顆粒硅行業(yè)分析：低成本+滲透率提升的細(xì)分硅料賽道

1、顆粒硅行業(yè)分析：低成本+滲透率提升的細(xì)分硅料賽道1.應(yīng)用端：顆粒硅可實(shí)現(xiàn)30-40%比例摻雜，預(yù)計(jì)未來可實(shí)現(xiàn)50%比例摻雜1.1 產(chǎn)品指標(biāo)：目前協(xié)鑫和天宏兩家顆粒硅已滿足太陽能硅料特級(jí)國家標(biāo)準(zhǔn)顆粒硅在金屬雜質(zhì)，碳?xì)溲鹾?，施受主濃度上均已達(dá)太陽能硅料特級(jí)國標(biāo)要求。國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求多晶硅產(chǎn)品首先滿足體雜、表雜金屬含量，以避免了重金屬雜質(zhì)形成的強(qiáng)復(fù)合中心對電池片電學(xué)性能的致命影響。其次，碳、氧濃度的滿足讓顆粒硅能減少二次缺陷的引入且有利于后續(xù)的生產(chǎn)控制。從目前數(shù)據(jù)來看，保利協(xié)鑫、天宏的顆粒硅碳濃度在0.4ppma以下，總金屬雜質(zhì)平均濃度在10ppbw以下，滿足對應(yīng)特級(jí)太陽能硅料國家要求。與電子I級(jí)

2、西門子法多晶硅產(chǎn)品相比，顆粒硅的金屬雜質(zhì)和碳含量上限仍有一定差距：顆粒硅體雜和表雜水平上限在10-15ppbw左右，而電子I級(jí)多晶硅產(chǎn)品則在7ppbw以內(nèi)，高于顆粒硅。同樣的差距也存在于碳含量，如顆粒硅碳含量上限約0.4ppma，電子I級(jí)多晶硅產(chǎn)品要求在0.02ppma以內(nèi)；以上對比表明顆粒硅質(zhì)量較西門子法電子I級(jí)多晶硅產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)仍有一定差距。1.2 下游使用：拉晶過程中摻雜使用，比例30-40%顆粒硅主要作為復(fù)投料摻雜使用：目前顆粒硅在總用料中成熟摻雜占比約為30-40%。摻雜比例過高會(huì)引起摩擦成粉現(xiàn)象，影響大規(guī)模生產(chǎn)的成晶率問題；此外顆粒硅還存在氫跳問題，具體指顆粒硅表面吸附氫氣，未充分加熱

3、的情況下接觸硅液引起的濺硅，可能污染硅棒使其成晶率降低；上述問題未來有望通過改變投料方式和調(diào)整熱場控制得到解決。顆粒硅摻雜可提升裝填效率。摻雜50%顆粒硅與完全使用塊裝料相比，裝填時(shí)間可節(jié)省41，同時(shí)增加29的裝填量，即相同時(shí)間內(nèi)裝填效率提升一倍以上。保利協(xié)鑫與晶澳簽訂顆粒硅采購長單：晶澳將于未來5年向協(xié)鑫采購總計(jì)14.58萬噸顆粒硅，顆粒硅進(jìn)一步獲得下游客戶的認(rèn)可。保利協(xié)鑫與下游客戶陸續(xù)簽訂采購長單：保利協(xié)鑫與隆基、中環(huán)、上機(jī)、晶澳、雙良等下游客戶簽訂硅料采購長單，總供應(yīng)量68.46萬噸，年均供應(yīng)量22.82萬噸；其中，隆基、中環(huán)、雙良采購產(chǎn)品中明確包含顆粒硅產(chǎn)品，晶澳將于未來5年向協(xié)鑫采購

4、總計(jì)14.58萬噸顆粒硅；而上機(jī)則將與保利協(xié)鑫共建30萬噸顆粒硅產(chǎn)能。下游客戶長單采購表明了顆粒硅進(jìn)一步獲得認(rèn)可。1.3 22年顆粒硅潛在市場需求有望達(dá)22萬噸顆粒硅行業(yè)總市場：以2022年全球光伏裝機(jī)量220GW+1.15倍容配比+每GW組件需硅料0.285萬噸+顆粒硅摻雜比例占30測算，顆粒硅潛在總市場規(guī)模約22萬噸。同時(shí)隨著未來顆粒硅生產(chǎn)技術(shù)和使用方法的進(jìn)步，可以預(yù)期顆粒硅未來摻雜比例將有望提高到50%，若2022年達(dá)到則顆粒硅行業(yè)潛在總市場有望達(dá)到36萬噸。2.成本端：低還原電耗帶來成本優(yōu)勢，預(yù)計(jì)未來顆粒硅生產(chǎn)成本可降至25元/kg以內(nèi)2.1 顆粒硅&西門子法工藝流程比較成本差異主要由

5、工藝流程不同導(dǎo)致，顆粒硅較西門子法的不同之處主要在硅烷制備及還原環(huán)節(jié)。改良西門子法的還原原料為三氯氫硅，在1100度的條件下與氫氣在還原爐里反應(yīng)，生成高純多晶硅，單次轉(zhuǎn)換效率約為18-25%。硅烷流化床法的還原原料為硅烷，因此需要增加硅烷制備步驟，后續(xù)硅烷氣在700度的條件下加熱分解，生成高純多晶，單次轉(zhuǎn)換效率在95以上。2.2 顆粒硅單位生產(chǎn)成本約32元/kg，較優(yōu)秀西門子法低22，電力成本為差距主要原因工藝流程不同帶來成本差異。據(jù)保利協(xié)鑫公告，當(dāng)前顆粒硅生產(chǎn)成本較同等條件下的西門子法降低30%左右，而二線西門子法成本較一線高8%左右，因此可大致推斷協(xié)鑫顆粒硅成本較優(yōu)秀西門子法低22%左右，

6、大致在32元/kg（優(yōu)秀西門子法在41元/kg）。假設(shè)電價(jià)0.25元/kWh，單位人工成本&折舊年限相同，其他材料&其他費(fèi)用比西門子法優(yōu)秀水平高8%，則顆粒硅的單位電力、人工和折舊成本分別為4.5、1.5、4.4元/kg，較西門子法的11.6、2.9、6.3元/kg分別低61、48、29。顆粒硅單位電力成本較西門子法低約7元/kg，是造成二者成本差距最主要的原因。顆粒硅單位成本中綜合電耗較改良西門子法低70：綜合電耗為生產(chǎn)單位多晶硅產(chǎn)品所耗用的全部電力。目前已實(shí)現(xiàn)的量產(chǎn)硅烷硫化床法的綜合電耗普遍在18-20kwh/kg-Si（協(xié)鑫已降至18以下） ，較西門子法生產(chǎn)多晶硅的平均綜合電耗 66.5

7、 kWh/kg-Si低約70%。其中還原電耗低是造成硅烷硫化床法綜合電耗低的主要原因。顆粒硅單位產(chǎn)品還原電耗遠(yuǎn)低于改良西門子法：目前顆粒硅的還原電耗在3-9KWh/kg-Si，大幅低于西門子法的平均還原電耗49KWh/kg-Si。西門子法還原過程中，三氯氫硅的還原溫度在1100+單次還原效率在20左右，造成加熱所需能耗高+物料多次循環(huán)、精餾，電耗處于較高水平。而硅烷熱分解沉積的單次轉(zhuǎn)化效率在95以上，且反應(yīng)溫度低于800，帶來了電耗的下降。2.3 較低Capex使顆粒硅單位折舊成本較改良西門子法低29顆粒硅的單位投資強(qiáng)度低：以2020年新疆大全和四川永祥的數(shù)據(jù)為例，改良西門子法的capex約8

8、億元/萬噸。而顆粒硅單位投資額每萬噸約7億元。較少的精餾裝置、還原設(shè)備和較低占地面積是顆粒硅capex低的主要原因。精餾裝置方面，受硅烷流化床法原料制備時(shí)副反應(yīng)較少影響，顆粒硅所需精餾裝置約1.1套/萬噸，較西門子法的3.1套/萬噸大幅降低。還原裝置方面，而顆粒硅所需流化床最新為3臺(tái)/萬噸，西門子法則需要還原爐17.1臺(tái)/萬噸。主要由于硫化床單臺(tái)產(chǎn)能在3000噸/年以上，遠(yuǎn)高于西門子法還原爐單臺(tái)產(chǎn)能650噸/年，規(guī)模效應(yīng)帶來投資額下降。此外，顆粒硅轉(zhuǎn)化率高，裝置占地面積不到西門子法的60%，也是其投資額低的原因之一。2.4 未來顆粒硅生產(chǎn)成本有望下降至25元/kg以下，還將低于西門子法成本顆粒

9、硅未來生產(chǎn)成本可達(dá)24元/kg：隨著顆粒硅的能耗節(jié)約，生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)步，智能化生產(chǎn)水平提高，預(yù)期未來顆粒硅單位生產(chǎn)成本中的電耗將下降至10kwh/kg，蒸汽將下降至20kg/kg-Si，單位折舊隨著規(guī)模擴(kuò)大、capex的減少將下降至2元/kg，單位產(chǎn)量直接人工由于自動(dòng)化+規(guī)模效應(yīng)下降至0.8元/kg。并且隨著未來耗材和能源價(jià)格的變動(dòng)，預(yù)期生產(chǎn)成本能夠達(dá)到25元/kg以下。而目前西門子法的成本目標(biāo)為20-30-40元/kg，即未來生產(chǎn)成本有望下降至30元/kg。從這個(gè)維度看，在未來較長一段時(shí)間范圍內(nèi)，兩種技術(shù)的成本均會(huì)下降，而顆粒硅的生產(chǎn)成本還將低于西門子法。3.供給端：協(xié)鑫產(chǎn)能加速放量+專利壁壘難破，預(yù)計(jì)將使行業(yè)中期保持較優(yōu)競爭格局3.1 隨保利協(xié)鑫新增產(chǎn)能投產(chǎn)，22年底全國顆粒硅產(chǎn)能將達(dá)到23.8萬噸此前顆粒硅產(chǎn)能僅有保利協(xié)鑫的1萬噸（11月10日新增2萬噸投產(chǎn)）和陜西天宏的1.8萬噸，22年隨協(xié)鑫徐州3萬噸+樂山一期10萬噸+包頭一期6萬噸新增產(chǎn)能投產(chǎn)，預(yù)計(jì)22年國內(nèi)顆粒硅有效產(chǎn)能可達(dá)9萬噸。至22年底，全國顆粒硅產(chǎn)能有望達(dá)23.8萬元/噸（協(xié)鑫21萬噸+天宏1.8萬噸），推動(dòng)行業(yè)滲透率提升。3.2 專利壁壘將使行業(yè)維持以協(xié)鑫和天宏為主的較優(yōu)競爭格局專利壁壘決定了顆粒硅行業(yè)短期內(nèi)難以