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科普

什么是光伏金刚线?

金刚线是将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度,均匀地固结在一根母线上制成的,母线材料一般为高碳钢丝和钨丝。主要作用是将硅锭或硅片切割成薄片。

环形金刚石线图片

来源:高测股份

金刚线最早应用于蓝宝石切割,2010年左右开始应用于光伏。金刚线的切割方式是通过金刚线与被切割物体间进行高速磨削运动。在光伏应用中,金刚线主要用于硅片切割,包括截断和切片,以切片为主,金刚线的切割性能直接影响硅片质量及电池效率。光伏目前已成为金刚线最大的应用市场,占总需求量90%以上。

金刚线在光伏切割占比

资料来源:CPIA

相比砂浆切割技术,金刚线切割具有出片率更高,切割磨损少、切割速度快、 环境污染小等优势。

作为一种线性切割工具,金刚线的制造原材料主要包括母线、金刚石微粉颗粒、镍等。按照母线材质不同,目前光伏用金刚线主要分为高碳钢丝金刚线(亦称碳钢金刚线或碳钢线)和钨丝金刚线(亦称钨丝线),且前者为金刚线市场主流。

我国光伏金刚线行业发展阶段

光伏金刚线生产工艺

根据工艺不同,金刚线可分为树脂金刚线与电镀金刚线。

金刚线目前主流生产工艺为电镀金刚线。通过电镀工艺在母线上沉积一层金属镍,金属镍层包裹金刚石微粉颗粒,使得金刚石颗粒被固结在母线上,从而具备高速运动下的切割能力。

环形电镀金刚线

图片来源:三超新材

资料来源:头豹研究院

电镀金刚线主要原材料为母线和金刚石微粉,辅材包括镍、化学品(氨基磺酸镍、硼酸等)、包装材料(工字轮)等。

母线:固结金刚石颗粒的基线,一般为高碳钢丝,由拉丝厂商将盘条拉制为不同直径的钢线(即黄丝),再将黄丝进一步拉为微米级钢丝(即母线)。

金刚石微粉:由人造金刚石颗粒破碎而成,颗粒度一般小于50μm,是金刚线起切割作用的关键材料,其质量及稳定性直接影响后续电镀工艺及成品金刚线质量。

金刚线细线化是一个趋势,因为金刚线线径越细,锯缝越小,切割时产生的锯缝硅料损失越少,同样一根硅棒可切割加工出的硅片数量越多,制造硅片所需的硅材料越少。目前市场主流金刚线线型为38μm、36μm及35μm,正在推广的是34μm、33μm、32μm。

在细线化背景下,钨丝是较为合适的金刚线母线材料。钨丝金刚线具备耐磨损、高强度、断线率低等优势,具备更大的细线化空间。

光伏金刚线的产能布局及营业成本构成

根据上海证券研究报告,金刚线细线化、硅片薄片化与大尺寸的发展趋势会导致线耗持续提高,按照目前38μm金刚线切割165μm或160μm厚度的硅片,平均单片线耗4米左右,对应单GW线耗约50-52万公里,相较2017年(约37.5万公里/GW)提升超过33%,预计2025年线耗将进一步提升至72万公里/GW。

根据CPIA数据,2020-2022年全球光伏新增装机分别为130GW、170GW和230GW,复合增长率为33.01%,预计到2025年可达330GW(中金、浙商预测为500GW),考虑容配比及硅片加速扩产带来的超产,对应495GW硅片需求。按此测算,2025年全球光伏用金刚线需求量预计超过3.6亿公里,约为2022年需求量的2倍,未来三年平均增速约30%。

据QYResearch调研团队最新报告“全球金刚线市场报告2024-2030”显示,预计2030年全球金刚线市场规模将达到93.2亿美元,未来几年年复合增长率CAGR为22.6%。

金刚线,全球市场总体规模

摘自QYResearch最新报告“全球金刚线市场研究报告2024-2030”

全球金刚线市场前9强生产商排名及市场占有率

摘自QYResearch报告“全球金刚线市场研究报告2024-2030”

(排名基于2023数据。目前最新数据以本公司最新调研数据为准。)

金刚线的营业成本构成可以分为原材料成本、人工费用以及制造费用,其中原材料成本占据约50%,制造费用约30.8%,包括了能源成本(主要是电力成本)、折旧成本等,金刚线生产的主要能源为电力。

金刚石线原材料成本

资料来源:原轼新材

随着金刚线企业生产技术的升级迭代(如镀槽保温材料的改良、产线升级)以及生产规模的上升,其生产单位公里金刚线耗电成本呈逐年下降趋势。

金刚线生产所需三种主要原材料镍金属、金刚线母线以及金刚石微粉属于标准化工业产品, 其生产企业较多且并不具备垄断特性, 原材料供应较为稳定且充足。

光伏金刚线代表企业

目前国内生产金刚线的企业主要有美畅股份、高测股份、岱勒新材、恒星科技、三超新材、原轼新材等。

据光伏头条(微信号:PV-2005)统计,截至2023年年底,在金刚石线领域,美畅股份同样一骑绝尘。其销量几乎是排名第二的高测股份的3倍。此外岱勒新材、恒星科技同样排名前列,产销详情如下:

数据来源:各企业2023年年报

美畅新材

杨凌美畅新材料股份有限公司成立于2015年7月,是一家主要从事电镀金刚石线及其他金刚石超硬工具研发、生产、销售的高科技创新型企业,公司主要产品是电镀金刚石线,目前广泛应用在光伏产业(单晶、多晶硅切方切片),蓝宝石,磁性材料、陶瓷、水晶等高价值硬脆材料的切割。

2018年公司入选中国独角兽企业。2020年8月24日公司在深圳证券交易所创业板上市,成为创业板注册制改革后首批首发企业。美畅金刚线,是光伏硅片高效切割的开拓者、持续领先者、光伏硅片切割新生态的构建者;美畅金刚线产品大幅降低了硅片成本,推动了全球绿色能源飞跃式提升。

高测股份

青岛高测科技股份有限公司(以下简称“高测股份”)成立于2006年10月,2020年8月7日,登陆科创板A股。高测股份总部坐落于青岛市高新技术产业开发区,下设全资子公司长治高测新材料科技有限公司、壶关高测新材料科技有限公司、洛阳高测精密机械有限公司、乐山高测新能源科技有限公司、盐城高测新能源科技有限公司、宜宾高测新能源科技有限公司。

公司主营业务为高硬脆材料切割设备、切割耗材的研发、生产、销售及其配套服务。基于自主核心技术,公司主要面向光伏行业生产厂商提供硅棒至硅片“截断、开方、磨抛、切片”环节的系统解决方案。光伏行业全球前十名硅片制造企业均为公司客户。

2018年以来,公司持续推进金刚线切割技术在半导体硅材料、碳化硅材料、蓝宝石材料、磁性材料等

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