光伏设备行业研究：2022年硅料硅片设备需求可能继续超 ...

（报告出品方/作者：中信建投证券，吕娟、夏纾雨）
1. 硅料设备：下游波动中持续上行，设备需求有望超预期

1.1 行业 20 年复盘：供需错配加剧了周期性波动
多晶硅属于重资产、高能耗行业，从建设到投产周期漫长，通常为 12~18 个月的建设期以及 6 个月左右的产能爬坡期。面对短时间内爆发的需求，供给的增加需要较长时间，在此过程中由于供给无法及时匹配需求的变化，供需矛盾加剧，价格飙升。历史上，国内多晶硅价格曾一度上涨至 475 美元/公斤。价格的暴涨吸引更多新玩家进入，存量玩家也由于盈利能力大幅改善具备进一步大扩张的资金实力。供给端的过激反应导致的结果即产能出现过剩，价格回落，盈利能力恶化产能利用率持续走低，最终部分产能被迫退出，为新一轮供需缺口埋下隐患。复盘我国多晶硅行业过去 20 年发展历程，供需错配加剧了行业的周期性波动。
①2002 年~2010 年：2005 年我国首条 300 吨/年多晶硅产业化示范线建成，事实上，当时国内多晶硅产量仅占全球总产量不到 1%。在此期间欧洲多国出台太阳能电池补贴政策，需求的攀升带动原料价格一路走高，点燃了国内多晶硅投资热情，供给端不断扩大，产线单体规模也从最初的百吨量级上升至万吨量级。2008 年金融危机导致光伏出口受挫，国内多晶硅行业陷入泥潭，2009 年更是在“国发 38 号文”将多晶硅列入六大产能过剩行业之一，价格也从 2008 年最高时期的 475 美元/公斤断崖式下跌至 50 美元/公斤左右。

②2010 年~2020 年：2010 年~2011 年多晶硅行业回暖价格短期反弹，但很快由于补贴力度的减弱导致需求端的萎缩，价格面临再次走低，2012 年年底全国 43 家多晶硅工厂全部停产。2013 年，《关于坚决遏制产能严重过剩行业盲目扩张的通知》发布，多晶硅不再被列入产能过剩行业。2014 年~2017 年，国内多晶硅行业再次开启技改扩产高潮，行业进入新一轮高速发展期，生产技术突飞猛进单位成本不断下降。2018 年“531 新政” 颁布，一方面需求骤减，另一方面前 2 年大幅扩张的产能陆续投放至市场，供需矛盾再度激化，叠加 2020 年疫情影响，2018 年~2020 年上半年，多晶硅行业开启连续 3 年左右的下行行情，价格持续走低。
③2020 年~至今：2020 年国内多晶硅行业价格“先抑后扬”，拐点出现在 2020 年下半年“双碳”政策的发布。2020 年上半年，延续 2018 年以来行业的低迷，叠加疫情影响，多晶硅企业鲜有扩产计划，行业降至冰点。
2021 年，多晶硅供应商纷纷抛出大规模扩产计划。但是，多晶硅行业产能应变具有“滞后性”特征，当年的扩产项目最快也要 1 年~1.5 年之后逐步投放至市场，当年有效的供给增量相当有限。硅片企业通过与多晶硅供应商签订长单锁定供给，市场供应余量不足。2021 年三季度多晶硅价格加速上涨，主要由于各地实施“能耗双控”政策，使得供给受到冲击。

④展望 2022 年多晶硅行业：我们就 2022 年多晶硅行业的产能做了详细的拆分统计，并在报告中作了分析。
产能释放角度来看，根据我们的统计，2022 年上半年投放至市场的新增产能约 12 万吨，供需紧平衡仍无法打破；预计至 2022 年四季度将迎来供给的大规模释放，届时产能将进一步增加约 30 万吨，供给压力有望得到大幅缓解。
产能规划角度来看，根据我们的统计，2022 年行业规划新建产能约 109 万吨，相较于 2021 年同比增长超过 40%。行业扩产热情高涨主要来自于以下几方面原因。首先，就成本端来看，以行业龙头通威永祥为例，其 2020 年平均生产成本为 3.87 万元/吨，相较于目前超过 20 万元/吨的产品售价，盈利空间仍然巨大。其次，就下游硅片行业来看，预计至 2022 年年底其产能将扩大至超过 500GW，需求端具有支撑。再次，就长期空间来看，预计至 2050 年，全球、我国光伏累计装机有望达到 14000GW、3450GW，届时光伏将成为第一大发电形式。中长期需求向好，通过大规模扩产争取更优的规模效应从而抢夺行业更大话语权，应该是多晶硅供应商坚定扩产的核心因素。
1.2 棒状硅与颗粒硅对比分析
1.2.1 目前主流技术为改良西门子法，硅烷流化床法生产成本具有优势
目前主流多晶硅生产技术为改良西门子法与硅烷流化床法，分别对应棒状硅、颗粒硅。2021 年，我国改良西门子棒状硅、硅烷流化床颗粒硅市占率分别为 95.9%、4.1%，改良西门子法占据绝对主导地位。保利协鑫于 2019 年前后实现颗粒硅关键设备国产化、关键材料替代，凭借其成本优势受到市场关注。基于保利协鑫关于颗粒硅的扩产计划，如果全部落地，我国颗粒硅 2025 年市占率或将远超 CPIA 此前的预估。

硅烷流化床法相较于改良西门子法拥有更低的成本优势。颗粒状多晶硅的制备并不是一种新兴技术，近两年之所以再次受到市场的高度关注，与其在成本端的突破有关。改良西门子法棒状硅生产成本中，能源动力占比约为 37%，为第一大成本构成。目前改良西门子法的综合电耗为 60Kwh/kg，作为流化床法的重要优势之一，颗粒硅的综合电耗仅约为 15~40Kwh/kg。同时，由于流化床法生产工序更短，其初始设备投资也低于改良西门子法。
1.2.2 改良西门子法与硅烷流化床法工艺流程
两种工艺路线生产的多晶硅料虽然在形态上存在显著差别，但从生产原理上大同小异，涵盖了两大核心步骤。第一，将工业硅粉通过化学反应生成三氯氢硅（SiHCl3）、二氯二氢硅（SiH2Cl2）或者硅烷（SiH4）等高纯气体；第二，将高纯气体还原为多晶硅。
①改良西门子法：1955 年，西门子公司成功开发了利用三氯氢硅（SiHCl3）在还原炉炉内硅棒发热体上进行化学气相沉积（CVD）反应得到高纯多晶硅的工艺技术，这就是西门子法。改良西门子法增加了还原尾气干法回收系统、SiCl4 氢化工艺，能够回收利用副产物及副产热能，环境污染小。改良西门子法是目前行业内最成熟、最主流的工艺路线，能同时兼顾产品品质与生产成本。改良西门子法生产多晶硅主要工艺步骤：
（a）氢化：SiCl4+H2+Si+HCl→SiHCl3。将 Si 与 HCl 投入还原炉，在一定条件下进行反应，生成的产物为 SiHCl3。（b）提纯：通过蒸馏的方式对 SiHCl3 进行提纯。（c）还原：SiHCl3+ H2→Si+ HCl+ SiCl4。采用气相沉积方法对 SiHCl3 进行还原，生成高纯度多晶硅。

②硅烷流化床法：在流化床反应器中，在其顶部添加细小硅颗粒作为籽晶，经过纯化的反应气体（SiHCl3、 SiH4 等）与流化气体 H2 由下往上地通过固体颗粒床层。随着气体流速的不断增加，颗粒床层由固定床转变为流化床。在外部加热器的作用下，反应气体受热分解，籽晶表面发生化学气相沉积。当籽晶长到一定尺寸后会因为重力作用掉落至反应器底部，从而被收集。（报告来源：未来智库）
根据反应气体的不同，可以分为硅烷法、三氯氢硅法和三溴氢硅法，其中硅烷法根据硅烷制备方法的不同，又可以细分为金属氢化物法、硅镁合金法和三氯氢硅歧化法。保利协鑫采用氯氢硅歧化法制备硅烷，并通过硅烷法制备颗粒硅，工艺步骤主要为：
（a）氢化：SiCl4+H2+Si+HCl→SiHCl3。（b）歧化：SiHCl3→SiH4+SiCl4。（c）提纯：SiH4。（d）还原：SiH4→Si+H2。
1.3 硅料设备竞争格局与空间测算
1.3.1 设备构成：多晶硅制备五大类静设备包括冷氢化反应器、还原炉、塔器、换热器、球罐。
多晶硅制备五大类静设备分别为冷氢化反应器、还原炉、塔器、换热器、球罐。改良西门子法工艺介质主要包括氯硅烷、四氯化硅、三氯氢硅、氯化氢等，具有易燃、易爆、易腐蚀、有毒的特性。多晶硅行业压力容器主要用于储运、换热、反应、分离以上工艺介质。按照工艺过程中的作用分类，包括：
①反应压力容器：用于完成介质的物理、化学反应的压力容器。包括反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合塔、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等。
②换热压力容器：用于完成介质的热量交换的压力容器。包括管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。
③分离压力容器：用于完成介质的流体压力平衡缓冲与气体净化分离等的压力容器。包括分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。
④储存压力容器：用于存储、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。包括格式储罐等。
还原炉是改良西门子法多晶硅核心生产设备，价值量与数量占比最高。多晶硅还原炉作为压力容器的一种，为改良西门子法工艺的核心生产设备。以亚洲硅业截止到 2020 年上半年的主要工序生产设备为例，其用于还原工序的还原炉数量为 58 台，远远高于制氢、合成、氢化、提纯等工序对于压力容器的需求量。价值量构成来看，以大全能源截止到 2020 年生产设备构成来看，还原炉及配套设施价值占比约 42.5%。 硅烷流化床法与改良西门子法工艺主要差别在于多晶硅结晶工艺的不同，前段工艺基本相同。

1.3.2 竞争格局：行业相对较为分散，头部企业新增订单高增长
多晶硅生产设备主要为压力容器，供应商包括兰石重装、海陆重工、双良节能、东方电热、科新机电、江苏中圣等。其中，作为核心设备的还原炉设备，双良节能为行业龙头。
双良节能为多晶硅还原炉龙头，2021 年以来新增订单大幅增长。我们统计了双良节能 2020 年下半年至今在多晶硅行业的新增订单，累计新增订单接近 30 亿元。2022 年以来，1 月，公司公告中标大全能源多对棒多晶硅还原炉订单，单个订单金额高达 5.56 亿元；2 月，公司公告中标甘肃瓜州宝丰硅材料开发有限公司多对棒还原炉设备及相应的备品备件、专用工具订单，订单额 2.62 亿元。
1.3.3 扩产规模：已宣布多晶硅料扩产规划超过 270 万吨
多晶硅行业由于重资产属性，建设周期较长（12 个月~18 个月）且单位投资高，从产能扩建到投产往往会滞后 1 年到 1.5 年左右。根据中国有色金属工业协会硅业分会的估算，预计 2021 年我国多晶硅产量为 49 万吨，加上海外产能约 8 万吨，可满足 210GW 硅片生产，160GW 装机量，而根据 CPIA2021 年底的乐观预计，全球 2021 年新增装机 170GW 左右，所以供给整体处于紧平衡状态。全球占比方面，2020 年我国多晶硅产量占全球约 75%，考虑到目前在建的新产能主要集中于中国，随着今明两年产能的逐步投产，我国多晶硅产量占比提升有望加速。
多晶硅行业市场集中度高，国内产能占比居前供应商主要为保利协鑫、永祥股份、新特能源、新疆大全、东方希望、亚洲硅业等。基于 2021 年上半年产能数据，行业前 6 供应商占据国内总产能约 90%。

我们统计了主要企业 2020 年以来宣布的多晶硅行业扩产项目规模超过 270 万吨，是 2021 年国内预计产量 49 万吨的 5.7 倍左右，且这些扩充项目大部分 2021 年及之后开建，规划扩产不可谓不壮观。扩产参与方除了传统的 6 家头部多晶硅供应商之外，青海丽豪、晶诺新能源、润阳新能源、信义光能、宝丰能源等新玩家纷纷入局。
①棒状硅规划项目：规划多晶硅待建规模为 227.5 万吨。其中，扩产规划规模居前玩家为通威（35 万吨）、东方希望（35 万吨）、宝丰能源（30 万吨）、大全能源（23.5 万吨）等。
②颗粒硅规划项目：主要为保利协鑫共 50 万吨颗粒硅规划项目。公司在徐州、乐山、包头模块化复制 10 万吨项目两个、30 万吨硅料生产基地一个。
虽然目前多晶硅行业规划扩产项目储备丰富，受制于建设周期，其对于实际产能的影响会有 1.5 年左右的时滞。基于此原因，2022 年行业实际增加的产能呈现前低后高分布。2022 年上半年多晶硅行业新增产能主要由通威与保利协鑫贡献，其项目建成投产时间集中于 2021 年年末左右，经过 3~6 个月的产能爬坡期逐渐达到满产状态。保利协鑫新扩产以颗粒硅项目为主。2022 年下半年开始，新增产能供应商呈现多点开花态势，行业供给有望加速。
1.4.3 设备空间测算：中性场景下预计 2022 年多晶硅生产设备年需求 327 亿元
2020 年以来晶硅料行业计划扩产规模超过 270 万吨，事实上其中很多项目需要分为各期分批实施，并非集中于一年一次性建设完成。我们详细统计了国内各主要多晶硅供应商扩产计划，将行业实际扩产节奏按年份作了分拆，并分为乐观、中性与悲观场景，测算得到对应年份多晶硅生产设备的市场空间。
假设条件：
①项目总投资：我们以改良西门子法为例测算行业投资额。整体上，行业总投资呈现逐年下降的趋势。根据 CPIA 的统计，目前多晶硅行业项目总投资约为 10 亿元/万吨。基于我们对于最新投资项目的梳理，行业各玩家的总投资有所差异。举例来说，大全能源 35000 吨多晶硅项目总投资约为 10.03 亿元/万吨；新特内蒙古 10 万吨多晶硅项目（一期）总投资额约为 8.58 亿元/万吨。我们分为乐观、中性、悲观三种场景分别就不同可能性的项目总投资额对应设备采购价值量进行测算。
乐观场景下，预计 2021 年~2022 年项目总投资分别为 10 亿元/万吨、9 亿元/万吨；中性场景下，预计 2021年~2022 年项目总投资分别为 8 亿元/万吨、7.5 亿元/万吨；悲观场景下，预计 2021 年~2022 年项目总投资分别为 8 亿元/万吨、7 亿元/万吨。

②设备购置占总投资比例：根据大全能源 35000 吨多晶硅项目投资明细，在总投资 35 亿元的项目中，设备购置金额约 17.3 亿元，占比 49.2%。基于此，我们模型中假设设备购置占总成本比例为 50%。
③多晶硅行业扩产规模与落地率：基于对于公开信息的整理，2021 年~2022 年多晶硅行业扩产规模分别为 76 万吨、109 万吨。其中，老玩家分别为 56 万吨、65 万吨；新玩家分别为 20 万吨、44 万吨。我们引入落地率概念分为两种情景进行市场空间的估算。项目落地指从规划阶段进入施工建设阶段，设备采购进入议程。基于年初以来对于行业景气度的跟踪，我们对于规划项目的当年落地情况具备信心。
测算结论：
①乐观场景设备空间：2021 年~2022 年，我国多晶硅行业预计扩产规模为 76 万吨、109 万吨，对应设备需求为 378 亿元、491 亿元。
②中性场景设备空间：2021 年~2022 年，我国多晶硅行业预计扩产规模为 60 万吨、87 万吨，对应设备需求为 257 亿元、327 亿元。
③悲观场景设备空间：2021 年~2023 年，我国多晶硅行业预计扩产规模为 53 万吨、76 万吨，对应设备需求为 211 亿元、267 亿元。
2. 硅片设备：“大硅片”“薄片化”催生行业新需求

2.1 制备：长晶与切片为核心环节
当工业硅经过提纯后，形成达到太阳能级质量标准的硅料，根据产业需要用于制备单晶硅、多晶硅，分别应用于单晶电池和多晶电池的生产。制备硅片主要包括长晶、截断切方、切片、测试分选四个环节。其中，长晶与切片为核心环节。单晶硅棒的制备由多晶硅料通过直拉法或者区熔法制成；铸锭法制备单晶硅指采用类似于铸造多晶硅的工艺制备单晶硅，目前采用该工艺制备单晶硅片的占比仍然较小。

①直拉法：直拉法是切克劳斯基（Czochralski）建立的一种晶体生长方法，其基本原理是将高纯度的多晶硅原料在单晶炉的坩埚中加热熔化，然后将籽晶插入熔体表面与熔体浸润接触，同时添加一定量的高纯掺杂剂（如硼、磷等），再经过引晶、缩颈、放肩、等径和收尾等晶体生长阶段，生长成直拉单晶硅。直拉法又可以分为多次直拉法（RCZ，Recharged Czochralski）、连续直拉法（CCZ，Continuous Czocharlski）以及磁场直拉法（MCZ）等。目前直拉法正在由 RCZ 向 CCZ 过渡。
连续直拉法采用特殊直拉单晶炉，能够同时实现单晶拉制与加料熔化，具有连续投料、连续拉晶等特点，以大小均匀、表面洁净的颗粒状原料为佳。相较于目前业界主流的 RCZ 技术，CCZ 技术有以下优势：（a）生产效率高：CCZ 技术在坩埚所允许的寿命周期内可以完成 6-10 根单晶硅棒的拉制，而 RCZ 只能拉出 4 根单晶硅棒，在生产效率上有显著的提升。（b）生产成本低：采用 CCZ 技术可以有效降低拉晶时间、坩埚成本和能耗，采用连续加料的方式，单炉生产成本比 RCZ 法至少降低 10%。（c）适用于 N 型硅片：采用 CCZ 技术拉制的单晶硅棒氧含量更低且更均匀、金属杂质累积速度更慢，产品轴向电阻率分布均匀，其波动可以控制在 10％以内。基于以上原因，CCZ 技术更适用于制备 N 型单晶硅片。
②区熔法：区熔法的原理是利用线圈将原料硅棒局部加热熔化，熔区因受到磁托浮力而处于悬浮态，然后从熔区下方利用旋转着的籽晶将熔硅拉制成单晶硅。该方法生产出来的单晶硅纯度高，各项性能优越，但碍于成本高，技术与设备要求苛刻，在光伏领域应用较少。
③铸锭法：铸锭单晶（cast-mono wafer），是指采用多晶铸锭炉，在常规多晶铸锭工艺的基础上加入单晶籽晶，定向凝固后形成方型硅锭，并通过开方、切片等环节，最终制成单晶的硅片。铸造单晶硅兼具多晶硅低成本与单晶硅高效率的双重优势，铸造硅技术的发展趋势为铸造单晶硅。

根据 CPIA 统计，单晶硅片从 2016 年约 20%的市场份额一举跃升至 2021 年 P 型+N 型约 94.5%，处于绝对主流的地位，并将在未来维持较高的市场份额。2021 年，N 型单晶硅片占比约 4.1%，随着 N 型电池片加速产业化，预计未来 10 年 N 型单晶硅片占比将快速提升。
2.2 新变化：“大尺寸”与“薄片化”趋势确定，N 型硅片占比将快速提升
硅片行业变化趋势分别为“大硅片”、“薄片化”、“N 型”。就“大硅片”而言，光伏硅片尺寸历经数轮演变：①1981 年~2012 年，以 100mm、125mm 硅片为主；②2012 年~2018 年，隆基联合行业推出 M1、M2 单晶硅片，将尺寸统一化。③2018 年至今，硅片尺寸迭代加速。2018 年晶科推出 G1（158.75），2019 年韩华、隆基、中环分别推出 M4（161.7）、M6（166）、G12（210），大硅片成为焦点；2020 年晶科、隆基、晶澳等 7 家企业联合倡议 M10（182），形成“182mm”与“210mm” 两大阵营。2021 年中环发布 218.2 大尺寸硅片。
“薄片化”有助于降低硅片成本，但是也会一定程度影响切片良率，需要工艺的进一步完善。我们就每公斤多晶硅料在不同硅片厚度与切片良率假设下的出片数量作了敏感性分析。当切片良率达到 98%，硅片厚度降至 160μm，每公斤多晶硅料出片数量达到 60.11 片，相较于 96%良率、165μm 场景出片率提升 4.36%。（报告来源：未来智库）
N 型硅片占比预计在“十四五”期间将大幅提升。随着 N 型电池片产业化的加速，预计“十四五”期间 N 型硅片的占比将得到明显提升。相较于 P 型衬底电池，N 型衬底电池的优势包括：①N 型衬底电池结构基区与发射区都可以获得较高的少子寿命；②更高的开路电压；③较轻的 PID 效应、光衰现象等。
2.3 硅片设备竞争格局与空间测算
2.3.1 单晶炉竞争格局：设备供应商客户集中度较高，大客户依赖有待改善
硅片制备过程中，长晶与切片为核心环节，分别对应长晶炉与切片机。国内光伏领域单晶炉已实现进口替代，主要供应商包括晶盛机电、连城数控、北方华创、京运通等；新玩家包括无锡松瓷等。从客户分布来看，晶盛机电为隆基股份之外硅片企业最主要的单晶炉供应商，其大客户为中环股份；连城数控为隆基股份单晶炉重要供应商，2021 年隆基外客户实现大幅增长，未来有望逐步降低对于隆基的依赖。
单晶炉设备主要供应商比较：以 2020 年收入规模来看，晶盛机电、连城数控、京运通单晶炉分别为 26.23 亿元、11.37 亿元、6.12 亿元，晶盛机电为连城数控、京运通的 2.3 倍、4.3 倍。从收入波动性来看，晶盛机电近 5 年保持收入的持续增长，预计 2021 年增速将进一步提速，其大客户主要为中环及其子公司；连城数控由于隆基订单占比较高，其业绩高低较大程度取决于大客户的扩产意愿，当然，2021 年连城数控在隆基以外的客户拓展方面也取得了较为明显的突破；京运通的收入波动性同样较大。

2.3.2 切割设备竞争格局：头部供应商集中度不高，基本属于平分天下的格局
切片机性能的提升主要来自于生产成本的降低、效率的提高、硅片质量的保障。具体来看，生产成本的降低主要通过细线化切割、应用切薄工艺对硅片进行薄片化切割等；生产效率的进步主要通过切割线速度的提升，从而缩短切割工艺时间；硅片质量方面，主要为提高切割设备运行的稳定性与一致性，提升切片良率，硅片总厚度变化（TTV）均值与线痕均值的降低。
2016 年之前，光伏行业切割设备仍然以外资供应商为主，包括梅耶博格、小松 NTC 等。近年来随着国内供应商技术的不断积累，目前多线切割设备已完成进口替代，代表供应商包括连城数控、高测股份、上机数控等。①连城数控深度绑定隆基，近年来致力于开拓更多隆基以外客户；②高测股份 GC700X 金刚线晶硅切片机通过轴距变化可满足多规格光伏硅片尺寸切割需求，兼容 16X/18X/21X/22X/23X 硅片尺寸切割要求；③上机数控在高硬脆材料专用加工设备基础上，于 2019 年将业务进一步延伸至光伏单晶硅的生产与销售。2021 年 10 月，弘元新材三期 10GW 单晶配套切片项目实现首根 210MM 单晶方棒的切片加工，标志着项目正式进入运行阶段。

切割设备主要供应商比较：①市占率：市占率角度看，上机数控、高测股份、连城数控占比靠前。相较于光伏供应链其他环节的设备供应商，切割设备的头部集中度整体较为分散，基本属于平分天下的格局。发展趋势来看，在“薄片化”、“大硅片”方向上技术储备抢占先发优势的供应商未来具备更好的成长潜力。②市场规模：基于行业头部玩家的年收入规模，光伏切割设备年需求随着下游扩产景气度而相应变化。由于收入相较于订单有约 6-9 个月的滞后期，我们大致判断认为 2017 年~2019 年行业扩产较为平稳，2020 年起行业进入新一轮扩产大周期，景气度目前仍在延续。③盈利能力：比较主要供应商销售毛利率变化情况，近年来行业整体呈现逐步下降的趋势。2021 年上半年，连城数控、上机数控、宇晶股份、高测股份切割设备销售毛利率分别为 23.68%、 12.06%、27.75%、33.15%，分别较 2018 年年度毛利率下降 19.89pct、37.14pct、7.86pct、7.72pct，符合光伏行业普遍的盈利能力变化趋势。
2.3.3 设备空间测算：中性场景假设下预计 2022 年硅片设备市场空间 248 亿元
2.3.3.1 预计 2022 年硅片扩产规模超过 180GW
2022 年硅棒/硅片扩产仍将位于景气高位。根据我们的统计，就目前已公布的数据来看，扩产规模已经超过 180GW，而 2021 年预计在 150GW 左右。影响 2022 年硅片行业扩产景气度的因素主要包括：①上游多晶硅原材料价格；②硅片企业自身盈利性；③新老玩家在行业大扩产背景下预期市占率的考量等。我们认为其中硅片企业自身盈利性是核心。另一方面，根据 PV infoLink 的预测，2022 年以后大硅片产量将超过 70%，大硅片趋势下大量 M6（166）硅片需求面临萎缩，成为被迫退出市场的无效产能。
2.3.3.2 中性场景测算
我们分为中性场景与乐观场景分别就 2021 年~2022 年硅片设备市场空间作出测算。
本小节先讨论中性场景：
假设条件：
硅片新增规划产能：根据我们的统计，2022 年已规划待建硅片产能约 187.5GW，高于 2021 年。全年来看计划扩产的项目是否能够顺利推进，我们认为可能性包括：（a）超出预期：假设上游多晶硅料价格逐步松动，考虑到目前仅为刚开年，不排除全年扩建规模进一步上修的可能性。（b）低于预期：上游硅料价格不降反升，原材料的可得性并未出现同比改善，对于硅片企业而言积极推进新项目的意愿将有所减弱。中性场景下，我们假设 2022 年项目落地率为 85%，即行业扩产 160GW。

测算结论：
①隆基+中环硅片市占率：预计 2021 年~2022 年隆基+中环硅片市占率分别为 54%、51%，呈现逐年递减趋势，主要由于 2020 年以来硅片扩产一方面来自存量玩家，另一方面新势力的扩产势头同样强劲。
②大尺寸硅片市占率：预计 2021 年~2022 年大尺寸硅片市占率分别为 44%、60%，呈现快速扩张态势。在新增产能上，基本全部为大尺寸硅片。
③硅片设备市场空间：预计 2021 年~2022 年硅片设备市场规模分别为 232 亿元、248 亿元。其中，单晶炉市场规模 185 亿元、197 亿元；切片机市场规模 27 亿元、29 亿元。就设备采购口径而言，2022 年相较于 2021 年仍然为扩张年。
2.3.3.3 乐观场景测算
本小节讨论乐观场景：
假设条件：
①硅片新增规划产能：在中性场景基础上，我们假设 2022 年硅料价格随着供给的逐步提升有所松动，并于 2022 年下半年左右逐渐迎来降价的加速。在此前提下对于 2022 年扩产规模进行上修：基于已规划待建硅片产能约 187.5GW，假设落地率 100%的同时，进一步假设全年有约 20GW 新规划项目发布并进入建设采购阶段。
②硅片新增建成产能：考虑到硅片项目全年的建设时间分布差异较大，且有 1 年左右的建设周期，我们假设 T 年新增扩产计划将分别于 T+1 年、T+2 年投产 50%、50%。
③半片工艺对于切片环节设备需求的变化：考虑到“大硅片”“薄硅片”需要引入半片，对于切割设备的需求将有所改变。假设 2022 年切片机需求量在中性场景模型假设前提下，引入 1.5 的调整系数。
测算结论：
硅片设备市场空间：考虑半片需求、存量硅片产能加速出清因素，预计 2021 年~2022 年硅片设备市场规模分别为 232 亿元、340 亿元。其中，单晶炉市场规模 185 亿元、256 亿元；切片机市场规模 27 亿元、57 亿元。

3. 光伏上游设备投资分析

我们强调光伏上游硅料硅片环节的扩产特点有别于传统周期行业，原因基于：①战略维度：光伏中长期视角的高成长性是其有别于传统周期行业（以上游原材料行业为主）的本质区别，面对巨大的潜在需求，行业玩家的扩产决策将更多考虑中长期维度市场份额的获得以及规模效应下成本优势的体现，扩产持续性有望超预期。 ②技术维度：包括能耗、工艺、尺寸等在内的各类技术升级，最终目的均指向对于更低单位成本的追求。目前行业正处于 N 型替代 P 型电池的初期阶段，行业技术革新面临前所未有的机遇，在技术高速迭代的过程中对于设备的加速折旧是较为普遍的现象。
就目前已经宣布的硅料、硅片产能扩张计划来看，我们认为 2022 年硅料硅片设备具备进一步超预期的可能性，并且从中长期战略维度与技术维度来看，碳中和背景下，光伏从政策驱动加速向需求驱动演变，行业的高成长、高技术迭代属性有望带来设备投资的不断超预期。
3.1 英杰电气
公司为国内综合性工业电源领域实力最具竞争力的供应商之一，下游涵盖光伏、泛半导体、冶金等。短期来看，多晶硅还原炉电源、单晶炉电源将充分受益下游大扩产。2021 年公司光伏新增订单实现高增长，为 2022 年业绩提供有力保障。我们统计认为 2022 年上游，尤其是硅料环节仍然是扩产大年，公司该领域市占率 60%~70%，业绩弹性可期。后续来看，公司正与客户合作研发光伏电池设备电源，核心零部件可谓是光伏领域国产化最后一座堡垒，核心赛道上已具备一定先发优势。
泛半导体领域产品线丰富，目前占比最大产品为 MOCVD 配套直流电源，装配于刻蚀机的射频电源样机也已交付客户，进口替代进行时。此外，蓝宝石炉电源、碳化硅炉电源、钻石生长炉电源等均实现批量供货，下游客户覆盖范围不断扩充。
3.2 连城数控
成立于 2007 年，是全球领先的光伏与半导体设备制造商。专注光伏和半导体产品制造和解决方案，从晶体生长、切磨加工、湿法制绒到光伏电池工艺，为光伏事业提供全产业链的设备和自动化全方位的服务。 2008 年连城研制出我国第一代具备自主知识产权的多线切割机；2013 年公司业务由光伏行业向半导体行业进一步延伸，收购了美国 500 强公司斯必克旗下拥有 60 年历史的凯克斯单晶炉事业部；2014 年单晶炉产品实现销售； 2018 年推出新型超导磁场单晶炉，具备半导体 12 英寸单晶炉生产能力。
子公司方面，①控股公司艾华（无锡）半导体科技有限公司产品主要应用于半导体薄膜外延生长，核心研发团队在光伏、半导体材料领域深耕多年。②参股光伏与半导体湿法设备供应商上海釜川智能科技股份有限公司。③参股公司拉普拉斯成立于 2016 年 5 月，2017 年推出首款 LPCVD 中试产品，致力于成为光伏高端装备与解决方案提供商及引领者。目前公司核心产品以热制程（扩散、氧化、退火等）；镀膜（PECVD、LPCVD、 ALD 等）；以及配套自动化设备为主。
3.3 高测股份
成立于 2006 年 10 月，主要从事高硬脆材料切割设备和切割耗材的研发、生产和销售，产品主要应用于光伏行业硅片制造环节。基于公司自主研发的核心技术，公司正在持续推进金刚线切割技术在光伏硅材料、半导体硅材料、蓝宝石材料、磁性材料等更多高硬脆材料加工领域的研发和产业化应用，助力客户降低生产成本、提高生产效率、提升产品质量公司主要从事高硬脆材料切割设备和切割耗材的研发、生产和销售，产品主要应用于光伏行业硅片制造环节。
2021 年公司加快硅棒与硅片产业化项目拓展步伐，包括 5GW 光伏大硅片研发中心及智能制造示范基地项目、乐山 20GW 光伏大硅片及配套项目、建湖 10GW 光伏大硅片项目，合计规划产能达到 35GW。其中，①光伏大硅片研发中心及智能制造示范基地目前客户包括通威、美科等。②乐山 12GW 机加及配套项目、乐山 6GW 光伏大硅片及配套项目合作客户为京运通。根据公司测算，乐山 12GW 机加及配套项目预计投产后实现营业收入均值 9,767 万元；6GW 光伏大硅片及配套项目预计实现营业收入均值 2.9 亿元，净利润 3,030 万元。③建湖 10GW 光伏大硅片项目一期（5GW）于 2021 年 9 月开工建设，建设周期 12 个月，预计将于 2022 年投产。
随着 N 型电池产业化的渐行渐近，大尺寸与薄片化成为硅片发展的重要方向，未来切片良率具备进一步提升空间。公司与爱康科技签订战略合作协议，共同探索 HJT 大尺寸硅片半片、薄片的切片技术研发与规模量产。根据规划，双方将逐步实现 HJT N 型大尺寸硅片厚度从 150μm 向 120μm、90μm 的降本路径。同时，公司 GC700X 切片机采用可变轴距设计，适用于硅片大尺寸、薄片化趋势。目前，公司已具备 210 硅片 150μm 厚度硅片批量化生产能力。公司持续推进金刚线切割技术在光伏硅材料、半导体硅材料、蓝宝石材料、磁性材料等高硬
脆材料加工领域产业化应用。金刚线切割技术的发展趋势主要为细线化、高速化。公司目前已实现线径 38μm 与线径 40μm 金刚线的销售，正在对下一代更细线径产品做研发储备。凭借“一机 12 线”技改预计 2022 年公司金刚线产能将得到大幅提升，缓解产能瓶颈。
创新业务设备类产品方面，公司蓝宝石金刚线切片机、磁材单线切割机、磁材多线切割机（厚片）、磁材多线切割机（薄片）、半导体单体/多线截断机、半导体金刚线晶硅切片机成功推向市场并实现销售。截止到 2021 年上半年，公司创新业务设备类产品在手订单为 2,524 万元。创新业务耗材类产品方面，半导体切片专用金刚线、半导体倒角砂轮、蓝宝石细线化切割专用金刚线、蓝宝石倒角砂轮、磁材专用金刚线等实现规模销售。报告期内，公司创新业务收入实现量级增长。
3.4 晶盛机电
创建于 2006 年 12 月，相继开发出具有完全自主知识产权的全自动单晶生长炉、多晶铸锭炉、区熔硅单晶炉、蓝宝石炉、碳化硅炉等晶体生长设备。在半导体产业实现 8-12 英寸大硅片制造用晶体生长及加工装备的国产化，并取得半导体材料装备的领先地位；成功掌握国际领先的 700kg 级超大尺寸泡生法蓝宝石晶体生长技术，蓝宝石材料业务具备较强的成本竞争力并逐步形成规模优势。
近年来，晶盛机电围绕硅、碳化硅、蓝宝石三大主要半导体材料开发出一系列关键设备，并适度延伸到材料领域。（报告来源：未来智库）
①在硅材料领域，公司开发出了应用于光伏和集成电路领域两大产业的系列关键设备，包括全自动晶体生长设备（单晶生长炉、区熔硅单晶炉、多晶铸锭炉）、晶体加工设备（单晶硅滚磨机、截断机、开方机、金刚线切片机等）、晶片加工设备（晶片研磨机、减薄机、抛光机、外延设备、LPCVD 设备等）、叠瓦组件设备等；这其中，光伏单晶炉和加工设备领域，公司目前是市场龙头，占据 7 成以上份额。在上机数控、京运通、高测股份等一批设备厂商逐渐切入下游布局之后，公司是最后两家专注于硅片材料设备本身的公司之一，并且具有极强的竞争优势。在半导体 8-12 寸大硅片设备领域，公司产品在晶体生长、切片、抛光、外延等晶片材料环节已基本实现 8 寸设备的全覆盖和国产化替代，12 寸长晶设备及部分加工设备也已实现批量销售，产品质量已达到国际先进水平。
②在碳化硅领域，公司的产品主要有碳化硅长晶设备及外延设备。这其中，公司碳化硅外延设备已通过客户验证，同时在 6 英寸碳化硅晶体生长、切片、抛光环节已规划建立测试线，以实现装备和工艺技术的领先，加快推进第三代半导体材料碳化硅业务的前瞻性布局；
③在蓝宝石领域，公司可提供满足 LED 照明衬底材料和窗口材料所需的蓝宝石晶锭和晶片。这其中，公司与蓝思科技合作，成立宁夏鑫晶盛电子材料公司，从事蓝宝石材料的生产及加工，为蓝宝石材料在消费电子应用领域的规模应用提前布局。目前宁夏鑫晶盛的建设工作有序推进中，厂房建设和设备进场按预期计划顺利进行。
④同时，公司还建立了以高纯石英坩埚、抛光液及半导体阀门、管件、磁流体、精密零部件为主的产品体系以配套半导体关键零部件、辅材耗材方面的需求。
3.5 双良节能
公司的多晶硅还原炉的市场份额国内第一，第二代 40 对棒还原炉是目前国内的主导炉型，制造的世界上最大炉型的还原炉已经交货并调试运行，大尺寸硅片的一期投资规模 20GW。针对多晶硅扩产浪潮，公司为行业提供更高端、高效的还原炉及其模块，溴冷机、空冷系统、换热器等产品也将快速切入多晶硅行业。公司与多晶硅供应商通威股份和四川永祥、新疆大全、新特能源、东方希望、亚洲硅业等开展良好合作。
公司在包头投资设立双良硅材料（包头）有限公司，作为 GW 级大尺寸单晶硅棒、硅片项目的投资运营主体，一期项目总投资 70 亿元，建成年产 20GW 拉晶、20GW 切片项目。一期 20GW 单晶硅项目的建设已接近完成，2022 年 1 月 28 日，公司审议通过《关于对外投资并拟签署包头单晶硅二期项目合作协议的议案》，拟与包头市稀土高新区签署《双良节能系统股份有限公司包头 40GW 单晶硅二期项目（20GW）合作协议》，启动二期项目（20GW）的投资建设规划，总投资 62 亿元。二期项目建设期两年，投资运营主体仍为当地项目公司双良硅材料（包头）有限公司。
3.6 科新机电
致力于压力容器及成套装置研究、开发、制造的高新技术企业，主要服务于石油、化工、电力、清洁能源、生物制药等行业。公司生产的产品为过程装备设备，主要类别分为石油化工重型压力容器、核电核化工及军工设备、常规电站辅机设备等。具体典型代表产品有：单层厚板重型容器、整体包扎设备、锻焊设备、大型反应器、大型热交换器、塔器、常规电站高加、低加、核电核化工及军工等设备。公司生产的设备广泛应用于炼油、化工、电力、冶金、清洁能源等下游企业的项目配套建设，用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程。
公司拥有军用和民用核安全机械设备制造资质和多种放射性核燃料运输容器制造资质、A1 和 A3 压力容器设计资质、A1(含现场大型设备)制造资质、GC1 压力管道安装资质、美国 ASME U 及 U2 压力容器设计制造及安装资质。 2022 年 1 月，公司承制的 20 余台塔器设备于内蒙古新特一期 10 万吨高纯多晶硅绿色能源循环经济建设项目项目现场成功实现现场组焊。该批塔器最高 78 米，最大直径 4 米，材质为 Q345R、S31603 或 Q345R+S31603，单个设备最大重量 210 吨，由厂内分段预制，安装现场立式组焊。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】。