自硅晶體的半導體特性被發現和運用之后，幾乎改變了人類的思維方式，一是光伏的發明將太(tai)陽光輻射能直接轉換為電(dian)能，二是制成(cheng)各種集(ji)成(cheng)電(dian)路。前者拓展了(le)清(qing)潔能源的邊界，而(er)后者的發明更是為現代信息奠定基礎。
近年來，由于受分布式光伏發展強勁帶動，國內硅晶體需求旺盛。我國多晶硅產能快速提升，2017年底產能接近35萬噸；自2014年開始，我國產能利用率極高，接近滿產；2016年全球多晶硅料產量為37萬噸，我國的產量占全球的52.43%為19.5萬噸，但仍進口14了萬噸。硅片產量63GW，占全球總產量 的91.30%；太陽能電池產量49GW，占全球總產量69GW 的71.01%；電池組件產量達到53GW，占全球總產量72GW 的73.61%。
引言：在上海自然博物館入口的一面墻上有這么一句話：“如果宇宙是答案，那么什么是問題？”不同世紀的巖層、多樣的生物以及人類走出非洲后的全球遷徙，原來我們花了100萬年才進入青銅時代，而現代科技的發展卻是加速度的幾何倍增長，我們就這樣從碳基時代悄無聲息的切換到了硅基時代。碳，驅動世界萬物生長，驅動機械的運動；硅，驅動著能源與計算，驅動高階進化。如果有一天，硅基文明將能源和計算合為一體，如果人類將被取代，那么，是否現在就該問問“什么是答案“。
一、硅產業鏈
人類走過石器時代、青銅時代、鐵器時代、蒸汽時代、電氣時代，在聚集和相互融合的過程中是一場曠日持久的信息積累與交互，聚集能量塑造文明。而人類的文明應該以什么來定義？也許有人認為是科技進步，或是科技進步后的經濟水平，從物質的角度來看，我覺得或許可以是材料。如果以工業革命來劃分，前兩次是煤炭與石油的應用，第三次人類社會的變革引領便是計算機，相對應的便是“碳時代”與“硅時代”。
自硅晶體的半導體特性被發現和運用之后，幾乎改變了人類的思維方式，一是光伏的發明將太陽光輻射能直接轉換為電能，二是制成各種集成電路。前者拓展了清潔能源的邊界，而后者的發明更是為現代信息奠定基礎。
來源：撲克財經
無論是光伏還是半導體，原料都離不開硅。地球上存在的硅是極為常見的一種元素，廣泛存在于巖石、砂礫、塵土之中，不過它極少以單質的形式在自然界出現，而是以復雜的硅酸鹽或二氧化硅的形式存在。硅在宇宙中的儲量排在第八位，在地殼中它是第二豐富的元素，構成地殼總質量的26.4%，僅次于第一位的氧（49.4%），因此硅元素的取得并不難。
工業硅又稱金屬硅，是由硅石和碳質還原劑在礦熱爐內冶煉成的產品，是制作多晶硅的原料。我國的工業硅在產能與產量方面都是全球第一，世界占比逾50%，且繼續呈上升趨勢。2016年我國的工業硅產能達到460萬噸，產能連續擴張，然而2016年產量僅為210萬噸，產能利用率低。此外，我國的工業硅生產集中程度不高，前10家工業硅企業產量只占到全國產量的34%左右。
來源：產業信息網
在工業硅的下游需求中，出口占到很重要的一部分，占比約30%，但由于西方國家對我國實行反傾銷，我國的工業硅出口效益低；其次鋁合金、有機硅和多晶硅是我國工業硅的主要下游應用。2014年時我國工業硅產量和需求量基本保持平衡，不過自2015年以來出現了供大于需的情形。
鋁合金和有機硅都是工業硅的下游應用，在這篇文章中我們主要闡述多晶硅這一分支。多晶硅的生產工藝其實就是硅的提純工藝，多晶硅料可分為電子級多晶硅料和光伏級多晶硅料，顧名思義前者進而生產集成電路而后者主要生產光伏材料。兩者的區別就在于電子級和光伏級的純度不同，且兩種硅料都有一二三級之分，第三級的純度最高。通常來說光伏級多晶硅純度為6-11N,電子級多晶硅為9-12N，N可以簡單理解為純度的表示。從純度上來說，光伏級多晶硅料是低于電子級的多晶硅料的，半導體工業用硅必須進行高度提純。半導體多晶硅一直以來都是高新技術材料，制造難度高，我國技術很難達到，因此被歐美日所壟斷。而歐美又用幾十年的電子級多晶硅提純技術來發展太陽能級多晶硅，比我們具有先天的技術優勢。2016年全球的多晶硅產量為37萬噸，中國占比52.7%為19.5萬噸，而國內的硅片產能占全球的70%，因此仍有40%左右的硅料需要通過進口來補充。
多晶硅料通過鑄錠形成多晶硅錠，或者通過拉晶形成單晶硅棒，然后切片制作成硅片。硅產業鏈比較復雜，可以簡單的理解為多晶硅片和單晶硅片是平行關系，不過單晶硅片的性能要遠優于多晶硅片，兩者的差異主要表現在物理性質方面。例如，在力學性質、光學性質和熱學性質的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學性質方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著；單晶硅片被稱為“世界上最純凈的物質”。
中國的多晶硅工業起步于20世紀50年代，60年代中期實現了產業化，到70年代，生產廠家曾經發展到20多家。但由于工藝技術落后，環境污染嚴重，消耗大，成本高等原因，絕大部分企業虧損而相繼停產或轉產。到目前為止，國內有多晶硅生產條件的單位有洛陽中硅高科技有限公司、峨嵋半導體材料廠（所）、四川新光硅業科技有限責任公司、亞洲硅業（青海）有限公司4家企業。
二、光伏行業里的硅
2.1全球光伏行業的發展畫片
早在1990年德國就提出了“2000個光伏屋頂計劃”，德國擁有世界上最成熟的光伏市場，2009年光伏裝機總量為全球第一。全球光伏發展更上一個臺階則是在2000年，全球光伏安裝總量為1000MW，標志著太陽能時代的開始。
在國內，2001年推出了“光明工程計劃”，2009年開展“金太陽”工程，2010年啟動了國內太陽能發電市場。這一系列的進步是我國光伏行業的第二次跳躍，主要是受到國際大環境的影響、政府項目的拉動，而第一次跳躍是在20世紀80年代以引進多條太陽能電池生產線為標志。不過，在中央財政撥付了大量資金用于節能降耗和推動可再生能源的發展的同時，光伏行業出現了嚴重的騙補問題。“金太陽”工程補貼給“項目投資者”一筆達到項目總投資50%的資金，而這50%的資金在項目投建前一般就會預支其中的70%，剩余30%在完工后支付。這一優厚的待遇就造成了“項目投資者”實際建設的電站規模與申報規模根本不符，或是在建設上以次充好，甚至不去考慮以后并網發電是否可行，一切所謂的光伏項目僅僅都是為了套取補貼。
在2006年，歐洲國家就有3.2GW的光伏裝機容量，明顯高于同期美國的0.4GW和日本的1.6GW。由于歐洲的先發優勢，從2008至2013年間，歐洲國家的光伏裝機總量的全球占比始終維持在60%左右，直至2012年歐洲的光伏行業一直維持著高技術、高增長的態勢。2012年之后，全球的光伏市場格局改變，老牌光伏強國新裝機量出現低增長，但依然在累計裝機量上保持優勢。新興光伏國家在2012年后開始蓄力，2016年我國的新增光伏裝機量達到了34.54GW，同比增長126.31%;美國也在2012年出現爆發增長，當年的新增裝機量同比為135%，而后趨于穩定，2106年為同比增加80%。
2.2我國為什么要發展光伏
首先，為了順應能源結構的改變。發展清潔能源是保護環節的必要手段，我國正在由以煤炭為主的能源結構向多種能源并存的結構轉變，其中清潔能源比例逐漸提升。除此之外，能源結構多元化有利于國家能源安全。
其次，分布式電源并網有利于電網的進一步完善。分布式電源主要是接入配電網，而分布式電源的并網，一定會要求配電網做出一定的改變，以保證將電能可以經濟安全地供給負荷工作，從而對配電網進行升級改造，這無疑對整個電網系統堅強可靠性的提高有著很重要的助推作用。
最后，推動儲能模式的改變。電網是只有輸電功能而沒有儲電功能的，多余的發電量沒有足量使用的話就會出現“棄電”。而分布式的家庭光伏會是儲能發展的良好模式，在發電高峰時將富裕電量充入電池，發電低谷時釋放供應負載，起到削峰填谷的作用。其實特斯拉的powerwall就是一個很好的太陽能+儲能的例子。
2.3中國光伏行業的發展潛力
2016年11月我國推出的“太陽能發電發展‚十三五?規劃”指出到2020年太陽能發電裝機達到1.1億千瓦以上，其中分布式光伏6000萬千瓦以上，而目前截至2017年末最寬泛口徑統計下的分布式光伏項目僅為10GW，我國的光伏發展有巨大的空間。
2016年底，發改委分資源區降低了2017年光伏電站的標桿上網電價，同時明確，光伏標桿電價根據成本變化情況每年調整一次。按規定，2017年1月1日前備案并納入2016年財政補貼規模管理的光伏發電項目，于6月30日前裝機并網，執行2016年光伏發電上網標桿電價和補貼標準。各光伏企業為了享受2015年的光伏上網電價，爭先在6月底前建成光伏電站并網。受此帶動，光伏企業迎來一波“搶裝潮”。
2017年上半年，光伏行業由于“6.30”搶裝，上半年新增裝機24.4GW，同比增長9%，其中分布式光伏7.11GW，同比增長2.9倍。而三季度搶裝結束后，光伏裝機熱度不減，截至三季度末，中國光伏新增裝機容量達43GW，已超過去年全年裝機容量。其中光伏電站27.7GW，同比增加3%；分布式光伏15.3GW，同比增長近4倍。2017全年新增裝機53.06WG，繼續保持穩步增長勢頭。
在光伏的整個產業鏈中的各環節，我國的產量基本都達到了全球產量占比的一半，是名副其實的光伏生產國。由于受分布式光伏發展強勁帶動，國內硅晶體需求旺盛。我國多晶硅產能快速提升，2017年底產能接近35萬噸；自2014年開始，我國產能利用率極高，接近滿產；2016年全球多晶硅料產量為37萬噸，我國的產量占全球的52.43%為19.5萬噸，但仍進口14了萬噸。硅片產量63GW，占全球總產量的91.30%；太陽能電池產量49GW，占全球總產量69GW的71.01%；電池組件產量達到53GW，占全球總產量72GW的73.61%。
然而，在上述數據中還是可以發現，在光伏產業鏈中，我國多晶硅料的自給率相較于其他環節較低，整個光伏產業鏈呈現“兩頭大，中間小”的特點。值得欣慰的是中國光伏“兩頭在外”的局面已經得到大幅度的改善，產業鏈各環節生產規模全球占比均超過50%，繼續位居全球首位。近年來我國的多晶硅自給率也逐漸上升，2016年自給率超過50%，光伏電池組件出口約21.3GW，國內新增光伏裝機容量約34.54GW，光伏電池組件產量的自我消化率已經超過50%。
2.4光伏行業的前景：硅片成本降低，經濟效益逐漸顯現
我國是世界上主要的硅片生產國，在全球的前十大硅片生產商中，中國的生產商占據絕對優勢，2016年其全球硅片的全球占比為73.4%。
來源：新時代證券
2018年光伏硅片的供需情況
硅業分會認為2018年國內多晶硅產能擴張將達到新的高點，新增產能約12-13萬噸/年，達到40萬噸/年，同比大幅增長45%，但是絕大部分產能可能要到下半年才會釋放。因此預計2018年國內產量大約在26-28萬噸，進口量將維持在13-15萬噸左右，故2018年國內總供應量約39-43萬噸。需求方面，硅業分會預計2018年全球裝機量可能呈現低速增長。其中，國內光伏裝機容量在經歷歷史高點后將于2018年可能略有縮減，預計2018年全球100-110GW、國內50-55GW的裝機量，硅片電池片等將進入重建庫存階段，預計2018年國內硅片產量在90-100GW，多晶硅消耗量在36-40萬噸。預計2018全年基本上供需平衡，特別是上半年，而下半年出現供大于求的失衡狀態。但從產品線來看會出現分化，單晶硅或緊張，產品價格出現明顯差距。
來源：硅業分會
光伏的技術路線開始轉變，單晶硅比例提高；硅片成本下降，平價上網正在加速實現。在光伏產業的主要制造環節中，上游的多晶硅、硅片毛利率仍處于較高水平，因此多晶硅和硅片的國產化水平需快速提高。從對重點公司的毛利率統計來看，光伏產業鏈上游的多晶硅料、硅片環節，平均毛利率在40~50%左右，中下游的電池片、組件的平均毛利率在8~15%左右。
來源：華創證券
過去光伏多使用多晶硅片，因為多晶硅片的價格比單晶硅片的價格更具有優勢，不過從轉換效率上來看，常規多晶量產轉換效率在18.8%，而常規單晶效率在20-20.2%。單晶環節可以通過提高拉速、連續投料等技術提高單位產出降低單位成本，多晶則由于金剛線切片需在電池片環節解決制絨問題，目前尚未完全應用。
根據中國電子信息產業發展研究院預測，2025年單晶硅片的市場份額將達到50%。2015年以來，單晶由于硅片端金剛線切片的導入實現了成本的快速下降，因而市場滲透率在不斷攀升，2016年光伏單晶滲透率27%，2017上半年光伏單晶滲透率就達到了35%。2017年，單晶硅片的產銷率基本為100%。從需求與供給來看，2017年單晶硅片需求為35億片，而2017年單晶硅片產能為36億片。單晶硅片產品搶手，尚未完全擺脫供不應求的局面。但單晶硅片產能擴張迅猛，2018年底，單晶硅片產能達64.6-68.6億片，產能將不再是限制單晶硅片發展的因素。單晶硅片與多晶硅片的競爭以及單晶硅片產商之間的競爭將會加劇，單晶硅片的高毛利率將難以維持。但與此同時，擁有技術優勢和成本優勢的企業將會在競爭中處于主動地位。
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