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产能吃紧,市场集中,光伏产业链上游-硅料行业梳理

返回列表 来源: 新闻网 发布日期: 2021.11.21 浏览次数:

上期我们讨论了目前主流的几种光伏电池技术路线以及那种技术路线最可能成为未来的主流。光伏电池是光伏发电的核心,其转换效率直接影响了光伏发电的市场竞争力。光伏电池处在行业的中游,其上游主要是硅料和硅料支撑的硅棒硅锭等。这期我们来看硅料行业

光伏产业链

硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅,单晶硅和多晶硅的区别是当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则形成单晶硅,在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,可以形成P型硅半导体;掺入微量的第VA族元素,则形成N型和P型半导体结合在一起;如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅

单晶硅电池片呈正方形、倒圆角形,深蓝色

多晶硅可作拉制单晶硅的原料,把它放在单晶炉内,原生多晶硅在单晶炉内会生产成单一晶向、无晶界、位错缺陷和杂质密度极低的单晶硅棒,也就完成了从多晶硅到单晶硅的过程,多晶的本质就是大量的小单晶的集合体。根据掺入杂质及导电类型的不同,多晶硅又可以分为P型多晶硅和N型多晶硅

多晶硅电池片呈正方形,天蓝色

单晶硅和多晶硅均具有金刚石晶格,晶体硬而脆,具有金属光泽,能导电,但导电率不及金属,且随温度升高而增加,具有半导体性质。他们的差异主要表现在物理性质方面。例如,在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面,多晶硅远不如单晶硅明显;在电学性质方面,多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著,甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面,两者的差异极小。单晶硅光伏组件是以高纯的单晶硅棒为原料,光电转换率较高,其发电效率可以达到21%左右,衰减率第一年内不高于3%,后续每年不高于0.7%,而多晶硅光伏组件的发电效率通常在17%左右,衰减率一年内不高于2.5%,后续年内不高于0.7%

制备上,目前多晶硅的主要制备方法是改良西门子法,也叫闭环西门子法,产出的是棒状硅、块状硅。西门子法为生产多晶硅的原有工艺,以氢气还原高纯度三氯氢硅,在加热到 1100℃左右的硅芯上沉积多晶硅的生产工艺,改良西门子法是在西门子法基础上增加了尾气回收和四氯化硅氢化工艺,实现了生产过程的闭路循环,避免副产品直接排放污染环境,并实现原料的循环利用,有效降低了生产成本。使用改良西门子法的生产成本主要由电力、原料和折旧组成,其中电力成本占比最大,约35%;硅粉成本占比约 30%;折旧成本占比约 15%,三者合计占到总成本的 80%左右。

另外还有硅烷流化床法,产出的是颗粒硅,这种方法虽然经过几十年的发展,但目前产量占比仍然很低,2019年全球多晶硅产量中硅烷流化床法生产的颗粒多晶硅占比为 2.2%

相比改良西门子法,硅烷流化床法也有自己的优势,这种技术流程更短、后处理工序更少、占地空间更小,投资强度下降 30%、生产电耗降低约 70%、项目人员需求降低 30%、水耗下降 30%、氢耗下降 42%。据实测数据,流化床法生产颗粒硅电耗仅为18度电/KG,远低于传统多晶硅综合电耗60-70度电/KG。颗粒硅填充性更好 、利于连续直拉拉晶,外置复投系统更容易实现自动化,节省人工成本以及复投硅料的时间,同时颗粒硅没有破碎时的杂质风险。因颗粒硅无需破碎工艺,避免硅料的损耗、并降低破碎成本,消除破碎过程中引入杂质的风险,综合品质已达到了单晶用料要求

全球颗粒硅的主要生产企业有江苏中能(保利协鑫间接非全资附属公司)、陕西天宏、美国 REC、德国瓦克等

保利协鑫是国内颗粒硅的主要生产企业,其在徐州建成的硅烷流化床法生产线,经过了近 3 年的运营、改造和提升,2019 年颗粒硅产量达 3000 吨,2020 年产量提升到 6000 吨,到今年3季度末,将实现 3 万吨量产;2022 年上半年实现5.4万吨全部达产。去年9月,江苏中能扩产 5.4 万吨颗粒硅项目开工,总投资 47 亿元,计划分两期建设,一期于今年6月年产能扩至 3 万吨,二期于今年底年产能扩至 5.4 万吨,部分客户已经提前锁定其未来的颗粒硅供应。协鑫与上机数控合资在内蒙古共同投资建设30万吨颗粒硅项目,预计总投资180亿元。该项目分为三期实施,第一期设计产能为6万吨

陕西天宏由陕西有色天宏新能源和美国 REC 共同出资组建,目前拥有颗粒硅量产产能 1.8 万吨/年

块状硅与颗粒硅对比

下游需求端,隆基股份今年2月1日与协鑫下的江苏中能签订协议,旗下的7家子公司从2021年3月到2023年12 月预计向江苏中能采购包含颗粒硅在内的9.14万吨硅料;今年2021年2月9日,隆基股份在投资者交流平台表示,目前有小批量颗粒硅应用

中环股份在今年2月3日与协鑫签订长协,从2022年1月至2026年12月,向保利协鑫采购包括颗粒硅在内的多晶硅料合计共 350,000 吨,产品结构包括颗粒硅、特级免洗疏松料、特级免洗致密料等

晶澳科技在今年5月28日与协鑫下的江苏中能签订长协,从2021年7月1日至2026年6月30日期间,向江苏中能采购颗粒硅, 预计总采购量约14.58万吨,折算平均每年采购达2.9 万吨

根据多晶硅的表面质量不同,又可将多晶硅细分为致密料、菜花料、珊瑚料等。致密料外表光滑、颜色明亮,纯度高,制备成本高;菜花料表面粗糙呈菜花状,颜色偏灰,纯度较低,制备成本低。致密料通常用于制作转换效率更高的单晶硅片;菜花料由于纯度偏低,一般用于制作转换效率更低的多晶硅片,也可与致密料混合制作单晶硅片,有效降低成本

硅料的上游是工业硅粉,目前尚无公开的市场价格。工业硅粉由金属硅/工业硅加工而成,因此,工业硅粉的价格一般参照金属硅市场价格。2020 年下半年,受下游需求旺盛影响,金属硅 553 价格从 11000 元/吨左右上涨至 15000 元/吨,金属硅 441 价格从 10200 元/吨上涨至 13800 元/吨,2021 年 1 月开始,金属硅价格有所回落

市场空间上,在未来,光伏发电要想实现市场化,靠市场的力量推动发展,而不是国家补贴,平价上网是极其重要的一环,要想实现平价上网,就要推进光伏电池生产的各环节降低成本。对于硅料环节,经过不断的技术迭代和国产光伏设备的崛起,近些年的每瓦单价和用量都是在不断降低的

多晶硅用量已经从08年的9.5克/瓦降到了19年的3.3克/瓦

单位用量在降低,但总用量却在不断提升。2016-2020年,国内多晶硅需求量从 29.8 万吨上升至45.2万吨,其中,单晶技术路线硅料需求量占比持续提升,从2016年的17.2%大幅提高到2019年的58.4%

多晶硅需求量走势

2021年,全球新增装机量约为155~170GW,对应多晶硅需求量最多为54.2 万吨;2022年将达到 180-225GW,对应多晶硅需求量约57.4万-71.7万吨。随着需求增加,多晶硅用料价格最近一年也出现了明显的上涨,最新的致密料均价已经到达了265元/kg,今年三月初的时候只有86元/kg

致密料价格走势

随着“双碳”目标的推进,光伏装机量逐年增加,硅料的需求也在不断上升,以现有硅片生产硅耗量水平测算,硅料需求年增速将略高于硅料厂商扩产速度,供需紧平衡格局将持续

全球硅料需求预测

2010-2019年,全球硅料产能由27.5万吨增长至65.2万吨,产量由16.0万吨增长至50.8万吨,需求提升2倍至48.1万吨

我国的硅料生产相较国外有较大优势,以德国瓦克为例,2019年硅料业务单位成本为12.4欧元/kg,约合95.73元/kg(历史汇率),远高于国内平均单位成本70元/kg和平均单位价格75元/kg。2017-2018 年,国内多晶硅行业掀起集中扩产潮,2017 年、2018 年国内多晶硅产能增速分别达31.9%和 39.7%,2019 年增速有所放缓

我国多晶硅产能增速

2019年,中国的多晶硅产能46.6万吨,占全球71.5%,产量34.2万吨,占全球67.3%

我国总产能产量变化

2019年国内多晶硅产能CR4达到68%,其中,保利协鑫最高,为19%;通威、新特能源、新疆大全分别占18%、16%和15%。2020 年底通威股份、保利协鑫、新特能源和新疆大全 4 家年产能在 5 万吨以上的企业产能合计约 31.7 万吨,约占国内多晶硅总产能的75.5%,较 2019 年提升约 7.5 个百分点,今年产能预计会达到57.5万吨,可以支撑190GW的需求

我国主要多晶硅厂家产能变化

从产量来看,2020年,国内多晶硅料产量达39.2万吨,同比提升5万吨产量。但2020年全球多晶硅料产量为 49.6 万吨,同比下滑 1.2 万吨,主要因近年硅料价格持续走低、行业扩产意愿较弱、部分海外落后产能退出导致

保利、通威、新特、大全4家企业2020年产量合计约为 30.2 万吨,占国内总产量的 76.3%。

从全球占比来看,通威股份、保利协鑫、新特能源、新疆大全和德国瓦克 2020 年产量排名全球前五的多晶硅企业产量共计约 35.8万吨,占全球多晶硅总产量的比例达到 68.2%,市场集中度较高

到今年3月,通威股份、新疆大全、新特能源、亚洲硅业、新疆协鑫新能源及其子公司江苏中能、五大硅料巨头已签出93.76万吨硅料,折合到2021年约24.0~25.3万吨。以2020年五家头部企业41.8吨硅料产能测算,21年57%-60%的硅料产能已被长单锁定

主要生产企业硅料产能已被长单锁定

我国多晶硅产能产量的提升主要得益于下游硅片制造环节主要集中在我国,2019 年中国硅片产能、产量占全球的比重分别为 93.1%、97.3%

我国硅片产量占世界比重以及我国硅片产量增长率

虽然我国的硅料产量提升很快,但还不能完全满足国内需求,18~20年我国的硅料进口占比分别为55.6%/42.3%/25.3%。我国的硅料生产拥有低成本和靠近下游市场的优势,再加上疫情稳定,2021年进口硅料占比有望进一步降低到19.8%

由于是高耗能行业,我国的硅料产能主要集中在新疆,2020年新疆产能为29.7万吨,大于第2-第7名产能总和,其电力与蒸汽成本之和为17.0元/kg-Si,不到河南、青海的一半

我国硅料产能主要集中在新疆

毛利率方面,2017-2019 年,保利、通威、新特、大全四家企业的毛利率均呈现下滑趋势,主要因为受到“531 光伏政策”实施的影响,虽然2019年保利协鑫的多晶硅及硅片销量较2018 年增加,但是多晶硅及硅片平均售价下跌较多,导致保利协鑫光伏材料毛利从2018年的9.95亿元进一步下跌至2019年的4.23亿元,毛利率从27.2%降至 3.3%;2018-2019 年,通威股份多晶硅业务毛利率在四家可比公司中均保持第一,分别为 35.7%和 28.4%,体现较强竞争力

四家公司毛利率对比

费用率方面,通威股份的各项费用率近年来维持在较低水平,销售费用率较高系其业务还涉及饲料工业,通威的农牧业务占比达到47%;新疆大全销售、研发费用率较低,销售主要由长期供货协议、销售合同/订单组成;港股上市的新特能源各项费用率较高,原因是产能处于爬坡阶段,产量较低未形成足够的规模效应,导致费用占比较高

四家企业费用率对比

A股上市公司中,通威股份的光伏业务主要包括光伏硅料生产、电池片制造及光伏发电业务。2020年公司在硅料环节的市场占有率约为20-23%

截至中报,公司高纯晶硅产能达到8万吨,在建的产能中,预计乐山二期5万吨、保山一期5万吨将于2021年底投产,包头二期5万吨将于2022年内投产,公司还计划在乐山新增投资 20 万吨高纯晶硅产能,其中10万吨计划2022年底建成投产,22年底产能将达到33万吨

上半年产量达到5.06万吨,平均生产成本 3.65 万元/吨(乐山一期及包头一期项目 平均生产成本 3.37 万元/吨),产品平均毛利率为 69.39%

新疆大全公司主要从事高纯多晶硅研发和制造,2020年公司在硅料环节的市场占有率约为16-17%。公司具有较强的产品研发能力和技术创新能力,目前公司拥有129项专利,利用研发推进硅料生产降本增效效果明显

截至中报,公司产能7万吨/年,今年上半年产量22.7万吨,其中多晶硅产量4.13万吨,占国内多晶硅产量的 18.19%,预计全年的高品质多晶硅产量会达到8.3~8.5万吨

公司今年7月在科创板上市,总市值超过1400亿,募集资金计划新建年产3.5万吨的太阳能级多晶硅料,计划2022 年 3 月底之前达产。公司规划了中期发展目标,计划在未来三年保持年均 50%左右的产能增速,拟在 2024 年底前实现高纯硅料总产能27万吨/年

通威与大全产能产量,及未来产能预计

硅广泛存在于自然界中,不存在稀缺性,供给端对硅料的影响有限。目前全球硅料生产高度集中,全球前五的硅料生产企业合计份额接近七成,其中四家是我国企业。生产的高度集中叠加需求旺盛,头部企业不需要依靠价格战来抢夺市场份额,而是需要不断扩产和降低成本

现在碳中和已经成为全球主要大国的共识,光伏发电作为其中极其重要的一环在未来的发展是高度确定的。从长远来看,得益于光伏装机持续增长,硅料需求是不断增加的。不过影响光伏装机的因素有很多,不一定每年都能保持高增长,比如今年由于原材料价格上涨,我国1~9月新增光伏装机25.56GW,9月仅新增3.51GW

作为光伏产业链的重要一环,硅料价格的下降对整个系统发电成本的下降至关重要,未来继续关注颗粒硅技术的发展是否能为硅料产业带来一场成本革命

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