太陽能屋頂產業專題報告:特斯拉不止是新能源汽車

2020-12-20 未來智庫

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1、 特斯拉:不止是新能源汽車

1.1、 特斯拉的使命是加速世界向可持續能源的轉變

特斯拉不僅進是一家新能源汽車公司。單單新能源汽車的成功是不夠的,如果 上遊電力的來源不夠清潔、可持續,依然是對地球環境的破壞。因此,可持續能源 也一直也是特斯拉關注的重點。眾多可持續能源中,特斯拉的創始人埃隆·馬斯克 (Elon Musk)最青睞的是太陽能。

2006 年,埃隆·馬斯克首次披露特斯拉的《秘密藍圖》,詳細描繪特斯拉未來 遠景及採取的步驟。前三步是關於汽車,第四步是關於太陽能。事實上,特斯拉過 去的發展路徑完全依照其秘密藍圖的規劃:從 Roadster,到 Model S/X,到 Model 3, 再到與 SolarCity 合作並收購 SolarCity。

而特斯拉也做了兩件事,宣告其轉變:

(1) 域名由 teslamotors.com 變為頂級域名 tesla.com;

(2) 使命由「加速世界向可持續交通的轉變」修改為「加速世界向可持續 能源的轉變」,「交通」改為「能源」,企業遠景更為宏大。

十年後的 2016 年,馬斯克再次公布特斯拉《秘密藍圖》的第二篇章,描繪了 其下一個階段的藍圖。其中,光伏被放在首要位置,第一步即「創造驚人高效的、 配備集成儲電功能的、美觀的太陽能板」。

特斯拉規劃了一整套以家庭為單位的能源生產、存儲、使用方案,從利用太陽 能屋頂發電,到使用儲能存儲富餘的電力,再到使用新能源汽車出行。

馬斯克認為,將這套以家庭為單位的模式擴展到全世界,再輔以集中式的太陽 能發電,可以解決整個能源及環境問題。

1.2、 SolarCity 的新能源初徵

SolarCity 成立於 2006 年, 由埃隆·馬斯克及其表兄弟 Lyndon Rive 和 Peter Rive 共同創立,埃隆·馬斯克為任董事長,是一家專門發展戶用光伏發電項目的公司。 SolarCity 於 2012 年在納斯達克上市,並在 2014 年收購賽昂電力(Silevo),開始掌 握上遊電池組件製造。

SolarCity 成立之初,主要從事光伏系統安裝業務,2008 年中期開始提供光伏 租賃和 PPA 業務。2013 年起,租賃和 PPA 業務收入開始超過光伏系統安裝業務。

SolarCity 提供 3 種合同模式供用戶選擇,除了普通的直接購買模式外,還有租 賃模式與購電協議模式(PPA)。後兩種模式下,光伏項目由 SolarCity 出資建設。 在融資方面,SolarCity 也創新地提出了 3 種模式:合資模式、轉租模式和售後回租 模式。

SolarCity 成於租賃和 PPA 模式,但終於負債和現金流壓力。由於美國擁有 ITC (投資稅抵免)與 MACRS(加速折舊)等諸多政策支持,加上電力價格較高, SolarCity 發展較快。但這種快速增長是建立在租賃模式和購電協議模式的基礎上的。 光伏項目回收期較長,對於現金流構成了巨大的壓力,公司也長年陷入虧損。

1.3、 特斯拉的可持續能源生態閉環

2016 年 11 月,特斯拉股東投票通過對 SolarCity 的收購。特斯拉「發-儲-用」 的可持續能源生態閉環開始形成。

營業收入上,2016 年收購 SolarCity 後,特斯拉發電與儲能業務(Energy Generation and Storage)營收快速增長,2015-2018 年複合增長率 375.4%,但 2019 年相比 2018 年沒有增長。

發電與儲能業務營收的主要貢獻方為儲能。收購 SolarCity 後,特斯拉對 SolarCity 進行了裁員和渠道上的調整,停止能源產品的上門銷售,轉為特斯拉門店 和線上銷售,同時削減廣告支出。因此光伏業務裝機量下滑較為嚴重,反而儲能的 裝機量增長較快。

營收與裝機的波動,一方面原因是 Model 3 處於量產關鍵期,汽車業務對於資 源和資金的需求更大。另一方面,也是光伏業務處於模式和產品的變革期,為下一 階段的革命打下基礎。

根據馬斯克的規劃,發電與儲能業務未來的發展前景要超過電動汽車,也是特 斯拉未來要重點打造的業務。在對太陽能業務進行調整後,特斯拉也積極準備新產 品的研發和布局。

2、 特斯拉的改變:產品的再定義

特斯拉汽車的啟示:產品力是關鍵。

早期的電動汽車,無論從外觀、續航、性能等方面,均大幅弱於傳統燃油車。 而特斯拉的出現,顛覆了大眾對於電動汽車的認識。無論從外觀、續航還是性能, 均大幅超越同時代的燃油車和電動車。最終毫無疑問取得了銷售上的成功,也激活 了整個電動汽車市場。

2.1、 Solar Roof 太陽能屋頂:歷經三代,臻於完善

特斯拉的第一步是打造優秀的基礎發電單元。傳統的光伏組件,外觀均大同小 異,用於屋頂的產品與用於大型地面電站的產品並無太大差異。馬斯克認為,太陽 能板要像特斯拉的電動汽車一樣像吸引人。

Solar Roof 歷經三代,產品形態臻於完善。特斯拉最早在 2016 年 10 月發布 Solar Roof,到 2019 年 10 月,已發布第三代產品(Solarglass Roof)。Solar Roof 的 外觀類似於普通的瓦片,但表面為帶紋理的玻璃,分為帶電池片和不帶電池片兩種 版本,二者外觀基本一致。帶電池片版本,內部隱藏有光伏電池片,可以利太陽光 發電。

Solar Roof 為光伏組件與屋頂材料的融合。

(1) 美學價值:屋頂即組件,外觀不割裂。為了達到這一點,特斯拉在設 計了特殊的百葉窗結構,正面不阻擋陽光,從側面則看不見內部的光伏電池。使用 這兩種瓦片直接鋪設成為真正的屋頂,同時具有太陽能發電功能。特斯拉對於外觀 要求較為嚴苛,要求不同角度看過去,顏色基本一致。相比傳統的「屋頂+光伏組 件」形式,具備更好的視覺體驗和美學價值。

(2) 成本節約:一方面,隨著電池片成本的降低,組件中玻璃等輔材的成 本佔比越來越高。另一方面,鋼化玻璃具備較好的防護性能,天然適合作為屋頂材 料,電池片的防護與屋頂防護共享材料,實現了成本上的節約。

產品樣式有所精簡。第一代 Solar Roof 發布時擁有四種樣式風格,包括義大利 託斯卡納風格(Tuscan)、板巖風格(Slate)、紋理風格(Textured)及拋光風格(Smooth) 。 但從新一代 Solar Roof 的相關信息看,目前可能僅提供紋理風格(Textured)。產品 樣式的精簡也在一定程度上降低了供應鏈的難度,有利於產能的提升。預計特斯拉 可能在產能爬坡順利後再提供更豐富的樣式選擇。

轉換效率提升。早期太陽能屋頂轉換效率較低,僅 18%左右,新的太陽能屋頂 效率預計在 22-23%左右。

強度高於普通屋頂材料。特斯拉 Solar Roof 表面使用特製鋼化玻璃,其強度和 耐久性遠超普通屋頂材料。根據特斯拉的實驗,在冰雹測試下,在 177km/h 的衝擊 速度下,傳統屋頂瓦片出現碎裂,而 Solar Roof 屋頂瓦片則完好無損。

瓦片保修年限與發電保修年限均為25年。發電年限25年與普通光伏組件一致, 瓦片保修年限遠超一般屋頂材料。

2.2、 新一代 Solar Roof 為拐點型產品,經濟性已具備

第一代 Solar Roof 於 2016 年 10 月發布,原計劃於 2007 年實現量產,但最終 一直未能實現大規模量產,主要原因可能是產能與成本受限。直到第三代產品發布, 才實現成本的大幅下降和產能的快速爬坡。

價格:得益於成本縮減,第三代 Solar Roof 價格下降 40%。

根據 Electrek 上公布的用戶獲取的報價單實例,1862 平方英尺、9.45kW 裝機 規模的屋頂,第二代 Solar Roof 的報價為 64434 美元(約 6.84 美元/W),第三代產 品發布後,報價更新為 38266 美元(約 4.05 美元/W),相比第二代產品價格下降 40%以上。

價格下降源於成本降低,我們分析主要來自兩個方面:

(1) 電池片供應商的更換。此前特斯拉與松下合作,但成本較高,特斯拉 預計於 2020 年 5 月結束與松下在太陽能方面的合作,特斯拉可能選用 了中國供應商的電池片。

(2) 安裝人工時的減少。包括瓦片設計的優化,以及使用了特製的煙囪、 天窗標準部件,縮短了現場製備、切割的時間。普通屋頂的安裝時間 為 5-7 天,此前二代產品單個屋頂安裝時間高達兩周,第三代產品安 裝時間可能縮短到一周以內。美國的人工成本較高,縮減安裝人工時能夠有效地降低成本。

初步具備經濟性:成本低於「傳統屋頂+光伏組件」。

相比普通光伏組件,特斯拉 Solar Roof 價格高要出很多,但其自帶屋頂屬性, 對標的是「傳統屋頂+光伏組件」的價格。以 2000 平方英尺屋頂和 10kW 裝機量為 例,採用特斯拉 Solar Roof 太陽能屋頂的成本為 33950 美元(折合 3.4 美元/W,約 24 元人民幣/W),若採用普通屋頂加光伏組件,成本高達 54647/41434 美元(根據 屋頂材質不同)。Solar Roof 成本低於「傳統屋頂+光伏組件」。

2.3、 配套的家用儲能方案:Powerwall

特斯拉為太陽能屋頂配套了新一代的儲能裝置 Powerwall 2,容量、功率均是 第一代的 2 倍,而售價也從 6000 美元降為 5500 美元。Powerwall 可以收集富餘的 電力以在夜晚或陰雨天使用,而其容量上也可為房屋(四間臥室大小)提供一整天的電力(冰箱、插座、照明等)。

2.4、 大規模能源存儲解決方案:Powerpack 與 Megapack

Powerpack 是用於商業機構和政府部門的電池儲能系統。可在能源價格低廉時 儲電,在價格較高的用電高峰期供電,並在電網中斷的情況下作為備用電源,同時 也可與太陽能系統無縫集成。特斯拉的 Powerpack 電池儲能系統在英國、美國、法 國、澳大利亞乃至菲律賓都有交付使用的案例,主要用於抑制間歇性需求高峰對電 網的衝擊和停電後的備用等。

Megapack 則規模更進一步,容量高達 3MWh,並且可以將足夠多的 Megapack 串聯在一起,產生儲能量超過 1GWh 的超級儲能設備。Megapack 可以作為在當地 電網負荷過載時提供電力的調峰電廠。

3、 Solar Roof 產能已達前期計劃,計劃進入歐洲和中國市場

3.1、 Solar Roof 供應鏈:中國企業有望獲得更多份額

Solar Roof 在紐約州布法羅二號超級工廠生產。在收購 SolarCity 後,特斯拉 將其位於紐約州布法羅的工廠改造為二號超級工廠(Gigafactory 2),太陽能屋頂均 在這裡製造。主要負責含有電池片瓦片的組裝工作,不含電池片的普通玻璃瓦片則 由供應商直接發往指定的倉庫。

此前曾與松下聯合生產,但目前合作即將結束。松下自 2017 年起入駐 Gigafactory 2,工廠運營主體是特斯拉,松下承擔生產設備採購等部分投資以及光 伏電池的生產。但松下生產的電池片無法在外觀、效率和成本等方面達到特斯拉的 要求,因此前兩代 Solar Roof 產品整體進度滯後。我們推測新 Solar Roof 發布後, 電池片供應商有所更換,松下將該工廠生產的光伏電池銷售給日本的住宅公司等, 而 Solar Roof 則採用中國企業生產的光伏電池。

目前,松下已宣布將在今年 5 月底結束與特斯拉在 Gigafactory 2 的太陽能電池 聯合生產的合作關係,並在 9 月底全部撤出產線。

Solar Roof 單個瓦片正面為特製鋼化玻璃,玻璃下有一層是特製的彩色百葉窗 薄膜,中間為光伏電池,最底層推測為背板材料。

鋼化玻璃:位於瓦片正面,起到防護作用。正面的鋼化玻璃對於太陽能屋頂的 強度和耐久性直觀重要,要求能通過 177km/h 的冰雹衝擊測試。

目前,亞瑪頓已公告其為特斯拉的太陽能屋頂項目供應商,2019 年開始逐步 放量提供太陽能瓦片玻璃。

彩色百葉窗薄膜:薄膜為特殊的百葉窗式結構,使得整體瓦片的顏色會根據光 照角度的不同而發生變化,因此使得太陽能屋頂從側面看與普通屋頂並無差異,只 有當從上往下看時才能看到內部電池片,從而對光伏電池的發電效率不構成太大影 響。

據《財富》雜誌對 3M 公司資深科學家 Andrew Ouderkirk 的專訪,該薄膜的供 應商可能是 3M。

電池片:

特斯拉暫未公布其電池片供應商。從電池片技術要求和歷史合作基礎的角度, 我們認為潛在供應商可能為晶澳科技。

(1)特斯拉對於外面和性能方面的要求較高,包括顏色的一致性、不同視角的顏色差異等。晶澳的技術布局全面,在 PERC、幹法黑矽等技術方面的積累處於 行業領先水平,足以滿足特斯拉的各項要求。

(2)晶澳與特斯拉有過合作基礎。據第一財經報導,特斯拉 2014 年在上海金 橋建設的超級充電站,配套的分布式光伏採用晶澳的組件,規模在幾十千瓦左右。

中國光伏產業鏈在全球處於優勢競爭地位,除晶澳外,國內優秀的電池組件企 業均有進入特斯拉產業鏈的可能。

逆變器:從排布圖來看,逆變器位於屋頂下方,單個屋頂配兩臺逆變器,因此 特斯拉的太陽能屋頂可能不是微逆,而是普通的組串式逆變器或 SolarEdge 的功率 優化器。

供應商方面,SolarCity 時代,SolarEdge 是 SolarCity 的逆變器供應商。新的供 應商包括正泰電源,其在官方微信平臺宣布(2019 年 11 月),公司已通過美國特 斯拉光伏事業部逆變器供應商審核,隨後將正式供貨。錦浪科技是國內領先的組串 式逆變器生產商,2019 年逆變器出口金額排名第三。錦浪目前是美國最大的光伏 安裝商 Sunrun 的供應商,同時存在進入特斯拉等領先企業的供應鏈的可能。

3.2、 產能正在爬坡,周產能達 4MW

據埃隆·馬斯克計劃,短期內生產計劃達 1000 套/周。隨著產能爬坡,這一目標已經初步達到。據特斯拉官方消息,特斯拉紐約超級工廠(Gigafactory 2)於上 周完成了 4 兆瓦的太陽能屋頂的建造,最多可以供 1000 個家庭使用。

3.3、 計劃進入歐洲和中國市場

埃隆·馬斯克近期宣布,特斯拉太陽能屋頂業務未來計劃進軍歐洲和中國市場。 而特斯拉確實已經在中國進行相關儲備,包括人員的招聘。目前招聘的崗位為「能 源基礎設施服務經理」, 負責特斯拉中國區部署的 Powerwall、Powerpack、太陽能 系統等相關產品和系統的運維工作。

4、 太陽能屋頂市場空間達萬億元級

4.1、 測算中國、美國太陽能屋頂市場空間均達萬億元級

太陽能屋頂方面,個人市場與工商業市場是獨立的兩塊市場,個人消費者願意 為太陽能屋頂支付更高的溢價,而且屋頂的更換周期長於工商業。計算市場空間時, 我們暫時只考慮私人住宅屋頂。

美國:10%滲透率對應 26.5 億美元增量市場、3045 億美元存量市場空間。

增量市場:從已開工的新建私人住宅數據看,近年來美國平均每年新開工私人 住宅數量在 120 萬套以上,且整體呈現個位數的增長。按獨棟佔比 65%、單個屋頂 規模 10kW、售價 3.395 萬美元計算,美國太陽能屋頂每年增量市場空間約 265 億 美元(約合 1854 億人民幣),10%滲透率對應 26.5 億美元增量市場空間。

存量市場:2018 年底,美國市場目前存量住宅 1.38 億套,按獨棟佔比 65%、 單套 3.395 萬美元計算,美國太陽能屋頂存量市場空間高達 3.05 萬億美元,10%滲 透率對應 3045 億美元存量市場空間。

中國:10%滲透率的對應 400GW 裝機規模、2 萬億元市場空間。

中國房地產存量及獨棟住宅數量難以統計,我們採用戶頭數據推算市場空間。 根據第六次全國人口普查數據,全國總戶數 4.18 億戶,其中家庭戶 4.02 億戶、集 體戶 0.16 億戶。按 4.02 億家庭戶、滲透率 10%計算,對應的裝機規模超過 400GW。

考慮到國內人均收入水平低於美國,以及市場競爭更為激烈,當前光伏系統成 本 3.5 元/W,我們假設國內太陽能屋頂平均價格為 5 元/W。10%滲透率對應的市場 空間超過 2 萬億元。

4.2、 測算特斯拉太陽能屋頂初期年營收可達 17 億美元

特斯拉規劃的初期出貨目標是 1000 套/周,而目前事實上布法羅工廠產出已經 達到這個目標。假設達到滿產滿銷,測算特斯拉太陽能屋頂業務初期年營收可達 17.7 億美元。特斯拉太陽能屋頂利潤較高,假設淨利率 8%,對應每年淨利潤 1.42 億美元。

4.3、 投資建議

太陽能屋頂是未來光伏差異化競爭的重要方向,市場空間大,產業溢價能力突 出,利潤水平較高。建議關注對於該細分市場有業務布局的企業,以及太陽能屋頂 先行者特斯拉的相關供應鏈企業。

(報告來源:新時代證券)

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