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1、 1 設備推動電池片技術迭代,設備推動電池片技術迭代,有望有望帶來換機帶來換機浪浪潮潮 電池片十年走過電池片十年走過 5 5 代技術, 設備升級代技術, 設備升級推動產業化推動產業化:光伏電池始于 1953 年,在經歷了一百多年逐漸走向產業化發電,尤其近十年全球光伏裝 機迅速擴大,裝機量由 2010 年 16.83gw 提升至 110gw 左右。光伏電池 片發展本質是技術驅動降本提效,早期鋁背場技術市場一枝獨秀,后 來轉化效率更高的 PERC 電池迅速崛起,到目前 PERC+、TOPCon、 HIT 等各種高效電池技術百家爭鳴。新型電池片技術的產業化往往需 要關鍵設備工藝的突破和國產化來推動,
2、展望未來光伏電池技術更迭, 率先實現設備突破和國產化的設備廠商有望充分受益。 HITHIT 電池優勢顯著, 或為下一代技術風口電池優勢顯著, 或為下一代技術風口: 在目前各高效電池技術中, HIT 技術優勢最為顯著,有望成為下一代主流技術。HIT 技術優勢主 要體現在以下幾點: 1) 光電轉換效率高, 目前 HIT 量產效率可達 24%, 高出 PERC1.5-2 個 pct, 疊加鈣鈦礦技術可達 28%以上; 2) 光致衰減低, PERC 電池一般 10 年衰減10%,25 年衰減20%;而 HIT10 年衰減小于 3%,25 年衰減僅 8%;3)雙面率高,HIT 為雙面對稱結構,其雙面率
3、目前已達 85%,可獲得 10%以上年發電量增益,而 PERC 雙面率僅為 82%。4)溫度系數低。HIT 電池的溫度系數為-0.258%,PERC 電池的 溫度系數為-0.46%, HIT 電池溫度系數低可減少熱損失, 電池效率更高。 群雄逐鹿群雄逐鹿 HITHIT,設備空間潛力巨大,設備空間潛力巨大:由于早期設備投資高、工藝要求 嚴格,大部分廠商對 HIT 電池技術布局主要為 MW 級別試驗線,截至 2019 年底,全球 HIT 產能在 3-4GW 左右。我們測算,若 HIT 設備投 資降低至 5 億元/GW,光點轉化效率達到 24%,其經濟性就將顯現。 目前 HIT 規劃產能已超過 40
4、GW,并隨著設備國產化落地有望加速建 設。如按設備投資 5 億元/GW 測算,未來三年 HIT 設備市場規模約為 201 億元,其中 2020-2022 年分別為 28、60、113 億元,市場空間廣闊。 H HITIT 工藝核心在于鍍膜,國產設備持續突破工藝核心在于鍍膜,國產設備持續突破: HIT 工藝相較于傳統 電池技術大大簡化,只有制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO 薄膜沉積、 金屬化四個步驟,設備價值占比分別為 10%、50%、25%、15%。其中 兩道鍍膜設備價值占比合計高達 75%,此前主要依賴于進口設備,而 隨著捷佳偉創、邁為股份等國產廠商在關鍵環節布局,有望將每 GW 整線設備投
5、資由 8 億元降至 5 億元。 由于 HIT 設備技術門檻較高、產線一致性要求嚴格,未來電池片設備 企業競爭格局將趨于集中,且整線設備供應商將擁有較強的議價能力。 其中國產電池片設備龍頭廠商捷佳偉創、邁為股份捷佳偉創、邁為股份積極布局整線供應, 目前關鍵的鍍膜設備正在客戶研發測試過程中,隨著產品落地將有望 率先完成 HIT 設備整線布局,充分受益于 HIT 電池技術迭代浪潮。 風險提示:風險提示:光伏發電滲透率不及預期、HIT 設備國產化不及預期。 Tabl e_Ti t l e 2020 年年 02 月月 12 日日 其他專用設備其他專用設備 Tabl e_BaseI nf o 行業深度分析
6、行業深度分析 證券研究報告 投資投資評級評級 領先大市領先大市-A 維持維持評級評級 Tabl e_Fi rst St oc k 首選股票首選股票 目標價目標價 評級評級 300724 捷佳偉創 - 買入-A 300751 邁為股份 - 買入-A Tabl e_C hart 行業表現行業表現 資料來源:Wind資訊 % 1M 3M 12M 相對收益相對收益 -3.88 -2.72 -24.17 絕對收益絕對收益 -8.94 -1.47 -5.49 李哲李哲 分析師 SAC 執業證書編號:S1450518040001 崔逸凡崔逸凡 分析師 SAC 執業證書編號:S1450519090004 02
7、1-35082396 相關報告相關報告 氫能裝備: 政策明晰醞釀產業鏈級機會, 零部件設備率先受益 2019-03-25 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 2019-022019-062019-10 其他專用設備 滬深300 行業深度分析/其他專用設備 2 內容目錄內容目錄 1. 關鍵設備突破,推動波瀾壯闊的電池片技術升級史關鍵設備突破,推動波瀾壯闊的電池片技術升級史. 4 1.1. 光伏電池片 10 年走過 5 代技術 . 4 1.2. 多款技術競逐下一代技術主流 . 5 1.3. 關鍵工藝設備突破,推動新技術產業化 . 6 2. HIT 有望成為下一代主流技術有望成為下一
8、代主流技術 . 7 2.1. HIT 電池優勢顯著,或為下一代技術主流 . 7 2.2. 群雄逐鹿 HIT 產業化,2020 年或為產業元年 . 8 2.3. HIT 產業化關鍵:設備降本+效率提升 . 9 3. HIT 設備國產化前夜,市場空間潛力巨大設備國產化前夜,市場空間潛力巨大 . 10 3.1. 傳統技術工藝繁雜,設備改造優化效率 . 10 3.1.1. 鋁背場(Al-BSF)技術 .11 3.1.2. PERC 技術 . 13 3.1.3. PERC+技術:SE 電池、雙面 PERC. 15 3.1.4. N 型電池技術:N-PERT、TOPCON . 17 3.2. HIT 工藝
9、去繁為簡,鍍膜設備為核心環節 . 19 3.3. 設備市場空間潛力巨大,龍頭公司將率先受益. 22 4. 推薦標的推薦標的. 23 4.1. 捷佳偉創:電池片產品線覆蓋完整,技術路線多條布局. 23 4.2. 邁為股份:絲網印刷設備龍頭,HIT 核心技術不斷突破 . 23 5. 風險提示風險提示. 24 圖表目錄圖表目錄 圖 1:光伏電池片技術迭代路徑 . 4 圖 2:PERC 電池 PECVD 設備 . 6 圖 3:PERC 電池激光開槽設備 . 6 圖 2:市場主流三種電池平均效率對比. 7 圖 3:2017 年 HIT 成本構成(單位:元) . 9 圖 4:2018 年 HIT 成本構成
10、(單位:元) . 9 圖 7:光伏電池工藝步驟及設備對比 .11 圖 5:鋁背場電池工藝設備 . 12 圖 6: 鋁背場電池工藝原理 . 12 圖 7:單面 PERC 電池結構 . 13 圖 8:PERC 電池工藝設備 . 14 圖 9:PERC 電池電池工藝原理 . 14 圖 10:SE 激光摻雜原理 . 16 圖 11:SE 激光摻雜工藝示意圖 . 16 圖 12:單/雙面電池結構對比 . 16 圖 13:愛旭 PERC 雙面電池設計 . 16 圖 14:N-PERT 雙面太陽能電池結構示意圖. 17 圖 15:N-PERT 和 P-PERC 工藝對比 . 17 圖 16:topcon 電
11、池結構 . 18 圖 17:topcon 電池較 N-PERT 新增工藝路線 . 18 圖 18:LPCVD 設備系統框圖 . 18 行業深度分析/其他專用設備 3 圖 19:LPCVD 設備產品 . 18 圖 20:HIT 電池結構示意圖(左)和主要生產流程(右) . 19 表 1:電池片各個技術路線市占率變化趨勢. 4 表 2:2018-2025 年各種電池平均轉換效率(%)變化趨勢 . 5 表 3:光伏高效池各技術路線對比. 6 表 4:全球 HIT 電池產能 . 8 表 5: PERC 與 HIT 電池成本對比(元/w) . 10 表 6:光伏電池技術對比.11 表 7:BSF 電池片
12、各生產環節設備及競爭廠商 . 13 表 8:基于氧化鋁的兩種背鈍化技術路徑 . 14 表 9:ALD 和 PECVD 技術路線投資對比測算. 14 表 10:PERC 電池片各生產環節設備及競爭廠商 . 15 表 11:國內 TOPCon 電池產能. 19 表 12:PECVD 和 HWCVD 相關性質對比 . 20 表 13:PECVD 兩種技術路徑對比. 20 表 14:PVD、RPD 工藝量產成本對比. 21 表 15:HIT 電池各環節生產設備及競爭廠商 . 21 表 16:HIT 設備市場空間測算 . 22 行業深度分析/其他專用設備 4 1. 關鍵設備突破,推動關鍵設備突破,推動波
13、瀾壯闊的電池片技術升級史波瀾壯闊的電池片技術升級史 1.1. 光伏電池片光伏電池片 10 年走過年走過 5 代技術代技術 光伏發電原理即將入射的太陽光直接轉換為電能,它的歷史始于 1839 年光生伏特效應的發 現,到 1953 年美國制造出晶體硅太陽能電池,太陽能電池經歷了一百多年逐漸走向工業領 域開始應用于能源供應。近十年來全球光伏產業迅速擴大,由 2010 年全球裝機量 16.83GW 到 2019 年已經增長至 110GW 左右。 光伏產業鏈快速發展的本質是技術驅動降本提效,這一點在電池片領域體現的尤為明顯。光伏產業鏈快速發展的本質是技術驅動降本提效,這一點在電池片領域體現的尤為明顯。早
14、 期 Al-BSF 技術在光伏電池市場一直獨秀,轉化效率約為 20%左右。到目前光伏各種高效電 池技術百家爭鳴,轉化效率已突破 24%,當前路線主要有:P 型單多晶 PERC 電池技術, N 型單晶 PERT/TOPCon 電池技術,N 型單晶 HIT 電池技術以及 N 型單晶 IBC 電池技術。 圖圖 1:光伏電池片技術迭代路徑光伏電池片技術迭代路徑 資料來源:摩爾光伏,安信證券研究中心 2015 年以前, Al-BSF 鋁背場電池在國內電池片的滲透率在 90%以上,而隨著硅片環節單 晶優勢凸顯開始逐步替代多晶后,PERC 電池產能開始迅速崛起,從 2016 年市場滲透率不 足 10%,到
15、2019 年能或超過 50%,成為目前市場主流電池技術路線。市場預期2020 年之 后 BSF 電池會繼續減少,但隨著 N 型電池片技術發展,TOPCON、HIT 等更為高效的電池 將填補這些份額并進一步擴大。 表表 1:電池片各個技術路線市占率變化趨勢電池片各個技術路線市占率變化趨勢 分類分類 2016 2017 2018 2019E 2020E 2023E 2025E BSF 電池電池 89.3% 83.3% 60.0% 39.4% 30.0% 10.6% 5.0% PERC 電池電池 9.0% 15.0% 33.5% 50.6% 55.7% 60.9% 61.0% N-PERT 電池電池
16、 0.0% 1.5% 5.0% 8.0% 10.0% 17.0% 18.0% 異質結異質結 HIT 電池電池 0.1% 0.2% 0.7% 1.0% 3.0% 7.5% 10.0% TOPCON電池電池 0.0% 0.0% 0.1% 0.2% 0.5% 3.0% 5.0% 其他技術電池其他技術電池 1.6% 0.0% 0.7% 0.8% 0.8% 1.0% 1.0% 資料來源: 中國光伏產業發展路線圖 ,安信證券研究中心 行業深度分析/其他專用設備 5 1.2. 多款技術競逐下一代技術主流多款技術競逐下一代技術主流 光伏電池片技術迭代是產業對于轉化效率與成本投資的平衡。光伏電池片技術迭代是產業
17、對于轉化效率與成本投資的平衡。由于 PERC 相對于 BSF 轉化 效率有明顯優勢和上升空間,同時設備改造成本相對不高,基于原產線 5000 萬元/GW 的改 造即可實現轉化效率 2 個點以上提升,因此自 2018 年以來迅速占領市場主要份額。 展望未來,由于 P 型電池效率迫近瓶頸、提效進度放緩,而 N 型電池效率提升潛力大、投資 成本不斷降低, 我們認為本輪光伏技術變革將由 P 型電池轉向 N 型電池, 同時也將帶來電池 片設備的變革和投資機會。 表表 2:2018-2025 年各種電池年各種電池平均平均轉換效率轉換效率(%)變化趨勢變化趨勢 分類分類 2018 2019E 2020E 2
18、021E 2023E 2025E 多晶 BSF p 型多晶黑硅電池 19.2 19.4 19.7 19.9 20.2 20.5 PERC p 型多晶黑硅電池 20.3 20.5 20.8 21.1 21.3 21.6 PERC p 型準單晶電池 21.6 21.8 22.2 22.4 22.6 22.8 p 型單晶 PERC P型單晶電池 21.8 22.1 22.4 22.6 22.8 23.0 n 型單晶 N-PERT+TopCon 單晶電 池(正面效率) 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 硅基異質結 N型單晶電池 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5
19、 25.0 背接觸 N型單晶電池 23.4 23.6 23.8 24.3 24.6 25.0 資料來源: 中國光伏產業發展路線圖 ,安信證券研究中心 當前市場主流的高效電池包括: 基于PERC繼續優化的PERC+技術, 以及 N型電池的 PERT、 TOPCON(隧穿氧化鈍化接觸) 、HIT(異質結) 、IBC(全背電極接觸)四種技術路徑,這 些技術路線各有優劣,目前正激烈爭奪技術高地: 1)PERC+:當前 PERC 技術成熟、性價比高,同時設備國產化完全,成為近兩年高效電池 主要擴產的技術。當前 PERC 技術可疊加 SE 等技術繼續優化升級,最高效率高達 24%,預 計 2020 年依然
20、是光伏電池主流技術。但目前 PERC 逐漸逼近效率上限,未來提升空間小。 2)N-PERT:N-PERT 作為 N 型電池片技術可實現量產,技術難度小,設備投資較少。但 是 N-PERT 與雙面 P-PERC 相比沒有性價比優勢,同時較其他 N 型電池轉化效率低,目前 經濟性相對較差,布局廠家較少。 3)TOPCON:TOPCON 電池是在 N 型電池工藝的基礎上研發出的隧穿氧化層鈍化接觸技 術,該技術可大幅度的提升 N 型電池的 VOC 和轉換效率。雖然 TOPCON 電池轉化效率上 限較高, 但由于其背面收光較差, 量產難度很高, 目前有布局的企業包括: 天合、 LG、 REC、 中來等。
21、 4)HIT:HIT 技術則是通過增加一層非晶硅異質結來提高 VOC 開路電壓,從而提高電池片 的轉換效率。HIT 效率可達 23%-24%,工序少、可實現量產。但是其設備貴、投資成本高, 成為阻礙其大規模產業化的一點,目前已經有松下、晉能、通威等公司布局。 5)IBC:IBC 電池在當前各電池技術中效率最高,可以達到 24%以上,單由于 IBC 技術難 度極高,設備投資高,成本高,國內尚未實現量產,目前布局的企業主要為 sunpower。 行業深度分析/其他專用設備 6 表表 3:光伏高效池各技術路線對比:光伏高效池各技術路線對比 P-PERC N-PERT N-TOPCON HIT IBC
22、 電池效率電池效率 21.8-22% 21.5-21.7% 22.5-23.2% 22.5-24% 24-25% 2019 年底產能年底產能 110 0.9 3.8 4 1.6 主要企業主要企業 主流廠商 中來、林洋 中來、天合、晶澳 晉能、通威、愛康 SUNPOWER 優勢優勢 性價比高 可從現有產線升級 可從現有產線升級 工序少 效率高 量產量產 非常成熟 可量產 可量產但難度高 可量產但難度高 量產難度大 技術難度技術難度 容易 較容易 難度高 難度高 難度極高 供需供需 少 較少 多 最少 非常多 投資設備投資設備 少 較少設備投資 設備仍較貴 設備貴 非常高 與現有產線兼容性與現有產
23、線兼容性 已有許多場 可用現有設備升級 可用新產線升級 完全不兼容 不兼容 目前問題目前問題 產能擴充非???,后 期路線不明確 與雙面P-PERC相比沒 有性價比優勢 量產難度高, 效率空間高于 PERC但可能低于 HIT 與現有設備不兼容, 設備 投資成本高 難度高,成本也遠 超前面技術 資料來源:光伏盒子,安信證券研究中心 1.3. 關鍵工藝設備突破,推動新技術產業化關鍵工藝設備突破,推動新技術產業化 關鍵關鍵工藝工藝設備的突破和國產化落地是推動新技術產業化不可或缺的因素。設備的突破和國產化落地是推動新技術產業化不可或缺的因素。PERC 電池最早起 源于上 世紀 八十年 代,1989 年
24、由澳洲 新南 威爾 士大學 的 MartinGreen 研究組在 AppliedPhysicsLetter 首次正式報道了 PERC 電池結構, 當時達到 22.8%的實驗室電池效率, 1999 年其實驗室研究的 PERL 電池創造了轉換效率 25%的世界紀錄。 但由于實驗室技術難以支撐穩定量產、當時設備技術成本較高、疊加多晶硅片效果一般等因 素影響,PERC 技術產業化發展一直沒有得以推廣。直到 20 年后的 2010 年,BSF 電池效 率接近 20%上限瓶頸,PERC 被重新提到批量研發和生產議程上。在 2015 年金剛線切割提 升單晶硅片滲透率背景下,PERC 設備工藝突破后產業化獲得
25、顯著進展,市場份額從 2016 年 10%提升至 2019 年 50%。 圖圖 2:PERC 電池電池 PECVD 設備設備 圖圖 3:PERC 電池激光開槽設備電池激光開槽設備 資料來源:捷佳偉創招股書 資料來源:帝爾激光招股書 鍍膜和激光量產設備使鍍膜和激光量產設備使 PERC 產業化為可能。產業化為可能。早期 PERC 采用 SiO2為鈍化材料,但由于其 制備工藝需要高溫過程,沉積時間較長,成本較高。而隨著 Al2O3介質膜產業化制備技術不 斷成熟,PECVD、ALD 等鍍膜設備出現后,廠家開始導入并快速擴張產能。另一關鍵工藝 則是背面局部接觸的實現,隨著激光開槽設備的引入,PERC 技
26、術開始逐步走向產業化。 同時回顧光伏發展歷史,新技術問世后,往往是頭部企業引入進口設備把工藝做成熟,然后 國產設備廠商跟進降本。據產業信息網數據,PERC 產線采用全進口設備成本較高,大約在 行業深度分析/其他專用設備 7 5 億元/GW,而在實現國產化后,2018 年可降低至 2.5 億元/GW,大大縮短了電池片企業投 資回報周期,從而推動產業化進程。因此站在當前時間節點展望未來光伏電池技術更迭,率因此站在當前時間節點展望未來光伏電池技術更迭,率 先實現設備突破和國產化的設備廠商有望充分受益。先實現設備突破和國產化的設備廠商有望充分受益。 2. HIT 有望成為下一代主流技術有望成為下一代主
27、流技術 2.1. HIT 電池電池優勢顯著,或為下一代技術主流優勢顯著,或為下一代技術主流 相較于當下市場主流 PERC 技術電池,HIT 電池在轉化效率、使用壽命、電池參數等都遠高 其水平。 目前市場上的PERC光電轉化效率為22%左右, 實驗室光電轉化率最高值約為24%, PERC 電池越來越逼近其效率上限。而 HIT 電池的實驗室光電轉換率最高值高達 26.63%, 在光伏發電降本增效的背景下,HIT 電池取代 PERC 是光伏產業的發展趨勢,也是國家為了 實現平價上網目標的扶持的重點方向。 圖圖 4:市場主流市場主流三種電池平均效率對比三種電池平均效率對比 資料來源:中國光伏行業協會,
28、安信證券研究中心 作為一種行業前景廣闊的電池片技術,HIT 主要有以下幾點優勢: 1) 光電轉換效率高。光電轉換效率高。目前 HIT 產線的量產轉換效率可達 24%,最高紀錄是由日本 Kaneka 公司創造的 26.63%,其效率潛力比當前使用 P 型 PERC 電池效率高出 1.52 個 pct, 若將其疊加鈣鈦礦技術,最高效率可達 28%以上。 2) 光致衰減低。光致衰減低。光衰是指光通量在對感光鼓表面充電時,隨著電荷在感光鼓表面的積累, 電位會達到飽和, 帶來發電量的下降。 PERC 電池由于硼為主要元素, 會導致電池光衰, 一般 10 年衰減 10%,25 年衰減 20%。而 HIT
29、電池磷為主要元素,極大放緩光衰速度, 一般 10 年衰減小于 3%,25 年后發電量僅下降 8%。 3) 雙面率高。雙面率高。HIT 為雙面對稱結構,使得正反面受到光照后都能發電,平均發電量相比于 單面電池組件高出 10%以上, 其雙面率 (電池背面效率與正面效率的比值) 目前已達 85%, 未來有望增長到 92%以上,可獲得 10%以上的年發電量增益,而 PERC 的雙面率僅為 82%。 4) 溫度系數低。溫度系數低。HIT 電池溫度系數低,較為穩定,能減少陽光帶來的熱損失。一般來說實 驗室電池工作時的溫度在 25 攝氏度,實際使用時的工作溫度會略高于實驗室溫度。HIT 電池的溫度系數為-0
30、.258%,PERC 電池的溫度系數為-0.46%,HIT 電池溫度系數遠小 21.0% 21.5% 22.0% 22.5% 23.0% 23.5% 24.0% 24.5% 25.0% 25.5% 20192020E2021E2022E2023E2024E2025E N型HIT N型Topcon P型PERC 行業深度分析/其他專用設備 8 于 PERC 溫度系數,意味著電池效率更高。 2.2. 群雄逐鹿群雄逐鹿 HIT 產業化產業化,2020 年或為產業元年年或為產業元年 HIT 較傳統電池有諸多優勢,但早期由于設備初期投資高以及對制程工藝要求嚴格,大部分 廠商對異質結電池技術仍在觀望階段,
31、投建多為 MW 級別試驗線。隨著近年來光伏發電降本 增效需求提升以及技術的不斷成熟, 各市場主體加快 HIT 電池的投資布局。 截至截至 2019 年底,年底, HIT 全球實際產能在全球實際產能在 3-4GW 左右。左右。 國外:國外:2018 年以來,全球已有 20 多家企業對 HIT 電池進行了實質性的布局。其中,日本三 洋憑借現有產能 1GW 以及 23%的量產效率成為 HIT 市場的領頭羊, 國外具備成熟 HIT 技術 的 REC、Keneka、Solarcity 等廠家。 國內:國內:國內近年來也在加快布局 HIT 產量儲備,目前已有 10 多家企業參與到異質結電池研 發、生產中,
32、規劃總產能已超過 30GW。其中布局較早的晉能、中智、鈞石、漢能等的異質 結產線也均已進入小批量量產階段,目前產線多在建設中。 表表 4:全球:全球 HIT 電池產能電池產能 國家國家 企業企業 現有產能(現有產能(MW) 規劃產能(規劃產能(MW) 量產效率(量產效率(%) 中國中國 中智泰興 160 2000 22.8 晉能 100 2000 23.27 鈞石 600 5000 22.43 東方日升 0 2500 23 通威 200 2000 23 中環 30 30 21.5 漢能 120 2000 22.5 新日光 NSP 50 50 愛康 200 5000 彩虹 0 2000 清華紫光
33、 60 60 上澎 30 30 22.3 晉銳 0 5000 25 國電投 0 100 山煤 0 10000 日本日本 Panasonic 1000 1000 23 Kaneka 20 20 21.5 長州產業 80 80 22.8 美國美國 Solarcity 400 1000 22.5 Sunpreme 0 400 23.5 法國法國 INES 30 30 23 俄羅斯俄羅斯 Havel 160 160 匈牙利匈牙利 ECO 80 80 意大利意大利 3 SUN 300 200 新加坡新加坡 REC 600 600 資料來源:摩爾光伏,安信證券研究中心 眾多眾多布局布局 HIT 量產,量產,2020 年或為產業化元年。年或為產業化元年。2019 年 10