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结论一：颗粒硅与棒状硅在成本、品质不存在明显的竞争优势，当前技术水平下，颗粒硅仅作为掺杂使用，且掺杂比例低于 30% 当前主流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。1955 年，西门子公司成功开发了在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于 1957 年建厂进行工业规模生产。随后，西门子工艺在减少原料、辅料、电耗以及降低成本等方面持续改进并取得显著突破，形成当今广泛应用的改良西门子技术。 1952 年，美国联合碳化合物（UCC）公司提出将硅烷裂解沉淀在固定床上的硅颗表面的技术，这也是流化床最早的雏形。1961 年，杜邦公司申请使用三氯化硅作为原料在流化床内生产颗粒硅的专利。 由于改良西门子法产品品质好，成本下降快，生产工艺相对成熟，因此经过几十年的产业验证，改良西门子技术逐渐发展成为多晶硅主流技术。改良西门子技术历经几十年产业验证，全球市占率超过95%。 根据光伏行业协会，2019 年全球多晶硅产量中颗粒状多晶硅占比 2.2%，较 2018 下降 1.1 个 pct。 2020 年采用改良西门子法生产出的棒状硅约占我国多晶硅总产量的 97.2%，改良西门子法的主流技术路线地位稳固。 硅烷流化床法生产颗粒硅的原理是硅烷气体在被氢气流态化的通过一定加热方式加热至一定温度的多晶硅晶种颗粒床层中发生分解，在晶种颗粒表面异相沉积，使颗粒硅长大到一定尺寸后，排出流化床形成颗粒状多晶硅产品。硅烷易与其他氯硅烷分离，本身分解温度低，分解率高，副反应少，因此硅烷流化床法的精馏、尾气处理工序简单，能耗和单体投资都能大大降低，反应转化率接近100%。但流态化的生产特点使颗粒硅保持成本优势的同时，颗粒硅产品纯度控制、反应器内衬耗材等方面面临较大挑战。 全球多晶硅生产企业逐渐退出太阳能级颗粒硅生产，保利协鑫深耕产业 9 年取得重要突破。硅烷流化床制备颗粒状多晶硅的研究和应用也始于上世纪，国外公司 REC、MEMC 开发了硅烷流化床颗粒硅生产技术，Wacker 开发了三氯氢硅流化床颗粒硅生产技术。由于 2018-2019 年多晶硅价格大幅下跌，全球多数多晶硅企业盈利能力大幅下降，电价稍高的国家或地区，多晶硅企业开始亏损倒闭。挪威 REC 位于美国的工厂在 2019 年第二季度停止了颗粒硅的生产，仅维持半导体用多晶硅和硅烷气体的生产。目前 REC 颗粒硅的生产主要依赖于其在中国建立的合资公司天宏瑞科，天宏瑞科自 2016 年获得技术转移后，在陕西榆林建设年产能 1.9 万吨的工厂，2019 年初步实现稳定运行，全年产量达 6016 吨。2009 年 MEMC 并购SunEdison 后于 2013 年更名为 SunEdison，业务快速扩张积累超额债务，2016 年宣布破产重整，同年 11 月保利协鑫宣布收购其 FBR流化床法多晶硅技术和其他 CCZ 连续拉单晶等技术和相关设备。保利协鑫 2012 年开始开展颗粒硅探索，在收购 SunEdison 后，经过3 年运行、改造、提升，2019 年产量 0.32 万吨，2020 年产量 0.6 万吨。 根据保利协鑫公告，硅烷流化床技术单位产能投资金额不超过7 亿元/万吨，根据通威股份投资乐山 20 万吨硅料公告，预计改良西门子法单位产能初始投资 7 亿元/吨，与颗粒硅基本。根据 CPIA，2009 年改良西门子法综合电耗约 200kwh/kg-Si，硅烷流化床综合电耗约为改良西门子法的 1/10。目前国内领先改良西门子法多晶硅生产企业的综合电耗约 55kwh/kg-Si。根据保利协鑫公告，硅烷流化床颗粒硅的综合电耗不超过 20kwh/kg-Si，约为改良西门子法的36%，颗粒硅相对块状硅成本领先优势收缩明显。 硅烷流化床技术的流态化生产方式使得床内颗粒与常用的金属材料会产生长时间的磨合，因此易给反应体系带入大量的金属污染，较为常见的解决思路是运用高强度的非金属特殊材质例如石墨、碳化硅等作为反应器内衬或涂覆在金属壁面上，杜绝此环节的金属污染，但也会增加投资成本。根据 REC 数据，REC 的硅烷反应器内衬 10 个月左右更换一次，每次更换约需要一个月时间。目前辅材耗材等成本约 3000-4000 元/吨，因此耗材的定期更换也会带来成本增加，折算成电耗约合 13.5Kwh/kg-Si。 不考虑产品收率和产出品质条件下，技术差异使得颗粒硅生产成本/现金成本分别低于改良西门子法 7%，优势电价助力改良西门子法成本低于颗粒硅。根据保利协鑫最新颗粒硅产能投资金额及各项生产成本参数和通威股份硅料生产参数，假设电价 0.3 元/kwh（乐山），用水 2.7 元/吨，两种多晶硅生产技术对应的单位硅粉和原盐消耗量相同，则测算硅烷流化床法多晶硅生产成本/现金成本分别为 33.41 元/29.86 元/kg，改良西门子法多晶硅生产成本/现金成本分别为 35.84 元/32.02 元/kg，若应用包头 0.23 元/kwh 的电价水平，对应改良西门子法多晶硅生产成本/现金成本分别为 32.52 元/28.70 元/kg，分别低于颗粒硅 3%/4%。 由于流化床法特殊的生产工艺，在整个循环过程中，高温气体可能对金属管道造成腐蚀，进而携带金属进入床层造成污染。此外，床内颗粒与金属材料的长时间磨蚀也会给反应体系带入大量的金属污染，而常见的运用石墨、碳化硅等材质作为反应器内衬或涂覆在金属壁面上来解决金属污染的同时，又可能会带来碳污染。在流化床法生产模式下，颗粒硅容易在氢气生产环境有较多吸附，从而使含氢量较高。正是由于上述原因，硅烷流化床法多晶硅产出品质较差，下游客户在使用时也多用于掺杂，目前质量水平下，掺杂比例一般在 30%以下。 综合考虑品质差距及破碎成本节省，颗粒硅售价约等于块状硅菜花料，低于块状硅致密料和复投料。多晶硅料根据品质由高到低，分为单晶复投料、单晶致密料、单晶菜花料以及多晶用料（珊瑚料以及碳头料）。根据 CPIA，下游单晶产品主流地位进一步巩固，单晶硅片占比从 2019 年的 65%，迅速升至 2020 年的 90.2%。目前单晶硅棒生产偏向于用致密料（80%-85%），其次是菜花料（7-8%），少数为了节省料成本也掺用少量珊瑚料（5-6%）。（保利协鑫数据：致密料比例为 35-50%左右，菜花料+珊瑚料 60-45%左右，其他为碳头料）根据保利协鑫，下游单晶用料以 10-70mm 的小料为主，占总用料的 70%以上，改良西门子法产出的块状料需要经过破碎后形成满足要求的小料，保利协鑫颗粒硅产品中位粒径约 2mm，下游应用可免去破碎过程，算上硅损可比块状硅可节省 1-3 元/kg 的破碎成本。高品质多晶硅料溢价明显，根据硅业分会，7 月 7 日最新单晶复投料/单晶致密料/单晶菜花料均价分别为 21.4/21.1/20.82 万元/吨，保利协鑫颗粒硅售价基本等同于单晶菜花料价格，低于单晶致密料和单晶复投料价格。 结论二：硅料在 2022 年光伏产业链当中，依旧是产能最小环节（全产业链过剩）；硅片企业多锁定硅料长单 根据统计的行业现有产能及扩产计划，截至 2022 年底硅料环节产能预计达到 102.6 万吨（折合 410.4GW），其中国内 93.1 万吨，海外 9.5 万吨，下游硅片、电池、组件产能分别为 490、450、420GW左右，因此，2022 年硅料仍为主产业链产能最小环节。中长期来看，测算 2023 年全球装机需求 251.2GW，对应硅料、硅片、电池、组件需求分别为 351.94GW、232.78GW、307.59GW、301.44GW，则上述各环节 2022 年底产能相对 2023 年需求过剩比例分别为 117%、151%、146%、139%，因此硅料产能过剩幅度最低主产业链产能过剩导致价格波动过程中，硅料有望在产业链盈利分配中处于相对强势地位。硅片后续扩产计划超过 339GW，其中 2021 年下半年至 2022 年投产 276GW 以上，2022 年硅片企业锁定硅料长单 68.65 万吨，占有效供给 85.82%。根据不完全统计，2021 年下半年以后爬坡或投产的硅片产能达到 339GW，其中大部分为 2021 年下半年至 2022 年进行产能投放，总规模超过 276GW，除此之外还有 63GW 以上硅片产能将根据市场情况适时启动产能建设，硅片产能大规模投产将加大对硅料产品的采购备货，带动硅料需求增长。硅片企业纷纷锁定硅料长单保障原材料供应。根据统计，2021 年行业锁定硅料长单 50.78万吨以上，占全部硅料供应量的 86%，2022 年锁定硅料长单 68.65万吨，占全部供应量的 85.82%，其中锁定国内硅料 66.06 万吨，锁定比例达到 93.71%。 |
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