光伏产业链 — 光伏硅料分析

随着全球碳中和进程不断加速，叠加光伏发电成本持续下行，经济性不断提升，光伏装机需求高增长确定性较强，本期文章我们主要针对光伏产业链的上游原材料光伏硅料做个简单分析。

光伏产业链主要分为主产业链和辅材产业链，主产业链中主要包括硅料、硅片、电池片、组件及光伏电站环节，辅材产业链中根据不同生产环节分类，主要包括硅片生产环节、电池片生产环节、组件封装环节和电站发电环节。光伏硅料是光伏产业链中最上游的原材料，由工业硅提纯制成，工业硅和电力是光伏硅料的成本核心，该行业具备高门槛、高收益的特点。然而，相较于光伏产业链的其他环节，其又具有重资产且底周转的特点。

市场目前出现了“拥硅为王”的现象，其主要原因是阶段性供需错配。有关机构对多晶硅2000-2022年H1的历史价格和供需情况做了复盘，发现历史三次价格的大幅上涨都是由于硅料与其下游环节供需失衡所致。当前头部硅料企业处于扩产周期，新增产能有限，下游需求的持续高增引领硅料价格进入新一轮的上升周期，硅料价格也因此一路持续上涨至近十年新高。

在全球碳中和进程不断加速的背景下，光伏装机量持续提升驱动硅料需求向好，预计2022年全球光伏硅料市场空间将达68.33万吨。据IRENA预测，保守预期下，2022年全球光伏硅料市场空间将达64.88万吨，同比+45.10%。据预测，2022年国内多晶硅产能将达到117.7万吨，2023年有望达到310.2万吨，同比增长163.55%，占全球硅料产能的96.61%。

光伏硅料行业概述

光伏硅料是光伏发电系统的核心原材料。光伏硅料，即太阳能级多晶硅（SoG-Si），是光伏产业链中最上游的原材料，为带有金属光泽的灰黑色固体，具有熔点高（1410℃）、硬度大、有脆性、常温下化学性质不活泼等特性，且具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，被称为光伏产业链中的“黑金”。

第一，从光伏硅料的必要性来看，光伏发电的原理是光生伏特效应和PN结，光伏电池片的基本构造是由P型与N型半导体接合而成，而半导体最基本的材料便是硅元素，因此硅料是决定了光伏系统发电能力的核心原材料。

第二，从光伏硅料的重要性来看，硅在自然界中一般以硅酸盐或二氧化硅的形式存在，自然界中几乎不存在单体硅，多晶硅作为以工业硅为原料提纯后达到一定纯度的硅材料，起到了优秀的中间品作用，有效推动了产业的快速发展。

工业硅和电力是光伏硅料的成本核心。根据百川盈孚数据，2022年6月上旬国内改良西门子法生产多晶硅的成本结构中原材料占比最大，达到41%，其中工业硅占总成本的39%，为光伏硅料的最大成本项，因此降低硅耗（生产单位多晶硅耗费的硅量）可以有效降低光伏硅料的生产成本；能源占总成本的32%，其中电力占总成本的30%，为光伏硅料第二大成本项，进一步降低生产电价和电耗水平也成为了光伏硅料企业重要的降本途径之一。

图 | 国内改良西门子法多晶硅成本构成

从产品形态来看，可将光伏硅料分为棒状硅和颗粒硅两类。当前主流的多晶硅生产技术主要有改良西门子法和硅烷流化床法，产品形态分别为棒状硅和颗粒硅，其中改良西门子法的生产工艺相对成熟，棒状硅产品目前为行业主流，2021年市占率达到95.9%；2021年硅烷法颗粒硅产能和产量小幅增加，市占率同比提升1.3pct达到4.1%。从未来看，若颗粒硅的产能进一步扩张，且随着生产工艺的改进和下游应用的拓展，其市场占比有望进一步提升。

从表面质量来看，棒状硅加工后可以进一步分为致密料、菜花料、珊瑚料和复投料。棒状硅需经过破碎加工形成块状硅供下游厂商使用，根据纯度和表面质量不同，可细分为致密料、菜花料、珊瑚料和复投料：

1）致密料颜色明亮、外表光滑，表面颗粒凹陷程度最低，小于5mm，无氧化夹层，价格最高，主要用于拉制单晶硅；2）菜花料颜色偏灰、表面粗糙，颗粒凹陷程度适中，为5-20mm，断面适中，价格中档；3）珊瑚料表面凹陷较为严重，深度大于20mm，断面疏松，价格最低。菜花料、珊瑚料主要用于制作多晶硅片，部分企业选择在致密料中掺杂不低于30%的菜花料来生产单晶硅，从而节约原料成本；4）复投料属于致密料的一种，是拉晶产生的头尾或边皮料，一般品质较好，可以作为填充硅料二次循环使用。

图 | 不同品质块状硅示意图

光伏硅料行业较产业链其他环节具有重资产+低周转+高ROE的特征。具体来看：

1、重资产：从资产结构来看，光伏硅料企业的流动资产占比整体相对偏低，低于逆变器、胶膜、组件等环节，整体资产结构较重，具备较高的准入和退出门槛；

2、低周转：从资产周转率来看，光伏硅料企业整体具有偏低的总资产周转率和固定资产周转率，低于胶膜、组件、逆变器等环节；

3、高ROE：从摊薄ROE来看，光伏硅料行业2021年ROE水平大幅领先产业链其他环节，近年来随着硅料供给持续紧缺，光伏硅料环节的利润空间持续扩张。

改良西门子法为当前主流技术，流化床法更具成本优势，实现了多晶硅生产的闭路循环。改良西门子法较西门子法具备多重优势，目前已成为行业主流生产技术。

此外，颗粒硅较棒状硅的生产成本得到有效降低，且更适合自动化生产。颗粒硅产品相较于棒状硅的核心优势主要包括：1）生产成本低；2）无需破碎，生产过程自动化；3）下游客户的单晶生产成本降低。

光伏硅料市场概述

硅料作为光伏产业链中技术/资金壁垒最高、产能刚性且扩产/爬产周期最长的环节，叠加例行检修、生产事故等增加供给不确定性的因素，相较于其他环节更易出现因供不应求而导致涨价的情况。我们复盘了多晶硅2000-2022年H1的历史价格和供需情况，供需失衡导致光伏行业分别于2005-2008年、2010-2011年、2020-2022年出现“拥硅为王”的局面：

2005-2008年——需求暴增，产能受限，价格暴涨：受欧美补贴政策刺激，光伏需求井喷，因德日技术垄断、扩产产能有限，多晶硅价格由2005年初的28美元/kg左右一路暴涨至2008年中的241美元/kg左右；

2008-2010年——国内产能投放，供需平衡，价格回落：国内企业突破多晶硅生产技术，随着产能投放、供需重新平衡，2010年中硅料价格回落至51美元/kg左右；

2010-2011年——需求超预期，供不应求，价格上涨：2010年光伏需求超预期，硅料因2009年的价格暴跌导致实际扩产速度放缓，最终导致硅料出现短暂供不应求，2011年Q2价格涨至75美元/kg左右；

2011-2012年——产能增加，需求收缩，价格下滑：产能大幅增加叠加需求收缩导致硅料价格连续下滑，2012年底硅料价格回落至20美元/kg左右；

2018-2019年——需求减少，价格下滑，扩产放缓：2018年国内出台531光伏新政，明确降低光伏发电补贴幅度，当年光伏新增装机量同比下降18%，多晶硅需求量受到冲击，价格一路下行至2019年末的8美元/kg左右，硅料企业也纷纷放缓了扩产步伐；

2020年至今——新增产能有限，需求火热，价格上涨：2018-2021年多晶硅盈利状况不佳，导致企业扩产热情减退，新增产能有限，双碳背景下全球光伏装机需求迎来加速，供需紧张导致硅料价格持续上涨至近十年新高，“拥硅为王”时代再现。

图 | 2000年1月-2022年7月进口/国产多晶硅价格走势（美元/kg）

1、从需求端来看

1）碳中和背景+平价时代共同驱动光伏新增装机需求，上游硅料同步受益。主要驱动因素有三，一是全球碳中和进程加速，清洁能源为未来大势所趋；二是光伏发电成本不断下降，经济性驱动新增装机需求；三是光伏发电成本不断下降，经济性驱动新增装机需求。

2）硅料较主产业链其他环节产能较低，硅片企业长单带动需求增长。主要驱动因素有二，一是硅料扩产周期较其他环节较长，较光伏装机需求存在错配，硅料生产需要保持高开工率，因此季度产出处于较稳定水平，而光伏装机需求存在淡旺季，季节波动性较大；二是多晶硅的直接下游环节是硅片，硅片大规模扩产带动硅料需求增长，根据各公司公告信息（不完全统计），2022年头部硅片企业锁定硅料长单量达到81.108万吨，与硅业分会预测的2022年硅料产量81.0万吨相比，基本已经全额锁定了全年的硅料产出。

保守测算，2022年全球光伏硅料市场空间将达64.88万吨，同比+45.10%；2023年全球光伏硅料市场空间将达66.84万吨，2021-2023年CAGR为22.27%。

2、从供给端来看

1）产能情况：技术及资金壁垒较高，国内产能引领全球产能增长。硅料行业化工属性较为明显，主要具有“两高一长”的特征：高纯度要求、高设备投资以及较长扩产周期。从纯度要求来看，纯度是衡量多晶硅产品质量的关键因素。从设备投资额来看，据CPIA统计，2021年改良西门子法万吨级多晶硅生产线设备投资成本约在10.3亿元/万吨，处于较高水平，产线的重资产属性也因此导致了硅料行业较长的扩产周期。

2）国内多晶硅产能持续提升，引领全球产能增长。随着国内低成本的多晶硅产能大规模投产，国外较高成本的多晶硅产能逐渐退出市场，据预测，2023年国内硅料产能有望达到310.2万吨，同比增长163.55%，占全球硅料产能的96.61%；全球硅料产能有望达到321.1万吨，同比增长149.69%。

3、从竞争格局来看：市场向中国头部企业集中

2018-2021年，全球多晶硅年产量从44.6万吨增长至64.2万吨，期间CAGR为12.91%，其中2021年增长最快，增速达23.20%。同期全球多晶硅生产逐渐向国内集中，国内多晶硅产量占比从2017年的58.07%上升至2021年的78.82%。

截至2021年全球多晶硅产能前十名企业中中国企业数量高达8家，国内硅料企业市场份额大规模领先，主要由于：

1）国内多晶硅企业在原材料、电力及人工成本方面具备显著优势，且未来随着技术进步生产成本有望持续下降；

2）国内多晶硅产品质量不断提升，个别先进企业在纯度要求更高的电子级多晶硅生产技术方面取得突破，逐渐迎来国产电子级多晶硅对进口的替代；

3）国内下游硅片制造环节快速扩张产生大量多晶硅需求，近年来国内硅片产量迅速增长，国内多晶硅自给率逐步提升，海外多晶硅企业的市场份额迅速缩小。

光伏硅料未来发展趋势

2021年PERC电池片市占率为91.2%，N型电池相对成本较高，量产规模仍较少，目前市场占比约在3%。2021年N型TOPCon电池平均转换效率达到24.0%，HJT电池平均转换效率达到24.2%，两者较2019年均有较大提升。

未来随着生产成本的降低及良率的提升，N型电池势将成为光伏电池技术的主要发展方向。N型硅片对硅料纯度要求更高，随着下游电池及硅片产品迈向N型时代，对多晶硅品质要求也逐渐由太阳能级多晶硅向电子级多晶硅趋近。

改良西门子法可匹配N型硅片需求，且生产工艺相对成熟，未来仍将是主流生产工艺，根据CPIA预测，2030年改良西门子法的市场占有率仍有望维持在90%以上。

图 | 2021-2030E 全球各类光伏电池技术市场占比变化趋势；2021-2030E 全球颗粒硅及棒状硅市场占比变化趋势

未来改良西门子技术成本仍有较大下降空间，仍将占据行业主流地位。分别在投资成本、还原电耗、冷氢化电耗、综合电耗方面体现。

余热利用率有望明显提升，降低多晶硅生产综合能耗。余热利用率是回收利用还原工艺中热量占还原工艺能耗比，2021年多晶硅还原余热利用率平均水平为81%。随着大炉型的使用以及节能技术的进步，多晶硅还原过程中的余热利用率有望进一步提升，CPIA预计2030年多晶硅生产还原余热利用率将达到83%，较2021年提升2pct，同时余热利用率的提升还将进一步降低生产能耗。后续源起基金将关注更多光伏产业链中的商业进展。