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[最新资讯] 新能源之光伏系列,硅片设备产业链跟踪笔记:晶盛机电、连城数控……(2023年11月)

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硅片，生产工艺流程可分为：拉晶→截断→开方→磨倒→切片→清洗→分选。
以上几大流程，分别对应设备的单GW价值量为：单晶炉（1.02亿元）→截断机（0.02亿元）→开方机（0.05亿元）→磨倒一体机（0.09亿元）→多线切割机（0.19亿元）→清洗机（0.05亿元）→检测设备（0.04亿元）。

图：硅片生产环节及对应设备来源：国信证券
目前2023年硅片设备单GW投资约1.5-2亿/GW，其中单晶炉价值量占比约65%-70%，切片机占比约15%。因此，长晶和切片环节涉及单晶炉和切片机设备，为硅片端的核心设备。
设备技术迭代，是推动光伏行业增效降本的关键环节，较快的迭代周期使得设备呈现“耗材” 属性，直接受到下游硅片需求的影响。
硅片生产中的关键设备，单晶炉国产化的时间点，可追溯至2007年，由晶盛机电推出首代全自动单晶炉。在此之前，行业内主要采购美国Kayex或者德国PVA TePla的单晶炉设备，设备价格为晶盛机电的3倍。同期，切割设备也被国内的高测科技和连城数控等进行国产替代。
随着全球光伏装机量的大规模增长，国内的设备行业需求同样快速增长。为了迎合更高效的生产要求，单晶炉陆续升级了水冷套装置、复投器+大热场等功能。

图：全球光伏装机量来源：CIPA
同时，在光伏行业，更大尺寸的硅片，可以有效地降低生产成本，因此硅片尺寸从166mm向182mm、210mm转变。目前阶段182mm已成为主流，并向210mm发展。
到了210mm硅片时代，传统的单晶炉不能满足尺寸需求，需要1600mm的单晶炉，行业内连城数控联合隆基绿能在2019年成功研发了国内首台1600mm单晶炉，目前仅连城数控、晶盛机电、奥特维等几家公司具有相关产品。

图：晶盛机电单晶炉发展历史来源：公司公告
硅片设备产业链，具体包括：

图：硅片设备产业链来源：并购优塾
上游——单晶炉主要原材料包括：单晶炉炉体大件、机架、主真空组件、立柱、加热电源、液压系统、升降机、质量流量计、坩埚旋转密封、减速箱等。
其中，生产中主要使用到的耗材是石英坩埚、碳碳热场，辅助关键设备为真空泵。石英坩埚的代表公司为：石英股份、中旗新材；碳碳热场的代表公司为：金博股份、中天火箭、天宜上佳；真空泵代表企业为：汉中精机、鲍斯股份。

图：单晶炉主要原材料价格来源：连城数控招股说明书
切片设备方面，考虑到效率和成本目前主要使用金刚线进行切割。此外，价值量占比相对较低的截断机、开方机、磨倒一体机关键耗材均为金刚线，金刚线的代表公司有：美畅股份、三超新材、恒星科技、岱勒新材等。

图：金刚线代表公司出货情况来源：长城证券
中游——硅片设备制造商。其中，单晶炉的代表公司为：晶盛机电、连城数控、奥特维、京运通。

图：单晶炉业务收入对比来源：东北证券
切割设备代表公司为：晶盛机电、连城数控、高测股份、宇晶股份等。

图：切片机竞争格局来源：浙商证券
下游——硅片制造厂商。代表公司为：隆基绿能、晶澳科技、晶科能源、阿斯特等。

图：23年底头部硅片产能来源：野村东方
从产业链上的参与者近期的增长情况来看：
晶盛机电（浙江省，绍兴市）——2023前三季度实现收入74.63亿元，同比+80.39%；归母净利润35.14亿元，同比+74.94%。
连城数控（辽宁省，大连市）——2023前三季度实现收入21.26亿元，同比+73.95%；归母净利润4.58亿元，同比+78.66%。
从产业链上的参与者近期的增长情况来看：

图：机构一致预期增长和景气度情况来源：并购优塾

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（一）

目前，硅片技术发展的趋势主要为：大尺寸、薄片化、N型。
大尺寸——166向182、210转变，目前182已成为主流，并向210发展，硅片大尺寸趋势带动设备端呈现大尺寸变化。210是符合集装箱尺寸的大小，自210推出后，硅片环节再无新的技术迭代。

图：大尺寸占比情况及预测来源：CIPA
薄片化——N型硅片硅片已实现120-140μm量产，部分企业中试线量产80μm硅片，薄片化对设备加工要求更高，以及对金刚线的细线化需求更高。

图：硅片厚度及预测来源：solarzoom
P型→N型——N型硅片对拉晶设备、硅片设备加工精度要求更高。

图：N型渗透率及预测来源：CIPA

图：硅片设备流程及单GW价值量来源：天风研究所
此处，我们结合行业发展趋势，重点看价值量占比较大的单晶炉和切割机。
一、单晶炉
拉晶环节，单晶炉为核心设备。从结构上看，单晶炉主要由炉体、电器部分、热系统、水冷系统、真空系统和氩气装置组成。
目前硅棒生产主要以单晶硅棒为主，单晶硅棒主要采用直拉法或区熔法，直拉法是生产光伏硅棒的主流方式。

图：单晶炉外部和内部结构来源：国信证券

图：拉晶方式对比来源：CPIA
其中，直拉法优点是价格便宜，可拉制直径大、生长速率可；缺点是杂质较高。区熔法不需要使用坩埚，产品的纯度高，杂质少，但受生长机制的限制通常用于生产8英寸以下硅棒，常用做IGBT功率半导体器件硅棒生产。
此外，按照投料的方式又可分为多次投料直拉、连续投料直拉。值得注意的是，目前的主流为多次投料直拉，以后随着上游颗粒硅技术的成熟，连续投料直拉技术占比会有所提升（因为直拉法尽管对于坩埚的要求提升，但是可以减少3.5小时的等待期）。

图：颗粒硅市占率来源：CPIA
目前N型TOPCon电池片加速扩产，低氧单晶炉有望加速单晶炉更新迭代。因为，高温工艺下，N型电池易产生同心圆缺陷，降低硅片氧含量有助于降低同心圆缺陷比例。
其中，晶盛机电的第五代单晶炉产品将用于半导体领域的超导磁场技术引入光伏领域，实现低氧N型晶体生长，消除同心圆；连城数控的KX420PV新品单晶炉，通过外加磁场（（永磁场、勾型磁场及水平磁场、超导磁场）+氩气吹扫方案消除同心圆；此外，奥特维也拥有相关技术。
二、切割机
切割机是通过电机驱动工作辊往复运动，工件以给定的速度向下运动，使金刚石线与切割件保持一定的压力，通过往复运动的金刚石线达到切割的目的。

图：切割机工作原理来源：高测股份招股说明书
切割机的技术趋势主要为半棒半片技术、金刚线细线化、钨丝金刚线等。其中，金刚线的变化影响较大的是金刚线生产企业，切割机设备企业影响较大的是半棒半片技术。
半片组件功率损耗低，已成为市场主流选择，但对电池片进行半片会损伤转换效率，因此出现了将半片切割调整到硅片环节进行的技术。
需要注意，半棒半片技术设备对于HJT组件相对Topcon组件生产更为有利。体现在在：1）切割产能损失不到10%；2）硅损不到0.7%； 3）电池端的效率可提升0.03-0.05%； 4）可以降低0.3%的电池端碎片率；5）在130μm薄片的情况下良率提高近4%。

图：半棒半片技术流程来源：高测股份
单棒切割，对设备端的影响：1）增加中剖设备；2）单棒切割需要增加一倍的切割设备； 3）部分切割设备需要更新。
此外，从技术上来看，长晶环节是硅片生产的核心，切割环节对硅片性能影响较小并且投入相对较大，因此出现了硅片切割代工服务，国内主要提供代工服务的设备厂商是高测股份（切割机市占率约60%）和宇晶股份，晶盛和连城数控未涉及。
切割收入构成由代工费、硅片收入和硅泥收入三部分组成，其中代工费较为公允，影响企业收入的关键是硅料价格。

图：硅片切片代工原理来源：国海证券

（二）

首先，我们来看收入体量和业务结构。从2022年收入体量来看，晶盛机电（106.38亿元）>连城数控（37.72亿元）。
晶盛机电——成立于2006年，初期聚焦光伏单晶硅长晶炉。2012 年，在半导体硅片设备领域研制成功国内首台 8 英寸 FZ100C 区熔硅单晶炉。2020 年，进入第三代半导体领域，生长出 6 英寸碳化硅晶体，碳化硅外延设备通过客户验证。
22年收入构成中，79.6%来自于设备及服务，13.67%来自材料。晶盛为泛半导体装备与材料平台型企业，收入中设备和材料均针对光伏和半导体行业。

图：收入构成（单位：亿元）来源：并购优塾
其中，光伏行业来看，晶盛的设备包括：单晶炉、切片机、自动化管理系统、工艺镀膜设备、叠瓦组件设备；光伏领域的耗材包括：石英坩埚和金刚线。
半导体行业来看，晶盛的设备包括：长晶炉、切片倒角机、抛光机、研磨设备、外延设备、减薄设备、MOCVD外延设备；半导体领域的材料包括：抛光液、石英坩埚、阀门泵、碳化硅衬底、蓝宝石材料。

图：晶盛机电具体产品来源：东吴证券
连城数控——同样为泛半导体装备与材料平台型企业，2020年拓展电池片设备，于2021年销售光伏辅材，于2022年批量销售组件设备。
2022年收入构成中，81.53%来自于晶体生长及加工设备，辅材占比达13.97%，光伏电池片及组件设备占比达到3.75%。

图：收入构成（单位：亿元）来源：并购优塾
其中，设备产品主要应用于光伏产业原材料硅的加工环节，可分为单晶炉、线切设备、硅片处理设备、智能制造生产线与其他产品。

图：连城数控设备来源：公司公告

（三）

图：单季度利润同比增速来源：并购优塾
对近期的增长情况，我们来看季度跟踪数据。
晶盛机电（浙江省，绍兴市）——2023前三季度实现收入74.63亿元，同比+80.39%；归母净利润35.14亿元，同比+74.94%。
Q3利润增长主要系设备验收顺利+材料持续放量增厚业绩。

图：单季度利润及同环比增速来源：并购优塾
连城数控（辽宁省，大连市）——2023前三季度实现收入21.26亿元，同比+73.95%；归母净利润4.58亿元，同比+78.66%。
Q3利润增长主要因加工设备验收顺利。

图：单季度利润及同环比增速来源：并购优塾

（四）

图：净利润现金含量来源：并购优塾

图：现金流、固定资产投资来源：并购优塾
连城数控22年现金流大幅流出，用于提早购买订单设备所需的原材料。
晶盛机电22年资本支出较大，主要是21年开始针对材料类业务（蓝宝石主要用于LED衬底）进行大规模固定资产投资。具体包括：年产2500万mm蓝宝石晶棒、年产1200万片蓝宝石切磨抛项目、工业蓝宝石项目、年产600万片蓝宝石切磨抛项目（宁夏）。

图：晶盛机电蓝宝石产品来源：公司公告

（五）

图：综合毛利率（%）来源：并购优塾

图：净利率（%）来源：并购优塾

图：杜邦分析来源：并购优塾
从净资产收益率来看，晶盛机电>连城数控，毛利率是主导因素。
晶盛机电近毛利率稳定且较高，分业务看设备和材料业务晶盛的毛利率都在40%。
连城数控毛利率下行明显，主要因为出货的设备结构问题。2021年公司主要产品单晶炉、线切设备和磨床毛利率分别为41.94%、 13.39%、 32.62%，同比分别+3.62pct、 -13.18pct、 -7.68pct，其中单晶炉毛利率连年提升已突破40%，主要由于产品力获得更多客户认可，系统等高附加值产品占比提升；但是线切设备、磨床毛利率下滑较多，主要由于产品附加值低，相对技术难度不高，行业竞争激烈。
四、产业链

图：产业链分析来源：并购优塾
从产业链的价值分配情况看，上游盈利能力好于中游，中游盈利能力好于下游。目前上游环节中石英坩埚的成长性较好，因为行业处于紧平衡，受到上游高纯石英砂影响。
不过，从壁垒和生意质地来说，上游材料不如中游设备赛道和下游组件组件赛道。尤其是一体化的组件厂，目前已经形成了较为稳定的F4格局（隆基、晶科、晶澳、天合），几家持续拓展从硅片、电池片到组件的一体化布局，竞争优势极难被后发者打破。
此外，对光伏设备、半导体设备等领域，由于技术研发和迭代，都需要和上下游匹配，不断在研发中和上下游磨合才能完成，因而也具备较强壁垒。

（六）

10月20日至10月27日一周，光伏产业链各环节价格继续处于下行中，部分环节的售价与成本“倒挂”，市场价格较为混乱，各环节观望情绪浓厚，整体价格仍有继续走跌趋势。
一、光伏产业链报价

图：光伏主要产品价格来源：东吴证券
二、组件及逆变器出口情况

图：组件和逆变器出口情况来源：东吴证券

（七）

对行业增长测算，我们采用公式：
硅片设备市场空间=新增硅片产能*设备对应投资金额
一、新增硅片产能
影响硅片行业扩产景气度的因素主要包括：a）上游多晶硅原材料价格；b）硅片企业自身盈利性；c）新老玩家在行业大扩产背景下预期市占率的考量等。
因此，我们首先从供需角度来看…………………………

以上，仅为本报告部分内容。关于增长空间测算、行业竞争态势、关键竞争要素分析等内容，后文还有大约6000字及数十张图表，详见《产业链报告库》，可联系工作人员咨询获取，微信：bgys2020。

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图片：产业链变革趋势及变化量级
来源：并购优塾
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【引用资料】本报告写作中参考了以下材料，特此鸣谢。[1]
【数据支持】Wind数据、东方财富Choice数据、智慧芽专利数据库、data.im数据库、理杏仁、企查查、Capital IQ、Bloomberg、路透。

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