(yè)目的,僅供行業(yè)人士交流,引用請注明出處。文字信息源:索比光伏網(wǎng)、天風(fēng)證券研究院、民生證券研究院、國金證券研究院等。


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