光伏材料行业之颗粒硅专题研究
多晶硅长期趋势研判
简介：位于光伏上游，成本依赖电力多晶硅（即硅料）是以工业硅为原料，经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的非金属材料，硅元素含量在99.9999%以上。在光伏领域，多晶硅加工为硅片、电池、组件，最终应用于光伏发电系统，而晶硅组件在光伏装机中占比约97.5%，其余为薄膜组件等，因此多晶硅是光伏产业的重要上游。多晶硅具有以下特征：
1）技术属性：技术壁垒高，西门子法长期占据主流，2021年市占率达95.9%，硅烷流化床法于2019年突破量产，后续市占率有望提升； 2）产品属性：产品高度同质化，关键指标是纯度，市场上各企业单晶用料占比分布于80%-100%之间； 3）资产属性：属于资源型行业，投资门槛高（约8亿元/万吨或2.1亿元/GW），扩产周期长（12-18个月），设备启停难度大、需连续生产； 4）成本属性：过去，多晶硅产线的投资成本和能耗水平随规模效应、设备国产化、技术进步而逐年下降，因此新产能普遍竞争力更强，存在一定后发优势。
电力是影响多晶硅生产成本的重要因素。由于光伏产业发展的主线是降本，且多晶硅属于高
度同质化的产品，生产成本决定了企业在下行周期的竞争力。从多晶硅生产成本构成来看，排名前三的分别是原料工业硅、电力、折旧，其中工业硅与多晶硅同属于高能耗产业，因此工业硅的生产成本也受电力影响较大。在成本端工业用电价格上升、需求端具有持续降本诉求的趋势下，多晶硅行业面临更高的成本控制要求。
当前竞争关键：自动化、低碳化
复盘多晶硅行业历史影响因素：不再依赖补贴政策刺激，地缘政治、供需错配、双碳目标仍持续。
光伏补贴曾主导产业波动。光伏级多晶硅的需求来自下游装机，而在发展之初，光伏发电成本远高于火电，光伏需求、供应商利润与补贴强度密切相关，因此在这期间的多轮多晶硅价格上涨主要来自全球各地的政策推动，如2000年德国颁布可再生能源法、2004年德国率先出台光伏度电补贴、2007年西班牙推出高额补贴、2013年中国发布光伏上网标杆电价、2015年推出光伏领跑者计划。同时，财政负担、金融危机等因素导致的光伏补贴政策收缩，对光伏产业发展造成了显著的抑制作用。2018年5月31日，中国推出关于2018年光伏发电有关事项的通知（简称“531政策”），导致光伏行业部分地面电站指标停发、分布式
光伏规模受限、上网电价下调等，正式宣告补贴退坡开始。2022年，中国分布式光伏不再享受国家补贴，光伏平价时代正式开启。
地缘政治对中国光伏产业的影响不容忽视。2012年，美国与欧洲相继对中国光伏企业发起双反调查（反倾销反补贴），并最终征收23%-254%的双反税，当时欧美市场约占中国光伏产品出口份额的90%。上述事件对中国光伏产业造成了显著的影响，2013年中国光伏电池对美国和欧洲的出口额分别下跌48%和71%，国内超过350家光伏企业破产。
以史为鉴，当前中国光伏企业可能面临的地缘政治风险包括美国所谓的“强迫劳动预防法案”与欧盟的碳关税（CBAM）。这里我们不讨论政策本身的合理性，仅关注其对中国光伏产业的影响，可以发现前者针对的是生产过程中所谓的“人权问题”，后者针对的是生产过程中的碳排放水平。过去，中国光伏企业在国际竞争中的主要优势来源于低廉的能源与人力成本，从而实现光伏产业从海外向国内的一次转移；而美国所谓的“强迫劳动预防法案”和欧盟的碳关税则提出了新的竞争框架，从这两个维度，未来中国光伏企业的生产成本与竞争优势可能被重构
自动化和低碳化是中国光伏产业转型的必由之路。除了地缘政治因素之外，中国制造业本
身也面临劳动、资源要素价格上升的趋势，而东南亚等地区的成本优势逐渐显现。对此，“工业4.0”指明了制造业转型方向就是自动化、智能化，中国企业在参与全球竞争的古城中，在自身特点的基础上，要学习海外工厂的高效、高质量、低成本和低污染，最终实现超越。对于中国光伏企业乃至广义制造企业而言，自动化一方面替代高维护成本、低产出价值的人工作业，降低生产成本，另一方面提高劳动生产率，为增加劳动者的薪酬福利打下基础。
另外，在能源安全的警钟下，碳经济正加速发展，企业应提前布局低碳化。2021年，中国推出全国碳排放权交易市场，通过市场化的手段激发企业减排的积极性，体现低碳企业的价值。目前国内碳交易定价相对较低，2022年7月29日上海成交均价约60.5元/吨。从全球角度来看，碳价格上升、碳定价制度完善是必然趋势，根据世界银行2022碳定价发展现状与未来趋势报告，2021年国际（不包括中国）碳收入达840亿美元，同比增长171%，欧盟、瑞士、加利福尼亚等地区碳排放交易市场均创历史最高价。根据世界银行预测，2022-2030年全球碳税价格有望加速增长。对于企业而言，碳排放成本在未来重要性会提升，因此提前布局低碳化是锁定未来成本优势的重要途径。
太阳能的好处
价格波动推演：需求，产能，技术
多晶硅周期的三个要素：需求，产能，技术。多晶硅作为光伏产业链的上游，同时也是一个以中国企业为主导的产业，其对中国光伏产业发展的重要性不言而喻。历史上，多晶硅价格波动幅度较大，我们认为其背后的主要原因如下： 首先是下游光伏装机需求，政策驱动期各国推出光伏补贴、2022年俄乌冲突导致欧洲能源价格上涨，均显著带动光伏需求扩张，而2008年全球金融危机、2011年欧洲光伏补贴退坡、2012年欧美对中国光伏企业实施“双反”政策、2018年中国的“531”政策，则对光伏需求带来了一定抑制作用；
其次是多晶硅产能变化，在光伏产业链中，多晶硅环节具有重资产的特点，单位投资成本较高（以新特能源 2022年规划的20万吨项目为例，每万吨投资成本约8.8亿元），产能建设周期最长（约12-18个月），因此多晶硅产业进入壁垒相对更高，且企业的产能扩张对于价格波动具有一定滞后性，加剧了行业的周期性； 最后是多晶硅生产新技术，针对西门子法路线，尾气回收系统的出现提高了物料使用率，冷氢化工艺替代热氢化显著降低能耗，多对棒和大直径还原炉有效降低还原炉电耗，在降本增效的主要目标下，技术更迭是影响企业竞争力的关键所在。目前，具有低电耗优势的硅烷流化床法在顺利实现量产后，发展潜力正逐步被产业所验证。
多晶硅双技术并存，颗粒硅优势显著
技术发展复盘：双路线并存，海外向国内
改良西门子法与硅烷流化床法是两种多晶硅的化学提纯方法。两者均于1950年代问世：西门子法于1957年实现工业化生产，在多种工艺路线中脱颖而出，成为多晶硅行业主流选择，后经过多次工艺改进，主要围绕尾气回收再利用，最终演变为当前的第三代西门子法，也称为改良西门子法；硅烷流化床法则发展稍慢，Ethyl公司（后被SunEdison收购）于1987年成功研制硅烷流化床法颗粒硅，但由于纯度、成本等问题，产能未能进一步放大。
硅烷流化床技术从海外流向国内，技术突破迎来量产机遇。2013年之前，SunEdison和REC是全球唯二两家可以利用硅烷流化床法量产颗粒硅的企业，然而经历了美中光伏贸易摩擦的影响，两家企业受到重创，SunEdison申请破产保护，REC关闭了美国工厂，海外颗粒硅技术陷入停滞。而此时国内企业或许已经做好了准备：协鑫科技自2010年开始布局硅烷流化床工艺，2012年成功产出合格的高纯硅烷气，其于2016年收购SunEdison有关硅烷流化床、CCZ连续直拉单晶的技术与资产；陕西有于2014年与REC成立合资公司天宏瑞科，引进全套硅烷流化床法技术。经过几年的开发调试，协鑫科技于2019年实现颗粒硅产线的长期稳定运行。