国盛证券：硅料行业迎来品质竞争时代，高品质硅料存在结构性短缺.pdf

请仔细阅读本报告末页声明 证券研究报 告 | 行业专题研究 2023 年 08 月 29 日 多晶 硅料 硅料 行业迎来品质竞争时代，高品质硅料存在结构性短缺 多晶硅是光伏产业链最上游环节 ， 壁垒高 +资金密集，周期性强 。 硅料行业 具备高 载能、高技术壁垒、资金密集等特性，属于精细化工领域，具备强周期 属性，且周 期振幅与光伏整体需求直接相关 。 因此，要判断硅料行业价格周期，需要严密跟踪 整个光伏行业需求情况和硅料产能供给情况， 1）供给端看 ，不论是改良西门子法 还是硅烷流化床法，硅料都是光伏产业链内资金、技术壁垒最高的环节，名义硅料 产能的实际落地情况需要重点跟踪； 2）需求端看， 光伏行业自平价上网后进入 “需求爆发期”，对硅料原材料的需求上升趋势确定。而在光伏行业进入 N 型时代 后，对硅料品质的要求成为了影响整体供需的 X 因素。 供需判断一： 硅料产能总体过剩情绪浓厚 ，但实际产出量可能低于预期 。 光伏装机 情绪高涨，需求刚性不改 ，我们认为全年光伏装机很有希望超 400GW，经过一系 列边际条件假设后测算得出 2023 整体近 140 万吨的硅料实际需求 ，略低于全年硅 料供给水平 。 同时，我们认为虽然硅料产能远大于实际需求，但因高品质 N 型多晶 硅有效产出远低于市场预期，从而可能存在 N 型硅料产品出现结构性产能错配情 况， N型硅料可能在未来出现供不应求的情况。 供需判断二：行业进入品质竞争时代， N 型硅料售价优势显著 。 我们预计 2024 年 是 N型 电池片 正式提升市占率 并有望成为主流电池 的一年，此后 N型有望逐步成为 电池片行业主流技术。在 N 型需求逐步上升的情况下，无法满足 N 型电池片 /硅片 生产需求的硅料预计将在售价端承压。 根据硅业分会数据， P-N 料价差已经突破 12 元 /kg。因此，我们判断虽然目前下游厂商还没有对 N 型料有一个共识的标准，但 是高品质硅料可能还是相对短缺，而无法做到 N 型电池需求的硅料将会面临较大价 差压力。 供需判断三： N 型硅料生产壁垒高，需重点追踪致密率和金属杂质参数。 1）致密 率： 即改良西门子法生产出的棒状硅致密料的比例。如何 提高气相沉积多晶硅致密 料的比例 一直 是多晶硅生产企业面临的一个共性问题，也是头部企业的主要壁垒。 N 型渗透率逐步提升的当下，下游厂商的 N 型硅片生产仍以高品质致密料为主，因 此硅料致密率高的企业将具备售价端优势。 2）金属杂质参数 ： 重金属杂质形成的 强复合中心会对电池片的电学性能产生致命的影响，多晶硅自身含有的金属杂质 目 前看是影响 N 型电池片电化学性能的最关键因素，追求纯度更高、金属杂质浓度更 低的多晶硅产出是未来硅料生产企业重点攻坚 。 投资建议： 综合目前 硅料 品质、成本表现看，我们认为硅料头部企业在 2024 年硅 料统计端产能大幅过剩的情况下，具备保障自身产能先进性和盈利性的能力。因 此，我们重点推荐 有望穿越此轮硅料周期的 硅料行业龙头企业： 通威股份、协鑫科 技、大全能源、新特能源。 风险提示 ： 光伏新增装机需求不及预期的风险，硅料价格下跌速度超预期的风险， 硅料快速扩产下公司产销率不及预期的风险 ，供需 测算假设失真风险。 增持 （ 维持 ） 行业 走势 作者 分析师 杨润思 执业证书编号： S0680520030005 邮箱： yangrunsi@gszq.com 相关研究 重点标的 股票 股票 投资 EPS （元） P E 代码 名称 评级 2022A 2023E 2024E 2025E 2022A 2023E 2024E 2025E 600438.SH 通威股份 增持 5.71 3.73 2.97 4.28 5.53 8.47 10.64 7.38 688303.SH 大全能源 增持 8.95 2.52 1.42 1.43 4.49 15.96 28.33 28.13 03800.HK 协鑫科技 - 0.21 0.60 0.48 0.48 12.33 2.99 2.56 2.57 01799.HK 新特能源 买入 7.35 4.85 5.21 - 1.91 2.90 2.70 - 资料来源： Wind， 其中新特能源为海外组覆盖标的， 协鑫科技根据 Wind一致预期， 国盛证券研究所 -32% -16% 0% 16% 2022-08 2022-12 2023-04 2023-08 其他电源设备 沪深 300 2023年 08月 29日 P.2 请仔细阅读本报告末页声明 内容目录 一、行业梳理：硅料行业壁垒高 +资金密集，周期性强 4 1.1多晶硅是光伏产业链最上游环节，品质决定其应用范围 . 4 1.1.1 天然丰富、高能量转换效率、稳定性和低毒性使硅料成为光伏产业链的核心原料 . 4 1.1.2 多晶硅品质持续进入上升通道，太阳能级硅料要求逐步上升 . 4 1.2行业特性：行业壁垒高，属于高载能、高技术、资金密集产业 . 5 1.3发展现状：硅料价格触底，率先步入产能周期底部 6 1.3.1 CR4在成本、品质端占据龙头地位，行业扩产格局稳定 . 6 1.3.2 硅料行业周期性强，周期振幅和光伏整体需求直接相关 7 1.3.3 超额利润吸引众多新玩家涌入行业，率先进入产能周期底部 . 8 二、工艺路线：仍以棒状硅为主，颗粒硅市占率逐步上升 9 2.1改良西门子法棒状硅 . 9 2.2硅烷流化床法颗粒硅 . 10 2.3工艺对比：各具优势，颗粒硅技术具备成本潜力 . 11 2.3.1 从技术发展历史来看，改良西门子法更为成熟，为目前主流生产技术 11 2.3.2 经过头部企业的多年探索，硅烷流化床技术取得进步 . 11 2.3.3 从生产工艺和流程上看，硅烷流化床法去除了改良西门子法的精馏、尾气处理、破碎等步骤 11 三、供需情况：硅料产能总体过剩预期情绪浓厚，但 N 型趋势下高品质低成本产品短缺 14 3.1光伏装机情绪高涨，需求刚性不改 . 14 3.1.1 技术路线变革， N型硅料是必然选择 . 14 3.2硅料产能远大于实际需求，但高品质多晶硅有效产出过剩幅度不大 14 3.2.1 现状：硅料总体产能远大于整体需求 14 3.2.2 思考： 2023全年实际产出情况是否过剩？ 15 3.2.3 进一步思考：高品质 N型硅料可能在大环境仍过剩的情况下仍短缺 . 16 3.3 2024年供需判断重点在于硅料售价，影响售价关键点是品质 . 18 3.3.12024 硅料产能显著过剩， N型时代下硅料进入品质竞争时代 . 18 3.3.2 N型硅料生产核心壁垒一：致密率 19 3.3.3 N型硅料生产核心壁垒二：金属杂质控制 19 3.4未来硅料周期判断重点在于生产成本，龙头企业优势显著 20 3.4.1下行周期中成本控制将成为硅料企业盈利的最关键因素 20 四、投资建议：建议具备穿越周期能力的硅料企业 21 4.1 品质端看，硅料龙头企业通威股份、协鑫科技、大全能源均具备生 产“ N 型硅料 ”的 能力，目前这四家企业 也是国内品质领先的硅料企业 . 21 4.2 成本端看，通威股份、协鑫科技处于行业成本曲线最左侧，在硅料价格进入底部区间后预计仍将维持合理毛 利 . 22 五、风险提示 . 22 图表目录 图表 1：光伏产业链构成图一览，多晶硅料处于主产业链最上游环节 4 图表 2：改良西门子法经破碎处理后生产出的块状硅 . 5 图表 3：硅烷流化床法生产出的颗粒硅 . 5 图表 4：光伏主产业链各环节单 GW 投资对比（含厂房设备），硅料单位投资额最高 6 图表 5：硅料 CR4龙头企业在 2022-2023年末名义产能情况（含预测），单位：万吨 . 7 图表 6： 2007-2023E 全球年新增光伏装机量趋势（单位： GW） 7 图表 7： 2011.07至 2023.08 光伏级硅料价格走势图，单位：美元 /kg . 8 图表 8： 2021-2023年第三轮硅料周期中光伏产业链各环节毛利情况，单位：元 /W . 9 2023年 08月 29日 P.3 请仔细阅读本报告末页声明 图表 9：第一代西门子法，无法循坏利用重要副产物 SiCl4 . 10 图表 10：第三代改良西门子法，有效完成了 SiCl4的氢化，实现大幅降本 . 10 图表 11：硅烷流化床法颗粒硅工艺路线图 10 图表 12：改良西门子法和硅烷流化床法硅料生产原理对比 . 12 图表 13：改良西门子法核心设备：还原炉 12 图表 14：硅烷流化床法核心设备：流化床反应器 12 图表 15：光伏装机量及装机实际所需硅料测算表 14 图表 16： 2023 年末硅料企业产能统计（预测值，单位：万吨） . 15 图表 17：中国光伏各环节 2018~2022 年产能利用率 . 16 图表 18： 2023 年底 TOPCon电池产能预计将达到 462.5GW 17 图表 19： 2022 年开始 N 型电池技术平均转换效率就已具备较大优势 18 图表 20： 2024 年 N型 TOPCon、异质结、 XBC 电池市场占比将接近 50% . 18 图表 21： 2023.05 至今， N 型硅料与单晶致密率价格走势 18 图表 22： 2023.05 至今，高品质硅料价格优势逐渐明显 . 18 图表 23： U型棒状硅珊瑚、疏松料比例较大的情况 . 19 图表 24： U型棒状硅致密率控制较好的情况 . 19 图表 25：电子级多晶硅等级及技术指标 . 20 图表 26： 2023 年硅料行业成本曲线情况 21 2023年 08月 29日 P.4 请仔细阅读本报告末页声明 一、 行业梳理 ： 硅料行业壁垒高 +资金密集， 周期性强 1.1 多晶硅是光伏产业链最上游环节，品质决定其应用范围 1.1.1 天然丰富、 高能量转换效率 、 稳定性和低毒性 使 硅料 成为光伏产业链的核心原料 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，硅原子以金刚石晶格 形态排列成许多晶核，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。 随着光伏行业的繁荣， 多晶硅 被用于全球约 90%的光伏装置，约占硅 太阳能电池成本的一半 ，而能在 太阳能电池 上的广泛应用来自 于其 1） 天然丰富 ， 地表 含量高不属于贵金属 。 2） 高能量转换效率 、 稳定性和低毒性 ，使多晶硅成为目前主流 晶硅路线太阳能电池的重要原料 。 图表 1： 光伏产业链构成 图一览，多晶硅料处于主产业链最上游环节 资料来源： CPIA， 国盛证券研究所 1.1.2 多晶硅品质持续进入上升通道，太阳能级硅料要求逐步上升 根 据纯度和工业应用，多晶硅可分为 3 个等级 ，分别是： 1） 冶金级硅 （ MG-Si，纯度 99%，业内统称为 2N 级水平 ），多用于冶金、机械行业； 2） 太阳能级硅 （ SOG-Si，纯 度 99.9999%， 6N 级水平 ）， 多 用于 光伏晶硅 电池片的制作； 3） 电子级硅 （ EG-Si， 纯 度 99.999999%， 9N 级水平），主要用于半导体芯片制造。为满足光伏产业对多晶硅原 材料的强大需求， 大力开发太阳能用高纯多晶硅的低成本生产技术成为了全球光伏产业 竞争的焦点。 在晶硅路线成为光伏主流路线后，产业链在商业化进展中认知到了 多晶硅 纯度对太阳能电池的能量转换效率有非常重要的影响 。 随着 N 型 太阳能电池逐步成为 主流技术路线的大趋势到来，我们也看到了 9N 级水平纯度的电子级多晶硅应用于光伏 电池制造，品质空间在逐步收窄。 2023年 08月 29日 P.5 请仔细阅读本报告末页声明 1.2 行业特性： 行业壁垒高，属于高载能、高技术、资金密集产业 1）高载能： 从整个光伏制造产业链看，生产太阳能电池板的过程中每消耗 1 度电，全 生命周期内将产生 30 度电。多晶硅环节占比达 60%左右，硅料电力成本占比达 35%- 40%。因此，我们认为多晶硅生产属于行业内“高载能”环节，硅料端的降本增效尝 试不断在进行中，各龙头企业在“降耗降本”的路径摸索中均取得了成效，并成功将其 转化为行业壁垒的一部分。 该壁垒反应到 现实 ，便是在“能耗双控”的背景下，多晶硅 生产基地是否能够顺利拿到“能评、环评”路条的问题，而 能耗指标也是目前多晶 硅料 产能落地的关键 。 例如， 建设一条年产 2 万吨多晶硅生产线，生产线主体设施包括制氢、 冷氢化、精馏岐化、粒状硅、后处理 /包装，配套建设渣浆处理、废气处理、脱盐水站、 空分站、循环水站、冷冻站、给水站、污水处理等公辅设施，项目建设所需一次水、电 力、蒸汽由园区供应 ，能耗覆盖范围极大，获取难度高 。 我们认为， 在此轮硅料产能大扩张的情况下，多晶硅料因其“高载能”的特性，对 产能建设地区的电网造成较大负担 （假设 1 个年产 10 万吨的硅料产能满负荷生产，硅 料单位电耗在 60kWh/kg，则一年所需电力 60 亿 kWh， 而青海省 2022 年全年 城乡居 民生活用电量 也仅 43.69 亿 kWh） ， 从而导致多晶硅基地 能耗指标 的获取难度较大，具 备相对 资源特性 和限制条件 。 2）高 技术 ： 多晶硅生产 属于 精细化工行业，产品品质 将直接受 工艺 路线 、设备 调整 、 厂房 环境等多个因素影响 。虽然整体产能建设已经不存在核心“保密”环节，但因其繁 多的工艺点和精细化工生产特性 ，新进入者很难快速掌握成熟工艺 将硅料品质和成本提 升至一线水平 。 因此，从 2017-2021 年的 5 年时间内，行业仅一家新进入企业切入硅 料环节。 行业技术工艺形成了以改良西门子法为主，硅烷流化床法为辅的 技术格局。改 良西门子法作为摸索多年的成熟工艺，也经历了由热氢化转为冷氢化、 9-12 对棒还原 炉改良为 36-48对棒的技术迭代 ，硅烷流化床法作为新技术，成功降低生产电耗瓶颈并 实现了商业化量产。两项技术同步发展，不仅各项生产技术指标得到了大幅提升，成本 也实现了大幅下降。 图表 2： 改良西门子法经破碎处理后生产出的块状硅 图表 3： 硅烷流化床法生产出的颗粒硅 资料来源： 协鑫科技 2021 年中期业绩报告 ， 国盛证券研究所 资料来源： 协鑫科技 2021 年中期业绩报告 ， 国盛证券研究所 3）资金密集： 光伏主产业链的其他环节符合典型制造业特性，相比之下 多晶硅生产具 备化工行业特性，“投产周期长、 产能弹性小、安全风险大、资金投入大 ”。 对于多晶硅 生产企业而言 ： ➢ 投产周期长： 从项目新建到产能投产一般需要 12-18 个月，远高于下游光伏环节 的周期。 而随着领先企业在产能建设中逐步积累经验，投产周期也成为了行业 “壁垒”之一，头部企业与二线及新进企业产能投放速度或存在较大差异。 2023年 08月 29日 P.6 请仔细阅读本报告末页声明 ➢ 产能弹性小： 硅料生产中，只有满负荷生产才能实现生产成本最低，频繁的检修 停产不仅会造成成本的提升，也会导致产品质量波动，甚至安全隐患 。 ➢ 安全风险大： 多晶硅生产企业既需要抓好日常的职业安全工作，更重要的是要严 密做好工艺过程安全管理。即便是国外某些老牌多晶硅企业，他们的扩产项目近 几年也陆续出现安全生产事故同样面临安全生产的挑战。 ➢ 资金投入大： 虽然多晶硅工艺和装备已经实现国产化，其单位投资成本已由此前 万吨 100 亿元降低至万吨 10 亿元以下，但是从整个产业链来看，硅料环节仍是光 伏制造端资金投入最大的环节。 图表 4： 光伏 主产业链各环节单 GW投资对比 （含厂房设备），硅料单位投资额最高 资料来源： 北极星太阳能光伏网 ， 国盛证券研究所 进入 新一轮上升周期 后， 硅料价格从 2020 年底的 8 万元 /吨最高 于 2022 年 涨到 30 万 元 /吨 以上 ， 高企的硅料价格拉动了火热的投资热情，新进厂商从不同环节、不同行业 纷纷切人多晶硅制造。 但根据我们对硅料行业的判断，其行业壁垒体现在载能端具备 “降本提质”，在资金端的长周期投入，在技术端降本摸索，在生产端的稳定运行和安 全保障。 因此，虽然多晶硅产业的 新进产能较多，但是从各个方面的行业壁垒考虑，头 部企业优势仍然很大。 1.3 发展现状： 硅料价格触底， 率先步入 产能周期 底部 1.3.1 CR4 在成本、品质端占据龙头地位，行业扩产格局稳定 由于多晶硅行业壁垒较高，市场参与者数量较少且行业高度集中。全球光伏用多晶硅的 生产基本集中于 中 国， 根据 新特能源首次公开发行股票并在沪市主板上市申请文件的审 核问询函之回复 ， 截至 2022 年底，国内 五家头部企业的多晶硅产能，约占国内多晶硅 总产能的 85%-90%。 从品质、成本这两个重要维度来看， 通威股份、协鑫科技、大全 能源 、新特能源四家与其他二线产能及新玩家差距较大， CR4 均在行业内深耕多年，无 论是 在手资金、成本控制、产品品质 等方面均筑起了较高的壁垒。 未来，全球光伏用多 晶硅供给的大部分 仍将 来源于我国的头部企业。 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 硅料 拉晶 切片 电池 组件 光伏产业链各环节单 GW投资额（单位：亿元） 2023年 08月 29日 P.7 请仔细阅读本报告末页声明 图表 5： 硅料 CR4龙头企业在 2022-2023 年末 名义 产能情况 （含预测） ，单位：万吨 资料来源： 通威股份 2022 年报 ，大全能源 2022年报 ，协鑫科技 2022年报推介材料， 新特能源首次公开发行股 票并在沪市主板上市申请文件的审核问询函之回复 ， 国盛证券研究所 1.3.2 硅料行业周期性强，周期振幅和光伏整体需求直接相关 2020-2023 年价格经历了完整的周期高点后，超额的利润吸引了众多 光伏其他环节企业， 具备化工生产基础的企业及其他制造业企业切入硅料生产。 深度剖析自 2012 年中国硅 料企业崛起并打破海外成本垄断后的 硅料 价格走势，判断硅料 周期主要受光伏 终端需求 周期 的影响， 较长的投产周期和硅料 长协机制则加剧了波动幅度 ，从而造成了各周期振 幅不同 ，需求端从 2012 年起行业进入“逐步成长期”和“需求爆发期”，两个阶段直 接影响了硅料价格 。 图表 6： 2007-2023E全球年新增光伏装机量趋势（单位： GW） 资料来源： BNEF， PV Tech， 中国清洁机制发展基金，嘉兴市光伏行业协会， China Power， 国盛证券研究所 整理 26 18.5 10.5 20 38 40 30.5 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 通威股份 协鑫科技 大全能源 新特能源 2022 2023E 2023年 08月 29日 P.8 请仔细阅读本报告末页声明 在全球光伏装机进入不同阶段的情况下，硅料价格也经历了三个主要周期。而装机“逐 步成长期”内的两个周期内，硅料价格受需求和出海政策限制并没有表现出显著的周期 性，而光伏需求爆发后的从 2020 年开始的第三轮硅料周期 ，价格振幅远大于前两轮， 主要原因是： 1. 晶硅路线需求爆发： 平价上网时代来临，光伏需求急速上升，以中国为主的全球 光伏装机市场项目大规模推进，带来了对原材料端极大的需求。 2. 产能清退后供给不足： 上一轮硅料周期顶点还是在 2018 年初，此后产业链经历了 近 3 年的调整和产能清退，因此在产业链意识到 2021 年硅料实际产出额无法满足 新增的光伏装机需求后，硅料价格水涨船高，实现了此前两轮周期均未达到过的 周期高点。 图表 7： 2011.07 至 2023.08 光伏级硅料价格走势图，单位：美元 /kg 资料来源： Wind， 国家电网报 ， 国盛证券研究所 1.3.3 超额利润吸引众多新玩家涌入行业， 率先进入产能周期底部 第三轮 硅料 周期 的爆发 使之前产能清退潮中生存下来的龙头企业获得了超额收益，根据 Infolink 产业链价格数据追踪来看，硅料环节在此轮周期中获得了绝大多数的产业链利 润，而这也吸引了大多数新玩家从其他环节甚至其他行业进入多晶硅制造，希望在产业 链利润中分一杯羹。 根据 国际太阳能光伏网统计， 计划在 2023 年底前完成产能投放的 厂商就已高达 12 家，而新玩家的进入也让曾经格局稳定的硅料行业，在此轮下行周期 中的格局变化中 成为 了最大的不确定因素。 新进入厂商的品质、成本是否能够达到先 进水平，后续产能是否会继续扩产，均成为了产业链需要重点追踪的数据。 2023年 08月 29日 P.9 请仔细阅读本报告末页声明 图表 8： 2021-2023 年 第三轮硅料周期中光伏产业链各环节毛利情况，单位：元 /W 资料来源： Infolink， 国盛证券研究所 二、 工艺路线 ： 仍以棒状硅为主，颗粒硅市占率逐步上升 2.1 改良西门子法棒状硅 1955 年德国西门子公司开发了在高温的硅芯上用氢气（ H2）还原三氯氢硅（ SiHCl3， TCS）的多晶硅沉积技术，即最初的西门子工艺。 第一代西门子法中有大量的四氯化硅 （ SiCl4）、氯化氢（ HCl）和氢气（ H2）等副产物。经过多年的发展，第三代西门子多 晶硅生产工艺已实现四氯化硅（ SiCl4， STC）闭路循环生产，即 “改良西门子工艺” 。 改良西门子工艺成熟，是目前生产多晶硅的主流工艺 。 改良西门子法 工艺优势： ➢ 规模化生产： 完全闭路的循环工艺， H2、 SiHCl3、 SiCl4和 HCl均循环利用 。 ➢ 沉积效率高： 钟罩式反应器的设计完善使高沉积率得以实现 。 反应器体积大，硅 芯根数多，气流能保证多硅棒均匀迅速生长 。 ➢ 品质稳定： 生产的多晶硅质量较高， 在稳定运行、参数配比良好的情况下产品 能 达到电子级 硅料水平 （ 9~11N） 。 改良西门子法 工艺劣势： ➢ 单次转换效率低，副反应多： 还原反应中会有大量 SiCl4、 HCl 等副产物产生，需 要在后续工艺中进行处理，增加了工艺流程 。 ➢ 设备要求高： 涉及氯硅烷的生产以及在相当高的反应温度下与盐酸的反应，这些 化合物除了有毒还具有腐蚀性，对生产设备的要求苛刻，需要合金等特殊材质 。 ➢ 生产 能耗高 ： 棒状硅是在钟罩式反应器中通过加热硅棒表面上沉积来生产的， 由 于该方法是一种间歇过程，需在反应器夹套中加入水或导热油冷却反应器，带走 大量的热 。因此，改良西门子法的生产能耗较高，其中主要以电耗为主。 2023年 08月 29日 P.10 请仔细阅读本报告末页声明 图表 9： 第一代西门子法， 无法循坏利用重要副产物 SiCl4 图表 10： 第三代改良西门子法，有效完成了 SiCl4 的氢化，实现大幅降本 资料来源： Ofweek， 国盛证券研究所 资料来源： Ofweek， 国盛证券研究所 2.2 硅烷流化床法颗粒硅 硅烷 流化床法自研发至今已有 50 余年历史，是利用硅烷热解并结合流化床技术来生产 粒状多晶硅的一种工艺。生产过程中，硅烷与氢气以一定速度从流化床反应器底部通入， 将从反应器上部加入的作为沉积载体的高纯硅颗粒（籽晶，直径为 0.2～ 0.6mm）导引 至流化状态。在反应器外部加热器的作用下，硅烷在高纯硅颗粒表面发生化学气相沉积 反应，使高纯晶种逐渐长大，从流化床底部取出大尺寸的颗粒产品，同时从上部源源不 断的补充硅晶种，以此可实现生产的连续化。 因此，从工艺角度看，硅烷流化床法颗粒 硅主要经过冷氢化、歧化反应（硅烷制备）、流化床反应等 3 个环节，相比改良西门子 法在工艺步骤上更简洁、高效。 图表 11： 硅烷流化床法颗粒硅工艺路线图 资料来源： 中国粉体网， 国盛证券研究所 2023年 08月 29日 P.11 请仔细阅读本报告末页声明 硅烷流化床法 工艺优势： ➢ 流程简单耗能更低 ： 整个工艺流程仅 3 步，追求单次转化 效率。流程中所需温度 低，因此生产电耗仅为 14.8度电 /kg。 ➢ 成本更低 ： 电耗优势、人工优势、厂房面积等优势带来了单位成本优势，同时因 为减少了破碎环节，助力应用端成本降低 19%。 ➢ 自动化优势 ： 颗粒状硅料具备非常强的流动性，加速应用端智能化升级，并为配 合后续 CCZ侧加料工艺提供原料匹配 。 ➢ 碳足迹优势： 能耗更低的硅料工艺具备更低的生产端排碳量，在未来碳足迹认证 中具备先发优势。 硅烷流化床法 工艺劣势： ➢ 应用端导入仍需过程 ： 目前主流拉晶厂商仍以棒状硅为原料，而在应用颗粒硅拉 晶时需要调整相关生产参数，从而造成潜在的应用风险，如单产率降低及断线率 提高等。 同时，颗粒硅拉晶应用时会遇到氢跳、挂灰等技术瓶颈，目前行业内已 通过改变单晶炉尺寸、改进拉棒方式等途径缓解。 ➢ 工艺渗透率存在瓶颈： 不论是硅料龙头企业还是 2023 年底前计划投产的新进企业， 选择的工艺基本都是改良西门子法棒状硅，而目前实现大规模商业化量产的颗粒 硅企业 仍较少 。因此，颗粒硅渗透率 的 提升存在局限性，短期内颗粒硅市占率取 代棒状硅 成为 主流路线 的概率不大 。 2.3 工艺对比：各具优势，颗粒硅 技术 具备 成本 潜力 2.3.1 从技术发展历史来看， 改良西门子法 更为成熟， 为目前主流生产技术 两种生产技术早在上世纪就已经问世。生产棒状硅的改良西门子法经过多次技术迭代， 成为主流的产品，目前国内大部分硅料企业采用改良西门子法作为主要生产技术。 2021 年棒状硅市占率为 95.9%。而颗粒硅由于产品质量等问题常年受到质疑，国内深 耕硅烷流化床法研究的头部硅料企业 为 协鑫科技。 2.3.2 经过头部企业的多年探索，硅烷流化床技术取得进步 杂质方面，如今的颗粒硅总金属杂质含量从最初的 40ppbw 已经下降到 1ppbw， 总金 属含量≤ 1ppbw 的硅料特级比例已达 75%，完全 满足棒状硅特技硅料的生产标准。领 军企业的试验数据显示，在不影响晶棒少子寿命等主要参数的前提下，颗粒硅已经可以 实现 100%纯投方式 。 2.3.3 从生产工艺和流程上看， 硅烷流化床法去除了改良西门子法的精馏、尾气处理、 破碎等步骤 硅烷流化床法生产主要经过冷氢化、歧化反应（硅烷制备）、流化床反应等 3 个环节， 改良西门子法主要经过冷氢化、精馏、还原炉氢化、破碎包装等 4个环节。冷氢气化部 分，两种工艺差异不大，都是将工业硅氯氢化为 SiHCl3 的工艺，主要的区别还是在后 端的精馏 +还原炉体系和歧化 +流化床体系，工艺上改良西门子法各环节已进化到几乎 极致水平，而硅烷流化床法仍存在进一步优化空间。 2023年 08月 29日 P.12 请仔细阅读本报告末页声明 图表 12： 改良西门子法和硅烷流化床法硅料生产原理对比 资料来源： 协鑫科技 2022 年中期业绩报告 ， 国盛证券研究所 分拆看各工艺环节后，我们认为颗粒硅主要优势在于成本，而棒状硅因多年的工艺 knowhow 积累，品质端数据依然优异。 （ 1） 主要反应物的制备： 硅烷比三氯氢硅更易分离，不需要复杂的精馏系统便可得到 纯净反应物。 二者的冷氢化环节相差不大，冷氢化 环节之后，改良西门子法需要经过多 次精馏才能够得到纯净的三氯氢硅，这主要是因为三氯氢硅的沸点是 31.8℃，在生产 过程中有大量杂质掺杂其中，想要得到纯净的三氯氢硅需要比较庞大的精馏系统。硅烷 流化床法的硅烷制备则可以通过歧化反应直接得到纯净的硅烷，这主要是因为硅烷的沸 点是 -112℃，其他反应产物很容易与其分离。 （ 2）核心反应环节 ：硅烷流化床法能耗更低 ，改良西门子法热能回收技术应用中 。 改 良西门子法是在还原炉里，加热硅芯，还原三氯氢硅，最后让高纯度的硅沉积在硅芯上， 其反应温度高达 1100℃左右 ，由于是高温反应带来的气相沉积效应，因此可以在还原 环节进行相应的热能回收从而降低部分能耗 。而硅烷流化床是在流化床反应器里从上面 加入晶种，还原硅烷，最后让 高纯度的硅附着在晶种上，长到一定大小后，就从下方的 出口 流出，其发生反应的温度在 600℃左右，能耗远低于改良西门子法。 图表 13： 改良西门子法核心设备：还原炉 图表 14： 硅烷流化床法核心设备：流化床反应器 资料来源： OFweek、 国盛证券研究所 资料来源： OFweek、 国盛证券研究所 2023年 08月 29日 P.13 请仔细阅读本报告末页声明 （ 3）反应后环节：硅烷流化床法不需要人工破碎即可包装。 西门子法生产出的硅棒大 约有 3 米多长，在还原炉中取出之后，需要破碎成块状硅才能够销售，在这个过程中不 仅容易引入杂质，而且还提高了人工成本。而硅烷流化床法生产出的颗粒硅本身就是具 备投入硅片制造生产的良好形态，无需人工破碎即可洁净包装。根据协鑫科技公司公告， 相较棒状硅，颗粒硅生产所需人力能够下降 60%。 （ 4）尾气 回收 处理：硅烷流化床法反应转化率超过 90%，无需进行尾气回收处理。 改良西门子法反应 的转化率约为 10%-20%，反应后剩下 80%以上还是原材料，需要 进行尾气处理并循环使用，因此尾气回收处理也是改良西门子法的重要环节。 （ 5）反应连续性：硅烷流化床法反应连续性高， 能够 提高生产效率。 流化床中，颗粒 硅生长到一定大小后，就从下方的出口 流出 ，不影响后续的反应。而改良西门子法为批 次生产，一次反应完成后，需要进行拆、装炉。 从金刚线切割技术对硅片环节市场格局的颠覆上就能够看出，光伏产业链中，在产品满 足下游生产要求的前提下，谁抓住“成本”，谁就是市场之王，这一结论放到未来也不 会变。但未来不同的是，除了“成本”以外，在全球越来越重视气候问题和碳排放的背 景下，“环保”成为另一个核心主题。因此， 我们认为颗粒硅兼具成本低与环保友好两 大特性，未来发展潜力巨大。 2023年 08月 29日 P.14 请仔细阅读本报告末页声明 三、供需情况：硅料 产能总体 过剩预期情绪浓厚 ， 但 N 型趋 势下高品质 低成本 产品短缺 3.1 光伏装机情绪高涨，需求刚性不改 梳理全球光伏发展历史，我们可以 将全球光伏发展历程总结为 2007-2012 的“政策补 贴期”， 2013-2018 的“逐步成长期”与 2019 至今平价上网实现后的“需求爆发期” 三个阶段。根据 BNEF 最新预测数据， 2023 年全球光伏新增装机量中观数据将超 350GW。 而根据 今年 中国地面电站项目加速启动、 欧洲 光伏 需求维持高景气状态、 美 国 IRA细则落地进一步刺激光伏电站项目落地等全球市场多点开花的态势判断 ， 我们认 为 2023 年光伏 市场将会比更乐观，我们认为全年光伏装机 将较 BNEF 中观预测的 350GW 上仍 存在 15%的上调空间， 很有希望超 400GW。而 随着光伏装机加速带来的 电网消纳等问题、后续国内光伏发展增速将放缓。因此，总体维持对光伏行业需求端的 看好情绪，我们 假设 2023 全年光伏装机 400GW，此后以 25%的 CAGR 增速的情况下， 以 1:1.26 的 装机 容配比， 2023/2024/2025 分别按单瓦 2.5/2.4/2.3g 的硅耗， 10%的光 伏产业链周转库存进行模拟测算，得出 2023整体 近 140万吨的硅料实际需求。 图表 15： 光伏装机量及装机实际所需硅料测算表 测算项目（单位） 2020 2021 2022 2023E 2024E 2025E 新增装机 (GW) 145 182 249 400 480 576 容配比 1.3 1.3 1.3 1.26 1.26 1.26 所需硅片 (GW) 188.5 236.6 323.7 504 604.8 725.76 硅耗（ g/w） 2.8 2.7 2.5 2.5 2.4 2.3 装机名义所需硅料预计（万吨） 53 64 81 126 145 167 产业链周转库存 10% 10% 10% 10% 10% 10% 装机实际所需硅料预计（万吨） 58 70 89 139 160 184 资料来源： BNEF， PV Tech， 国盛证券研究所 3.1.1 技术路线变革， N 型 硅料 是必然选择 光伏行业目前正在经历从 P 型 Perc 电池向 N 型电池过度的技术变革时代， 更高转换效 率的 N 型电池产品，尤其是 TOPCon 技术路线，对硅片、硅料的品质提出了更高的要 求。 复盘 Perc 电池在其市占率迅速提升阶段时，电池厂商在摸索对 P 型单晶电池 /硅片 的生产中，会尽量选用优质的硅料产品，控制这个原材料端的“变量”以排查出影响效 率、良率的工艺步骤。同理， 2023 年开始 N 型电池快速量产， 在 TOPCon/HJT/XBC 各 路线工艺还未完全成熟的情况下，电池厂会倾向用硅料品质最好的“ N 型硅料”作为其 控制原材料变量的手段。因此，我们认为未来三年都会是 N 型电池片快速提升市占率 的阶段，高品质 N型硅料将成为中短期内电池 /硅片厂商的必然选择。 3.2 硅料产能远大于实际需求，但 高品质多晶硅 有效产出 过剩幅度不大 3.2.1 现状：硅料总体产能 远 大于整体需求 由于硅料投产具有较长的产能投放周期及爬坡期，因此进入 2023 年下半年后，我们已 经可以根据公开市场信息对全年硅料产能产量做一个大致的判断。在统计了通威股份、 协鑫科技、大全能源、新特能源、东方希望、亚洲硅业等 9家老硅料企业及青海丽豪、 2023年 08月 29日 P.15 请仔细阅读本报告末页声明 江苏润阳等 6 家预计将于 2023 年底前投产的硅料新玩家 的产能后，国内全年名义产能 达到了 216.5 万吨，计算海外产能 后预计超 230 万吨， 远高于上文我们预计的 2023 年 实际硅料需求。 因此，从 2022 年开始，虽然当时硅料价格仍在持续上涨，但是市场普 遍认为硅料产能将从 2023年后供需逆转，对硅料整体走势持悲观态度。 图表 16： 2023 年末硅料企业产能统计（预测值，单位：万吨） 地区 硅料企业 是否新进厂商 2023 年末产能（万吨） 国内 通威股份 否 38 国内 协鑫科技 否 40 国内 大全能源 否 30.5 国内 新特能源 否 30 国内 二线厂商产能合计 否 42.5 国内 青海丽豪 是 15 国内 江苏润阳 是 5 国内 其余新进产能 是 25 国内合计 226 海外 Wacker 否 8 海外 OCI 否 4 海外 REC 否 1.8 海外 Hemlock 否 1.8 全球总计 241.6 资料来源： 立鼎产业研究网 ， 北极星太阳能光伏网 ， 新浪财经 ， CBC金属网 ， 国际太阳能光伏网 ， 北极星电力 网 ， 宁夏广电新闻中心 ， 内蒙古太阳能行业协会 ， 同花顺 ， 西宁市生态环境局 ， 中国电力网 ， 青海日报 ， 数字能 源网，各公司公告 ， 国盛证券研究所 3.2.2 思考： 2023 全年实际产出情况是否过剩？ 虽然全年产能已 超 240