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光伏行业里的技术革新:BC电池
0人浏览 2024-01-10 16:41

BC电池,全称“全背电极接触(全反面电极接触)晶硅光伏电池”,是一种太阳能电池技术。BC电池采用不同于传统晶硅光伏电池的设计,它的电极位于电池的背面,意味着正面完全暴露在阳光下,提高了光能的吸收效率,减少了电流传输路径,降低电阻,提高电池的性能。虽然目前存在一些技术上的壁垒,但随着量产化进程加速,BC电池未来或成为下一代主流光伏电池路线之一。

BC电池的优势

1.电池效率高

电池正面没有金属栅线遮挡,可消除遮光电流损失,实现入射光子的最大化利用,短路电流比常规电池可提升 7%左右;由于正面没有电极的接触影响,可以对绒面结构、钝化减反射层进行更精细设计,在增加光吸收的同时减小载流子在正面复合损失,可以提高电池开路电压和短路电路,从而获得更高转换效率的 IBC 电池。

2.棚线可优化程度高

正负金属电极均位于电池背面,不必考虑栅线遮挡问题,可以对金属栅线结构做最大程度优化,例如适当增大栅线宽度、优化栅线形状以降低电池串联电阻,并增强对长波光子的背反射功能,从而提高电池填充因子和短路电流。

3.封装简便

背接触电池在组件封装时更方便,完全可以通过自动化操作对组件进行共面相连,不必像传统电池那样,在焊带串联时把一片电池的正面主栅与另一片电池的背面主栅相连,也能降低压力形变带来的不利影响。

4.外形美观

背接触电池的组件封装可以尽可能减小电池间隙,提高单位面积电池密度,从而提高发电量,并且背接触电池正面色调更均匀美观,适用于光伏建筑一体化,具有很好的商业化前景。

IBC 效率优势显著,稳居晶硅电池最高效率记录。IBC 电池在效率上优势明显,基于 IBC 电池结构的组件,效率长期领先于 HJT、TOPCon、PERC 等电池路线。2023 年 6 月,爱旭股份将可交付组件功率提升至 24%,实现组件效率的大幅领先。

应用场景

BC电池主要适用于分布式光伏场景。海外主要市场—欧洲为例,欧洲大部分新增装机量都是以分布式为主。近年来国内外分布式装机量增速明显高于集中式,2022年,国内分布式新增装机量占比58.47%。

BC电池具有重量轻、可弯曲的特定,多应用于车辆、轮船、卫星以及承重能力较差的建筑物上。

头部企业布局

光伏行业头部企业对行业发展影响巨大,因为当一个新的电池技术出现时,会面临着工艺复杂、成本过高的产业化问题,而产业化的实践需要一线大厂的带领,因为一线大厂有一定的技术、规模和成本优势,具备承受产业化早期问题的能力,而二三线厂商不具备相关能力。

以 TOPCon 的发展为例,在晶科布局 TOPCon 之前就有小企业开始入局 TOPCon,但彼时正值硅片大尺寸化浪潮,大尺寸化带来的产能提升和成本下降拖延了晶科等一线大厂对新技术的布局进度,导致TOPCon 电池产业化进程被延迟,等晶科开始布局 TOPCon 之后,才有大量玩家投入到 TOPCon 的产业化实践中。2023 年隆基绿能半年度业绩说明会上,董事长钟宝申表示:“未来 5-6 年,BC 类电池将会是主流”,行业头部企业的公开表态吸引了大量玩家对 BC 电池的关注,推动更多企业投入到对 BC 电池的研发和制造中,这些产业化的实践活动会加速解决 BC 电池产业化的难题。

BC电池的竞争格局

IBC 电池技术起源于 1975 年,Maxeon 公司前身 SunPower 率先开启产业化进程。1975 年,Schwartz和 Lammert 首提背接触式光伏电池概念,最初应用于高聚光系统中。1984 年,斯坦福教授 Swanson研发了 IBC 类似的点接触太阳电池,在聚光系统下转换效率 19.7%;并于 1985 年创立 SunPower,研发 IBC 电池。2004 年,SunPower 采用点接触和丝网印刷技术研发出第一代大面积的 IBC 电池 A-300,电池效率为 21.5%。2007 年,SunPower 研发出可量产的平均效率 22.4%的第二代 IBC 电池。2014 年,SunPower 公司在 N 型 CZ 硅片上制备第三代 IBC 太阳电池,最高效率达到 25.2%。2020 年,SunPower 分拆为 SunPower 和 Maxeon,由 Maxeon 负责 IBC 的电池组件的研发和生产。

国内企业坚定选择差异化 BC 电池路线,商业化进程提速。2017 年,天合光能公司通过自主研发,在 6英寸的 N 型单晶硅上实现了 24.13%的 IBC 太阳电池光电转换效率。2019 年,黄河水电公司建立国内首条 IBC 电池量产线,获得 23.7%的量产 IBC 太阳电池光电转换效率。此后,隆基绿能推出 HPBC 电池技术,并在 2022 年实现西咸 15GWHPBC 电池产能的投产,量产效率超 25.5%。爱旭股份珠海首期6.5GWABC 电池项目实现投产,平均量产转化效率达到 26.5%。

BC电池领导者,光伏行业头部企业

隆基绿能业务涵盖光伏全产业链,盈利能力不断增强。隆基绿能是头部光伏一体化企业,专注于为全球客户提供高效单晶硅太阳能发电解决方案。公司业务涵盖单晶硅棒、硅片、电池和组件的研发、生产制造和销售,提供电站的开发和系统解决方案。2018-2022 年受益于光伏需求爆发,公司 4 年间营业收入CAGR55.63%,2023 年前三季度实现营收 941 亿元,同比增长 8.55%,实现利润 116.48 亿元,同比增长 6.4%。分产品来看,太阳能组件、硅片和硅棒贡献绝大部分收入。

光伏产业链的终端是地面电站,每个电站的投资成本都是巨大,而每个电站项目需要维持 25-30 年的运行时间,因此对于电站企业而言,上游的组件必须要选择非常可靠的企业,因此会很看重企业的品牌力,隆基作为行业头部企业,有着很强的品牌效应。根据 PVBL,隆基绿能在 2022 年全球光伏品牌 100 强榜单中以组件 974.08 分/综合 956.1 分摘得双冠,品牌力优势显著。

受益于BC行业发展,押注ABC电池

爱旭股份是全球主要的光伏电池片提供商,主要从事高效太阳能电池的研发、生产和销售,为客户提供组件及整体解决方案。2019-2022 年营收稳步上升,3 年间CAGR79.46%,2023 年前三季度实现营收 226.17 亿元,同比下降 12.43%,主要原因系珠海 10GWABC电池及配套组件项目尚未实现盈利,目前 6.5GW 电池片产能已经建设完成,预计年底将完成额外3.5GW 电池片及 10GW 配套组件产能。利润方面,公司利润受行业周期、疫情影响而波动2023 年前三季度实现净利润 18.87 亿元,同比增长 35.73%。公司盈利能力经过 21 年调整后逐步回升,2023 年前三季度毛利率为 19.72%,利润率为 8.34%,未来随着产品降本,期间费用管控能力的加强和 BC 电池市场份额的提升公司盈利能力将持续增加。

目前 TOPCon 已经开始大规模量产,市场份额逐渐提升,但伴随着多玩家大规模量产带来的问题是 TOPCon 收益的下降, TOPCon 逐渐成为标准化产品,盈利能力持续恶化。爱旭押注 ABC 电池打开了差异化的市场,与 TOPCon 相比,ABC 电池具有更高的转换效率,根据爱旭公司公告,ABC 电池平均量产效率已经达到 26.5%,处于行业领先水平。爱旭推出的“黑洞”系列产品外表更为美观,适合于分布式户用场景,未来随着分布式及 BIPV 市场规模的不断扩大,公司将成为核心受益者。

N型时代凸显技术红利,光伏激光领军者

帝尔激光是全球光伏激光设备领先企业,实现 N 型电池路线全覆盖,并拓展半导体、消费电子等行业。公司产品包括激光消融、激光 SE、激光转印、LID 激光修复等,可为客户提供定制化产品服务。公司营收持续增长,受益于下游光伏行业景气度持续增加,2019-2022 年间营收 CAGR23.67%,2023 年前三季度实现营收 11.52 亿元,同比增长 9.4%,实现利润 3.39 亿元,同比增长 0.93%。公司业务盈利能力强,毛利率常年维持在 45%以上,净利率维持在 30%以上。

随着 N 型电池片市场占比逐渐增加,光伏行业对激光设备的需求也在不断增加,帝尔激光作为光伏激光设备行业头部企业,具备多重技术优势,公司的激光消融和 SE 设备可以帮助提高电池转换效率,将逐渐成为 TOPCon 标配产品,LID 激光修复设备可提高 HJT 转换效率,目前已经取得量产订单,激光开槽和开孔设备广泛用于 BC 电池,将率先享受 BC 电池产业化发展的红利。

光伏激光领域新秀,技术积累丰厚

海目星是激光及自动化综合解决方案提供商,主要从事动力电池及储能电池、消费电子、钣金加工等行业激光及自动化设备的研发、设计、生产及销售,2021年,公司进行内部组织架构调整,新增光伏事业群,2022 年在 TOPConSE 设备取得突破并陆续取得订单。截至目前,公司 TOPConSE 设备市占率约为 40%。同时,在 TOPCon 激光辅助快速烧结设备(LAS)已实现突破,并已成功完成出货,该项技术可以提高 TOPcon 电池转换效率,最新增益已突破0.3%。在光伏领域,除 TOPCon 技术以外,公司在 BC 电池新品研发方向上已完成产品验证并获得了客户认可。2018-2022 年间公司营收 CAGR 为 50.48%,2023 年前三季度实现营收 33.61 亿元,同比增长41.78%,利润为 3.12 亿元,同比增长 41.60%。


光伏激光潜力选手,激光器自制优势

英诺激光主要从事研发、生产和销售微加工激光器和定制激光模组,是全球少数同时具有纳秒、亚纳秒、皮秒、飞秒级微加工激光器核心技术和生产能力的工业激光器生产厂商之一,是全球少数实现工业深紫外纳秒激光器批量供应的生产商之一。由于公司业务并未完全开展,更多从事前期研发当中,2019-2022 年间公司营收 CAGR 为-3.76%,2023 年前三季度实现营收 2.23 亿元,同比下降 7.47%,利润为-0.07 亿元,同比下降 128.96%,主要原因在于公司研发费用过高,2018-2022 年间公司研发费用稳步增加,4 年间 CAGR18.92%,2023 年前三季度研发费用占比 23.32%。


参考研报

1.     国金证券 《BC电池行业深度:两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山》

2.     国泰君安 《新兴能源行业:BC电池异军突起,先发龙头享受技术红利》

3.     海通证券 《新能源行业:BC电池双面率和转换效率取得进步》

4.     德邦证券 《化工新材料行业周报:隆基押注BC电池技术路线,中居芯上交所科创板IPO上市》

5.     浙商证券 《IBC电池行业深度报告:兼容并蓄的平台型技术,国内龙头差异化技术量产提速》

6.     申万宏源 《平台型技术优势尽显,BC或成下一代主流技术:晶硅电池待摘“明珠”,BC电池踏浪前行-技术篇》

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