隨著全球碳中和進程不斷加速，疊加光伏發電成本持續下行，經濟性不斷提升，光伏裝機需求高增長確定性較強，本期文章我們主要針對光伏產業鏈的上游原材料光伏硅料做個簡單分析。

光伏產業鏈主要分為主產業鏈和輔材產業鏈，主產業鏈中主要包括硅料、硅片、電池片、組件及光伏電站環節，輔材產業鏈中根據不同生產環節分類，主要包括硅片生產環節、電池片生產環節、組件封裝環節和電站發電環節。光伏硅料是光伏產業鏈中最上游的原材料，由工業硅提純制成，工業硅和電力是光伏硅料的成本核心，該行業具備高門檻、高收益的特點。然而，相較于光伏產業鏈的其他環節，其又具有重資產且底周轉的特點。

市場目前出現了“擁硅為王”的現象，其主要原因是階段性供需錯配。有關機構對多晶硅2000-2022年H1的歷史價格和供需情況做了復盤，發現歷史三次價格的大幅上漲都是由于硅料與其下游環節供需失衡所致。當前頭部硅料企業處于擴產周期，新增產能有限，下游需求的持續高增引領硅料價格進入新一輪的上升周期，硅料價格也因此一路持續上漲至近十年新高。

在全球碳中和進程不斷加速的背景下，光伏裝機量持續提升驅動硅料需求向好，預計2022年全球光伏硅料市場空間將達68.33萬噸。據IRENA預測，保守預期下，2022年全球光伏硅料市場空間將達64.88萬噸，同比+45.10%。另有國際太陽能光伏網統計及預測，2022年國內多晶硅產能將達到117.7萬噸，2023年有望達到310.2萬噸，同比增長163.55%，占全球硅料產能的96.61%。

光伏硅料行業概述

光伏硅料是光伏發電系統的核心原材料。光伏硅料，即太陽能級多晶硅（SoG-Si），是光伏產業鏈中最上游的原材料，為帶有金屬光澤的灰黑色固體，具有熔點高（1410℃）、硬度大、有脆性、常溫下化學性質不活潑等特性，且具有半導體性質，是極為重要的優良半導體材料，被稱為光伏產業鏈中的“黑金”。

第一，從光伏硅料的必要性來看，光伏發電的原理是光生伏特效應和PN結，光伏電池片的基本構造是由P型與N型半導體接合而成，而半導體最基本的材料便是硅元素，因此硅料是決定了光伏系統發電能力的核心原材料。

第二，從光伏硅料的重要性來看，硅在自然界中一般以硅酸鹽或二氧化硅的形式存在，自然界中幾乎不存在單體硅，多晶硅作為以工業硅為原料提純后達到一定純度的硅材料，起到了優秀的中間品作用，有效推動了產業的快速發展。

 

圖 | 光伏硅料

工業硅和電力是光伏硅料的成本核心。根據百川盈孚數據，2022年6月上旬國內改良西門子法生產多晶硅的成本結構中原材料占比最大，達到41%，其中工業硅占總成本的39%，為光伏硅料的最大成本項，因此降低硅耗（生產單位多晶硅耗費的硅量）可以有效降低光伏硅料的生產成本；能源占總成本的32%，其中電力占總成本的30%，為光伏硅料第二大成本項，進一步降低生產電價和電耗水平也成為了光伏硅料企業重要的降本途徑之一。

 

圖 | 國內改良西門子法多晶硅成本構成

從產品形態來看，可將光伏硅料分為棒狀硅和顆粒硅兩類。當前主流的多晶硅生產技術主要有改良西門子法和硅烷流化床法，產品形態分別為棒狀硅和顆粒硅，其中改良西門子法的生產工藝相對成熟，棒狀硅產品目前為行業主流，2021年市占率達到95.9%；2021年硅烷法顆粒硅產能和產量小幅增加，市占率同比提升1.3pct達到4.1%。從未來看，若顆粒硅的產能進一步擴張，且隨著生產工藝的改進和下游應用的拓展，其市場占比有望進一步提升。

從表面質量來看，棒狀硅加工后可以進一步分為致密料、菜花料、珊瑚料和復投料。棒狀硅需經過破碎加工形成塊狀硅供下游廠商使用，根據純度和表面質量不同，可細分為致密料、菜花料、珊瑚料和復投料：

1）致密料顏色明亮、外表光滑，表面顆粒凹陷程度最低，小于5mm，無氧化夾層，價格最高，主要用于拉制單晶硅；2）菜花料顏色偏灰、表面粗糙，顆粒凹陷程度適中，為5-20mm，斷面適中，價格中檔；3）珊瑚料表面凹陷較為嚴重，深度大于20mm，斷面疏松，價格最低。菜花料、珊瑚料主要用于制作多晶硅片，部分企業選擇在致密料中摻雜不低于30%的菜花料來生產單晶硅，從而節約原料成本；4）復投料屬于致密料的一種，是拉晶產生的頭尾或邊皮料，一般品質較好，可以作為填充硅料二次循環使用。

 

圖 | 不同品質塊狀硅示意圖

光伏硅料行業較產業鏈其他環節具有重資產+低周轉+高ROE的特征。具體來看：

1、重資產：從資產結構來看，光伏硅料企業的流動資產占比整體相對偏低，低于逆變器、膠膜、組件等環節，整體資產結構較重，具備較高的準入和退出門檻；

2、低周轉：從資產周轉率來看，光伏硅料企業整體具有偏低的總資產周轉率和固定資產周轉率，低于膠膜、組件、逆變器等環節；

3、高ROE：從攤薄ROE來看，光伏硅料行業2021年ROE水平大幅領先產業鏈其他環節，近年來隨著硅料供給持續緊缺，光伏硅料環節的利潤空間持續擴張。

改良西門子法為當前主流技術，流化床法更具成本優勢，實現了多晶硅生產的閉路循環。改良西門子法較西門子法具備多重優勢，目前已成為行業主流生產技術。

此外，顆粒硅較棒狀硅的生產成本得到有效降低，且更適合自動化生產。顆粒硅產品相較于棒狀硅的核心優勢主要包括：1）生產成本低；2）無需破碎，生產過程自動化；3）下游客戶的單晶生產成本降低。

光伏硅料市場概述

硅料作為光伏產業鏈中技術/資金壁壘最高、產能剛性且擴產/爬產周期最長的環節，疊加例行檢修、生產事故等增加供給不確定性的因素，相較于其他環節更易出現因供不應求而導致漲價的情況。我們復盤了多晶硅2000-2022年H1的歷史價格和供需情況，供需失衡導致光伏行業分別于2005-2008年、2010-2011年、2020-2022年出現“擁硅為王”的局面：

2005-2008年——需求暴增，產能受限，價格暴漲：受歐美補貼政策刺激，光伏需求井噴，因德日技術壟斷、擴產產能有限，多晶硅價格由2005年初的28美元/kg左右一路暴漲至2008年中的241美元/kg左右；

2008-2010年——國內產能投放，供需平衡，價格回落：國內企業突破多晶硅生產技術，隨著產能投放、供需重新平衡，2010年中硅料價格回落至51美元/kg左右；

2010-2011年——需求超預期，供不應求，價格上漲：2010年光伏需求超預期，硅料因2009年的價格暴跌導致實際擴產速度放緩，最終導致硅料出現短暫供不應求，2011年Q2價格漲至75美元/kg左右；

2011-2012年——產能增加，需求收縮，價格下滑：產能大幅增加疊加需求收縮導致硅料價格連續下滑，2012年底硅料價格回落至20美元/kg左右；

2018-2019年——需求減少，價格下滑，擴產放緩：2018年國內出臺531光伏新政，明確降低光伏發電補貼幅度，當年光伏新增裝機量同比下降18%，多晶硅需求量受到沖擊，價格一路下行至2019年末的8美元/kg左右，硅料企業也紛紛放緩了擴產步伐；

2020年至今——新增產能有限，需求火熱，價格上漲：2018-2021年多晶硅盈利狀況不佳，導致企業擴產熱情減退，新增產能有限，雙碳背景下全球光伏裝機需求迎來加速，供需緊張導致硅料價格持續上漲至近十年新高，“擁硅為王”時代再現。

圖 | 2000年1月-2022年7月進口/國產多晶硅價格走勢（美元/kg）

1、從需求端來看

1）碳中和背景+平價時代共同驅動光伏新增裝機需求，上游硅料同步受益。主要驅動因素有三，一是全球碳中和進程加速，清潔能源為未來大勢所趨；二是光伏發電成本不斷下降，經濟性驅動新增裝機需求；三是光伏發電成本不斷下降，經濟性驅動新增裝機需求。

2）硅料較主產業鏈其他環節產能較低，硅片企業長單帶動需求增長。主要驅動因素有二，一是硅料擴產周期較其他環節較長，較光伏裝機需求存在錯配，硅料生產需要保持高開工率，因此季度產出處于較穩定水平，而光伏裝機需求存在淡旺季，季節波動性較大；二是多晶硅的直接下游環節是硅片，硅片大規模擴產帶動硅料需求增長，根據各公司公告信息（不完全統計），2022年頭部硅片企業鎖定硅料長單量達到81.108萬噸，與硅業分會預測的2022年硅料產量81.0萬噸相比，基本已經全額鎖定了全年的硅料產出。

保守測算，2022年全球光伏硅料市場空間將達64.88萬噸，同比+45.10%；2023年全球光伏硅料市場空間將達66.84萬噸，2021-2023年CAGR為22.27%。

2、從供給端來看

1）產能情況：技術及資金壁壘較高，國內產能引領全球產能增長。硅料行業化工屬性較為明顯，主要具有“兩高一長”的特征：高純度要求、高設備投資以及較長擴產周期。從純度要求來看，純度是衡量多晶硅產品質量的關鍵因素。從設備投資額來看，據CPIA統計，2021年改良西門子法萬噸級多晶硅生產線設備投資成本約在10.3億元/萬噸，處于較高水平，產線的重資產屬性也因此導致了硅料行業較長的擴產周期。

2）國內多晶硅產能持續提升，引領全球產能增長。隨著國內低成本的多晶硅產能大規模投產，國外較高成本的多晶硅產能逐漸退出市場，根據國際太陽能光伏網統計及預測，2023年國內硅料產能有望達到310.2萬噸，同比增長163.55%，占全球硅料產能的96.61%；全球硅料產能有望達到321.1萬噸，同比增長149.69%。

3、從競爭格局來看：市場向中國頭部企業集中

2018-2021年，全球多晶硅年產量從44.6萬噸增長至64.2萬噸，期間CAGR為12.91%，其中2021年增長最快，增速達23.20%。同期全球多晶硅生產逐漸向國內集中，國內多晶硅產量占比從2017年的58.07%上升至2021年的78.82%。

截至2021年全球多晶硅產能前十名企業中中國企業數量高達8家，國內硅料企業市場份額大規模領先，主要由于：

1）國內多晶硅企業在原材料、電力及人工成本方面具備顯著優勢，且未來隨著技術進步生產成本有望持續下降；

2）國內多晶硅產品質量不斷提升，個別先進企業在純度要求更高的電子級多晶硅生產技術方面取得突破，逐漸迎來國產電子級多晶硅對進口的替代；

3）國內下游硅片制造環節快速擴張產生大量多晶硅需求，近年來國內硅片產量迅速增長，國內多晶硅自給率逐步提升，海外多晶硅企業的市場份額迅速縮小。

光伏硅料未來發展趨勢

2021年PERC電池片市占率為91.2%，N型電池相對成本較高，量產規模仍較少，目前市場占比約在3%。2021年N型TOPCon電池平均轉換效率達到24.0%，HJT電池平均轉換效率達到24.2%，兩者較2019年均有較大提升。

未來隨著生產成本的降低及良率的提升，N型電池勢將成為光伏電池技術的主要發展方向。N型硅片對硅料純度要求更高，隨著下游電池及硅片產品邁向N型時代，對多晶硅品質要求也逐漸由太陽能級多晶硅向電子級多晶硅趨近。

改良西門子法可匹配N型硅片需求，且生產工藝相對成熟，未來仍將是主流生產工藝，根據CPIA預測，2030年改良西門子法的市場占有率仍有望維持在90%以上。

 

圖 | 2021-2030E 全球各類光伏電池技術市場占比變化趨勢；2021-2030E 全球顆粒硅及棒狀硅市場占比變化趨勢

未來改良西門子技術成本仍有較大下降空間，仍將占據行業主流地位。分別在投資成本、還原電耗、冷氫化電耗、綜合電耗方面體現。

余熱利用率有望明顯提升，降低多晶硅生產綜合能耗。余熱利用率是回收利用還原工藝中熱量占還原工藝能耗比，2021年多晶硅還原余熱利用率平均水平為81%。隨著大爐型的使用以及節能技術的進步，多晶硅還原過程中的余熱利用率有望進一步提升，CPIA預計2030年多晶硅生產還原余熱利用率將達到83%，較2021年提升2pct，同時余熱利用率的提升還將進一步降低生產能耗。后續源起基金將關注更多光伏產業鏈中的商業進展。

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