生死金刚线
【黑鹰光伏 文 | 王亮】
“到2020年，光伏发电电价水平在2015年基础上下降50%以上，在用电侧实现平价上网目标。”这是官方吹响的“冲锋号”！2020年也将成为中国光伏企业的“胜负局”。
在这场“生死战”中，企业没有退路，也没有捷径。如今很多光伏企业加入“规模竞赛”这一赛道或许也是不得已而为之，他们都在为平价上网埋头蓄力。但仅依靠规模扩张这一手段还不足以保证“2020年实现平价上网”这一战略目标。
“我们看到的是一个技术碾压商务模式的一个时代。这一轮你们看到的，以及未来会看到的，就是这么一个时代——晶硅技术时代。”阿特斯掌舵人瞿晓铧在2017年中美光伏年会的发言犹在耳边。
近两年，中国光伏上游企业围绕一根线已经上演了多轮“生死时速”，有行动“迟缓”的行业巨头在这根线上摇摇欲坠，也有行业新贵凭这根线“一战称王”……它就是被行业视为颠覆性技术的金刚线。
颠覆性技术，从字面上理解，是一种颠覆了某一行业主流产品和市场格局的技术。这样一根线究竟是如何颠覆这个行当的？
乱世英雄：金刚革“命”
“早在2012年时，就发现传统砂浆技术已没有更多降本空间，为此需要寻找一种新的颠覆性技术‘革掉’砂浆技术的‘命’。”
可以说，上游硅片厚度与切割损失量是影响晶体硅电池应用成本，甚至太阳能并网发电成本的第一个决定性因素。
而光伏硅材料传统切割方式为砂浆切割，该工艺是以钢线为基体，莫氏硬度为9.5的碳化硅作为切割刃料，钢线在高速运动中代工切割液和碳化硅混合的砂浆进行摩擦，利用碳化硅的研磨作用达到切割效果。
“早在2012年时，公司就发现传统砂浆技术已没有更多降本空间。”隆基股份董事长钟宝申对上证报记者说道，为此需要寻找一种新的颠覆性技术“革掉”砂浆技术的“命”。
在光伏领域，一项新技术的应用无非看两点：效率提升和成本下降。对于金刚线切片在多晶上的应用而言，就在于使用金刚线切割的对于硅片成本下降的显著效果。
金刚线切割技术是将莫氏硬度为10的金刚石颗粒固着于钢线基体上， 钢线的高速运动带动金刚石以同样的速度运动，直接产生切割能力。金刚线最早是由日本厂商率先进行研发并生产的新型切割工具。日本的旭金刚石2007年6月就推出了成熟的金刚线产品。
金刚线较砂浆切割优势在于：
一、切割效率高。金刚石切割漏损少，减少了磨料之间的相互磨损。金刚石硬度高，耐磨损能力强，从而切削和使用寿命更长；
二、材料损耗少，出片率高。金刚线因切割能力强，其镀层比（传统）砂浆要小薄，从而造成的刀锋损耗叫小。金刚线切割造成的损伤层小于砂浆线切割，有利于切割更薄的硅片。金刚线更细的线径、更薄的切片有利于降低材料损耗，提高硅片的出片率。
根据ITRPV数据，2015年的硅片厚度多为180微米，砂浆切割的刀缝损耗大约为150微米，金刚线切割的刀缝损耗约为125微米。
另外，金刚线还有助于产品质量提升，金刚线切割的设备占用资本、空间占用、人力和店里占用均有所下降，整个生产流程更加简化，从而降低运营成本。
金刚线因其切割效率、材料损耗、环境保护、产品质量、运营成本等方面的优势，已在晶硅切片等领域基本替代传统切割技术。根据ITRPV 2016年报告，预测未来十年（金刚线切割工艺）应用规模将逐步增长。
一组数据足以证明金刚线之利。砂浆切割的钢线直径是0.12毫米，而金刚线的直径则只有0.07毫米。以切割一公斤硅锭为例，前者只能切50片不到，后者则可切到60片左右；
砂浆切片机的线网速度为580-900m/min，而金刚线切片机的线网速度可以达到1000-1500m/min，是传统的砂浆切片机的两三倍。以多晶切片为例，单刀次时间从9-11小时可以将至2.5小时，大大提升了切片的效率。单台砂浆切片机（多晶）年产能为7MW左右，而金刚线切片机（多晶）的产能可以达到29MW。
根据SOLARZOOM新能源智库的测算，采用金刚线切片后通过直接方式硅片不含税成本将下降0.8元/片。根据ITRPV预测，2018年之后，在单晶硅切片市场，金刚线切割公司的市场渗透率（当前市场需求/潜在市场需求）将超过70%。
一句话，金刚线可以帮助光伏企业获得巨大的成本优势，这根线决定企业生死。尤其是是在上游晶硅片这个领域，掌握这根线的企业在未来之战抢得一线先机；失去这根线，可能意味着将被死神“收割”。
巨头博弈：慢就是死
“这就好像一轮‘生死时速’，就算重新订购新的金刚线专机，供应商也一下造不出那么多，至少要耽误两到三年的时间。”
单晶双巨头隆基、中环可以说是中国最早涉足金刚线的光伏企业。
据我们了解，继2002年中环股份规模化应用砂浆线切割技术七年后，2009年中环股份就着手研发金刚石线切片，并于2012年规模化应用金刚石线切片产线，“有效提升单晶硅材料利用率，单位千克出片数提高25%以上”。
行业观察者治雨在《中环股份：单晶守望者的进击》中分析：中环提升了切片速度，每张硅片的切割时间由原先的五小时降低到现在的两小时，再降低到未来的一个半小时以内；降低线材损耗，切割过程中损耗的金刚线由原先的1.5米降低到未来的0.5米。
在2016年，中环股份在超薄晶片金刚石线加工技术综合研究再度取得了重大成果，通过对切割钢线形态调整、循环系统化学平衡自主控制系统研发、关键工艺设备改造和工业自动化项目实施使公司156MM的太阳能级硅片产品的晶片厚度进行了优化（通过产业下游客户端的共同努力，已实现了较传统厚度减薄20微米的硅片大规模应用），并在2016年向公司全球的客户交付批量订单。
中环股份将190微米行业标准硅片厚度推动工艺创新逐步下降到目前的170微米。“下一步公司的太阳能级单晶硅片厚度将进一步减薄到140-150微米。
曾有市场研究“在不提高碎片率的前提下，太阳能电池厚度从180微米降到160微米，太阳能电池硅用量可减少10%，组件成本可下降3%。”
2017年4月26日中环股份又抛重磅投资方案，中环股份与宜兴经济开发区就推进实施“10GW 高效太阳能电池用超薄硅单晶金刚线切片产业化项目”签署了合作协议。“公司超薄晶片金刚石线切割单晶加工技术可使中环光伏四期项目（单晶硅产能合计为16.6GW）产能比项目可研提高产能25%以上。”中环股份如是说。
隆基较中环稍晚半步，其于2012年基本完成了“金刚石线切割工艺研究”实验，但隆基在国内率先完成了130微米薄片切割工艺的研究，2013年将成为率先规模化推广应用金刚线切割技术的国内企业。
在2008-2009年隆基批量采购切片机时就已考虑到未来金刚石线切割技术普及趋势，所有切片设备均可快速改造为金刚石线切割工艺，2012年已有17台切片机完成了工艺改造，其中 13台已开始批量采用生产金刚石线切割硅片。2013年“金刚石线切割工艺研究”已经完成并全面推广。
隆基通过金刚线切割工艺、PERC电池技术等行业先进技术的产业化应用，使得 2016 年硅片产品非硅成本已较2012年的5.12元/片下降67%。2017年6月底，公司单晶硅片非硅成本同比降低18%，组件环节非硅成本同比降低23%。
在隆基股份董事长钟宝申心中，这一转型过程的艰辛坎坷却是冷暖自知。“当时我们决定一个月切六七百万片，相当于每个月要亏三四百万元。按我们的估算，这个项目一年亏4000万以内都是可以接受的。毕竟，这是一个过程，需要长期的经验积累。”
可以说，隆基在为金刚线这个产业打通上下游、推广普及方面做了大量工作，承受了很大牺牲。不过，也正是因为敢于牺牲的精神，使“隆基率先运用该项技术，有力保障了公司成本控制优势的可持续性。”
"宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。"如今，隆基的苦守和牺牲带来了丰厚的回报，其单晶硅片自2013年以来，无论是收入规模还是盈利能力记录都在不断被自己刷新。
8年多，隆基硅片收入及毛利率情况
早年隆基股份总裁李振国说“让有硅片环节的光伏企业觉得这个环节已经成为他们的负担而不是优势。”如今隆基股份“已经形成低于同行20%制造成本的优势”。这些成本的降低在前几年行业暴利时代不算什么，但今天在行业竞争日益激烈的时期，这些优势将会使我们十分从容地扩张产能。”
实际上，中环、隆基之胜并非偶尔，而是必然，据黑鹰光伏统计两者是少有的连续六年（及以上）研发投入比都保持在3%的光伏企业。
十年中环隆基研发投入比情况
而多晶龙头保利协鑫不利的情况下，通过不懈努力终成功躲避了这根“死神之线”的收割。保利协鑫上演的“生死时速”也颇值得我们学习、深思。
据悉，保利协鑫“传统砂浆切片机的金刚线切割改造项目”——MB271机台改造项目从2013年立案启动至2016年共历时三年，历经四代，最终才获得成功。
“这就好像一轮‘生死时速’：如果第四次技改还是失败，或是晚几个月才成功的话，那我们也只能将1200台传统砂浆机全部淘汰。这不仅造成巨大的浪费，且就算重新订购新的金刚线专机，供应商也一下造不出那么多，至少要耽误两到三年的时间。”保利协鑫切片事业部的副总裁、砂浆机金刚线切割改造技术攻关小组的组长刘建平对上海证券报记者如此说道。
（刘建平）
在这个关键的时间节点，耽误两三年对企业来说无疑是致命的。保利协鑫如此被动，并不是因为行动过于迟缓，实在是此次幸运之神过于偏爱“单晶”。
这是一个先天技术问题。金刚线的固结切割方式导致切割后的硅片表面损伤程度较浅、表面划痕密，从而导致了更高的反射率。多晶硅片采用酸制绒，所以金刚线切割的多晶硅片在制成电池后效率比砂浆切割硅片低了将近0.4个百分点。这也是阻碍金刚线切割技术在多晶领域推广的的最重要原因。
好在通过技术攻关，保利协鑫终于找到解决方法，即黑硅技术在常规的酸制绒后，又增加一道工艺，从而解决了金刚线切多晶硅片的反射率过高问题，还能附带一定电池效率的提升。
SOLARZOOM新能源智库了解到，目前已经有企业实现了小规模的量产，不但解决了金刚线切多晶硅片的制绒问题，还实现了0.4-0.6个百分点电池效率的提升。
2016年4月28日，保利协鑫“阜宁光伏金刚线切片项目”顺利投产，标志着保利协鑫大规模推进金刚线切片新工艺。“目前，协鑫集成量产的金刚线切多晶+黑硅+PERC的电池转换效率已经达到20.5%，未来有望提升至21.5%。而在成本方面，经测算，与砂线切+普通电池工艺的单位成本相比，金刚线切多晶+湿法黑硅+PERC的电池制造成本仅为其92.7%。”
保利协鑫副总裁吕锦标对中国能源报表示，大规模推广金刚线切割改造后，多晶硅片直接降本超0.5元/片。
截至2017年6月末，保利协鑫金刚线切割硅片比例已超过30%，大大降低了硅片成本。而且，保利协鑫完成了配套金刚线多晶硅片的湿法制绒黑硅技术的设备调试，通过工艺开发及试验线的成功推进，为金刚线切多晶硅片的市场推广提供了解决方案，起到了引导电池客户使用金刚线硅片的积极作用。
8月18日，刘建平在参加“金刚线硅片切割及电池全产业链技术研讨会”时表示，保利协鑫切片事业部的金刚线机台改造进展顺利，400余台MB271改造项目8月底可全面完成并投入生产，预计本月金刚线切硅片的产量将超过50%，年底产量占比将超过90%。
“改造机的投资成本仅为专机的十分之一，而切片加工成本两者相当，因此，现阶段改造机的性价比优势非常明显。”刘建平如是说。不过，也有观点认为：“由于硅片的薄片化趋势以及更细线径金刚线的成熟运用，改造机将逐渐丧失性价比，那时会是金刚线专用机的天下。”
刘建平还预测，2017年全行业多晶金刚线的使用比例可能将超过60%，2018年有望达到100%。未来金刚线将更加“细线化”，砂浆切硅片的成本劣势将被进一步拉大，很快将面临被淘汰的命运。
另一光伏巨头也成功抢到一张金刚线“入场券”。2017年6月23日阿特斯阜宁工厂全面恢复生产。复产后其硅片的年产能由原来的1GW提高到1.2GW，并成为世界上最先进的采用金刚线硅片+多晶黑硅技术的电池生产基地。
还需要重点提到的是，由于金刚线切割相比砂浆切割刀缝损失由明显的减少，因为同等产能下对于多晶硅的需求也将大幅减少。如果每kg硅棒的合格出片数通过采用金刚线切割由目前的48片上升到62片，相应的对于多晶硅的需求将减少23%；
如果目前全国70%的多晶硅片产能全部应用金刚线切割，将带来每年超过3万吨的多晶硅需求减少，影响多晶硅需求超过10%。在下游没有大量新增产能的情况下，多晶硅的价格将进一步下跌。
这也就意味着金刚线这一颠覆性技术未来可能还将导致上游多晶硅材料价格的下滑，这使得企业距离平价上网更进一步。
颠覆之战，刚刚开始
如今这场残酷的颠覆之战才刚刚开始，在这个技术的赛道上，谁跑的慢了，谁就有可能死亡。
围绕金刚线的生死博弈还在不同领域上演。
位于河南开封的易成新能，于2010年4月登陆A股。公司为太阳能光伏行业重要的功能性材料供应商，从事太阳能硅片、半导体线切割刃料研发、生产、销售的高新技术企业。
太阳能晶硅片切割专用刃料专供光伏产业中的晶硅片生产企业使用，是将晶硅棒、晶硅锭切割为晶硅片的生产过程中不可或缺的专用材料，是光伏产业链中重要生产材料之一。易成新能在晶硅片切割刃料行业合计市场占有率达到40%以上，为国内光伏晶硅切割材料的龙头供应商之一。
不过，如今晶硅片切割领域已经发生了重大变化，金刚线切割技术替代传统砂浆切割技术，导致易成新能晶硅片切割刃料业务出现严重下滑。2017年上半年易成新能“晶硅片切割刃料”销售收入1.95亿元，同比下滑了68.59%。
为应对技术危机，易成新能加快建设年产600万千米电镀金刚线项目。财报显示，截至2017年6月末，易成新能预计投资6.6亿元的电镀金刚线项目工程进度为33.84%。
同样于2010年登陆A股的奥克股份也面临着被颠覆危机。奥克股份光伏产品为晶硅切割液，是硅棒切割成硅片过程中使用的一种化学助剂，减少切割损失的功能。随着金刚线切割技术开始取代传统切割工艺，公司晶硅切割液市场需求快速下降。2016年切割液销售为3.31万吨，同比下滑了24.49%。
有人败，就有人胜。三超新材就凭此突围而出。该公司主营业务是金刚石工具的研发、生产和销售，主要产品为电镀金刚线和金刚石砂轮。2011年公司经多年研发的电镀金刚线开始小批量销售，2012年正式批量销售，其电镀金刚线主要用于光伏硅材料。2014年10月，三超新材的电镀金刚线产品被国家科学技术部、环境保护部、商务部和国家质量监督总局认定为国家重点新产品。
三超新材金刚线盈利情况
杨凌美畅新材料有限公司也是一个很好的例子。该公司于去年1月开工投产，当年即实现产值2.36亿元，利润0.95亿元。至2016年底，已成长全球最主要的金刚线供应商。
事实上，目前从事金刚线制造的企业已近百家，其中上市企业已近10家，其中包括两家日本的上市企业。即使这样，整个金刚线相关市场仍旧是供不应求的现状，有企业表示“一线难求”。
根据EnergyTrend研判，预计叠加蓝宝石需求，预计2017年—2019年间，全球金刚线总需求会达到150亿米、261亿米、345亿米。
如今这场颠覆之战才刚刚开始，在这条技术竞技的赛道上，谁跑的慢了，谁就有可能死亡。未来谁掌握光伏核心技术密码，谁才能在这场“生死局”中胜出。
(部分资料参考：《中国能源报：保利协鑫副总裁吕锦标：金刚线切多晶硅片市场需求远超预期》、《上海证券报：调查这根细线差点勒死光伏巨头!金刚线大战上演“生死时速”》、《SOLARZOOM新能源智库：金刚线切多晶硅片技术已成熟，2017年将迎来爆发》）
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