光伏电池：持续升级，快速进步！

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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。