多晶硅是单质硅的一种形态。其表面有灰色金属光泽,密度介于2.32~2.34g/cm,熔点为1410℃,沸点为2355℃。同时,多晶硅是制作单晶硅的原料,单晶硅也是单质硅的一种形态,其与多晶硅的不同之处在于两者的物理性质,导电性能是两者较大的区别之一,这方面单晶硅远胜于与多晶硅,因此单晶硅经常用于精密电子元件的生产。
多晶硅按其纯度的不同可大致分为冶金级、太阳能级和电子级。冶金级多晶硅(MG-SI)中硅含量为在95%~99.8%之间,太阳能级多晶硅(SG-SI)硅含量区间为99.99%~99.9999%,而电子级多晶硅(EG-SI)硅含量在99.9999%以上。
当前多晶硅产业链中占据最大份额的以及未来增长动力的大多数来自都是光伏产业,因此我们将对太阳能级多晶硅的主要用途太阳能电池展开介绍。根据当前技术,太阳能级多晶硅外形可大致分为块状和棒状,而对应的电池片根据其导电类型可大致分为N型和P型,P型为当前的主流类型,目前业界效率已提升至超过23%,接近其理论转换效率上限24.5%,而N型电池则因28.7%的转换效率理论上限而备受期待,但当前仍受制于生产的基本工艺而未能大规模取代P型电池的市场主导地位,据CPIA预测,2022年末N型电池占比将提升至13.4%,且在未来五年内,完成N型电池对P型电池的迭代。
多晶硅的本质是单质硅,工业制法常常要通过对工业硅进行提纯获得,当前主流制法有以下两种:改良西门子法和硅烷法,其中以改良西门子法占据绝对的主导地位。改良西门子法通过将尾气的干法回收和四氯化硅再利用,实现了完全闭环的循环生产,从而在保证主产物高品质的前提下,大幅度降低了原料,辅料和能源的消耗,实现了对生产所带来的成本的控制,这种优势将随着规模效应而被进一步放大。而硅烷法则侧重于降低多晶硅的生产能耗和成本,突出表现为高转化率,低能耗,连续生产副产物污染小,但对安全生产规格要求以及控制难度较高,目前尚难以用于大规模生产。
产能:2010-2021年期间,国内多晶硅产能增长5倍,年均增幅达到17.9%。截止2021年底,国内多晶硅产能为51.9万吨/年,产能全球占比从2010年的29.8%提升至2021年的77.3%。截止2021年底,我国产能前六企业,协鑫科技,永祥股份,新特能源,新疆大全,东方希望以及亚洲硅业,产能为46.1万吨/年,占国内总产能的88.8%。2013-2021年期间,国内前六家多晶硅企业产能在国内总产能的占比从78.8%提升至88.8%。
产量:2010-2021年期间,国内多晶硅产能增长10倍,年均增幅达到24.6%。2021年,国内多晶硅产量为49万吨,环比增长23.7%。国内产量在全球占比从2010年的25.6%提升至 2021年的77.7%,国外产能产量占比均呈现下降趋势。截止2021年底,通威集团,新疆大全,新特能源,江苏中能,东方希望以及协鑫集成,产量为44.5万吨,占国内总产量的90.8%。2013-2021年期间,国内前六家多晶硅企业产量在国内总产量的占比从88.9%提升至90.8%。
虽然海外产能集中度较高,但是未来三年之内产能及产量增速将远不及国内企业(国外较强的企业有瓦克化学,OCI,REC以及Hemlock),因此虽然我国企业在产能上占据绝对的优势,但应当避免盲目的增产带来损失。
随着多晶硅成本的迅速下降以及单晶产品的快速大范围的应用,多晶硅在组件中的成本占比也急速下降。2017年之前绝大多数为多晶硅料,2017-2021年,我国单晶硅料占比从20%快速提升至94.9%。2021年全年多晶硅在组件中的成本不足15%,在多晶硅价格最低点时,多晶硅在组件中的成本占比在10%以内。
产能。2010-2021年期间,国内硅片产能年均增幅达到34.5%。到2021年底,我国硅片产能达到417GW/年以上,产能全球占比从 2010年的64%提升至98.8%,同时单晶占比提升至96.4%。
产量。2010-2021年期间,国内硅片产量年均增幅达到30.9%。2021年,国内硅片产量为213.5GW,产量在全球占比从2010年的 47.8%提升至99.1%,同时单晶占比提升至93.3%。
在获得硅片(电池片)之后,通过将硅片进行互联和层压再按照一定的方式将光伏玻璃、封胶(EVA/POE),硅片、背板按照一定的顺序密封热压之后完成子光伏组件的制作。
在世界各国纷纷做出碳减排的承诺的现在,光伏发电因其作为碳能源的替代品具有极高经济性而受到广泛重视。2010-2021年期间,全球光伏市场保持增长态势。2020-2021年,尽管受到疫情影响,但得益于国内外光伏市场表现出的恢复性增长,全球光伏新增装机量仍创新高,达到130GW和170GW。同时,我国组件出口量一直增长的同时,在国内产量中的占比也依然保持高位,充足表现了国内和海外国家对光伏发电一直增长的需求。2021年,我国新增光伏装机量为54.88GW,占全球装机总量的32.3%,组件出口量约为100GW,占国内产量的53.3%。
随着我国在多晶硅产能及产量上的迅猛进步,我国企业对于国外多晶硅产能依赖程度年年在下降。2021年,国内多晶硅消费量为61.3万吨,环比增长20.5%。2010-2021年期间,国内多晶硅消费量年均增幅达到18.9%。同期,全球占比从53.5%提升至93.9%。2021年国内多晶硅进口量为11.4万吨,环比小幅增长12.9%。2010-2021年期间,国内多晶硅进口量年均增幅仅为8.3%。同期,在国内消费量的比重从52.2%逐步下滑至18.6%。
图.8我国多晶硅消费及国内占比走势图.9我国多晶硅进口及占国内消费比走势
按照生产多晶硅方法的不同,我国多晶硅和工业硅粉的转换比例在 1.08-1.15 之间。例:根据CPIA的预测,2021年全球光伏新增装机(光伏电站)需求将达到150-170GW,在假设单瓦硅耗为3g/W,容配比为1.2的前提下,2021年硅料需求约为54-61.2万吨。其中容配比指的是光伏系统的安装容量与额定容量之比,此处不考虑安装损耗返回搜狐,查看更加多