云悦资本先进制造系列研究（一）：两万字长文拆解新能源材料产业链（上篇）

  文章详细的介绍了新能源材料产业链情况，大概2.4万字（包括上中下三篇），全文阅读完大致需要2个小时，上篇重点介绍发电端中的光伏发电材料、光热发电材料产业情况，包括产业价值链、产业生命周期、产业竞争格局、产业变革力量以及代表公司。

  阅读提示：本篇研究大概2.4万字（包括上中下三篇），全文阅读完大致需要2个小时，内容主要包括：

  上篇：重点介绍发电端中的光伏发电材料、光热发电材料产业情况，包括产业价值链、产业生命周期、产业竞争格局、产业变革力量以及代表公司。

  中篇：重点介绍发电端中的风力发电材料产业情况，同样包括产业价值链，产业竞争格局以及代表公司等。

  下篇：从储电端用电端介绍电化学储能及动力电池材料、储氢及氢燃料电池材料。

  云悦观点1：随着我们国家国家能源安全的战略实施，以及全世界对便宜和无尽能源的不懈追求，在很长一段时间内，新能源材料都将会是一个万亿级的大市场。

  云悦观点2：无论是在发电端、储能端、用能端，都在追求更便宜，更安全，更轻便的方式，工艺创新，材料创新是这个行业永恒的主题，不断带来新的机会点。

  云悦观点3：发电端，钙钛矿太阳能电池，光热发电，将会带来更廉价和稳定的能源。在储能端，氢能源将逐步得到重视。随着固态电池技术的逐步成熟，更多的正极负极材料的应用，在动力电池方面也会创造更多的机会。

  近年来，随着环保意识的逐渐提高以及能源危机的不断突显，新能源材料慢慢的变成为人们关注的焦点。新能源材料是指能用来制造太阳能电池、风力发电机和电动汽车等新能源领域的材料。这些材料不仅仅可以提高能源的利用效率，还能够减少对环境的污染，对现在的社会和未来的可持续发展具备极其重大的意义。

  从发电端来讲，目前应用比较多的就是光伏发电、光热发电、风力发电。而在储能端，主要使用在就是电化学储能、电解氢储能，还有一些物理储能方式，在用电端，主要的应用就是动力电池，还有氢燃料电池等。而这些应用，都涉及到一些关键的材料，这些材料具备广阔的应用前景和巨大的市场潜力，是未来能源领域的发展方向。

  光伏发电产业链从上游到下游，最重要的包含的产业链条包括多晶硅、硅片、电池片以及电池组件。在产业链中，从多晶硅到电池组件，生产的技术门槛越来越低，相应地，公司数量分布也慢慢变得多。因此，整个光伏产业链的利润大多分布在在上游的多晶硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。

  光伏材料中可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅，其他尚处于开发阶段。目前致力于降低材料成本和提高转换效率，使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争，从而为更广泛更大规模应用创造条件。

  光伏产业市场空间在过去五年中得到了显著扩张。根据国际能源署（IEA）的数据，过去五年中，全球光伏发电总装机容量增长了大约200%。此外，随世界各国越来越关注环保和可持续发展，光伏产业的未来市场发展的潜力十分广阔。

  根据国家能源局，2022 年我国光伏发电新增并网容量为 87.41GW，按10亿/GW计算，投资约874亿，同比增长 59.27%，2019-2022 年年均复合增速为 42.65%，在政策支持和技术变革推动下，近年来我国光伏装机快速增长。

  全球范围来看，根据 IRENA，截至 2021 年末，世界光伏装机容量为 843.09GW，同比增长18.70%，2019-2021 年年均复合增速为 20.08%；中国光伏装机容量为 306.40GW，同比增长 20.91%，2019-2021 年年均复合增速为 22.38%，近年来我国光伏装机增速快于全球平均水平。

  可见，未来光伏产业将保持高速增长趋势，未来市场发展的潜力广阔，各国也将加大对可再次生产的能源的投资和支持力度，为光伏产业的发展提供更大空间。

  虽然光伏发电系统的组成材料各异，但所有的组件都包括若干层从向光面到背光面的材料。光伏原材料的最上游是硅矿，从硅矿到金属硅再到多晶硅几个环节共同构成光伏产业链最上游的环节。

  2022 年我国多晶硅产量达 82.7 万吨，同比增长 63.4%。随着多晶硅企业技改及新建产能的释放，2023 年全国多晶硅产量将超过 124 万吨。2022 年我国硅片产量约为 357GW,同比增长 57.5%，伴随着头部企业的扩产，2023 年全国硅片产量将超过535.5GW。CPIA 预测 2023 年国内光伏新增装机 95-120GW，全球新增装机 280-330GW。与终端需求相比，2023 年硅料和硅片这两个环节的供需矛盾将得到缓解，硅料、硅料价格有望继续下行。上游原材料价格的下行有助于降低光伏发电企业的项目建设成本，提升企业的经营效益。

  初级阶段：从上世纪70年代中期开始到2000年前后，太阳能电池技术处于初级阶段。电池的效率较低，生产所带来的成本高，应用场景范围有限，市场也不够成熟。

  发展阶段：从2000年开始到2008年左右，光伏电站的建设逐渐增多，全球光伏市场迅速扩大。太阳能电池技术逐渐成熟，成本不断下降，应用场景范围开始拓展。

  成熟阶段：从2008年开始到现在，光伏发电产业进入了成熟阶段。技术创新不断，太阳能电池的效率不断的提高，生产技术一直更新，市场规模和应用场景范围持续扩大，成本不断下降。

  总体来说，光伏发电产业技术成熟度和应用场景范围持续不断的增加，市场规模逐渐扩大，成本不断下降。然而，由于环保、可持续发展等因素的不断推动，太阳能电池板的发展依旧具有很大的潜力和前景，未来仍将有很多的新技术和新应用涌现。

  上游：多晶硅生产的基本工艺点繁多，供应历年来呈现稳定的龙头格局。2021年硅料行业之中，通威股份、保利协鑫、新疆大全三大龙头并驾齐驱，市占率分别为29%、22%、17%。东方希望、新特能源和亚洲硅业也保持着一定竞争力，紧跟其后。

  硅片企业集中度高，中国占据主导地位。根据CPIA多个方面数据显示，2021年全国硅片产量约为227GW，同比增长40.6%。其中，排名前五企业产量占国内硅片总产量的84%，且产量均超过10GW。随着头部企业加速扩张，预计2022年全国硅片产量将超293GW。同时，2021年全球光伏硅片产能中，我国占比达98.1%，占据绝对领先的地位。

  中游：电池环节是资本和技术双密集型行业。要求企业及时跟进最新的电池制造技术以提升电池效率。根据CPIA多个方面数据显示，2021年，全国电池片产量约为198GW，同比增长46.9%，排名前五企业产量占国内电池片总产量的53.9%，其中前6家企业产量超过10GW。·

  组件环节有品牌和渠道壁垒，集中度较高。2021年全国组件产量达182GW，同比增长46.1%，以晶硅组件为主。组件环节的品牌和渠道壁垒导致行业格局较为稳定，排名前五企业产量占国内组件总产量的63.4%，产量超过10GW。

  下游：除了组件之外，还需要逆变器、支架、汇流箱和蓄电池等相关辅助系统或材料，一起构成光伏电站，包括分布式和集中式两种，分布式又分为户用和工商业两类。2021国内光伏新增装机54.88GW，同比增加13.9%，其中，分布式光伏装29.28GW，占全部新增光伏发电装机的53.4%，历史上首次突破50%。2021年户用装机达21.6GW，创历史上最新的记录，占2021年我国新增光伏装机的约39.4%。随着更多“零碳”或“碳中和”目标的提出，新能源光伏发电装机规模将再创新高。

  太阳能电池的效率提升，生产技术更新将推动产业变革，目前比较有代表性的即为钙钛矿电池。

  钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有可调节的带隙 ，高吸收系数 和长的载流子扩散长度等特性，是最有发展的潜在能力的薄膜光伏技术。钙钛矿材料在太阳能电池领域取得了突破性的进展，通过改进钙钛矿材料配方、器件制造流程和高质量的成膜方法，小面积单节钙钛矿太阳能电池光电转换效率持续突破新高，钙钛矿领域的研究已进入规模化生产的探索阶段，代表企业有协鑫光电、纤纳光电、极电光能等。但目前钙钛矿电池的制备仍存在稳定性、铅污染及大面积制备效率尚低等工艺难点。

  钙钛矿电池光电转化效率理论极限高于晶硅电池。根据权威测试机构德国哈梅林太阳能研究所（ISFH）测算，普通单晶硅太阳能电池理论极限转换效率为24.5%，HJT电池理论极限转换效率为27.5%，TOPCon电池理论极限转换效率为28.7%。而单层钙钛矿电池理论极限转换效率高达31%，钙钛矿双节钙钛矿效率极限高达35%，三节钙钛矿理论极限效率为45%。钙钛矿电池转换效率极限高根本原因在于其禁带宽度适宜、钙钛矿材料带隙宽度可调以及无组件效率损失。

  钙钛矿电池发电量高：主要原因主要在于其抗衰减性强、具有低温度系数、吸收系数高且弱光效应好。

  抗衰减性强：钙钛矿电池无PID效应与LID效应。PID效应又称电势诱导衰减，电池片与其接地金属边框间高电压作用下出现离子迁移，大量电荷聚集于电池片表面使其表面钝化，最后导致组件效率下降。LID效应是指光致衰减效应，一般发生于P型掺硼硅片制作的电池片中。但PID、LID效应不会明显影响钙钛矿的发电量。协鑫光电表示，目前大多数先进实验室已能实现钙钛矿组件连续工作至少1000小时不衰减，协鑫光电100MW产线下线产品的常规使用的寿命预计将超过25年。

  具有低温度系数：相较晶硅低两个数量级，高温条件下效率受影响较低。晶硅组件的温度系数是-0.3左右，即温度每上升1度，功率会下降0.3%。而钙钛矿的温度系数为-0.001，接近于0，因此实际发电效率就会明显高于晶硅。

  吸收系数高：光吸收系数是指在单位浓度及单位厚度时的吸光度。钙钛矿层厚度为百纳米，晶硅电池光吸收系数仅103cm-1，而钙钛矿吸收系数达105cm-1，光系数高，弱光效应强，阴天及室内等弱光条件下转换效率更高。

  钙钛矿电池相较于晶硅电池投资所需成本、生产所带来的成本均较低。钙钛矿太阳能电池的制程耗时明显减少，一体化工厂大幅度降低生产所带来的成本。晶硅电池需要至少在四个不同的工厂分别加工硅料、硅片、电池、组件，单位制程至少需要3天以上，同时还需要大量的人力、运输成本等。根据协鑫纳米的数据，钙钛矿太阳能电池的生产流程较为简单，仅需45分钟就可将玻璃、胶膜、靶材、化工原料等在一个工厂内加工成组件，极大地缩短了制程耗时，简化了流程，价值高度集中，成熟期后单GW投资所需成本将降至5亿元。钙钛矿材料占总成本比例小，以协鑫光电100MW产业为例，其生产线GW级别量产线元/W，远低于晶硅生产所带来的成本1元/W。

  钙钛矿电池产能投资额仅为晶硅产能投资额的一半，成本逐步降低。根据协鑫光电，晶硅1GW的产能（包含硅料、硅片、电池、组件）投资额在10亿元左右，而协鑫钙钛矿的第一条100MW的设备产线GW产能投资额规模化之后预计约为5亿元。

  2022年12月协鑫光电完成5亿元B+轮融资，由淡马锡投资、红杉中国、IDG资本三家领投，川流投资等机构跟投，将用于完善协鑫光电100MW大尺寸钙钛矿组件产线的工艺和设备开发。

  极电光能完成2.2亿元Pre-A轮融资，并宣布2022年2月150MW生产线月仁烁光能完成数亿元PreA轮融资，由三行资本领投，用于150MW钙钛矿组件量产线年脉络能源完成数千万元天使轮融资，由国新思创领投，本轮融资大多数都用在中试线建设，并接着来进行更大尺寸、更高效率、更长寿命的产品研发。

  湖北三峡新型建材股份有限公司是湖北省玻璃行业唯一一家上市公司,主要是做平板玻璃及玻璃深加工和移动互联网终端产品营销售卖及服务行业。并拥有自营进出口权，公司控股的宜昌当玻硅矿有限责任公司,是中南地区最大的硅砂基地,探明BCD级储量3000多万吨,是优质浮法玻璃生产的理想硅质原料。所生产的原材料供公司自用，公司目前拥有1200万吨的硅矿开采储量，年精砂产量为40万吨/年，占三峡新材硅砂需求量的50%；随着降铝除铁技术的应用，公司硅砂自给率将初步提高。

  公司主要是从事草甘膦和有机硅等化工产品的生产和销售。公司坐拥8000万吨硅矿，2022年上半年，因为公司的有机硅、工业硅等产品依然处于相对高位，所以半年度大赚20多亿。农化资产产品，也就是草甘膦有关产品，营收占比最高，达到了29%，毛利率为27%。而硅基材料基础产品，也就是公司的有机硅相关这类的产品，营收占比达到了22%，毛利率却高达47%，利润占比超过40%，可见公司是一家正宗的有机硅材料公司。

  合盛硅业股份有限公司创立于2005年，主要是做工业硅及有机硅等硅基新材料产品的研发、生产及销售。公司的基本的产品包括工业硅及有机硅产品两大类，并有少量多晶硅产品。公司是我国目前最大的工业硅生产企业。目前公司已经与江苏中能硅业科技发展有限公司、山东东岳有机硅材料股份有限公司、瓦克化学（中国）有限公司、浙江开化元通硅业有限公司、杭州之江新材料有限公司、上海回天新材料有限公司等行业知名企业建立了密切的业务合作关系，公司的行业龙头地位突出。

  江西晨光新材料股份有限公司的主营业务是从事功能性硅烷基础原料、中间体及成品的研发、生产和销售。公司的主要产品为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三近年最高涨幅99.17%，目前回调了53.69%甲氧基硅烷、双-[γ-（三乙氧基硅）丙基]-四硫化物、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷。

  通威股份有限公司主要从事水产饲料、畜禽饲料等的研发、生产和销售以及高纯晶硅、太阳能电池等产品的研发、生产、销售。公司主要产品为水产饲料、太阳能电池、高纯晶硅，公司是农业产业化国家重点龙头企业。

  公司主营业务是高纯多晶硅的研发、制造与销售，是国内领先的多晶硅专业生产商之一。公司的主要产品为多晶硅，主要用于加工硅锭、硅片、电池片和电池组件等太阳能光伏产品。

  隆基绿能科技股份有限公司主要从事单晶硅棒,硅片,电池和组件的研发,生产和销售，为光伏集中式地面电站和分布式屋顶开发提供产品和系统解决方案。公司的主要产品为太阳能组件及电池、硅片及硅棒、电站建设及服务、电力。公司是全球最大的集研发、生产、销售、服务于一体的单晶光伏产品制造企业。

  新能源科技股份有限公司主营业务为半导体硅片、半导体功率和整流器件、导体光伏单晶硅片、光伏电池及组件的研发、生产和销售。主要产品有半导体材料、半导体器件、半导体光伏材料、光伏电池及组件；高效光伏电站项目开发及运营。

  用作背面保护封装材料，常用的分为T门、TPE和PET，聚乙烯结构。用来增强光伏组件的耐老化、耐腐蚀性能，延长了光伏组件的使用寿命；白色的背板对入射到光伏组件内部的光进行散射，提高了光伏组件的吸光效率，同时因其具有较高的红外发射率，还可降低光伏组件的工作温度；同时提高了光伏组件的绝缘性能。

  背板最上游的原材料为原油，相关上市企业包括：中石化、中石油以及广汇能源等。

  公司的主要业务为先进高分子材料研发、制造和销售,主要产品为光学材料、新能源材料、可变信息材料、热收缩材料、聚酯功能膜。公司拥有国家火炬计划薄膜特色产业基地，系国家高新技术企业、中国双向拉伸薄膜产业基地、中国轻工业塑料行业十强企业。

  四川东材科技集团股份有限公司主营业务是化工新材料的研发,制造和销售。公司的主要产品有绝缘材料、光伏、光学膜材料、环保阻燃材料、电子材料。

  用于粘接、密封层压好的玻璃光伏组件，粘接接线盒和背板，并增强光伏组件耐紫外线的作用。

  公司主要从事胶粘剂等新材料研发、生产销售。基本的产品是高性能有机硅胶、聚氨酯胶、厌氧胶、环氧树脂胶、耐高温无机胶、UV系胶、高分子液体密封胶、硅烷改性密封胶、轨道防寒材粘接、丙烯酸酯胶、汽车制动液、太阳能电池背膜、精密电子保护膜、三防漆。

  成都硅宝科技股份有限公司主要是做有机硅密封胶等新材料的研发、生产及销售，所属行业为有机硅行业，基本的产品包括有机硅密封胶、硅烷偶联剂。

  公司的主营业务是以粘合剂为核心的薄膜形态功能性高分子材料的研发、生产和销售。公司的基本的产品是光伏背板、POE封装胶膜（含EPE）与EVA封装胶膜。

  乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物，是一种热熔胶粘剂。用来封装电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响，增强光伏组件的透光性，将电池片、钢化玻璃、背板粘接在一起，具有一定粘接强度，同时对电池光伏组件的电性能输出有增益作用。

  光热发电凭借其自带储能的优势迎来新一波发展热潮，保温材料为受益于光热发展的细分行业之一，按照当前在建项目规模测算预计5年内将带来8.3亿元的新增需求。

  。按照聚能方式及其结构可以进行分类，光热发电可分为塔式、槽式、碟式、菲涅尔式四类技术。塔式熔盐储能光热发电因其较高的系统效率，成为目前我国最主流的光热发电技术路线，其缺点主要是造价昂贵，随着未来的技术发展有较大的下降空间。太阳能热发电是技术和资金双密集型行业，项目的投资受装机容量规模、储热时间影响较大。塔式光热电站的投资所需成本中，聚光系统、储换热系统合计占比近 70%。

  。一方面，光热电站系统运行温度普遍较高，并且需要大量的介质输送管道和相关换热设备。尤其是目前光热电站普遍配置有熔盐储热系统，但最常用的二元盐凝固点在220摄氏度左右，因此保温的要求十分严格，否则一旦熔盐凝固，对电站将造成破坏性损失。为最好能够降低热量损失和熔盐等介质凝固引发运行事故，选用质量放心可靠的保温材料和保温方案对电站的经济性、运行安全性和稳定能力很重要。另一方面，目前光热电站最高运行温度可达近600℃，与周围环境温差巨大，并且首批光热示范项目多集中于天气特征情况恶劣、高寒且昼夜温差较大的西北地区，这一些因素对保温材料和方案也提出了更高要求。

  。目前光热发电系统中使用的保温材料最重要的包含陶瓷纤维制品、岩棉保温毡、硅酸铝板、硅酸镁板、气凝胶等。以一个装机50MW配置7小时储热系统的槽式光热项目为例，其所需保温材料的用量约为2万立方，投资所需成本约为 4000万元（包括安装和施工费用），约占光热电站总投资所需成本的2%左右。光热电站建设带来的陶瓷纤维需求测算：我国各省市在“十四五”期间清洁能源发展目标中明确提到的光热新增规模为 2590MW（内蒙古500MW、甘肃840MW、青海 1000MW、新疆哈密250MW），以50MW装机对应4000万元的保温材料成本计算，“十四五”期间将产生 20.72 亿元的保温材料新增需求，并且保温材料的定期维护、更换还将带来持续的替换需求。

  陶瓷纤维有望成为光热电站的首选保温材料，充分受益于光热发电行业的成长。陶瓷纤维早在 2012 年已经成功应用于全球最大的塔式光热电站 Ivanpah 光热发电项目，也在我国首批示范项目中的多个项目有使用实绩，经验成熟、性能出色，有望成为光热发电项目的首选保温材料。考虑到渗透率的问题，按 40%的渗透率进行保守测算，2021-2025 年有望带来 8.29 亿元的陶瓷纤维新增需求，平均每年增加 1.66 亿元的陶纤需求，相当于 当年国内市场总量的 3%左右。而随着光热发电技术的进一步成熟与产业化水平的提升，未来还具备广阔的成长空间。

  鲁阳节能是国内陶瓷纤维龙头，公司是亚洲最大的陶瓷纤维制造基地，产能 48 万吨，包括山东、内蒙古、新疆、贵州四大基地，占全国销量的40%，目前市占率派第一。公司主要经营陶瓷纤维和玄武岩产品，核心产品陶纤利润率维持高增长，玄武岩产品持续发力，公司产品结构持续优化。

  由于篇幅关系，将在《两万字长文拆解新能源材料产业链 中 下》中，继续介绍风电材料、电化学储能与动力电池材料、氢燃料电池材料。敬请期待。