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光伏行業研究報告:申萬宏源-光伏行業深度研究之單晶硅片環節:大尺寸,薄片化,促革新-190822

行業名稱: 光伏行業 股票代碼: 分享時間:2019-08-22 17:05:40
研報欄目: 行業分析 研報類型: (PDF) 研報作者: 劉曉甯,韓啓明,鄭嘉偉
研報出處: 申萬宏源 研報頁數: 25 頁 推薦評級: 看好
研報大小: 1,887 KB 分享者: i2o3xo 我要報錯
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【研究報告內容摘要】

  本期投資提示:
  光伏硅片環節大型化趨勢明確,大硅片有望降本增效創造超額收益。http://www.hibor.com.cn【慧博投研資訊】光伏硅片大尺寸趨勢有助于提升硅片産能,降低單位投資,降低拉晶能耗;充分挖掘電池環節工藝設備潛力,降低電池非硅成本。http://www.hibor.com.cn(慧博投研資訊)以M9、M10、M12三類硅片爲例,分別將電池片環節的非硅成本降低了15.26%、18.49%、22.49%(相較156.75全方片)。若綜合考慮原材料硅片的成本降低(按一體化測算),則M9、M10、M12規格硅片分別將電池片環節的總成本降低了8.66%、10.41%、12.62%。大尺寸硅片經濟效益顯著,有望創造超額收益。
  大尺寸硅片制造難度較高,熱場和工藝是核心難點。因爲徑向溫差是熱應力來源,所以單晶硅棒拉制要求徑向溫差盡量小,以避免增殖位錯,以及單晶失敗、斷線。徑向溫差是溫度梯度在晶體半徑上的積分,同樣的熱場條件,溫度梯度不變,拉晶的直徑越大,徑向溫差就會越大,導致拉晶過程越困難。此外,大直徑拉晶會增加硅棒重量,對生産企業的提拉工藝和後續加工處理技術提出更高的要求。
  全方硅片去除留白,性價比凸顯有望成爲主流。全方/類方硅片選型的本質,是在提高硅棒利用率和組件效率之間進行權衡。一方面,硅料成本的下降削弱了硅棒利用率的重要性。另一方面,組件高效化導致留白區域功率損失提高。因此,全方硅片性價比優勢凸顯,有望成爲未來單晶硅片主流形式。對比G1硅片和同邊距大倒角硅片(f213mm),G1硅片應用于72片組件時增加成本約4.1070元,增加收益約6.2240元,爲産業鏈提供淨收益2.1170元。
  細線化、薄片化趨勢漸起,助力硅料用量減少。薄硅片有利于降低硅耗和電池成本,核心技術問題在于保障薄硅片機械強度、提高切片良品率。截至2018年,單晶硅片平均厚度在170-180μm左右,而行業龍頭薄片量産能力已接近100μm。由于薄硅片機械強度較弱,電池隱裂問題一定程度上制約了薄片化進程。預計隨著N型電池興起,疊加雙玻、疊瓦、MWT、MBB等抗隱裂組件技術推廣,硅片厚度將持續減薄。隨著金剛線母線直徑及磨粒粒徑的降低,以及硅片厚度下降,每公斤方棒的出片量有望持續增加。2018年單晶方棒每月出片65片,較2017年增加5片。第三方機構ITRPV預計未來10年M2硅耗量有望下降至12.5g左右,屆時每公斤方棒出片量將達到80片。
  投資建議:我們認爲未來全球光伏有望維持穩健增長,而大尺寸硅片推廣將降低産業鏈生産成本以及終端BOS成本,進而降低LCOE來推動平價上網。我們看好光伏大硅片龍頭企業中環股份、隆基股份,建議關注京運通、上機數控、晶盛機電、捷佳偉創、邁爲股份。
  風險提示:全球光伏裝機不達預期;大尺寸硅片推廣不達預期。

【研究報告全文】

申萬宏源-光伏行業深度研究之單晶硅片環節:大尺寸,薄片化,促革新-190822

1行業及産業行業研究/行業深度證券研究報告電氣設備2019年08月22日大尺寸,薄片化,促革新看好——光伏行業深度研究之單晶硅片環節相關研究 證券分析師劉曉甯A0230511120002 liuxn@swsresearch.com 韓啓明A0230516080005 hanqm@swsresearch.com 鄭嘉偉A0230518010002 zhengjw@swsresearch.com 研究支持張雷A0230117040007 zhanglei@swsresearch.com 聯系人張雷(8621)23297818×7712 zhanglei@swsresearch.com 本期投資提示:光伏硅片環節大型化趨勢明確,大硅片有望降本增效創造超額收益。

光伏硅片大尺寸趨勢有助于提升硅片産能,降低單位投資,降低拉晶能耗;充分挖掘電池環節工藝設備潛力,降低電池非硅成本。

以M9、M10、M12三類硅片爲例,分別將電池片環節的非硅成本降低了15.26%、18.49%、22.49%(相較156.75全方片)。

若綜合考慮原材料硅片的成本降低(按一體化測算),則M9、M10、M12規格硅片分別將電池片環節的總成本降低了8.66%、10.41%、12.62%。

大尺寸硅片經濟效益顯著,有望創造超額收益。

大尺寸硅片制造難度較高,熱場和工藝是核心難點。

因爲徑向溫差是熱應力來源,所以單晶硅棒拉制要求徑向溫差盡量小,以避免增殖位錯,以及單晶失敗、斷線。

徑向溫差是溫度梯度在晶體半徑上的積分,同樣的熱場條件,溫度梯度不變,拉晶的直徑越大,徑向溫差就會越大,導致拉晶過程越困難。

此外,大直徑拉晶會增加硅棒重量,對生産企業的提拉工藝和後續加工處理技術提出更高的要求。

全方硅片去除留白,性價比凸顯有望成爲主流。

全方/類方硅片選型的本質,是在提高硅棒利用率和組件效率之間進行權衡。

一方面,硅料成本的下降削弱了硅棒利用率的重要性。

另一方面,組件高效化導致留白區域功率損失提高。

因此,全方硅片性價比優勢凸顯,有望成爲未來單晶硅片主流形式。

對比G1硅片和同邊距大倒角硅片(f213mm),G1硅片應用于72片組件時增加成本約4.1070元,增加收益約6.2240元,爲産業鏈提供淨收益2.1170元。

細線化、薄片化趨勢漸起,助力硅料用量減少。

薄硅片有利于降低硅耗和電池成本,核心技術問題在于保障薄硅片機械強度、提高切片良品率。

截至2018年,單晶硅片平均厚度在170-180μm左右,而行業龍頭薄片量産能力已接近100μm。

由于薄硅片機械強度較弱,電池隱裂問題一定程度上制約了薄片化進程。

預計隨著N型電池興起,疊加雙玻、疊瓦、MWT、MBB等抗隱裂組件技術推廣,硅片厚度將持續減薄。

隨著金剛線母線直徑及磨粒粒徑的降低,以及硅片厚度下降,每公斤方棒的出片量有望持續增加。

2018年單晶方棒每月出片65片,較2017年增加5片。

第三方機構ITRPV預計未來10年M2硅耗量有望下降至12.5g左右,屆時每公斤方棒出片量將達到80片。

投資建議:我們認爲未來全球光伏有望維持穩健增長,而大尺寸硅片推廣將降低産業鏈生産成本以及終端BOS成本,進而降低LCOE來推動平價上網。

我們看好光伏大硅片龍頭企業中環股份、隆基股份,建議關注京運通、上機數控、晶盛機電、捷佳偉創、邁爲股份。

風險提示:全球光伏裝機不達預期;大尺寸硅片推廣不達預期。

22158616/36139/2019082216:362行業深度投資案件結論和投資建議我們認爲未來全球光伏有望維持穩健增長,而大尺寸硅片推廣將降低産業鏈生産成本以及終端BOS成本,進而降低LCOE來推動平價上網。

我們看好光伏大硅片龍頭企業中環股份、隆基股份,建議關注京運通、上機數控、晶盛機電、捷佳偉創、邁爲股份。

原因及邏輯隨著平價上網到來,全球光伏需求以及光伏組件出貨量有望維持穩健增長;大尺寸硅片標准的全面推廣預計需要3年,該技術有望大幅度降低制造成本,帶動電池環節非硅成本的顯著下滑,未來新擴電池産能的推廣大概率匹配大尺寸硅片産能的推廣;硅片供給側有望出現了龍頭集中+成本領先的格局,龍頭公司競爭格局持續改善。

有別于大衆的認識市場普遍認爲光伏降本主要靠硅料、電池和組件環節,硅片環節已經非常成熟,很難創新;我們認爲隨著大尺寸硅片的推廣,全産業制造成本有望大幅度降低,産業生産效率有望大幅提升。

大尺寸硅片本身存在很高的技術壁壘,經濟性的生産難度很高,未來有望進一步鞏固龍頭廠商的成本領先優勢,競爭格局進一步改善。

22158616/36139/2019082216:363行業深度1.大尺寸:提升設備利用率,攤薄單瓦生産成本...................6 1.1大尺寸硅片大勢所趨,長晶邁入12英寸時代...........................................................6 1.2大尺寸硅片經濟效益顯著,有望貢獻超額利潤..........................................................9 1.3大尺寸硅片技術難度高,工藝、設備缺一不可........................................................12 2.全方硅片:消除倒角留白,助力組件增效........................14 2.1硅棒成本降低凸顯全方硅片性價比............................................................................14 2.2消除倒角助力組件提效,下遊企業力推全方硅片...................................................16 3.蜂巢硅片:六邊形開方提升硅棒利用率............................18 4.細線化、薄片化:節約硅料用量,源頭降本.....................19 5.投資標的推薦...................................................................22 5.1中環股份(002129) ...................................................................................................22 5.2隆基股份(601012) ...................................................................................................23 目錄22158616/36139/2019082216:364行業深度圖表目錄圖1:單晶硅棒拉制工藝..................................................................................6 圖2:電池片生産工藝......................................................................................7 圖3:硅片成本拆分(單位:%).....................................................................7 圖4:電池片成本拆分(單位:%) .................................................................7 圖5:半導體硅片尺寸發展路徑........................................................................8 圖6:光伏硅片尺寸發展路徑...........................................................................8 圖7:2015-2017隆基股份單晶硅片出貨結構(單位:%) ............................8 圖8:M12硅片面積較常規M2硅片提升80.5% ............................................9 圖9:M12、M6、M2長晶尺寸對比..............................................................9 圖10:“誇父”系列12英寸方棒.....................................................................9 圖11:電池片較多時邊縫損失較大................................................................11 圖12:單晶爐熱場示意圖..............................................................................12 圖13:常見單晶爐結構.................................................................................13 圖14:管式擴散爐裝載示意圖.......................................................................14 圖15:管式PECVD裝載示意圖....................................................................14 圖16:全方硅片規格.....................................................................................14 圖17:類方硅片規格.....................................................................................14 圖18:2017-2019年硅料價格(單位:元/kg) ..........................................15 圖19:蜂巢硅片有效利用面積較大................................................................18 圖20:蜂巢硅片、組件生産工藝....................................................................18 圖21:P型硅片厚度走勢(單位:μm) .......................................................20 圖22:N型硅片厚度走勢(單位:μm) .......................................................20 圖23:金剛線線徑選擇需綜合考慮成本收益..................................................20 圖24:金剛線線徑走勢(單位:μm) ..........................................................20 圖25:M2硅片硅耗量下降路線(單位:g) ................................................21 圖26:2014-2019Q1公司營收及淨利潤(單位:億元,%) ......................23 圖27:2018年公司分産品營收占比(單位:%) .........................................23 圖28:2014-2019Q1公司營收及淨利潤(單位:百萬元,%) ...................24 22158616/36139/2019082216:365行業深度圖29:2018年公司分産品營收占比(單位:%) .........................................24 表1:大尺寸拉晶爲單晶爐裝料量提升帶來空間(單位:kg,英寸,mm) .....6 表2:不同尺寸光伏硅片規格(單位:mm,mm2,W,%) .........................8 表3:硅片環節成本測算(單位:元/片,W/片,元/W,%) .......................10 表4:電池片環節成本測算(單位:元/W,%) ............................................10 表5:不同硅片尺寸下的典型組件版型對比(單位:mm,W,%) ..............11 表6:全方硅片規格(單位:mm,°) ..........................................................15 表7:類方硅片規格(單位:mm,°) ..........................................................15 表8:G1直方片市場導入情況.......................................................................16 表9:同邊距全方/類方硅片生産成本比較(單位:mm,mm2,W/片,%,元/片)......................................................................................................................16 表10:72片組件中全方硅片應用收益(單位:元/片,元,W,元/W) .......17 表11:蜂巢組件與常規M2組件對比(單位:mm,m2) ............................19 表12:蜂巢組件與常規M2組件對比(單位:mm,m2) ............................20 表13:薄片降本測算(單位:元/片,mm,μm,kg方棒/片,%) ............21 表14:細線降本測算(單位:元/片,mm,μm,kg方棒/片,%) ............22 表15:光伏板塊公司估值(單位:億元、元/股、倍) ...................................24 22158616/36139/2019082216:366行業深度1.大尺寸:提升設備利用率,攤薄單瓦生産成本1.1大尺寸硅片大勢所趨,長晶邁入12英寸時代大尺寸硅片是行業降本增效潮流下的必然選擇。

硅片環節:大尺寸硅片降低長晶成本。

大尺寸硅棒單位質量拉制速度更快,生産效率提升導致單瓦硅片能耗、折舊、人工等費用降低。

以目前通用的8英寸拉晶爲例,在450公斤裝料量下,單晶拉棒長度已達5.2米,在廠房空間、設備尺寸等因素的約束下已基本達到極限。

而如果采用更大尺寸的12英寸拉晶,450公斤裝料量下拉棒長度僅爲2.6米,爲進一步提升單晶爐裝料量、降低單位長晶成本提供了空間。

表1:大尺寸拉晶爲單晶爐裝料量提升帶來空間(單位:kg,英寸,mm) 長晶尺寸(英寸) 6812 裝料量(kg) 60kg 150kg 300kg 350kg 450kg 450kg 600kg 熱場尺寸(英寸) 1622-2426-2826-2828-3228-3628-36 晶棒長度(mm) 1400175035004200520026003500 資料來源:E芯微電子,申萬宏源研究圖1:單晶硅棒拉制工藝資料來源:隆基股份招股書,申萬宏源研究電池環節:大尺寸硅片攤薄單瓦非硅成本。

電池生産設備單位時間內加工量一定,大尺寸硅片能夠充分挖掘設備潛力,提高單位時間內出産電池片功率。

盡管電池片非硅成本隨硅片尺寸提高而上升,但兩者上升幅度並不成比例,因此大尺寸硅片的應用能夠顯著攤薄電池片非硅成本,尤其是折舊與人工成本。

22158616/36139/2019082216:367行業深度圖2:電池片生産工藝資料來源:公司公告,申萬宏源研究圖3:硅片成本拆分(單位:%) 圖4:電池片成本拆分(單位:%) 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究光伏硅片源于半導體材料,長晶平台已由6英寸發展至8英寸。

光伏硅片早期規格對標半導體硅片。

在2010年之前,單晶硅片主要以對邊距125mm(6英寸長晶)的小尺寸硅片爲主,並有少量對邊距156mm(8英寸長晶)的硅片。

2010年後,156mm M0硅片的比例越來越大,並成爲行業主流,125mm的P型硅片則在2012年後基本被淘汰。

此後,行業開始嘗試在8英寸長晶平台的基礎上對硅片尺寸做微小增加。

2013年底,中環股份、隆基股份等五家企業聯合發布了M1(156.75-f205mm)與M2(156.75-f210mm)硅片標准,在不改變組件尺寸的情況下,M2通過提升了硅片面積(提升2.2%)使組件功率提升了5W以上,迅速成爲行業主流並穩定了數年時間。

目前行業主流的大尺寸硅片尺寸是158.75mm與166.00mm。

158.75mm硅片的優勢在于現有全部産能均可通過技術改造進行升級適配,且技改成本較低,即便對于很老的電池廠,1GW技改費用也可控制在400萬元內。

166.00mm硅片的優勢在于其面積相對硅料61%長晶28%開方3%切片8%硅片63%銀漿11%電力6%人工4%折舊4%其他12% 22158616/36139/2019082216:368行業深度M2大幅提升了12.22%,采用該型硅片的72型組件功率可達到420-430W。

同時該尺寸已接近但並未超過現有設備的容納極限,技改成本依舊可控。

圖5:半導體硅片尺寸發展路徑 圖6:光伏硅片尺寸發展路徑資料來源:SEMI,申萬宏源研究 資料來源:PV-Tech,申萬宏源研究表2:不同尺寸光伏硅片規格(單位:mm,mm2,W,%) 邊距mm直徑mm面積mm2功率測算W功率增加比例6.5125.0017015482.823.41 0.00% M1156.7521024284.355.34 56.85% M2156.7521524431.555.37 57.80% 158.75准方158.7522825199.415.54 61.86% 166.00全方166.0023827554.286.06 77.97% 資料來源:PV-Tech,申萬宏源研究圖7:2015-2017隆基股份單晶硅片出貨結構(單位:%) 資料來源:隆基股份官網,申萬宏源研究12英寸長晶技術突破,硅片尺寸再上台階。

2019年8月15日,中環股份召開新品發布會,正式推出基于12英寸長晶技術的“誇父”系列硅片産品,包含M12(210mm-f295)、80%1% 0% 20%98% 100%01% 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 201520162017M1 M2 M0 22158616/36139/2019082216:369行業深度M10(200mm-f281)、M9(192mm-f270)三種規格。

隨著光伏硅片邁入12英寸時代,産業鏈各環節均有望實現大幅度降本增效,助推平價上網進程。

考慮到硅片尺寸的標准化、統一化需求,以及進一步增尺寸的技術約束,12英寸將成爲未來相當長時間內的行業主流規格。

圖8:M12硅片面積較常規M2硅片提升80.5% 資料來源:摩爾光伏,申萬宏源研究圖9:M12、M6、M2長晶尺寸對比 圖10:“誇父”系列12英寸方棒資料來源:公司官網,申萬宏源研究 資料來源:公司官網,申萬宏源研究1.2大尺寸硅片經濟效益顯著,有望貢獻超額利潤以156.75mm、158.75mm(G1)、166.00mm、192.00mm(M9)、200.00mm(M10)、210.00mm(M12)六種尺寸的全方硅片進行經濟效益測算。

硅片環節:大尺寸硅片單位質量方棒拉制成本較低。

長晶圓棒橫截面積較大時單位質量拉晶耗時較短,也即相同時間內産能更高,單位能耗、折舊等成本要素隨之降低。

因此切方剩余率一定時,大尺寸硅片單位質量方棒拉制成本也較低。

M12長晶直徑約爲300mm,22158616/36139/2019082216:3610行業深度156.75全方片長晶直徑約爲225mm;M12面積約44096mm2,較156.75全方片的24568mm2高出79.49%;M12單片拉晶成本約0.7077元,較156.75全方片的0.5345元僅高出32.40%。

可見大直徑拉棒能提供相當可觀的長晶成本優勢。

硅片環節:大尺寸硅片總成本具備優勢。

受益于拉晶環節成本優勢,大尺寸硅片非硅制造成本較低。

以M9、M10、M12爲例,三類硅片分別有望取得1.80分/W、2.13分/W、2.59分/W的非硅成本降幅(較156.75全方片)。

考慮到大直徑拉晶一定程度上會導致硅料損耗增加,大尺寸硅片的單瓦硅料成本略有上升。

綜合來看,M9、M10、M12大尺寸硅片的總成本分別較156.75全方片低3.73%、4.38%、5.25%。

表3:硅片環節成本測算(單位:元/片,W/片,元/W,%) 規格156.75全方158.75全方166全方192全方200全方210全方硅料成本(元/片) 1.16931.20091.31571.78271.94112.1519 非硅成本(元/片) 0.94000.95441.01251.26411.34261.4354 其中:拉晶成本0.53450.53850.55780.65580.68260.7077 開方成本0.06170.06320.06920.09250.10040.1107 切片成本0.34380.35260.38560.51580.55970.6170 硅片成本(元/片) 2.10932.15532.32823.04693.28373.5873 硅片瓦數(W/片) 5.40495.54386.06168.10968.79929.7011 硅片成本(元/W) 0.39030.38880.38410.37570.37320.3698 其中:硅料成本0.21630.21660.21710.21980.22060.2218 非硅成本0.17390.17210.16700.15590.15260.1480 硅片成本降幅(元/W) 0.00000.00150.00620.01450.01710.0205 其中:硅料成本降幅0.0000 (0.0003) (0.0007) (0.0035) (0.0042) (0.0055) 非硅成本降幅0.00000.00180.00690.01800.02130.0259 硅片成本降幅(%) 0.00% 0.38% 1.58% 3.73% 4.38% 5.25% 其中:硅料成本降幅0.00% -0.13% -0.33% -1.61% -1.96% -2.53% 非硅成本降幅0.00% 1.01% 3.96% 10.37% 12.26% 14.92% 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究電池片環節:大尺寸硅片有助電池設備充分發揮潛力,降低單瓦制造成本。

電池、組件環節生産設備一般具有固定通量,大尺寸硅片應用在一定程度上擴大了以功率計量的設備産能,從而攤薄單瓦投資/折舊成本。

此外,化學試劑等耗材的單瓦用量,亦隨硅片面積增大而減小。

以156.75全方片爲基准,M9、M10、M12規格硅片分別將電池片環節的非硅成本降低了15.26%、18.49%、22.49%。

若綜合考慮原材料硅片的成本降低(一體化測算),則M9、M10、M12規格硅片分別將電池片環節的總成本降低了8.66%、10.41%、12.62%。

表4:電池片環節成本測算(單位:元/W,%) 規格156.75全方158.75全方166全方192全方200全方210全方22158616/36139/2019082216:3611行業深度電池環節非硅成本(元/W) 0.29160.28890.27920.24710.23770.2260 其中:電力0.04890.04830.04590.03660.03340.0293 人工0.02880.02810.02570.01920.01770.0160 折舊0.02980.02910.02660.01990.01830.0166 其他0.18410.18340.18100.17150.16820.1640 電池環節非硅成本降幅(元/W) 0.00000.00280.01240.04450.05390.0656 電池環節非硅成本降幅(%) 0.00% 0.94% 4.26% 15.26% 18.49% 22.49% 電池環節成本(元/W) 0.68190.67760.66330.62280.61090.5958 電池環節成本降幅(元/W) 0.00000.00420.01860.05900.07100.0861 電池環節成本降幅(%) 0.00% 0.62% 2.72% 8.66% 10.41% 12.62% 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究組件、系統環節:大尺寸硅片封裝密度更高,助力組件、系統環節進一步降本。

常規組件封裝時電池片與電池片之間存在一定間隙,采用大尺寸硅片能減少同功率等級組件中的電池片用量,從而減少間隙留白,提高封裝密度。

此外,較少的電池片用量能夠降低串焊時對齊主柵的難度,也方便企業的生産經營管理。

若采用大尺寸硅片生産大功率組件,則還能實現接線盒、人工、折舊等成本的攤薄,並顯著降低BOS成本。

以M12硅片50版型組件爲例,其功率可達480W,BOS成本降幅高達9.6%。

圖11:電池片較多時邊縫損失較大資料來源:晶科能源官網,申萬宏源研究表5:不同硅片尺寸下的典型組件版型對比(單位:mm,W,%) 硅片尺寸M2 G1 M6 M9 M10 M12 組件版型72半片版型72半片版型72半片版型50半片版型50半片版型50半片版型組件尺寸(mm) 992*20001002*20081052*21151002*20081052*21151123*2167 電池片數量727272505050 功率(W) 380395430400435480 功率提升(W) 015502055100 22158616/36139/2019082216:3612行業深度功率增幅(%) 0.00% 3.95% 13.16% 5.26% 14.47% 26.32% 組件效率(%) 19.15% 19.63% 19.32% 19.88% 19.55% 19.72% 組件效率提升(%) 0.00% 0.48% 0.17% 0.73% 0.40% 0.57% 資料來源:中環股份新品發布會,申萬宏源研究大尺寸硅片助力全産業鏈降本增效,在其他邊界條件一定時,産業鏈內將形成超額收益(至少爲硅片、電池環節的降本總和)。

短期看超額利潤將傾向下遊以補償其技改成本;中期來看,大部分超額利潤將回歸掌握核心技術、競爭格局良好、供需關系偏緊的硅片環節。

1.3大尺寸硅片技術難度高,工藝、設備缺一不可大尺寸硅片核心難點在于熱場控制與工藝設計。

單晶硅棒的拉制,縱向溫度梯度要大,這是單晶生長的驅動力,因此需使用高保溫的材料做熱屏;而徑向溫度梯度需要盡量小以使長晶界面的溫度平坦。

因爲徑向溫差是熱應力來源,會導致增殖位錯,造成單晶失敗、斷線。

徑向溫差是溫度梯度在晶體半徑上的積分,同樣的熱場,溫度梯度不變,但拉晶的直徑越大,徑向溫差就越大,拉晶越困難。

此外,大直徑拉棒會增加硅棒重量(這也是提高裝料量的必然結果),一定程度上提高了硅棒結構損壞的風險,從而對生産企業的提拉工藝提出更高要求。

在後續的運輸、截斷、開方、粘棒、切片等環節,大體積高重量的硅棒加工處理難度也較高,需要進行全新的工藝設計。

圖12:單晶爐熱場示意圖資料來源:中仿科技微博,申萬宏源研究22158616/36139/2019082216:3613行業深度大尺寸硅片制造對配套生産設備提出更高要求。

單晶爐是硅棒生長的核心設備,目前主流單晶爐熱屏內徑達300mm,可生産240mm直徑硅棒(對應約166mm硅片)。

而若要生産12英寸大尺寸硅片,則需要具備更大尺寸的熱場以及更大規格的裝料系統。

大尺寸單晶爐産能更高,能夠顯著節約單位産能投資。

對于開方、切片環節,一方面設備容量需要增大,另一方面設備精度、穩定性等參數也需要提高。

圖13:常見單晶爐結構 資料來源:光伏資訊,申萬宏源研究166mm接近現有設備容量上限,下遊設備更新有望提高大尺寸硅片適配性。

擴散爐、PECVD是下遊電池生産核心設備,其空間容量大小決定了采購硅片尺寸的上限。

以國內電池設備龍頭捷佳偉創爲例,其主打産品擴散爐(DOA-320)有效內徑320mm,最大裝片量1200片/批;PECVD(PD-450M)爐膛有效內徑爲450mm,可承載416片M0硅片/舟。

根據設備要求,硅片周線需能被擴散爐內徑包絡,並且硅片邊距應小于PECVD內徑。

目前主流下遊設備通過小幅技改即可兼容166mm大尺寸硅片。

隨著下遊設備廠商進一步更新産品設計和配套解決方案,電池、組件環節對大尺寸硅片的適配性將快速提高。

22158616/36139/2019082216:3614行業深度圖14:管式擴散爐裝載示意圖 圖15:管式PECVD裝載示意圖資料來源:技高網,申萬宏源研究 資料來源:技高網,申萬宏源研究2.全方硅片:消除倒角留白,助力組件增效2.1硅棒成本降低凸顯全方硅片性價比 根據截面形狀不同,硅片分爲全方與類方兩類。

全方硅片形狀近似爲正方形,但爲降低電池片加工過程中的碎片風險,增加硅切片邊緣表面機械強度、減少顆粒汙染,一般需要將其邊緣磨削呈圓弧狀或梯形(小倒角)。

類方硅片四角爲大倒角,主因單晶硅棒成本高昂,開方過程中留出大倒角可顯著提高硅棒利用率。

圖16:全方硅片規格 圖17:類方硅片規格資料來源:PV-Tech,申萬宏源研究 資料來源:PV-Tech,申萬宏源研究22158616/36139/2019082216:3615行業深度表6:全方硅片規格(單位:mm,°) 標准規格A(mm)硅片邊長B(mm)倒角長度β(°)垂直度156.75156.75±0.251.5±0.590±0.3 158.75158.75±0.251.5±0.590±0.3 166.00166.00±0.251.5±0.590±0.3 192.001921.1±0.590±0.2 200.002001.3±0.590±0.2 210.002101.4±0.590±0.2 資料來源:PV-Tech,申萬宏源研究表7:類方硅片規格(單位:mm,°) 標准尺寸A(mm)硅片邊長D(mm)直徑β(°)垂直度156.75156.75±0.25210±0.25;220±0.2590±0.3 158.75158.75±0.25210±0.25;213±0.25;223±0.2590±0.3 166.00166.00±0.25213±0.25;223±0.25;233±0.2590±0.3 資料來源:PV-Tech,申萬宏源研究消除倒角性價比提高驅使類方硅片向全方硅片轉換。

硅片選型的本質是在提高硅棒利用率和組件效率之間進行權衡。

一方面,長晶成本(含硅料)下降削弱了硅棒利用率的重要性。

另一方面,組件高效化導致留白區域功率損失提高。

因此,全方硅片應用優勢凸顯,有望成爲未來單晶硅片主流形式。

圖18:2017-2019年硅料價格(單位:元/kg) 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究全方硅片應用不存在技術障礙。

對于電池和組件環節,使用方形的單晶硅片沒有任何障礙、無需增加任何成本就可以帶來功率提升。

對于硅片環節,生産全方單晶硅片唯一需要改變的就是在長晶環節生長直徑更粗的硅棒。

相同邊距下全方片所需長晶直徑僅比類方片大10mm左右,由此增加的技術難度亦很小。

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2017 /3 /1 7 2017 /4 /1 7 2017 /5 /1 7 2017 /6 /1 7 2017 /7 /1 7 2017 /8 /1 7 2017 /9 /1 7 2017 /1 0 /1 7 2017 /1 1 /1 7 2017 /1 2 /1 7 2018 /1 /1 7 2018 /2 /1 7 2018 /3 /1 7 2018 /4 /1 7 2018 /5 /1 7 2018 /6 /1 7 2018 /7 /1 7 2018 /8 /1 7 2018 /9 /1 7 2018 /1 0 /1 7 2018 /1 1 /1 7 2018 /1 2 /1 7 2019 /1 /1 7 2019 /2 /1 7 2019 /3 /1 7 2019 /4 /1 7 2019 /5 /1 7 22158616/36139/2019082216:3616行業深度2.2消除倒角助力組件提效,下遊企業力推全方硅片晶科首推G1方單晶,現已成爲主流規格之一。

受到下遊高效組件需求爆發驅使,以晶科爲代表的一體化廠商及下遊電池組件生産商主動導入158.75mm全方硅片(G1)。

晶科不僅在去年四季度的時候實現了全面的産能切換,將自己全部5GW單晶硅片産能都切換爲158.75規格,還在外部市場大量采購該規格硅片。

截至目前,已有多家主流光伏廠商向G1規格切換産能。

表8:G1直方片市場導入情況企業G1直方片進度Note 電池片廠商通威股份已完全量産、或部分産線量産成都新廠完全兼容158.75mm.占到總單晶産量1/4.目前看訂單生産潤陽研發/計劃中、未量産會改爲158.75mm.但時程尚未明確蘇民已完全量産、或部分産線量産已轉換3條産線至158.75mm 潞安已完全量産、或部分産線量産目前改了一條158.75mm.後續時程尚未明確順風産線轉換中准備轉換兩條産線做158.75,但計劃暫緩橫店東磁研發/計劃中、未量産准備改158.75mm,但因爲部分海外組件客戶無法跟上,不會全面轉換垂直整合廠商晶科已完全量産、或部分産線量産自有wafer全轉,外購電池有部分156.75 阿特斯研發/計劃中、未量産單晶也要轉158.75mm,但還是沒有確切排程,多晶去年底已少量開始量産166mm 東方日升産線轉換中6月開始大量轉換至G1.計劃四季度完全轉換完畢尚德産線轉換中計劃轉158.75 億晶産線轉換中四月已開始量産158.75mm,持續轉換中日托已完全量産、或部分産線量産全線使用158.75mm SunPower 研發/計劃中、未量産近期將150MW 5IBC産線轉爲M2.IBC也有轉爲M4的打算.疊瓦産線打算升級G1 資料來源:摩爾光伏,申萬宏源研究全方硅片拉晶、硅料成本較高,有助頭部硅片廠商擴大成本優勢。

以G1方單晶爲例,其切方剩余率約爲64.52%,較相同邊距的大倒角硅片(158.75mm,f213mm)低5.81個百分點。

因此造成一定的硅料和長晶成本上漲。

我們測算G1單片拉晶成本約比相同邊距的大倒角硅片高1.36分,單片硅料成本高4.11分。

由于龍頭企業成本優勢主要集中在長晶環節,制造全方硅片有助其放大自身絕對優勢。

表9:同邊距全方/類方硅片生産成本比較(單位:mm,mm2,W/片,%,元/片) 規格158.75(f213) 158.75全方差異(全方-類方)差異比例(全方/類方-1) 邊距(mm) 158.75158.75 長晶圓棒直徑(mm) 218228104.59% 成品圓棒直徑(mm) 213223104.69% 22158616/36139/2019082216:3617行業深度面積(mm2) 25061.48 25199.28 137.79 0.55% 硅片瓦數(W/片) 5.5135 5.5438 0.0303 0.55% 切方剩余率(%) 70.33% 64.52% -5.81% 硅料-方棒收料率(%) 86.95% 84.44% -2.52% 硅料成本(元/片) 1.1598 1.2009 0.0411 3.55% 非硅成本(元/片) 0.9384 0.9544 0.0159 1.70% 其中:拉晶成本0.5249 0.5385 0.0136 2.60% 開方成本0.0629 0.0632 0.0003 0.55% 切片成本0.3507 0.3526 0.0019 0.55% 硅片成本(元/片) 2.0982 2.1553 0.0570 2.72% 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究全方硅片成本較高,但其具備兩大核心優勢:1.在不改變組件面積的前提下提高發電功率,從而贏得高效溢價;2.在不需要進行任何技改/資本支出的前提下提高電池、組件廠商實際産能。

應用全方硅片提升産業鏈整體盈利。

以同邊距大倒角硅片爲基准,G1直方片面積較其高出0.55%,單片瓦數較其高出0.0303W。

以生産72片組件爲例,應用G1直方片能在幾乎不增加任何下遊非硅成本的前提下將組件功率提高1.818W。

采用G1直方片增加成本4.1070元,獲得面積攤銷溢價1.6405元(面積相關成本設爲300元),獲得額外功率出售收益4.5836元(組件售價取2.1元/W)。

在單塊組件上,産業鏈整體盈利增加2.1170元。

表10:72片組件中全方硅片應用收益(單位:元/片,元,W,元/W) 158.75(f213) 158.75全方單片成本(元/片) 2.09822.1553 組件成本差(元) 4.1070 組件功率(W) 396.9739399.1566 功率差(W) 2.1827 單瓦面積相關成本(元/W) 0.75570.7516 單瓦面積攤銷收益(元/W) 0.0041 面積攤銷收益(元) 1.6405 組件單瓦售價(元/W) 2.09592.1000 額外功率收益(元) 4.5836 整體收益(元) 2.1170 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究全方硅片對下一代組件技術更加友好。

除直接經濟收益外,全方硅片還擁有一些價值難以量化但價值量顯著的獨特優勢。

例如:疊瓦組件的美觀問題、半片組件的美觀問題、雙面組件的正面漏光問題都會因方單晶得到很大程度解決。

22158616/36139/2019082216:3618行業深度3.蜂巢硅片:六邊形開方提升硅棒利用率蜂巢硅片爲正六邊形,硅棒利用率較高。

在硅棒直徑同爲210mm情況下,蜂巢硅片的單晶成品棒利用率高達82.7%,較M2硅片高出12個百分點,較全方硅片高出19個百分點。

相對于M2硅片,蜂巢硅片面積提高17.3%,能在更大程度上攤薄電池、組件環節加工成本。

圖19:蜂巢硅片有效利用面積較大資料來源:摩爾光伏,申萬宏源研究蜂巢硅片由傳統四邊開方改爲六邊開方。

蜂巢硅片整體生産流程與普通硅片類似,均需經過拉棒、截斷、開方、切片等流程。

與普通硅片不同的是蜂巢硅片進行六邊開方。

在生産過程中重點需要解決大尺寸硅片工藝均勻性、劃裂片、碎片控制等技術難點。

圖20:蜂巢硅片、組件生産工藝22158616/36139/2019082216:3619行業深度資料來源:能源新聞網,申萬宏源研究六邊形拼接消除留白,蜂巢組件封裝密度較高。

蜂巢組件由電池片、互聯條、彙流條和絕緣膜組成電池片排版,采用電池串交錯排版樣式。

蜂巢組件規格一般有54片和50片兩種,其中54片組件規格尺寸爲1688mm*992mm,較常規單晶M2硅片組件僅增加2.20%,但發電面積增加5.54%。

蜂巢組件封裝密度較高主因六邊形拼接消除留白,以及整體封裝結構優化。

表11:蜂巢組件與常規M2組件對比(單位:mm,m2) 硅片數硅片面積(m2)組件面積(mm) MWT蜂巢高效組件541.54681688*992 常規單晶M2硅片組件601.46561655*990 對比減少10%提高5.54%增加2.20% 資料來源:摩爾光伏,申萬宏源研究4.細線化、薄片化:節約硅料用量,源頭降本薄硅片有利于降低硅耗,契合新興電池組件技術發展。

相同面積下,硅片厚度越薄則單瓦硅耗越低。

硅片厚度與産品類型和下遊電池、組件技術有關,一般N型硅片厚度較P型硅片更薄,HJT、PERC電池允許硅片厚度較常規鋁背場電池更薄。

截至2018年,單晶硅片平均厚度在170-180μm左右。

目前硅片行業龍頭已充分掌握薄硅片制造技術,但由于薄硅片機械強度較弱,電池隱裂問題一定程度上制約了薄片化進程。

預計隨著未來N型電池興起,疊加雙玻、疊瓦、MWT、MBB等抗隱裂組件技術推廣,硅片厚度將持續減薄。

22158616/36139/2019082216:3620行業深度圖21:P型硅片厚度走勢(單位:μm) 圖22:N型硅片厚度走勢(單位:μm) 資料來源:ITRPV,申萬宏源研究 資料來源:ITRPV,申萬宏源研究表12:蜂巢組件與常規M2組件對比(單位:mm,m2) 公司薄片化進展中環股份曾推出全球首款100μm厚度硅片疊瓦組件,已實現160μm硅片批量供貨,目前正在研究120μm的量産技術隆基股份已經具備110μm的薄片技術,除了量産190μm,180μm,150μm厚度,其他任何厚度均可以出貨樣品,2個月時間即可導入量産。

資料來源:公司官網,隆基股份官網,申萬宏源研究組件技術進步加快薄硅片應用進程。

硅片環節龍頭企業已掌握薄硅片制造技術,如中環股份;過去薄片化的主要阻力來自于下遊,主因薄硅片機械強度不佳,易出現隱裂。

隨著,電池片隱裂問題將在很大程度上得以解決,從而加快薄硅片産業化應用進程。

金剛線線徑向細線化發展。

切割線母線直徑及研磨介質粒度統硅片切割質量及切削損耗量相關,較小的線徑和介質粒度有利于提高産品質量、降低切削損耗和生産成本。

但同時,母線線徑變細後對母線破斷力、切片設備穩定性提出更高要求。

以目前的技術水平測算,50μm爲金剛線母線線徑的價值平衡點。

2019年,單晶金剛線母線直徑已達到50μm-55μm左右,實驗室金剛線母線直徑已降至40μm左右。

圖23:金剛線線徑選擇需綜合考慮成本收益 圖24:金剛線線徑走勢(單位:μm) 資料來源:PV-Tech,申萬宏源研究 資料來源:PV-Tech,申萬宏源研究22158616/36139/2019082216:3621行業深度細線化、薄片化提高單位質量方棒出片量。

隨著金剛線母線直徑及磨粒粒徑的降低,以及硅片厚度下降,單片硅片硅耗量降低。

相應的,每公斤方棒的出片量持續增加。

2018年單晶方棒出片量月65片,較2017年增加5片。

ITRPV預計未來十年M2硅耗量將持續下降至12.5g左右,屆時每公斤方棒出片量將達到80片。

圖25:M2硅片硅耗量下降路線(單位:g) 資料來源:ITRPV,申萬宏源研究表13:薄片降本測算(單位:元/片,mm,μm,kg方棒/片,%) 190μm片180μm片170μm片160μm片150μm片140μm片1kg方棒長度(mm) 17.65 17.65 17.65 17.65 17.65 17.65 母線線徑(μm) 505050505050 磨粒粒徑(μm) 151515151515 鋸縫厚度(μm) 656565656565 硅片厚度(μm) 190180170160150140 槽距(μm) 255245235225215205 良率(%) 95% 95% 95% 95% 95% 95% 出片量65.74 68.43 71.34 74.51 77.97 81.78 硅耗量(kg方棒/片) 15.21 14.61 14.02 13.42 12.82 12.23 硅料成本(元/片) 1.17 1.13 1.08 1.04 0.99 0.94 長晶成本(元/片) 0.54 0.52 0.50 0.48 0.45 0.43 開方成本(元/片) 0.06 0.06 0.06 0.06 0.05 0.05 切片成本(元/片) 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 總成本(元/片) 2.12 2.05 1.98 1.91 1.84 1.77 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究22158616/36139/2019082216:3622行業深度表14:細線降本測算(單位:元/片,mm,μm,kg方棒/片,%) 65μm線60μm線55μm線50μm線45μm線1kg方棒長度(mm) 17.65 17.65 17.65 17.65 17.65 母線線徑(μm) 6560555045 磨粒粒徑(μm) 1515151515 鋸縫厚度(μm) 8075706560 硅片厚度(μm) 180180180180180 槽距(μm) 260255250245240 良率(%) 95% 95% 95% 95% 95% 出片量65.74 67.06 68.43 69.85 70.85 硅耗量(kg方棒/片) 64.48 65.74 67.06 68.43 69.85 硅料成本(元/片) 1.20 1.17 1.15 1.13 1.11 長晶成本(元/片) 0.55 0.54 0.53 0.52 0.51 開方成本(元/片) 0.07 0.06 0.06 0.06 0.06 切片成本(元/片) 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 總成本(元/片) 2.15 2.12 2.08 2.05 2.01 資料來源:Solarzoom,申萬宏源研究5.投資標的推薦 5.1中環股份(002129) 中環股份致力于半導體節能産業和新能源産業,是國有硅材料制造龍頭。

作爲一家集科研、生産、經營、創投于一體的國有控股高新技術企業,目前公司旗下擁有5家高新技術企業、1家國家火炬計劃重點高新技術企業、4個省部級研發中心、一個博士後科研工作站,員工上萬人。

公司主導産品電力電子器件用半導體區熔單晶-硅片綜合實力全球第三,國外市場占有率超過18%,國內市場占有率超過80%;光伏單晶研發水平全球領先,先後開發了具有自主知識産權的轉換效率超過24%的高效N型DW硅片,轉換效率達到26%、“零衰減”的CFZ-DW(直拉區熔)硅片。

單晶晶體晶片的綜合實力、整體産銷規模位列全球前列,高效N型硅片市場占有率全球第一。

推出12英寸大尺寸硅片産品,加速光伏平價上網進程。

公司依托深厚的單晶硅材料生長制造經驗,以及半導體大尺寸硅片研發成果,率先將12英寸長晶技術應用于光伏領域,發布“誇父”系列大尺寸硅片産品。

公司在大尺寸硅片領域的技術突破有望助力全産業鏈大幅降本增效,進一步推動平價上網進程。

低成本産能釋放疊加技術進步,公司業績節節攀升。

2018年公司四期、四期改造項目相繼投産,當年實現營收137.56億元,同比增長42.63%;實現歸母淨利潤6.32億元,同比增長8.16%。

2019年一季度,公司實現營業收入38.23億元,同比增長36.45%;實現歸母淨利潤1.88億元,同比增長50.15%。

22158616/36139/2019082216:3623行業深度圖26:2014-2019Q1公司營收及淨利潤(單位:百萬元,%) 圖27:2018年公司分産品營收占比(單位:%) 資料來源:中環股份公告、申萬宏源研究 資料來源:中環股份公告、申萬宏源研究5.2隆基股份(601012) 專注于光伏單晶路線,成就全球單晶産業鏈巨頭。

公司長期專注于單晶技術路線研發與推廣,目前主營業務包括單晶硅棒、硅片、電池和組件的研發、生産和銷售,以及光伏地面電站和分布式電站的投資開發、建設及運營。

截至2018年底,公司硅片産能達到28GW,占全球單晶産能比例超過40%,位列全球第一;2018年公司單晶組件出貨量全球第一。

批量供應M6大尺寸硅片産品,對下遊設備兼容性良好。

隆基股份綜合考量大尺寸硅片經濟性與下遊設備兼容性,于2019上半年推出166mm大尺寸硅片。

166mm大尺寸硅片對大多數的電池生産線、組件生産線都是兼容,僅需要在電池環節做適當升級。

目前,隆基股份采用M6單晶硅片的Hi-MO 4組件在全球的意向訂單已超過2GW。

産銷規模持續擴大,營收淨利均高增長。

2014-2018年公司營收由36.80億元增長至219.88億元,年均複合增速達56.34%;公司歸母淨利潤由2.94億元增長至25.58億元,年均複合增速達71.81%。

2018年“531”政策出台導致光伏産業鏈價格大幅下跌,刺激海外組件銷量快速增長,公司全年實現營收219.88億元,同比增長34.38%;實現歸母淨利潤25.58億元,同比下降28.24%。

2019Q1公司實現營收57.10億元,同比增長64.56%;實現歸母淨利潤6.11億元,同比增長12.54%。

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000總收入歸母淨利潤總收入同比歸母淨利潤同比新能源材料88%半導體材料7%電力3%半導體器件1%服務業收入0%其他主營業務1% 22158616/36139/2019082216:3624行業深度圖28:2014-2019Q1公司營收及淨利潤(單位:百萬元,%) 圖29:2018年公司分産品營收占比(單位:%) 資料來源:隆基股份公告、申萬宏源研究 資料來源:隆基股份公告、申萬宏源研究表15:光伏板塊公司估值(單位:億元、元/股、倍) 代碼簡稱最新收盤價總市值 PE 2019/8/21 (億元) 18A 19E 20E 21E 18A 19E 20E 21E 601012隆基股份27.05 980 0.921.201.551.8829231714 002129中環股份12.02 335 0.230.420.600.8451292014 600438通威股份15.07 585 0.520.801.021.2429191512 603806福斯特43.71 228 1.441.401.641.9730312722 平均值252016 資料來源:wind,申萬宏源研究-50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 350% 0 5000 10000 15000 20000 25000總收入歸母淨利潤總收入同比歸母淨利潤同比59.54% 27.81% 2.38%太陽能組件硅片電池片受托加工多晶硅料電力光伏系統設備電站建設及服務硅棒其他22158616/36139/2019082216:3625行業深度信息披露證券分析師承諾本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格並注冊爲證券分析師,以勤勉的職業態度、專業審慎的研究方法,使用合法合規的信息,獨立、客觀地出具本報告,並對本報告的內容和觀點負責。

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機構銷售團隊聯系人華東 陳陶 021-23297221 13816876958 chentao1@swhysc.com 華北 李丹 010-66500631 13681212498 lidan4@swhysc.com 華南 謝文霓021-23297211 18930809211 xiewenni@swhysc.com 海外 胡馨文021-23297753 18321619247 huxinwen@swhysc.com 股票投資評級說明 證券的投資評級: 以報告日後的6個月內,證券相對于市場基准指數的漲跌幅爲標准,定義如下: 買入(Buy) 增持(Outperform) 中性(Neutral) 減持(Underperform) :相對強于市場表現20%以上;:相對強于市場表現5%~20%;:相對市場表現在-5%~+5%之間波動;:相對弱于市場表現5%以下。

行業的投資評級: 以報告日後的6個月內,行業相對于市場基准指數的漲跌幅爲標准,定義如下: 看好(Overweight) 中性(Neutral) 看淡(Underweight) :行業超越整體市場表現;:行業與整體市場表現基本持平;:行業弱于整體市場表現。

我們在此提醒您,不同證券研究機構采用不同的評級術語及評級標准。

我們采用的是相對評級體系,表示投資的相對比重建議;投資者買入或者賣出證券的決定取決于個人的實際情況,比如當前的持倉結構以及其他需要考慮的因素。

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