市場(chǎng)機(jī)遇-熱場(chǎng)大尺寸化
碳/碳熱場(chǎng)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(chǎng)材料,在2016年之前,能滿足拉制的要求。但隨后,碳/碳熱場(chǎng)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(chǎng)大尺寸化的趨勢(shì),而碳/碳復(fù)合材料為熱場(chǎng)大尺寸化提供了可能。大尺寸熱場(chǎng)部件產(chǎn)品對(duì)單晶硅棒的直徑大型化發(fā)展起到支撐作用;
2、碳/碳復(fù)合材料熱場(chǎng)部件較大程度提高拉晶熱場(chǎng)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(duì)節(jié)能降耗起到較大促進(jìn)作用。相較于傳統(tǒng)石墨熱場(chǎng),碳/碳熱場(chǎng)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(chǎng)。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(zhǎng),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)。
作為耗材,隨著光伏新增裝機(jī)增長(zhǎng),下游企業(yè)對(duì)熱場(chǎng)產(chǎn)品的需求也將持續(xù)增長(zhǎng)。從2013年以來(lái)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(shuō)明書(shū)、募集說(shuō)明書(shū)滲透率測(cè)算數(shù)據(jù),結(jié)合碳/碳熱場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì),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(chǎng)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
而隨著N型電池的發(fā)展,N型硅片的需求將增長(zhǎng)。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(chǎng)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^(guò)50%。關(guān)鍵耗材依賴進(jìn)口的問(wèn)題將制約行業(yè)發(fā)展,因此后續(xù)國(guó)產(chǎn)碳/碳熱場(chǎng)將進(jìn)一步替代進(jìn)口的等靜壓石墨產(chǎn)品,碳/碳熱場(chǎng)滲透率將繼續(xù)提升。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(chǎng)的成本構(gòu)成來(lái)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(lái)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(guó)外對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行封鎖,目前國(guó)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(niǎo)與龍頭。
此外,晶硅爐熱場(chǎng)用碳材料在硅蒸汽中易受到腐蝕。硅蒸汽主要通過(guò)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(wèn)題。
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(lái)制造高溫?zé)釄?chǎng)部件,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。
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