光伏產(chǎn)業(yè)鏈概覽及展望——硅片

硅片行業(yè)概述

硅片制造業(yè)位于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中游，硅片制造企業(yè)通過向上游采購多晶硅料，利用單晶硅生長爐或多晶硅鑄錠爐生產(chǎn)出單晶硅棒或多晶硅錠，再將其切割為單晶硅片或多晶硅片，之后銷售給下游企業(yè)，用于生產(chǎn)太陽能電池及組件(見圖1)。我國現(xiàn)已成為全球最大的太陽能級硅片生產(chǎn)基地。

圖1 硅片產(chǎn)業(yè)鏈

1.1 我國占據(jù)全球硅片主導(dǎo)地位

我國硅片產(chǎn)量與光伏裝機容量走勢基本一致， 2011-2020年我國硅片產(chǎn)量總體呈逐年增長態(tài)勢。2020年我國硅片產(chǎn)量為161.3GW，同比增長19.8%，保持較高增速;占全球硅片產(chǎn)量的97.4%，同比増長4.3個百分點，在全球硅片領(lǐng)域占據(jù)絕對主導(dǎo)地位(見圖2)。

圖2 2011-2020年我國硅片產(chǎn)量及增速

(數(shù)據(jù)來源：中國光伏行業(yè)協(xié)會)

1.2 市場進一步向國內(nèi)集中

硅片產(chǎn)業(yè)布局進一步向中國大陸集中。該現(xiàn)象的主要原因包括：一是國內(nèi)硅片技術(shù)及成本優(yōu)勢進一步顯現(xiàn)，連續(xù)拉晶投料量、切片等工藝方面的技術(shù)進步，以及區(qū)位布局的電力資源優(yōu)勢，中國大陸企業(yè)在硅片環(huán)節(jié)的生產(chǎn)成本呈繼續(xù)下降勢頭，較海外企業(yè)生產(chǎn)成本優(yōu)勢繼續(xù)加強;二是新增單晶硅片產(chǎn)能主要來自國內(nèi)，單晶硅片的市場份額加速提升，海內(nèi)外多晶硅片廠被迫關(guān)閉或停產(chǎn)的規(guī)模加大。2019年全球新增產(chǎn)能超過50GW，基本位于中國大陸。隆基、中環(huán)和晶科三大硅片廠商的新增產(chǎn)能超過全球新增產(chǎn)能的70%，頭部企業(yè)產(chǎn)能集中化趨勢繼續(xù)加強。

我國硅片行業(yè)代表企業(yè)主要有隆基股份、中環(huán)、保利協(xié)鑫、南玻、晶澳科技和億晶光電等。其中，隆基2020年硅片產(chǎn)量排名第一，單晶硅片出貨量58.15GW。截止2020年末，隆基單晶硅片產(chǎn)能達到85GW。

雖然近年來市場上已基本無新增多晶硅片產(chǎn)能，但多晶存量產(chǎn)能規(guī)模仍然較大，為避免被單晶產(chǎn)品快速取代，多晶企業(yè)也通過各種技改手段提升產(chǎn)品。

1.3 市場集中度進一步提高

隨著光伏行業(yè)從補貼時代逐步過渡到市場化競爭時代，競爭策略由過去的低價競爭，轉(zhuǎn)向依靠技術(shù)進步實現(xiàn)降本增效的競爭策略，在新的競爭策略下市場份額向頭部優(yōu)質(zhì)企業(yè)加速集中。過去幾年，我國硅片行業(yè)市場集中度較高且不斷提升，2020年我國硅片產(chǎn)量排名前五的企業(yè)市場占有率為88.1%，較2019年提高了15.3%。頭部企業(yè)的競爭更加激烈，競爭焦點也由原來的規(guī)模和成本轉(zhuǎn)向企業(yè)的綜合競爭力，包括商業(yè)模式創(chuàng)新、技術(shù)研發(fā)、融資能力、運營管理、市場營銷等(見圖3)。

圖3 光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)市場集中度

(數(shù)據(jù)來源：隆基股份2020年年報)

1.4 產(chǎn)能向西部低電價地區(qū)轉(zhuǎn)移

硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的電耗主要來自拉單晶或多晶硅鑄錠環(huán)節(jié)。低廉的電力供應(yīng)是提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力的重要方面。因此，企業(yè)紛紛利用西部地區(qū)能源要素低廉的優(yōu)勢，在當?shù)亟ㄔO(shè)并擴產(chǎn)單晶拉棒、切片產(chǎn)線。據(jù)統(tǒng)計，2019年單晶拉棒產(chǎn)能超過100GW，其中除了晶澳科技在河北有部分拉棒產(chǎn)能外，其他產(chǎn)能均位于西部地區(qū)，如內(nèi)蒙古、寧夏、云南、新疆等地。隆基、中環(huán)則在江蘇無錫、宜興等布局切片廠，貼近下游電池片制造基地(見表1)。

表1 單晶拉棒企業(yè)產(chǎn)能布局

1.5 穩(wěn)定多晶硅料的供應(yīng)

硅料是硅片成本的重要組成部分，并且隨著硅片技術(shù)的進步，硅料成本占比進一步上升。硅片企業(yè)提升供應(yīng)鏈管理能力，能夠抵御上游硅料價格大幅波動是實現(xiàn)硅片企業(yè)贏得競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵因素之一。2013年以來多晶硅價格相對比較穩(wěn)定，去年以來多晶硅價格從低位10美元/kg以下增長到20美元/kg以上，價格大幅上升給硅片企業(yè)帶來了巨大的沖擊(見圖4)。

圖4 多晶硅價格走勢(美元/kg)

為了將多晶硅原料成本控制在企業(yè)可以接受的價格區(qū)間，不同類型的硅片企業(yè)采取了不同的措施，多數(shù)的硅片采取與多家多晶硅企業(yè)簽訂長周期、大金額的多晶硅訂貨協(xié)議。

隆基股份與新特簽署五年期多晶硅料長單采購合同，合同約定采購量不少于27萬噸，預(yù)估合同總金額約 192.35億元人民幣，年均合同金額占隆基 2019年度營業(yè)成本的約16.45%;與亞洲硅業(yè)簽署多晶硅料長單采購合同，合同采購量12.48萬噸，預(yù)估合同總金額約94.98億元;與韓國OCI簽訂三年期多晶硅料采購合同，采購多晶硅料約 7.77 萬噸;與新疆大全簽署的太陽能級多晶硅簽署采購合同，預(yù)計總采購量為 3.24萬-4.32萬噸，期限為2021年1月至 2023年12月。

晶澳與新特簽署多晶硅采購合同，顯示于2020年10月至2025年12月期間向新特能源股份采購原生多晶硅97,200噸，預(yù)計約人民幣91.37億元。無錫上機數(shù)控與新特能源簽署多晶硅采購合同，2021至2025年向新特采購原材料多晶硅料7.035萬噸，與江蘇中能硅業(yè)簽署預(yù)計2020-2021年采購數(shù)量為 1.67 萬噸多晶硅。京運通與新特能源簽署多晶硅采購合同，從2019年1月至2021年 12 月合計采購數(shù)量 32,000 噸，其中 2019 年合計采購數(shù)量 8,000 噸，2020 年合計采購數(shù)量12,000噸，2021 年合計采購數(shù)量 12,000 噸。

有的硅片企業(yè)通過參與多晶硅項目的投資與項目所屬公司建立深入的合作的關(guān)系，簽署的采購合同金額更大、供貨周期更長。中環(huán)股份與保利協(xié)鑫在多晶硅領(lǐng)域合作較為深入，雙方簽署的多晶硅采購合同期限長，采購規(guī)模大。采購合同顯示，從2022 年1月1日起至2026年12月31日五年內(nèi)中環(huán)向保利協(xié)鑫采購多晶硅料預(yù)計35萬噸;另外，中環(huán)也與通威股份簽署采購多晶硅的合同，采購規(guī)模約 7 萬噸，其中 2018 年不低于1400 噸，2019-2021 年每年約 20000-25000 噸。

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硅片技術(shù)發(fā)展趨勢

硅片非硅成本是指除硅料外的硅片成本，是體現(xiàn)硅片生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平和成本控制能力的重要指標。

2.1 效率優(yōu)勢實現(xiàn)單晶硅替換多晶硅電池

根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)，當前硅基太陽電池占據(jù)市場份額的95%，其中以單晶硅電池為主。單晶晶面取向相同、無晶界，在晶體品質(zhì)、電學(xué)性能、機械性能等方面具備優(yōu)異品質(zhì)和更高的轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)2021年4月1日美國國家可再生能源實驗室最新發(fā)布的不同類型的太陽能電池最高效率數(shù)據(jù)，在實驗室條件下各類型電池效率不斷刷新，不過單晶硅電池一直比多晶硅電池效率高，商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的非聚光單晶硅電池最高效率26.1%、多晶硅電池最高效率23.3%;其他新型電池尚未進入規(guī)?；虡I(yè)化應(yīng)用階段，其實驗室最高效率依次為聚光單晶硅電池27.6%，異質(zhì)結(jié)晶硅電池26.7%，薄膜晶硅電池21.2%(見圖5)。

圖5 美國國家可再生能源實驗室(NREL)硅基

太陽電池最高效率表(資料來源：美國NREL)

單晶多晶價差大幅縮小，單晶技術(shù)經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯，過去幾年單晶硅電池份額大幅上升，根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2017年單晶電池市場份額占比僅為28%， 2020年其占比已上升至90.2%。

2.2 拉單晶的效率和能耗水平大幅提升

晶硅電池作為市場主流產(chǎn)品，長期存在著單晶硅和多晶硅技術(shù)路線的競爭，多晶產(chǎn)品憑借低成本的優(yōu)勢在過去較長時期內(nèi)占據(jù)了主要市場份額，單晶價值未能得到充分體現(xiàn)。隨著單晶生產(chǎn)制造技術(shù)的突破和成本大幅降低，行業(yè)的市場競爭格局逐漸明朗，單晶主導(dǎo)未來光伏市場的格局已經(jīng)形成。

單爐裝料量的增加可以大幅提高單晶爐的生產(chǎn)能力，攤薄硅片的設(shè)備成本。目前單晶直拉法平均單爐裝料量已達1300kg，平均電耗水平降至29.1kWh/kg，預(yù)計到2025年有望分別達2000kg和21.6kWh/ kg。

2.3 硅片切割技術(shù)提升

金剛線切割全面普及，提高出片量，攤薄硅片生產(chǎn)成本。硅片切割主要有砂漿切割和金剛線切割兩種工藝，金剛線切割技術(shù)相較傳統(tǒng)砂漿切割具有切割速度快、單片損耗低、切割液更加環(huán)保等優(yōu)點，金剛線替代優(yōu)勢明顯。金剛線切割在單晶領(lǐng)域已經(jīng)得到全面應(yīng)用，但由于單晶、多晶晶格結(jié)構(gòu)的不同，使得金剛線在單晶硅片切割的應(yīng)用上更具降本增效的優(yōu)勢。

未來，細分市場金剛線企業(yè)繼續(xù)圍繞細線化、薄片化等技術(shù)，降低切割成本。截止2020年底，金剛線龍頭企業(yè)美暢股份的金剛石線產(chǎn)能3500萬公里，市場占有率50%，為行業(yè)龍頭，是隆基、晶科、晶澳、協(xié)鑫等硅片領(lǐng)先企業(yè)的金剛石線第一供應(yīng)商。用于單晶硅片的金剛線母線直徑降幅較大，且呈不斷下降趨勢。2020 年，金剛線母線直徑為 48-57μm，。由于多晶硅片中缺陷及雜質(zhì)較多，細線容易發(fā)生斷線， 因此用于多晶硅片的金剛線母線直徑大于單晶硅片，且隨著多晶硅片需求減緩，用于多晶硅片的金剛線母線直徑降幅趨緩。隨著金剛線直徑降低以及硅片厚度下降，等徑方棒/方錠每公斤出片量將增加。2020 年 P 型166mm尺寸每公斤單晶方棒出片量約為62片，多晶方錠出片量約為58片。

2.4 薄片化趨勢

薄片化有利于降低硅耗和硅片成本，但會影響碎片率。目前切片工藝完全能滿足薄片化的需要，但硅片厚度還要滿足下游電池片、組件制造端的需求。硅片厚度對電池片的自動化、良率、 轉(zhuǎn)換效率等均有影響。2020 年，多晶硅片平均厚度為180μm，P型單晶硅片平均厚度在175μm 左右，N型硅片平均厚度為168μm(見圖6)。

圖6 硅片厚度趨勢(μm)

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硅片行業(yè)發(fā)展展望及挑戰(zhàn)

3.1 在未來能源清潔化和電氣化水平提高的趨勢下 光伏發(fā)電市場前景廣闊

全球能源需求總量在發(fā)展中經(jīng)濟體的拉動下將持續(xù)保持穩(wěn)步增長，其中電力在能源供應(yīng)側(cè)和消費側(cè)的增速表現(xiàn)出強勁的增長態(tài)勢?？v觀全球，新能源與可再生能源在許多國家能源和電力消費中的比重持續(xù)擴大(見圖7)，電力化、清潔化已經(jīng)成為全球能源發(fā)展的趨勢。例如，美國加州規(guī)定到2045年，終端消費者使用的零售電力和政府采購電力必須100%來自可再生能源和零碳能源;印度計劃2022年實現(xiàn)可再生能源裝機量175GW;德國2018年可再生能源電力占比已提升至40%以上，并首超煤電占比，計劃到2050年將其再提升至80%以上;西班牙規(guī)劃到2030年累計光伏裝機量達到77GW，太陽能將成為該國最廉價的電力來源;意大利發(fā)布2020-2030年的能源發(fā)展戰(zhàn)略，累計光伏裝機量上調(diào)至50GW。根據(jù)國際能源署(IEA)預(yù)測，2030年前后可再生能源將成為全球最大的電力來源，全球在2015年至2040年間的電力投資中，將有近60%歸屬可再生能源領(lǐng)域，以光伏、風(fēng)電和水電為代表的可再生能源將是未來電力裝機增量的主力。

圖7 一次能源增長和發(fā)電用能發(fā)電結(jié)構(gòu)

(來源：BP世界能源展望2019年)

近年來，伴隨著光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大，技術(shù)迭代和產(chǎn)業(yè)升級加速，光伏發(fā)電成本持續(xù)快速下降，應(yīng)用范圍不斷擴大。在全球多個國家、地區(qū)的光伏發(fā)電成本已低于常規(guī)能源，部分國家已實現(xiàn)光伏“平價上網(wǎng)”，經(jīng)濟性逐步成為行業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動力。以中國、美國、日本以及印度等為代表的大批新興市場迅速崛起，市場重心加快從歐洲單一市場向全球化市場轉(zhuǎn)移，全球GW級市場數(shù)量快速增長，新興市場應(yīng)用遍地開花，全球光伏市場需求“去中心化”趨勢明顯，形成了傳統(tǒng)市場與新興市場結(jié)合、更加均衡的多元化市場格局。

光伏應(yīng)用市場向全球化的拓展，不但極大擴展了光伏應(yīng)用市場的地域和范圍，也為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了更加廣闊的新增市場，還徹底改變了過去過度依賴單一市場的不均衡市場格局，有效降低了單一市場需求波動對行業(yè)整體發(fā)展的影響，有利于全球光伏產(chǎn)業(yè)更加健康、均衡和可持續(xù)發(fā)展。

3.2 光伏產(chǎn)業(yè)鏈垂直一體化 促進企業(yè)實現(xiàn)做大做強

以隆基為代表的硅片企業(yè)向垂直一體化方向不斷發(fā)展。從2014年開始，隆基依托先進的單晶硅片技術(shù)開始向單晶電池組件擴展，進而逐步擴展到電站、以及最近提出的光伏加氫能等綜合能源的概念。隆基的硅片和組件在市場中的地位均得到了大幅的提高(見表2和表3)。

2014年11月隆基收購了樂葉光伏科技公司，將其作為自己的單晶電池、組件平臺，向下游拓展，開拓單晶電池和組件市場。

當前，隆基較高的產(chǎn)能利用率是實現(xiàn)高利潤率的關(guān)鍵。隨著隆基垂直一體化戰(zhàn)略的落地，其產(chǎn)品種類大幅擴張，全面的產(chǎn)品優(yōu)勢能否保持并維持較高的產(chǎn)能利用率值得繼續(xù)觀察。不過，隆基也在積極在光伏新興的技術(shù)方向開展研發(fā)儲備。

表2 歷年硅片企業(yè)排名

表3 歷年光伏組件產(chǎn)量排名

3.3 新興的光伏電池技術(shù)日新月異，關(guān)注引領(lǐng)未來的技術(shù)方向

通過技術(shù)進步實現(xiàn)降本增效成為行業(yè)競爭的主題，下游投資者更加重視全生命周期度電成本，各大光伏企業(yè)和研究機構(gòu)紛紛投入巨資開展技術(shù)研發(fā)，投入的人力和資金規(guī)模大幅增加，行業(yè)技術(shù)迭代升級加速。市場主流的電池技術(shù)加速革新，企業(yè)面對加速的技術(shù)創(chuàng)新格局下是否有充足的準備是確保其可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

從短期來看，異質(zhì)結(jié)電池可能成為下一代大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的電池類型，其比目前已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)化的高效率PERC電池效率高約1%，并且發(fā)電效率對溫度更不敏感。若異質(zhì)結(jié)電池制造設(shè)備技術(shù)有大幅的進步，可能加速異質(zhì)結(jié)電池替代PERC電池。從遠期來看，以鈣鈦礦電池為代表的新概念低成本電池已經(jīng)成為研發(fā)的熱點，也是未來非常有前景的太陽電池技術(shù)方向，這些技術(shù)走到成功商業(yè)化應(yīng)用將對現(xiàn)在成熟的電池技術(shù)造成巨大的沖擊。建議放到更長的時間尺度來看待不同太陽電池技術(shù)的迭代更新趨勢。