創(chuàng)投旗艦店 | 光伏新材料投資機會分析——間隙導光膜材料

　　如果您對文章有更深入的見解與想法，可以聯(lián)系本文作者：南京市創(chuàng)新投資集團投資二部 童君 tongj@njicg.com

 

　　一、2024年光伏行業(yè)總體發(fā)展情況

 

　　01.周期性增速放緩,行業(yè)長期增長趨勢不變

　　國際市場，根據(jù)Trend Force集邦咨詢數(shù)據(jù)，2024年全球光伏新增裝機量的中性預期為474GW，同比增長16%，與2023年59%的增速相比，增幅明顯大幅放緩。

　　國內(nèi)市場，根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，2024年上半年，光伏新增裝機102.48GW，同比增長30.7%，較2023全年增幅顯著收窄;InfoLink Consulting預計，2024年中國光伏需求約在240-260GW之間，雖成長幅度遠不如去年，但仍可維持4-13%的增長。

　　02.產(chǎn)品單價大幅下跌,促使過剩產(chǎn)能加速出清

　　隨著2023年的擴產(chǎn)計劃大規(guī)模落地后，疊加全球需求端增長放緩，階段性的產(chǎn)能過剩導致光伏全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品單價大幅下行。上游N型硅料價格從2023年高點的約20萬元/噸跌破4萬元/噸;中游TOPCon電池片從約0.8元/W跌至約0.28元/W;下游N型組件價格從近2元/W跌至約0.7元/W。

　　03.政策層面出口退稅率下調(diào),引導行業(yè)健康發(fā)展

　　2024年11月15日，財政部、國家稅務總局公告將部分光伏產(chǎn)品出口退稅率由13%下調(diào)至9%，自2024年12月1日開始實施。這一政策調(diào)整涉及硅片、電池、組件等光伏產(chǎn)品，預計將推高出口電池和組件的成本，短期將直接減少光伏企業(yè)利潤，但亦有望加速行業(yè)內(nèi)的優(yōu)勝劣汰，促進光伏供給改善。

　　04.技術創(chuàng)新,打造新質(zhì)生產(chǎn)力

　　光伏行業(yè)從初始發(fā)展至今從未停止技術創(chuàng)新、迭代，這也是光伏行業(yè)即便經(jīng)歷了多輪大周期起伏，依然能保持強大活力的內(nèi)在原因。2024年，頭部企業(yè)持續(xù)從原材料、電池片、制造工藝、組件設計等各維度提升電池轉換效率，打造新質(zhì)生產(chǎn)力。經(jīng)歐洲太陽能測試機構(ESTI)認證，隆基綠能研制的晶硅-鈣鈦礦疊層太陽電池光電轉換效率高達34.6%;經(jīng)國際權威第三方測試機構認證，隆基自主研發(fā)的TBC電池光電轉換效率達到了27.00%;經(jīng)德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)認證，隆基自主研發(fā)的HBC電池光電轉換效率達到 27.30%;經(jīng)國家光伏產(chǎn)業(yè)計量測試中心認證，晶科能源TOPCon認證轉換效率最高達到26.89%。

　　綜上所述，盡管2024年光伏行業(yè)整體處于周期性下行期，面臨階段性產(chǎn)能過剩和價格大幅下跌的挑戰(zhàn)，但長期來看，追求清潔能源、驅(qū)動光伏行業(yè)增長的邏輯并未改變，業(yè)界堅持技術創(chuàng)新、銳意進取的初心并未改變。相信隨著產(chǎn)能出清和供需結構的改善，光伏行業(yè)將迎來新的拐點。

 

　　二、光伏技術創(chuàng)新分析

 

　　降本增效是光伏行業(yè)發(fā)展的長期主題，技術創(chuàng)新大致可分為兩類：

　　(1)電池片技術創(chuàng)新。從多晶硅電池片發(fā)展至單晶硅，單晶硅電池片由于其晶體結構的完整性和純度較高，電子和空穴的復合率較低，因此光電轉換效率更高;從P型電池片發(fā)展至N型，N型電池片的少數(shù)載流子壽命顯著高于P型電池，能夠極大提升電池的開路電壓和短路電流，帶來更高電池轉化效率;從正面柵線電池片發(fā)展至全背電極接觸(BC)，由于BC電池片的金屬電極都設置在背面，前表面沒有任何柵線遮擋，擁有100%的受光面積，最大化利用照射到其表面的太陽光。

　　(2)組件技術創(chuàng)新。雙面雙玻組件替代普通組件增加了背面發(fā)電;POE膠膜封裝替代EVA，由于POE膠膜的水汽透過率遠低于EVA膠膜，大幅提升了光伏組件的耐候性;透明背板替代玻璃背板，大幅減輕組件重量，降低運輸和安裝過程中的成本。

　　隨著N型TOPCon電池片替代P型PERC電池片，完成了一輪主線技術的迭代，疊加本輪光伏全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品價格大幅下滑，當下光伏降本增效進入了精細化階段，轉化效率的提升進入了每年0.1%量級、成本競爭亦進入了幾厘錢每瓦的階段。

 

　　三、間隙導光膜材料行業(yè)分析

 

　　硅基光伏組件是由電池片鋪放在玻璃背板上，再進行串并聯(lián)。因此，電池片的片間和串間存在1-4mm的間隙空間，這些間隙占光伏組件3-10%的面積，照射到這些間隙的陽光直接穿透組件，造成了光能的浪費。為了提高光能利用率，業(yè)界開始采用鍍釉網(wǎng)格玻璃方案或者間隙導光膠膜方案，將間隙處的陽光重新反射至電池片表面，進行吸收、發(fā)電，精細化的提升組件功率。

　　1、間隙導光膜技術原理

　　間隙導光膜的基本工作原理如圖1左側所示。將間隙導光膜貼在背板玻璃上，位于電池片間或串間，電池片間隙部分的太陽光照射在間隙膜的微棱鏡結構上，被定向反射至正面玻璃，再利用玻璃和空氣界面的全反射原理，將光線反射回電池片表面被吸收發(fā)電，使得光線得到二次利用。圖2展示了用激光照射在間隙導光膜處，光線被反射至電池片表面的情形。

　　間隙導光膜的基本結構如圖1右側所示。間隙膜以PET為基膜，在一側涂覆熱熔膠，以便使用時黏貼于背板玻璃;在另一側涂覆樹脂，并通過模具壓印的方式加工形成特殊的微棱鏡結構，為了取得更好的導光效果，通常會在微棱鏡表面蒸鍍金屬層，以加強反光效率。最后，為了降低貼膜后金屬鍍層造成電池片短路的潛在風險，可以在金屬鍍層表面涂覆透明絕緣層，起到保護作用。圖3展示了間隙導光膜成卷后的產(chǎn)品形態(tài)。

　　圖1：間隙導光膜原理及結構示意圖

 

　　圖2：間隙導光膜應用實物圖

 

　　圖3：間隙導光膜實物圖

 

　　2、間隙導光膜技術壁壘

　　從技術上看，間隙導光膜的壁壘分為以下幾個方面：

　　2.1光學結構設計

　　間隙導光膜的微結構需要精確控制以最大化光的反射和折射，從而提高光能的利用率。這涉及到復雜的光學模擬和設計，以確保光線在組件內(nèi)部的傳播和吸收達到最佳效果。具體來說，關鍵是微棱鏡的尺寸、形狀、角度等，都需要經(jīng)過大量的光學模擬、實驗測試等。在這方面的技術探索和產(chǎn)業(yè)化實踐，美國3M公司處于全球領先的水平。

　　2.2材料的選擇與改性

　　間隙導光膜的性能很大程度上也取決于其材料的選擇和改性。(1)背面膠黏層，除了選擇較好的主體樹脂外，還需要經(jīng)過耐高溫接枝改性、添加交聯(lián)劑、光穩(wěn)定劑、交聯(lián)助劑和偶聯(lián)劑等助劑，使其不但具備良好的膠黏強度，并且在層壓過程不積聚氣泡、不產(chǎn)生滑移，以及在組件老化過程中保持良好的透明性和耐溫耐濕性能，熱斑不脫層、UV不黃變。(2)樹脂棱鏡，作為導光膜的主要功能層，為了實現(xiàn)良好的可加工性、出色的耐溫性能和耐老化性能，需要嘗試不同的配方，引入多官能基團，并且合理控制涂層樹脂的交聯(lián)度。

　　2.3精密加工工藝

　　間隙導光膜從基膜到成品需經(jīng)過多道工藝步驟，且需大量的專用設備。各膜層厚度都在幾微米到幾十微米，涂布精度要求高、尺寸大，累計誤差要求高，涂布質(zhì)量難控制。其中，5-10微米級別的斜紋微棱鏡工藝難度最高。此外，金屬鍍膜工藝需多道材料和設備配合，高密度高耐候保證。窄帶分切工藝也是行業(yè)獨有的精密分條工藝，在保證質(zhì)量和加工精度的同時需兼顧成本。

　　3、間隙導光膜方案經(jīng)濟性分析

　　實際上，組件的片間串間光能利用問題早就被業(yè)界關注和嘗試解決了，在近些年已發(fā)展出鍍釉網(wǎng)格玻璃方案、金屬間隙導光膜方案、非金屬間隙導光膜方案等。

　　(1)間隙導光膜方案VS.普通玻璃方案

　　以590W功率的72片電池片組件為例，組件尺寸約為2.58平方米，按片間距、串間距都為1.5mm匡算，則間隙面積約為0.05平方米，占比約2%。根據(jù)理論模擬及實驗數(shù)據(jù)，使用金屬間隙導光膜方案對比普通玻璃方案，可以使組件功率提升1.5%左右，即約9W的功率提升。按組件0.8元/W的價格計算，則相當于每塊組件增加了7.2元的銷售收入。

　　由于間隙膜的分切精度限制，過窄的間隙膜加工難度大幅提升，經(jīng)濟性不佳，因此若按4-5mm寬度匡算，則每塊組件需采用間隙膜面積約為0.15-0.2平方米。按金屬間隙導光膜20元/平方米的價格計算，則相當于每塊組件增加了3-4元的成本。(注：以上數(shù)據(jù)均為公開信息或?qū)＜以L談獲取的匡算數(shù)值)。

　　(2)間隙導光膜方案VS. 鍍釉網(wǎng)格玻璃方案

　　在背板玻璃上涂覆網(wǎng)格狀的陶瓷釉，從而在電池片的片間、串間形成網(wǎng)格狀導光區(qū)，亦是一種提升間隙處光能利用率的方案，而且先于間隙膜導光膜方案取得了規(guī)模性的推廣使用。由于技術成熟度較高，疊加本輪光伏產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品全線大幅降價，目前采用鍍釉網(wǎng)格玻璃方案對每塊組件成本增加約為3元，略低于間隙導光膜。

　　然而，光線照射在陶瓷釉面上形成的是漫反射，反射效率要低于間隙導光膜方案形成的定向反射。因此間隙導光膜比起鍍釉網(wǎng)格玻璃，對每塊組件可以多提升約3W的功率，即增加2.4元的銷售收入。

　　并且，鍍釉網(wǎng)格玻璃由于涂覆釉料后鋼化加工過程中產(chǎn)生的應力，使其在耐沖擊性能方面表現(xiàn)要弱于間隙導光膜方案。尤其在光伏玻璃薄化的趨勢下，使用間隙導光膜方案的組件，在運輸、安裝以及實際運用過程中，爆板率降低、可靠性提升。

　　(3)金屬間隙導光膜方案VS.非金屬間隙導光膜方案

　　若采用間隙導光膜方案，目前有鍍鋁的金屬導光膜和無金屬鍍層的導光膜兩類產(chǎn)品。根據(jù)公開信息，由于金屬層具備更高的導光效率，金屬間隙導光膜方案對每塊組件的功率提升要比非金屬方案高出3W以上，相當于增加2.4元以上的銷售收入;但成本亦要高出1.5元以上。整體來看，金屬膜的綜合收益是高于非金屬膜的，尤其在組件廠追求更高功率的大環(huán)境下，或?qū)⑹歉鼉?yōu)的選擇。

　　(4)新一代間隙導光膜方案

　　間隙導光膜作為新的規(guī)模化使用于光伏組件的材料，技術迭代、性能優(yōu)化也在持續(xù)進行。除了在尺寸上追求更窄、更薄，在材料上追求更耐久，在結構上也出現(xiàn)了下一代創(chuàng)新產(chǎn)品。如圖4所示，為了進一步提升間隙導光膜對光能的利用效率，新一代“雙構型”產(chǎn)品應運而生。在PET基膜的上下表面都涂覆、加工形成微棱鏡導光結構，增加背面棱鏡結構從而將部分透射光線傳導至電池片下表面，將更適用于雙面組件功率的提升。

　　圖4：新一代“雙構型”間隙導光膜結構圖

 

　　4、相關企業(yè)介紹

　　間隙導光膜技術由國際知名新材料企業(yè)美國3M公司率先開發(fā)，國內(nèi)光伏組件廠商于近兩年逐步導入、批量化使用。由于我國光伏產(chǎn)業(yè)整體實力處于全球領先，加之競爭尤為激烈，因此新技術、新材料的產(chǎn)業(yè)化還是看國內(nèi)廠商。根據(jù)公開信息，我們整理了間隙導光膜產(chǎn)品的主要供應商介紹，如下表1。

表1：間隙導光膜相關企業(yè)

　　

　　信息來源：公司官網(wǎng)、公開信息整理

 

　　四、其他光伏新材料投資機會探討

　　光伏產(chǎn)業(yè)近二十年的飛速發(fā)展，技術的持續(xù)創(chuàng)新是主要的內(nèi)生驅(qū)動力。即便在當下光伏產(chǎn)業(yè)處于周期性低谷階段，光伏新技術、新材料依然層出不窮，或許恰是逢低投資布局的時機。

　　(1)0BB膠水

　　0BB技術通過消除電池片的主柵，顯著減少了銀漿單耗，降低了制造成本;并且減少了電池片表面的遮光面積，增加了受光面積，進而提高了電池片的發(fā)電效率，正在成為光伏行業(yè)的主流技術之一。“焊接+點膠”作為實現(xiàn)0BB技術的主要方案之一，具有設備兼容度高、附著力強、耐熱性好的優(yōu)點，取得了較快的產(chǎn)業(yè)化進展。

　　相應地，適配0BB技術的UV固化膠水材料，是未來的投資方向之一。

　　(2)BC絕緣膠

　　BC電池通過將電池的正面電極轉移到背面，有效減少了遮擋和反射，從而提高了光電轉換效率。BC技術作為一項平臺型技術，既可以和TOPCon結合形成TBC電池，也可以和HJT結合形成HBC技術，因此也被認為是硅基光伏的主要發(fā)展方向。由于電池片背面的電極排布更加密集，為保證不同極性柵線間的絕緣，避免短路，需要在焊帶工序前，引入優(yōu)異的耐高溫、耐老化和電絕緣性能良好的保護膠材料。

　　相應地，適配BC技術的高溫絕緣膠材料，是未來的投資方向之一。

　　(3)鈣鈦礦電池

　　鈣鈦礦電池作為第三代太陽能電池，被認為是具備顛覆式創(chuàng)新性的明星技術，近年來取得了耀眼的進展。鈣鈦礦電池利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料，具有轉換效率高、制備工藝流程短、降本空間大等優(yōu)勢。當前鈣鈦礦電池尚處于產(chǎn)業(yè)化早期階段，但巨大的發(fā)展?jié)摿κ怯泄沧R的。

　　相應地，適配鈣鈦礦電池技術的添加劑、新型封裝材料等，亦是未來的投資方向之一。

　　上述僅列舉了眾多光伏創(chuàng)新技術帶來的部分新材料投資機會，更多技術和投資方向期待有機會能與業(yè)界專家和投資界同仁共同探討。

 

 

　　來源：投資二部 童君

　　審核：薛瑤

　　發(fā)布：尤異