電池迭代拉長細線化升級周期
中金 | 光伏金剛線：電池迭代拉長細線化升級周期
原創 白鷺苗雨菲張梓丁 中金點睛 2023-09-04 07:41 發表于北京
中金研究
隨著電池新技術滲透下的硅片大尺寸、薄片化以及高質量趨勢，我們看好線徑更細、切割能力更強的鎢絲金剛線或逐步完成對于原有碳鋼絲金剛線的替代，帶動光伏金剛線行業迎來量價齊升的有利格局以及鎢絲金剛線布局領先企業的投資機會。
Abstract
摘要
金剛線是硅片切割主要耗材，電池新技術推動金剛線細線化與鎢絲替代。金剛線可用于硅棒的截斷、開方以及硅片的切割，其中硅片切割對金剛線的需求量最大、性能要求也最高，金剛線對于切割出片數、硅片質量等均有影響。隨著N型電池新技術的滲透，其130μm以下（P型平均150μm）的硅片厚度要求金剛線擁有更細的線徑，否則硅粉損耗占比的提高將導致硅片成本的提高。然而，碳鋼絲金剛線在線徑降低后的強度不足，又引發出頻繁斷線、切割質量差等問題，我們認為此時鎢絲金剛線憑借同等線徑下更高的強度或成為金剛線替代的優選。
鎢絲金剛線切割N型薄片已初步具有經濟性，后續關注成本優化。使用更細的鎢絲金剛線可以提高出片數從而增加收入，但也因為鎢絲金剛線價格更高以及冷卻液耗量提高而增加成本，根據我們測算，在當前硅料價格79元/公斤下，使用鎢絲金剛線切割N型182尺寸、130μm硅片已具有經濟性，而切割相同規格的P型硅片則經濟性略差。鎢絲金剛線價格是影響其切割經濟性的核心因素，此前的高價主要是由于鎢絲母線價格高，我們認為后續有望隨母線成本降低和規模提升而不斷降低。
金剛線行業迎來量價齊升，鎢絲金剛線布局領先的企業有望受益。金剛線一方面受益于全球光伏硅片需求的提升，另一方面鎢絲金剛線也使得產品單價出現拐點，呈現出量價齊升態勢，我們預計2023年金剛線市場規模113億元，到2025年有望達到178億元，2022-2025年CAGR將達到34%。出于鎢絲金剛線生產工藝與碳鋼絲金剛線相似但母線成本高的特性，我們認為產能規模大（降低非原材料成本）以及布局鎢絲母線自供（降低原材料成本）的企業能夠在鎢絲金剛線替代浪潮中占得先機，享受行業量價齊升紅利。
風險
原材料價格及供給波動風險，終端需求不及預期，鎢絲降本及替代進展不及預期，行業競爭加劇風險。
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Text
正文
光伏金剛線：硅片切割用主要耗材
金剛線廣泛用于硬脆材料切割，光伏領域主要用于硅棒截斷、開方、切片
金剛線又稱金剛石線，是一種用于硬脆材料切割的耗材。金剛線是通過一定的方法，將金剛石微粉顆粒以一定的分布密度均勻地固結在高強度母線基體（高碳鋼絲/鎢絲）上制成的，其主要由母線、鎳鍍層和金剛石微粉顆粒構成，其中母線作為承載基體，金剛石微粉顆粒作為磨粒刀具，鎳鍍層作為結合劑將金剛石微粉顆粒固結在母線上。通過金剛線切割機，金剛線與物件間進行高速磨削運動，從而實現切割的目的。
光伏領域，金剛線目前主要應用于硅片生產的截斷、開方和切片。在截斷環節，金剛線用于切除單晶硅棒頭尾形狀不規則、成分不均勻的籽晶端和非籽晶端；在開方環節，金剛線用于切除圓柱形單晶四周的邊皮料，使之成為類長方體的方棒；在切片環節，金剛線將數米長的方棒沿徑向切割為百余微米厚的單晶硅片。
圖表1：金剛線應用場景
資料來源：高測股份招股說明書，中金公司研究部
切片環節對金剛線的用量最大，線徑要求也最高。截斷和開方環節中為保證切割速度和切割效率，使用的金剛線線徑較粗，一般達到250-350μm；在切片環節，由于廠家對原材料利用率、單位切割成本的要求更高，當前用于光伏硅片切割的主流母線線徑為38-44μm，對應金剛線成品的牌號規格（并不等于實際直徑）為32-38，金剛線成品實際直徑還需加上合計約12-15μm的鎳鍍層厚度及磨粒出刃高度（即實際線徑50-65μm左右）。鎳鍍層厚度一般為金剛石微粉顆粒直徑的1/2~2/3，也即金剛石出刃高度（金剛石微粉顆粒露出最高點至鍍層的距離，）一般在金剛石微粉顆粒直徑的1/3~1/2。
圖表2：金剛線切割示意圖
資料來源：高測股份招股書，中金公司研究部
使用金剛線對硅片進行截斷、開方、切片時，大體分為布線和切割兩個步驟。
? 金剛線布線：切片機的自動排線系統首先將一根長度200-300km+左右、成品直徑50-65μm的金剛線由放線輥放出進入切割區域，均勻、精密地反復纏繞在切割區域內的 2 根主輥上，主輥上有細密的繞線凹槽，單根金剛線排布在凹槽內，并排布置成約由3,000 根、間距低于250μm的金剛線線網，然后再被收線輪從切割區域引出。金剛線直徑與線網密集程度均為微米級，因而精準排線對于金剛線管理系統提出較高要求。
?金剛線切割：在硅片切割過程中，硅棒上表面固定在切割設備中，硅棒向下緩慢移動，金剛線網的線速度在4秒內從靜止狀態加速至2,400米 /分鐘（折合144公里/小時）以上，高速持續運行約30秒后，在4秒內減速至0米/分鐘；隨后反向加速至2,400米/分鐘以上，持續運行30秒并再次減速至0米/分鐘；金剛線網通過此種往返高速運動切割硅棒，將一根硅棒切片通常耗時需60分鐘至70分鐘。
圖表3：金剛線布線示意圖
資料來源：高測股份招股說明書，中金公司研究部
圖表4：金剛線切割示意圖
資料來源：高測股份招股說明書，中金公司研究部
金剛線由母線電鍍上砂制成，原材料成本占比約65%+
產業鏈視角下，金剛線主要的生產材料包括母線、金剛石微粉、鎳及部分化學制劑，根據2022年美暢股份金剛線成本構成來看，原材料成本占比為73%，恒星科技由于母線自供率為100%，因此原材料成本占比較低為52%，綜合來看原材料成本占總生產成本的比例約為65%+。
圖表5：金剛線主要原材料
資料來源：高測股份招股說明書，原軾新材招股說明書，聚成科技招股說明書，中金公司研究部
圖表6：2022年美暢股份金剛線成本構成
資料來源：公司公告，中金公司研究部
圖表7：2022年恒星科技金剛線成本構成
資料來源：公司公告，中金公司研究部
?母線材質目前主要為鍍銅高碳鋼絲和鎢絲。在生產流程上，先將鋼絲盤條拉拔成直徑較細的黃絲，隨后將黃絲進一步拉制成微米級的母線（或采購鎢絲母線）。在2018年及以前，國內所有金剛線廠家的高碳鋼絲母線上游原材料盤條基本均來自于日本的幾家鋼鐵廠商，在2017年日本盤條價格上漲超十倍。但2019年，美暢股份與奧鋼聯特種線材成功合作研發出可用于生產金剛線的黃絲，打破了此前黃絲上游原材料盤條只能由日本廠商供應的局面，此后上游盤條對母線價格的影響較小。黃絲方面，最重要的性能參數是成材率，成材率越高，拉制母線的長度越長。鎢絲母線主要來源于廈門鎢業、中鎢高新等，鎢絲最主要的工藝參數為成材率，成材率越高對應鎢絲母線成本越低。
?金剛石微粉由金剛石裸粉通過表面金屬化處理所得。上游原材料方面，金剛石裸粉由人造金剛石磨粒經過破碎、整形處理得到。金剛石顆粒本身不導電，為了增強金剛石顆粒與母線基體結合力，提高金剛線生產環節的電鍍效率，并使得金剛石微粉在母線表面牢固均勻分布（減少團聚、疊砂現象），需要對金剛石裸粉表面進行金屬化處理，在金剛石裸粉表面鍍覆金屬鎳層，形成金剛石微粉。
圖表8：金剛線產業鏈
資料來源：美暢股份招股說明書，聚成科技招股說明書，原軾新材招股說明書，中金公司研究部
金剛線目前主流工藝為電鍍。電鍍是以金屬鍍層作為結合劑將金剛石顆粒固結在母線上，以金剛石顆粒作為刀具，母線作為承載基體，從而使金剛線在高速運動下具備切割能力，包括母線拉拔、母線預處理、金剛石微粉預處理、預鍍、上砂、加厚鍍、水洗烘干等步驟。其中，上砂是金剛線生產的核心環節。母線在能保持一定強度、不斷線的前提下，切割能力主要取決于金剛石顆粒，因此金剛線生產工藝的核心在于上砂工序。上砂后金剛線的線徑變化要在一定幅度以內，且金剛石分布要均勻，過于密集則金剛石容易堆疊在一起導致切割過程中阻力過大而斷線，過于稀疏則切割力不足。
目前主流上砂方式是復合鍍上砂。復合鍍上砂工藝首先對母線進行堿洗、水洗預處理，在母線上電鍍沉積一層金屬鎳以提升微粉顆粒與母線之間的固結強度，隨后將母線沉浸在電鍍液中，通過金屬電沉積作用將金剛石顆粒固結在母線實現上砂，并通過加厚鍍增強固結力，保證成品在實際應用中的高效切割能力，并保持生產過程的高效、連續、穩定。由于金屬電沉積作用需要一定反應時間，因此復合鍍上砂工藝在生產速度提升方面具有一定局限性，一般生產速度為20-30米/分鐘，為提升生產效率，運用復合鍍上砂工藝的金剛線廠家主要采取“單機多線”的生產工藝，且我們認為單機多線是金剛線生產降本增效的重要方式。
圖表9：電鍍金剛線生產流程
資料來源：原軾新材招股說明書，中金公司研究部
復合鍍上砂與干法上砂各有所長，單機多線復合鍍上砂為主要生產方式。根據各公司年報以及公開業績交流會，我們統計高測股份主要采用單機12線，美暢股份、聚成科技主要采用單機15線，三超新材、恒星科技主要采用單機16線，岱勒新材則可以實現單機20線生產，原軾新材目前以干法上砂工藝為主、復合鍍上砂為輔，干法上砂工藝下金剛線產品鍍層相對更薄、出刃高度更高，而復合鍍上砂工藝下金剛石微粉分散性以及均勻性相對更好、出刃高度更低進而不易劃傷硅片表面，因此兩種上砂方式各有所長，當前原軾新材干法上砂工藝主要是單機四線，復合鍍上砂為單機十二線。
圖表10：不同上砂工藝對比
資料來源：美暢股份招股說明書，高測股份招股說明書，原軾新材招股說明書，頭豹研究院，中金公司研究部
圖表11：各金剛線公司最新工藝設備
資料來源：各公司公告，各公司招股說明書，中金公司研究部
此外，黃絲拉制母線、金剛石微粉預處理通常由公司外協加工或外采，少數龍頭公司如美暢、原軾會通過向上游延伸內化部分母線、金剛石微粉的生產工序。
金剛線性能影響切片效率，關注切割能力、切割質量、斷線率三大指標
實際生產應用中，金剛線的性能指標主要可表現為以下三個方面：切割能力、切割質量、斷線率：
?切割能力：通常在體現切割效率、耐用度、線弓比大小。1）切割效率通常用單刀切割用時來表示，用時越短則切割越快，可以有效提高客戶切割設備的利用率；2）耐用度通常用單刀切割用線長度來表示，耐用度越好則越省線，能夠直接降低切割耗材成本；3）線弓比是指線鋸在切割時線鋸的彎曲程度。影響切割能力的線鋸特性主要包括線鋸表面磨粒的出刃高度、出刃率（出刃率即金剛線每毫米線圓周范圍內所有金剛石微粉顆粒數量的總和，是反映金剛線切割能力的重要指標；隨著母線線徑變細，單位母線所能固結的金剛石微粉顆粒越來越少，出刃率越低）、磨粒在線鋸表面的粘結牢固程度等。
?切割質量：主要包括劃傷、線痕、崩口、TTV（Total Thickness Variation）等。1）劃傷是指由于線鋸表面存在大的鎳瘤或者出刃高度過大的磨粒，在切割過程中將硅片劃出的明顯溝痕；2）線痕是由于團聚顆粒的擠壓在硅片上留下的切割痕跡，與劃傷直接導致硅片表面損傷不同，線痕是由于表面應力造成的痕跡，表面沒有損傷；3）崩口、TTV等主要由于虛高磨粒過多造成。除了線鋸本身的因素外，切割參數設置的不合理也會導致上述缺陷的產生。
?斷線率：金剛線在切割過程中，若抗拉強度或屈服強度不夠、切割力不夠或者切割參數與金剛線參數不協調，則經常會出現斷線，頻繁出現斷線的情形會給生產連續性帶來較大損害，影響產出進而使得硅片生產的非硅成本提高，因此金剛線的斷線率要盡量低。
圖表12：金剛線技術發展方向
資料來源：美暢股份招股說明書，高測股份招股說明書，原軾新材招股說明書，頭豹研究院，中金公司研究部
硅片薄片化降本推動金剛線細線化持續升級
硅料漲價落幕，電池P轉N將繼續推動金剛線細線化、硅片薄片化降本
硅片薄片化和金剛線細線化密不可分。從工藝角度出發，硅片厚度的降低對切割沒有明顯影響，仍然可以使用原有的較粗金剛線進行切割。然而，如果從成本角度出發，硅片切割過程中由于金剛線自身線徑的存在，導致部分硅棒被磨削為廢硅粉而損耗，因此迫切需要盡可能降低金剛線線徑；從出片數視角考慮，一根硅棒可以切出的硅片數量越多則成本越低，理論出片數量=單晶硅棒有效長度/槽距，槽距=硅片厚度+金剛線總線徑+游移量，金剛線細線化可以帶來出片數量的提高，從而降低硅片成本。
圖表13：硅片切割槽距示意圖
資料來源：CPIA，Solarzoom，中金公司研究部
電池P轉N技術迭代推動硅片薄片化降本、金剛線細線化升級周期拉長。
?過去三年，硅料價格的持續上漲放大了硅片厚度和切割損耗對于硅片成本的影響，進而加速了硅片薄片化降本和金剛線細線化進程。硅片環節中若碎片率控制得當，可以在對電池效率不產生明顯影響的情況下，通過降低硅片厚度實現降低硅成本。隨硅料價格由2020年初72元/kg持續推高至2022年末300元/kg，P型硅片厚度由2020年初的175μm降至2022年末的153μm（CPIA 2023年2月16日發布的《光伏產業發展路線圖（2022-2023年）》數據，下同）。硅片薄片化推動金剛線細線化，金剛線母線線徑由2020年初的51μm降到2022年末的37μm。細線化推動金剛線需求加速增長（線耗提升）并放大龍頭優勢。
?未來兩年，電池P轉N 迭代有望接棒硅料漲價，成為繼續推動硅片薄片化降本和金剛線細線化升級的動力。2H22以來，市場擔憂隨硅料價格回歸，硅片薄片化和金剛線細線化進程放緩，潛在帶動金剛線環節格局惡化，金剛線環節股價跑輸光伏指數24個百分點。然而，2Q23我們觀察到在硅料加速降價背景下，金剛線細線化進程仍在持續：以美暢股份為例，2Q23鎢絲金剛線出貨占比提升至12%，33、34細線徑碳鋼絲金剛線出貨占比提升至28%。我們認為，核心預期差在于電池環節P轉N迭代推動硅片薄片化持續。在N型電池非硅成本抬高的背景下，通過硅片薄片化實現硅成本下降成為必經之路。當前情況來看，P-PERC、N-TOPCon、N-HJT電池量產所用硅片厚度分別150μm、125-130μm、110-130μm；我們預計N型電池終端滲透率2023年/2024年有望實現30%+/50%+（2022A：8.9%），N型滲透率加速向上將帶動硅片平均厚度持續減薄。終局來看，根據CPIA預測，N型電池厚度有望向N-TOPCon 100μm，N-HJT 90μm發展，硅片薄片化仍有廣闊空間，帶動金剛線環節持續向好。
圖表14：P型片厚度極限降至，N型片厚度或加速下降
圖表15：2023年后金剛線細線化或放緩但趨勢持續
資料來源：CPIA《中國光伏產業發展路線圖（2022-2023年）》，中金公司研究部
高碳鋼母線線徑極限將至，奠定鎢絲母線替代中長期趨勢
金剛線總線徑受母線線徑和金剛石微粉直徑影響，金剛石微粉尺寸減小的空間十分有限，因此降低母線線徑是細線化的核心。根據計算公式，金屬絲拉斷時所承受的最大力Fb =σ*So，σ為抗拉強度，So為原始橫截面積，在金屬絲線徑降低時，橫截面積So的下降幅度高于抗拉強度σ的提高幅度，綜合的結果是金屬絲所能承受的拉力降低，降低到一定程度后切割時易導致斷線，嚴重影響生產效率。除此之外，金剛線所能承受拉力還影響切片時金剛線的緊繃程度，可承受拉力越小、緊繃程度越低，進而增加線擺，導致硅片表面一致性降低，影響產品性能。目前主流的32-38規格碳鋼絲金剛線對應母線線徑38-44μm，已接近碳鋼絲母線的產業化極限36μm。
在碳鋼絲金剛線細線化空間不足的情況下，可以用抗拉強度更高的鎢絲金剛線作為替代。鎢絲是用粉末冶金和塑性加工方法（如拉絲模拉制、電解拋光等工藝）制成的純金屬鎢或摻雜的細絲材。純鎢絲過去常用作照明電光源、電子管柵絲、發熱元件等，目前也用作金剛線母線，若對母線強度等性能有更高要求還可以使用摻雜其他元素的摻雜鎢絲。
純鎢的抗拉強度本身就高于碳鋼，若向其中摻雜其他金屬元素（如鈰、釔、鋯、鑭等），可基于固溶強化機制制成強度更高的鎢合金。因此，相同線徑下鎢絲可承受的拉力大于碳鋼絲，而更細的鎢絲也可憑借更高的抗拉強度實現與粗碳鋼絲相同的拉力承受極限，我們認為這就是鎢絲可以做到更細線徑的原因。
圖表16：鎢絲與碳鋼絲抗拉強度對比
對比來看，2023年3月時廈門鎢業量產的鎢絲母線線徑已達到33μm（對應28規格的鎢絲金剛線），而目前碳鋼絲母線量產出貨最細的為38μm（對應32-33規格的碳鋼絲金剛線）；碳鋼絲金剛線線徑的理論極限約30 μm，產業化極限約35-36μm，而鎢絲母線的預計產業化極限能到24-25μm。
母線成材率難點若突破，鎢絲金剛線有望迎來大規模導入機會
從使用端角度考慮，我們認為鎢絲金剛線替代碳鋼絲金剛線的核心驅動因素為經濟性。截斷、開方過程使用的粗金剛線不存在鎢絲替代，因此僅需考慮切片線的替代，更具體來說，是使用鎢絲金剛線切割硅片能否提高切片廠的盈利，在此我們以硅棒切割利潤（元/公斤）為衡量指標。
針對大硅片、薄硅片、N型等特殊場景，鎢絲應用率先落地
?大尺寸硅片：在光伏行業對于大功率和低成本的追求進一步深化的情況下，逐漸出現了相較目前主流182硅片尺寸更大的210硅片、異形片（如矩形片）等。對于大尺寸硅片，其硅棒切方過程中的圓方棒轉換率更低，因此單位面積（功率）硅棒的成本更高，使用較細的鎢絲金剛線能夠節省硅棒的意義就更加重大，此外鎢絲金剛線更高的強度可帶來更小的線擺、線痕，這對于提高大尺寸硅片的質量格外有利。
圖表17：不同尺寸硅片的圓方棒轉換系數對比
?薄硅片：隨著N型電池新技術尤其是HJT的導入，薄硅片在硅片厚度結構中的占比不斷上升，目前HJT硅片的厚度僅為120μm（PERC硅片厚度150μm）。對于薄硅片，使用較細的鎢絲金剛線對于槽距的影響幅度較厚硅片更大，從而對于出片數的影響也較厚硅片更大，且鎢絲金剛線的強度也更能滿足薄硅片對于切割質量的要求。
?N型硅片：我們認為鎢絲金剛線最直接的優勢體現在出片數增加帶來的收益增加，而目前N型硅料、硅片相比P型都已存在明顯的溢價，這意味著在硅片厚度相同、出片數增加也相同的情況下，N型硅片通過鎢絲金剛線切割可獲得的額外硅片收入更多，因此更適合使用鎢絲金剛線。
基準情形下，鎢絲和高碳鋼的性價比臨界點為硅料價格79元/公斤
基于硅棒切割利潤測算模型，我們認為主要影響硅棒切割利潤的參數包括：1）母線線徑；2）金剛線線耗；3）金剛線價格，在使用鎢絲金剛線替代碳鋼絲金剛線時，以上參數均會發生相應的變化。
?母線線徑，我們取碳鋼絲母線基準線徑40μm、鎢絲母線基準線徑35μm。目前碳鋼絲母線線徑以40-42μm為主，量產極限線徑為38μm，而鎢絲母線自身的物理性質決定了其可以實現更細的線徑，目前主要為33-37μm，我們預計未來產業化極限可達24-25μm。在其他參數相同的情況下，更細的金剛線可增加每千克硅棒切出的硅片數量（每千克方棒出片數=每千克方棒長度/槽距*良片率，槽距=硅片厚度+金剛線直徑+游移量），從而增加硅片銷售收入，但也會增加金剛線和冷卻液消耗導致成本提高。以N型182尺寸平均厚度130μm硅片為基準進行測算，在金剛線砂徑13μm，游移量5μm的情形下，母線直徑每減少2μm，每千克方棒出片數增加約1.1%。
?金剛線線耗，我們取基準線徑下碳鋼絲金剛線線耗4.1米/片，鎢絲金剛線4米/片。金剛線的消耗由切割能力和使用壽命決定：對于相同材質的金剛線，線徑越細切割能力越弱，因此線耗越高，根據產業信息，具體表現為線徑每降低1μm，線耗增加約5%；對于不同材質的金剛線，由于鎢絲金剛線可重復使用、壽命更長，因此線耗更低。
?金剛線價格，我們取碳鋼絲金剛線價格35元/公里（含稅），鎢絲金剛線價格55元/公里（含稅）。鎢絲金剛線更高的價格主要是由于成本更高，進一步來說是其成本中原材料鎢絲母線的價格更高。硅片切割中的金剛線成本=金剛線線耗*金剛線價格，基準情況下鎢絲金剛線切割的線耗更低、線價更高，我們測算對應的鎢絲金剛線成本為0.22元/片，而碳鋼絲金剛線切割的金剛線成本為0.14元/片。
除以上3個參數外，切割良品率、斷線率等也會影響切割硅棒的利潤，同等線徑下鎢絲金剛線良品率更高、斷線率更低，而在我們所取的基準情形下，較細鎢絲金剛線與較粗碳鋼絲金剛線的良品率、斷線率基本處于同一水平，因此不在測算模型中考慮二者的差異。
綜上所述，使用鎢絲金剛線切割硅棒因提高出片數而提高了硅片出售收入、金剛線成本和冷卻液成本，因金剛線價格更貴而提高了金剛線成本，將收入增加與成本增加相減即可得到利潤增加值。以切割N型182尺寸130μm厚度硅片為例，在基準條件（碳鋼絲、鎢絲母線的線徑分別為40μm、35μm，金剛線價格分別為35元/公里、55元/公里，平均單位線耗分別4.1米/片、4米/片）下，取硅片不含稅價格2.73元/片（對應硅料含稅價格75元/公斤），使用鎢絲金剛線切割硅棒的收入增加為4.93元/公斤，而成本增加合計為5.02元/公斤，因此利潤降低了0.10元/公斤，說明該條件下使用鎢絲金剛線切割不具備經濟性。
進一步來看，硅料價格通過影響硅片價格間接影響鎢絲金剛線切割的經濟性，在基準條件下，使得兩種金剛線切割N型130μm厚度硅片利潤打平（即使用鎢絲金剛線切割的收入增加等于成本增加）的硅料價格為79元/kg，低于當前N型料價格，因此使用鎢絲金剛線切割N型硅片已具備經濟性；相比之下，切割P型150μm厚度硅片利潤打平的硅料價格為84元/kg，高于當前P型料價格，因此我們判斷在P型料價格較低的情形下，P型硅片仍然更適合用碳鋼絲金剛線進行切割。
除硅料價格外，鎢絲金剛線價格和線徑是替代經濟性的另一直接影響因素。由敏感性分析可知，在鎢絲母線線徑35μm的條件下，當鎢絲金剛線價格下降到50元/公里及以下時，無論硅料價格如何在正常范圍內波動，都具有較為明顯的切割經濟性，而隨著母線線徑降低，這種經濟性則將更加凸顯。因此我們認為后續需要重點關注鎢絲金剛線的價格下降情況，以判斷其應用能否擴展至P型等更多場景。
鎢絲金剛線價格演進回顧與展望
根據上文的測算，鎢絲金剛線價格是其切割經濟性的核心影響因素，因此我們判斷分析鎢絲金剛線價格趨勢至關重要。我們將鎢絲金剛線價格發展分為3個階段：1）過去，高昂價格嚴重阻礙應用；2）當前，降價帶來初步經濟性；3）未來，降價空間尚存推動鎢絲替代浪潮。
即使去年硅料價格處于高位，但鎢絲金剛線高昂的價格仍然使得其經濟性存疑，是阻礙鎢絲金剛線應用的關鍵：2022年主流碳鋼絲金剛線的售價為30-40元/公里，鎢絲金剛線售價則高達70-80元/公里，約為碳鋼絲金剛線的2倍，部分規格可達到4倍。
母線成本高是鎢絲價格高的主要原因。以鎢絲金剛線出貨主力聚成科技為例，2022年碳鋼絲、鎢絲金剛線的單位成本分別是22.35元/公里、46.16元/公里，其差異幾乎全部來源于直接材料成本，而材料成本的差異又主要源于母線：碳鋼絲母線采購單價7.13元/公里，鎢絲母線采購單價31.10元/公里。而在生產料工費方面，由于二者在將母線制成金剛線的環節工藝相似、僅需調整參數，生產設備可以實現共用，主要區別在于具體的生產工藝參數如電鍍溶液濃度、電流密度、處理時間等，因此直接人工和制造費用基本相同，金剛石微粉、鎳材等非母線原材料成本也基本相同。最終反映在成本構成上，碳鋼絲金剛線的直接材料成本占比僅有52%，而鎢絲金剛線的直接材料成本占比則為79%。
我們認為鎢絲母線成本高主要來自兩方面原因：1）原材料鎢粉成本較高；2）鎢絲母線加工成材率偏低。在鎢粉原材料成本短期內難以降低的情況下，通過工藝細節控制提高成材率或將是降低鎢絲母線成本的突破口和關鍵。
鎢絲母線高價格的主要來源之一是原材料鎢粉的成本短期難以降低。廈門鎢業投關表顯示公司整體細鎢絲產品的毛利約40%，若以售價35元/公里計算，成本為21元/公里，而根據其2023年5月《1000億米光伏用鎢絲產線建設項目環境影響報告書》，生產鎢絲主要原材料鎢粉的耗量為0.035千克/公里，對應鎢粉價格270元/千克時的單位成本為9.45元/公里，僅此一項就已經超過了碳鋼絲母線的價格，占鎢絲母線總成本的45%。鎢粉上游原材料鎢精礦、仲鎢酸銨（APT）和鎢粉價格自2016年來不斷上升，目前沒有明顯的降價趨勢，因此我們判斷短期內這一成本難以降低。
加工成材率低是鎢絲母線高價格的另一主要來源。光伏用鎢絲的生產分為三大部分：黑粗鎢絲→黑細鎢絲→白細鎢絲（最終產品光伏用鎢絲）。將原材料鎢粉混合、壓制后燒結得到鎢坯，然后實施開坯、堿洗退火、旋錘和拉絲工序，此時得到的粗鎢絲在表面氧化和石墨潤滑劑附著后呈現黑色，故稱黑粗鎢絲，黑粗鎢絲經一系列拉絲工序后得到黑細鎢絲，黑細鎢絲再通過電解、清洗、烘干后得到表面無雜質、無氧化層的白細鎢絲，即鎢絲母線。相比之下，碳鋼絲母線是由軋制而成的碳鋼線材絲通過拉絲、電鍍銅等工藝制成黃銅鋼絲（即黃絲），再將黃絲進一步拉拔成微米級鋼絲（即母線）。在這一過程中，鎢的熔點高、硬度大、延伸率低，因此加工成細絲較為困難，需要使用熱拔（在再結晶溫度以上）工藝，而鎢的再結晶溫度隨變形程度增加而迅速提高，對加熱溫度、時間、均勻性的控制均有較高要求，否則會使鎢絲局部發生再結晶，導致放絲脆斷，此外鎢絲在塔輪工作面滑動致使線材受力不勻會導致斷絲和扭曲現象、塔輪表面磨損會導致鎢絲出現表面缺陷。以上種種因素使得鎢絲母線產品的成品率很低，行業平均成材率僅為50%-60%（對比碳鋼絲母線成品率可達90%），大大提高了鎢絲母線的生產成本和價格。
今年來看鎢絲金剛線價格已出現明顯下降，造就當前的初步經濟性。根據聚成科技第二輪審核問詢函的回復，其1-5月鎢絲金剛線銷售單價為54.94元/公里，相比去年均價72.66元/公里下降近25%，這一方面是母線采購價格從31.10元/公里降至26.82元/公里，另一方面是規模效應帶動非原材料成本下降（詳見下一章節分析），使非母線成本總體從15.06元/公里降至12.39元/公里。按照上游鎢絲母線廠商的反饋，鎢絲母線降價是由于技術進步帶來的成材率提升以及硅料降價帶來的價格壓力。
展望未來，鎢絲金剛線價格仍有下降空間，進一步推動鎢絲替代。一方面，鎢絲母線生產的成材率處于持續提升中，從最初的10%到40%再到接近60%，目前還沒有達到理論極限，通過工藝優化繼續提高鎢絲母線成材率將為鎢絲金剛線成本、價格的降低做出積極貢獻；另一方面，盡管2023年鎢絲金剛線滲透率已較2022年有成倍的提升，但相比碳鋼絲金剛線仍然規模偏小，因此我們認為非原材料成本也有繼續優化的空間。
投資建議：金剛線競爭格局穩固，把握頭部企業機會
全球雙碳目標明確，光伏需求長期增長確定性高。光伏作為清潔可再生能源，具備成本低、能源安全性高以及資源稟賦充足三個優勢，在全球雙碳目標明確的情形下，我們認為光伏發電有望成為未來碳中和主力電源的首選之一。且隨著行業不斷降本增效，全球光伏已經走向平價時代，經濟性優勢凸顯，我們認為有望推動其對于存量電源的替代以及增量電源中占比的提升。
硅片薄片化、大尺寸推動金剛線單耗提升和金剛線增速alpha表現
根據我們的測算，2023、2024、2025年全球光伏組件需求分別有望達到500、600、700GW，而硅片需求由于電池、組件環節生產良率等原因為組件的1.1倍。分市場來看：1）美國 IRA 細則落地后對光伏新增裝機的刺激有望從2024年開始充分發揮；2）中東招標儲備量豐富，我們預計隨組件價格回落2023-24年有望從2022年3-4GW市場成長為2024-2025年20-30GW市場；3）拉美地區今年受制于利率跳升需求不及預期，明年或有遞延需求釋放；4）中國方面，戶用光伏需求隨組件降價實現市場拓展，工商業在電價提升、能耗控制及可靠用電需求背景下保持高增，2024-2025年風光大基地地面電站裝機將迎來主要釋放；5）歐洲在去年戶用市場迅速增長之后，我們預計工商業和大型地面電站未來會貢獻增量，明年或繼續平穩低雙位數增長，若儲能降本、消納能力提升，需求有望在中期再上新臺階。
考慮到硅料價格走勢、未來大尺寸薄硅片的趨勢和金剛線細線化技術進步水平，我們預計2023年、2024年、2025年鎢絲金剛線的滲透率有望達到20%、35%、50%。
金剛線細線化趨勢持續，帶動金剛線需求跑贏行業總需求。由于金剛線持續變細情形下，單位長度金剛石微粉量減小，同時細線化產品抗拉強度較弱更易斷，因此切割力的下降會帶動單GW線耗提升。根據不同型號金剛線的滲透率以及對應單位線耗的加權平均，我們計算出各年金剛線的平均單GW線耗，并結合硅片產量預測，得出2023年金剛線需求預計為29090萬公里，2025年預計為42143萬公里。進一步，我們按碳鋼絲金剛線價格保持35元/公里不變、鎢絲金剛線價格由當前的55元/公里每年下降5%計算，得到加權平均的金剛線單位價格，發現鎢絲滲透率的提升帶動金剛線單位均價或將于2023年出現首次反轉，呈現出量價齊升態勢，我們預計2023年金剛線市場規模113億元，到2025年有望達到178億元，2022-2025年復合增速為34%，高于硅片需求增速。
金剛線行業“一超多強”格局穩固，細線化或有助于供需格局和盈利向好
金剛線行業競爭呈現出明顯的一超多強格局。我國金剛線生產以專業化企業為主，尚未有主產企業涉及這一領域，部分金剛線企業還兼有切割設備與硅片切割等業務。金剛線行業以民營企業為主，美暢股份為行業的絕對龍頭，2021年市占率為43%，行業內其他規模較大的企業還包括原軾新材、聚成科技、高測股份、恒星科技、岱勒新材、三超新材、東尼電子等（其中聚成科技處于IPO申報中、原軾新材IPO已撤回），格局較為集中，2021年CR8市占率超95%。
金剛線持續細線化以及部分定制化屬性有助于環節供需格局向好以及鞏固頭部企業盈利能力。
?根據我們統計和測算，2020-2022金剛線行業供給增速快于硅片產出增速以及金剛線產品均價穩步下滑（其中聚成科技2022年單價上升主要由于鎢絲金剛線單價較高）情形下，頭部金剛線企業毛利仍是位居前列，美暢股份毛利率穩定在55%以上，且根據2023年7月31日高測股份投資者關系記錄表，高測股份1Q23金剛線毛利率為52.2%，相比2022年全年提升9.1ppt，根據高測股份和我們判斷，雖然金剛線名義產能高于需求，但是細線化產品由于技術壁壘較高供應相對階段性緊缺，且細線化會帶來單位線耗提升，對于行業需求增長帶來額外alpha；
?考慮到金剛線產品具備一定定制化屬性，下游客戶硅片切割設備、工藝存在差異，因此更加考驗金剛線企業與下游客戶的合作能力，硅片切割過程中需要做到金剛線、切割工藝、設備性能的緊密結合，并通過技術服務配合客戶實現技術升級。即使是同一家切片廠客戶，在切割不同硅片時也對金剛線性能有不同的需求，例如切割單價高的大尺寸薄硅片時出于經濟性考慮更注重金剛線對出片數的影響，而對其他指標的要求則可以有所取舍，這就需要金剛線企業通過調整工藝參數的方式控制產品參數，避免性能冗余帶來的成本增加。
所以我們認為金剛線供給過剩情況好于預期，具備細線化產品快速迭代能力（包括碳鋼絲細線以及鎢絲產品替代）的企業盈利能力將維持高位。
風險提示
?原材料價格及供給波動風險：鎢絲金剛線主要原材料鎢絲母線成本占比較高，如果鎢絲母線采購價格大幅波動或供給方面偏緊，我們認為或將會對鎢絲金剛線價格造成較大影響。
?終端需求不及預期：金剛線需求與終端光伏裝機需求密切相關，國內外宏觀經濟形勢復雜多變、大宗商品價格大幅攀升等因素可能帶動光伏裝機承壓，從而影響金剛線行業的景氣度。同時我們認為鎢絲金剛線的需求主要驅動力來源于N型電池技術迭代，如果相關技術迭代不及預期，或減緩鎢絲金剛線需求。
?鎢絲降本及替代進展不及預期：當前鎢絲母線價格相對高碳鋼絲母線仍處于高位，如果鎢絲降本進展不及預期，或使得鎢絲金剛線相對于高碳鋼絲經濟性減弱。
?行業競爭加劇風險：良好的市場前景吸引了很多投資者進入該領域，各公司均有相應的擴產計劃，市場競爭逐漸加劇，對業內公司產品質量、價格、服務等方面都提出了更高的要求。如果公司不能通過持續研發新產品、拓展市場占有率、加強經營管理等方式保持自身的競爭優勢，激烈的競爭環境或將導致公司市場占有率下滑，進而影響公司的經營效益。
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本文摘自：2023年9月2日已經發布的《光伏金剛線：電池迭代拉長細線化升級周期》
白鷺 分析員 風光公用環保 SAC 執證編號：S0080523070019
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張梓丁 分析員 機械軍工 SAC 執證編號：S0080517090002 SFC CE Ref：BSB840
郭威秀 分析員 機械軍工 SAC 執證編號：S0080521120004 SFC CE Ref：BSI157
陳顯帆 分析員 機械軍工 SAC 執證編號：S0080521050004 SFC CE Ref：BRO897
朱尊 分析員 風光公用環保 SAC 執證編號：S0080523070020
胡子慧 聯系人 風光公用環保 SAC 執證編號：S0080122030170
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