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《前沿课·光伏产业报告》04 硅料:被抛弃的老技术为什么重回市场?

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我在导论里提到,对光伏这样的新兴行业来说,成本是命脉,它决定着光伏能不能普及,能不能走进我们的生活。从这一讲开始,我们就来看看光伏产业是怎么降成本的。这一讲,我们先说硅料。

硅料这个概念离我们有点远,我先解释一下,硅料就是高纯度的硅,我们日常见的沙子,就可以提炼为硅。硅料提炼出来后,先拉成硅棒,再切成硅片,然后经过一定的化学处理,就能做成太阳能电池了。

我们看光伏产业降成本,为什么要先看硅料呢?因为硅料是整个产业最上游的加工原材料,它的成本最高能占电池成本的4成。如果硅料成本高、价格贵,那下游的电池价格就贵,整个光伏产业的成本就下不来,也就没办法快速普及了。

除此之外,硅料还是影响太阳能电池板发电效率的关键材料。硅料的纯度越高,太阳能电池板发的电就越多。如果单块电池板的发电效率提升了,也就相当于是在间接降低成本,有利于光伏普及。所以,硅料就是我们观察光伏产业降成本的首要切入口。

关于硅料,我想请你关注一个重要变化,就是过去几乎被市场抛弃的老技术——颗粒硅,现在又重新得到了市场的青睐。一个最明显的信号是,硅料第二大生产企业保利协鑫,在做2022年产能规划时,几乎全部投资都给了颗粒硅。而在2021年,颗粒硅还只占这家企业硅料产能的4成。而且,除了企业在押注,大的投资机构也在投票,高瓴资本就给保利协鑫投资了25亿港元,让它去扩产。

颗粒硅这个老技术为什么能在现在这个时间点复苏?这背后意味着光伏产业在降本方面的什么新机会?这一讲我们就来聊聊这件事。

我先给你介绍一下颗粒硅,它是和块状硅相对的一组概念。颗粒硅的成品是一个直径2毫米左右的小球,跟一颗绿豆差不多。块状硅的成品呢,个头比较大,形状也不规则。

颗粒硅和块状硅背后的生产工艺是不一样的,具体的工艺名称你不用知道,你只要知道,它们也代表了两种技术路线就行。

过去10年,在硅料市场一直占据主导地位的是块状硅,市场份额超过90%。近5年更是达到95%,而颗粒硅的市场份额则不超过5%。这主要是因为,块状硅的生产工艺比颗粒硅成熟,纯度更高。目前来看,块状硅的纯度,已经从太阳能级电池迭代到了电子级电池的标准,可以用来生产一些半导体产品。

而颗粒硅的纯度呢,这几年才基本达到太阳能电池的标准,但是即便达标了,现阶段,颗粒硅在量产过程中还是会掺杂粉尘等杂质,所以成品质量没有块状硅高。

那么问题来了,为什么一些大企业放着更成熟的块状硅技术不用,转而去押注颗粒硅这个”落后生”呢?

行业里有一种主流观点认为,颗粒硅所代表的这个老技术之所以能复苏,就是因为过去一年的硅料市场供不应求、价格大涨。2021年,硅料的价格翻了近两倍,非常紧缺。这种情况下,下游市场,比如生产太阳能电池的企业,也就不那么挑剔了。颗粒硅的纯度虽然没有块状硅高,但是用来生产太阳能电池是够用的,有点瑕疵也能接受。

但你可能也想问,价格上涨只是个短期因素,等硅料价格回落了,市场对颗粒硅的需求会不会大幅减少呢?保利协鑫把未来一年的产能全部押到颗粒硅上,会不会太冒险了?

我的答案是,不会。而且我有一个判断,颗粒硅复苏并不是一次短期选择,而是一个长期趋势。10年左右,颗粒硅的市场份额可能会从现在的不足5%,增加到20%,甚至更高。

为什么我敢下这个判断呢?因为相比块状硅,颗粒硅才是更加符合光伏产业降成本这一核心命题的。我有两个理由,你听听看。

第一个理由是,随着技术越来越成熟,颗粒硅的生产成本是比块状硅更低的。能低多少?块状硅现在每公斤的生产成本是30-35元,而颗粒硅会再低20%左右。

这20%低在哪儿呢?很多方面,比如,颗粒硅的设备投资成本低,因为它的生产环节比块状硅少一半还多。再比如,颗粒硅的人力成本也低,因为块状硅要敲碎成块,需要人力,而颗粒硅不需要。

不过,这些都不是颗粒硅被市场长期看好的最主要原因。最主要原因是,从长远来看,颗粒硅能够节省大量的能耗成本。

无论是颗粒硅还是块状硅,在生产成品的时候都得高温加热,进行化学反应,这就需要消耗电力。块状硅生产过程中需要保持1100度的高温,每公斤要用掉60度电。相比之下,颗粒硅只要700度左右的高温就够了,理论上,每公斤最低只需要15度电,是块状硅耗电量的1/4。如果我们按一度电5毛钱,全球每年需要60万吨的硅料产能来大致计算的话,理论上,颗粒硅一年就能比块状硅节省135亿元。

更何况,我们发展光伏产业,为的就是清洁能源。如果上游硅料环节的能耗很高,碳排放很高,那不就偏离了碳中和目标,光伏产业普及也就更远了。

在我看来,因为能耗成本更低,颗粒硅的发展速度会比我们想象的要快。因为在中国光伏产品出口中,有30%左右是出口欧洲的,而欧洲对进口商品的碳排放要求是最严格的,监管部门会向中国的光伏出口企业征收碳排放税。而颗粒硅比块状硅耗电少,对应的碳排放更低,所以使用颗粒硅,将是中国光伏企业降低碳税成本的更好解决方案。

好,这是第一个理由,颗粒硅有长期发展的潜力,是因为它的生产成本更低,尤其是能耗成本低。

我的第二个理由是,相比块状硅,颗粒硅还会提高下游硅棒环节的生产效率,间接降低产业成本。

前面我提到,一块太阳能电池要想做出来,得先生产硅料,硅料先拉成硅棒,再切成硅片,然后经过一定的化学处理,才能做成电池。

我们重点来看”硅料拉成硅棒”这个环节。你可以想象你的面前有一口大锅,如果是用块状硅做硅棒,过程大概是:你先投一些硅块进锅,随着温度慢慢上升到上千度,块状硅就全部熔化了,这个时候你就可以拉硅棒了。拉完之后,如果你想往锅里投入新的硅块,需要先等锅内温度冷却下来,再往里投硅块,加热到上千度到硅块完全融化,再拉硅棒。

你听我描述这个过程也能发现,用块状硅做硅棒,硅料得一次一次加,中间需要经历锅内温度冷却再升高的过程。而如果用颗粒硅做硅棒,这个过程就省去了,可以一边加硅料,一边拉硅棒。这么一来,硅棒的生产就是不间断的。同时,切硅片的效率也就大幅度提升了。

那为什么块状硅不能连续生产,而颗粒硅可以呢?这背后的原理,我来做个类比就更容易理解了。你可以把块状硅想象成是一大块牛肉,把颗粒硅想象成是一颗颗的牛肉粒。如果锅里的水一直保持100度高温的话,你把一大块牛肉放进去煮,最后煮出来就是外面熟、里面生。要想里外都熟透,就得等水温降下来点,再把牛肉块放进去,然后一点点加热。但是这么一来,效率就比较低。而颗粒硅相当于牛肉粒,它非常容易熟,而且不需要那么高的水温,就可以里外都熟透。

所以,颗粒硅能够改变下游的生产流程,以前得拉完一次硅棒、加硅料融化、再进行下一次;现在是一边加硅料一边拉硅棒,不间断生产。这对光伏产业来说,是非常重要的降本增效的方案。

当然了,颗粒硅的这两个优点,以前市场也都知道,只不过受限于技术工艺不成熟,生产过程比较危险,所以一直没大规模应用这个技术。现在随着工艺越来越成熟,颗粒硅已经能够做到规模化量产了。

而且,在碳中和的大目标,还有光伏产业降本这个核心命题的背景下,颗粒硅的优势更加凸显出来了。原来是不被市场看好的老技术,现在它找到了更需要它的应用场景,比如出口欧洲,迎来了新的增长机会。不过,颗粒硅要想真正做到大规模普及,前提是技术工艺还得继续迭代,解决掉生产过程中的杂质等问题,不断提高成品的纯度。

另外,颗粒硅重回市场这件事也给了我一个启发,就是以后在看待一个新兴产业的时候,不能光追着新技术看,技术不是越新越好,符合产业阶段性发展的核心要求才是最好的。现阶段,光伏产业需要更清洁地降低成本,颗粒硅是更好的选择。如果你也关注光伏产业,不妨找找看,哪些技术是紧扣光伏产业降成本这个核心命题的,它有没有可能在当下这个阶段找到适合自己的应用场景。

好,我们总结一下这一讲,我们要想看明白光伏产业怎么降成本,硅料是首要的切入口。硅料领域的一个重要变化是,颗粒硅这个老技术重新得到了市场重视,因为它的能耗更低,并且能提高下游硅棒环节的生产效率,间接降低产业成本。我的判断是,颗粒硅复苏不是一个短期选择,而是一个长期机会。

最后我想给你留下一道思考题:你有没有遇到其他产业老技术复苏的例子?讲讲它为什么会复苏?期待你的留言。

以上就是这一讲的全部内容,我们下一讲见。

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