一、硅料:流程型精細化工業,技術壁壘較高
1.1硅是工藝型行業,質量是基礎,成本是核心。
多晶硅是光伏產業的基礎。多晶硅生產以純度為98%~99.5%的工業硅為原料,通過一系列化學反應提純到99.9999%以上,然后用于下游拉制單晶或鑄錠,最后加工成可以發電的電池模塊。它是多晶硅工業應用中純度最高的物質之一。它的純度用主要物質的含量來表示,通常用幾個N(九)來表示。太陽能級多晶硅的純度在6n-9n之間,即99.999% ~ 99.99999%。多晶硅的純度對太陽能電池的能量轉換效率有著非常重要的影響。隨著新一代N型電池的普及,對多晶硅純度的要求也在不斷提高。
硅產業分會數據顯示,2021年全球多晶硅總產量約59萬噸,其中半導體級多晶硅需求約3萬噸,太陽能級多晶硅已占硅材料總需求的95%以上。目前多晶硅的主要生產工藝是改良西門子法。西門子法自20世紀50年代發展至今,已經發展到第三代,一直是多晶硅最主流的生產工藝,占總量的95%以上。光伏硅材料具有商品屬性,高品質是基本要求,成本是硅材料企業競爭的關鍵。
1.2資本和技術密集型產業,具有良好的競爭格局
從投資回報來看,硅材料屬于資金和技術密集型行業,資產周轉率低。在正常年份,固定資產周轉率低于1。項目的投資回報主要取決于盈利能力和財務杠桿。
在價格上,硅是同質的原料,合格品之間不會有明顯的價格差異,但次品就得打折銷售,低質品甚至根本用不上。另外,目前單晶占90%以上,所以單晶的比例對產品的綜合售價也有顯著影響;成本方面,多晶硅折舊成本高,現金成本主要看材料單耗(硅粉、電耗、蒸汽、水等。)和要素價格。
因此,硅材料企業的技術能力是最重要的競爭力,對硅材料的相對售價和單耗有決定性的影響。要素價格,尤其是能源價格,也是擴大成本差距的重要因素。五年來,產能新、規模大、電價低的成熟硅材料牢牢占據行業主導地位。
目前生產多晶硅的主流方式有兩種,即改良西門子法生產的棒狀硅和硅烷流化床法生產的粒狀硅。根據CPIA的數據,2021年這一比例將變為95%。
多晶硅生產是精細重化工行業,其產品質量受工藝、設備、環境控制等多種因素影響。技術點多,新進入者很難快速掌握成熟的技術。事實上,多晶硅的供應一直處于穩定的寡頭壟斷格局。2005年之前,7家海外硅材料公司主導行業近30年。2014年后,突破冷加氫技術國內四大龍頭,份額穩步提升。
只有在兩次價格泡沫期間(2006-2010年和2021年至今),出現了大量新進入者。根據我司公告,2021年全國五大硅材料企業66%的產能遙遙無期,近三年穩步提升。
2021年硅材料行業形成GCL科技、通威股份、大全能源、新特能源并駕齊驅的局面,占比分別為20%、14%、12%、11%,其中GCL科技約22%的產能為顆粒硅,其余為棒狀硅。追趕之后,東希望和亞洲的硅產業仍保持一定的競爭力,但在成本和質量上與第一集團略有差距。
按照西門子工藝,一般來說,一次投入45噸三氯氫硅可以生產1噸多晶硅、20噸四氯化硅和近25噸未反應的三氯氫硅,還原后的SiHCl3多晶硅轉化率約為12%。因此,西門子工藝需要大量的尾氣分離、處理和精餾裝置。
西門子工藝自誕生以來經歷了三代改進,主要集中在尾氣的回收和再利用。西門子法生產過程中會產生大量的SiCl4,需要通過氫化工藝將大量副產物SiCl4轉化為SiHCl3作為多晶硅生產的原料,實現閉路生產,提高硅粉利用率,降低生產成本。
早期的氫化法稱為“熱氫化法”。其原理是將四氯化硅和H2按一定比例混合,混合氣體在反應爐中高溫反應。四氯化硅經H2還原后,得到三氯氫硅和氯化氫。反應操作溫度高達1250,綜合電耗2~3kWh/kg-TCS,約為50kWh/kg-Si。而且一次轉化率只有18-24%,工藝成本高。
2004年冷加氫法專利保護期限到期后,冷氫