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即将掀起巨大市场的光伏行业,你要如何把握?

2021-06-21 11:52
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全文约12000字,阅读需30分钟

朋友,你听说过光伏吗?

“不就是用太阳能发电么?”相信很多人都能脱口而出。

与如今层出不穷的前沿科技相比,太阳能进入人们视野少说有几十年,确实不新鲜,而光伏企业近年也未掀起什么风浪。

但在2020年,一切突然都不一样了。

随着“碳达峰”与“碳中和”在2021年两会被写入《政府工作报告》,以及2030年碳达峰,2060年碳中和的减排时间表被制订,这两个词就成了资本市场最热门的概念,甚至没有之一。

所谓碳中和,概括来说就是通过各种手段抵消生产过程中排放的二氧化碳,最终实现二氧化碳的零排放。主要实现路径之一,就是用“清洁能源”取代传统化石能源,从能源生产开始减少碳排放。

光电正是这样一种“清洁能源”。

早年受技术限制,光伏发电成本过高,在应用上不够经济。但伴随着技术的快速迭代与产业升级,过去十年光伏发电成本已下降了超过90%,甚至在部分国家已经低于常规能源,实现了“平价上网(接入电网)”。

在政策推动下,光伏设备的需求激增,一个巨大的空白市场已经出现。

根据中国光伏行业协会预测,“十四五”期间,国内年均光伏新增装机量,将是2020年的1.5~2倍左右[1]。而在全球范围内,彭博预测,到2050年,全球电力结构中,光伏和风能的占比将达到56%(见下图)[2]。

潜力巨大的行业,又怎么少得了逐利的资本?

国际能源署IEA预测,2030年前后可再生能源将成为全球最大的电力来源,全球2015年至2040年间的电力投资中,将有近60%流入可再生能源领域[2]。

顶层设计有了,市场需求有了,技术积累也有了,连钱都到位了,多重利好齐备,光伏腾飞的机会似乎就在眼前。

那么,你,了解光伏产业链吗?

陈闷雷丨作者

放大灯团队丨策划

光伏产业链长啥样?

概括来说,行业上游为从硅料到硅片的生产原材料;中游则是从光伏电池开始到光伏组件的制造环节,负责生产有效发电设备;下游则是应用端,即光伏发电系统

图片来源:CPIA[3]

与同为半导体的芯片相比,光伏的产业链可以说非常的简单——当然也只是相对而言,其中仍有大量技术细节。

在本文中,放大灯(ID:guokr233)以从上到下的顺序,将产业链分七个部分,为读者拆解整个光伏产业链,介绍行业核心原材料、关键技术与未来趋势:

光伏硅料:掌控产业上游

光伏硅片:单晶硅对多晶硅实现全面替代

光伏电池:持续升级,快速进步

光伏组件:太阳能发电的根基

光伏辅材:不含硅,也重要

光伏逆变器:光电上网的最后一块拼图

光伏发电站:产业的终端

光伏硅料:掌控产业上游

多晶硅材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电子材料,它是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料,是信息产业和新能源产业最基础的原材料。

多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以晶格形态排列成晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。

首先需要澄清,多晶硅(料)不等于多晶硅(片),多晶硅片是硅料通过一系列工艺制备而成的产品,位于产业链中游。两者因为名称区分度不高,常引起误解。此处的多晶硅料,亦是制备单晶硅的原材料。

多晶硅的纯度决定了其应用领域。光伏所用的太阳能级多晶硅,纯度一般在6N~9N之间(即99.9999%~99.9999999%,几个9即是几N)。用于半导体等电子元器件生产的电子级多晶硅,纯度要求则要达到11N,工艺难度远超太阳能级。

从全球范围看,目前多晶硅产业正在持续向国内转移,且疫情加速了这一过程。2020年,全球多晶硅产能为60.8万吨,同比降低9.9%;产量52.1万吨,同比增加2.6%。

同期,我国多晶硅产能45.7万吨,同比下降1.9%,产量约39.6万吨,同比增加15.8%。国内多晶硅产能、产量的增长均大幅领先全球,占比分别为75%、76%[4]。

除了产能转移外,多晶硅亦是一个马太效应明显的产业。

截至2020年底,我国的多晶硅CR5(前5家最大的企业所占市场份额,即行业集中度)已经高达87.5%,5万吨级以上产能企业有4家(加起来超过全球总产能的40%)[4]。国内的多晶硅大制造商同样占据了全球供应链的关键位置,这意味着产能转移还强化了国内企业的定价权。

龙头企业凭借资金与技术优势,始终保持着更多的订单,更高的开工率以及规模效应带来的高利润率,这进一步确保了龙头企业在未来的研发与生产技术升级的先发优势。反观竞争力较差的企业已经逐步关停,2020年全球产能的下滑正是受此影响。

作为光伏产业的最上游,多晶硅是主流太阳能电池生产工艺的核心物料,其价格也是影响光伏产品终端价格的核心因素之一。

在行业发展初期,受生产工艺水平较低影响,硅料用量比较大,原材料价格也偏高,导致当时硅料在光伏设备的总成本中占比极高。2010年,一个光伏组件中的电池成本(含硅部件)高达91%,到2019年已经下降至了48%,几乎减半[5]。

可以看到,作为上游的硅料对终端影响越来越小的重要趋势。这主要受益于加工技术持续进步带来的生产成本持续下降。

硅料生产方面,受益于主流技术“改良西门子法”的不断进步,多晶硅的行业平均生产成本持续下降,大幅降低了下游企业的硅料采购价格。这一定程度上为下游打开了利润空间,也刺激了企业生产光伏组件的意愿。

改良西门子法的基本原理是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅( Cl3HSi),生成多晶硅沉积在硅芯上。相较于传统工艺同时具备节能、降耗、回收利用生产过程中副产物以及大量副产热能的配套工艺。

改良西门子法是目前最为成熟、应用最广泛、扩展速度最快的多晶硅制备工艺。该路线产品形态为棒状硅,2020 年采用此方法生产出的棒状硅约占全国总产量的97.2%[3]。

除了“改良西门子法”,目前多晶硅料的制备还有“硅烷流化床法”制硅路线(在流化床反应器中利用硅烷法分解,并在预先装入的细硅粒表面生成多晶硅颗粒,产品形态为颗粒硅),较当前主流工艺有成本优势,能够对产业形成一定的补充。但该技术并不成熟,工艺存在缺陷,限制了在行业内的产能比例。

虽说长期看硅料价格明显下降,但自2021年开始出现一轮极为疯狂的上涨。短短半年时间,多晶硅价格上涨数倍,从85元/公斤飙升至超过200元/公斤,部分散单报价甚至已经达到了225元/公斤[6]。

飙涨的上游原材料导致下游光伏企业严重承压,中国光伏行业协会甚至呼吁“全体会员和光伏企业守法合规、理性经营,尊重契约精神,自觉抵制对多晶硅、硅片产品的过度囤货、哄抬物价行为,以及非自身生产经营需求的投机行为。”[7]

造成如今局面的原因比较复杂。

首先,不能排除部分企业存在惜售、抬价等不良行为。有业内人士称,目前的硅产能能够满足下游需求,是下游企业故意制造多晶硅短缺迹象,并协调一致哄抬价格[7]——当然具体情况很难查证。

其次,上游产能不足也客观存在。受政策影响,下游企业为尽快占据市场份额,头部企业在快速进行产能扩张,确实存在抢下订单,占据上游产能的现象——这与近期芯片短缺十分类似。相对应的,上游供应端的产能扩张必然滞后,且硅料的扩产周期本来就比下游更长,这进一步加剧了供需错配,助长了短缺。

但总体来说,短期的异常震荡不太可能成为长期趋势。待上下游的扩产完成,需求趋稳后,硅料价格将回归常态,降价的长期趋势也不会改变。

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