改良西門子法是多晶硅生產(chǎn)的主流工藝。硅烷流化床法雖在原理上具有很大的成本削減潛力，但因技術不成熟，目前尚無成本優(yōu)勢；未來隨著技術的革新，其市場份額將呈現(xiàn)緩慢增長。
目前，國內(nèi)外企業(yè)生產(chǎn)多晶硅的成本結構不同，海外企業(yè)因人工成本高，在競爭中不具有優(yōu)勢。多晶硅生產(chǎn)成本的壓縮源于用電成本的下降、原材料成本的削減、設備投資額的減少及人工成本的降低，預計至2025年末，多晶硅生產(chǎn)的現(xiàn)金成本存在13%~20%的下降空間。
太陽能光伏發(fā)電，是指通過光電效應，使太陽光直射至光伏材料表面而產(chǎn)生電流直接發(fā)電的過程。光伏發(fā)電可分為晶硅材料發(fā)電和薄膜材料發(fā)電。目前，晶硅材料發(fā)電在我國的市場份額超過99%。
光伏（晶硅）產(chǎn)業(yè)鏈自上而下可分為光伏級多晶硅（以下簡稱“多晶硅”）生產(chǎn)、鑄錠與切片、電池與組件制造、電站建設與運營四個行業(yè)節(jié)點，涵蓋化工、機械、電力等多個領域。本文將從歷史沿革與價格走勢、生產(chǎn)工藝與成本控制等角度出發(fā)，分析光伏（晶硅）產(chǎn)業(yè)鏈的最上游節(jié)點：多晶硅生產(chǎn)。
一,多晶硅的歷史沿革和價格走勢
多晶硅價格走勢在不同歷史時期表現(xiàn)不同。2013年前，多晶硅價格在供需經(jīng)常性錯配的影響下大幅波動。但2013年后隨著市場出清引發(fā)的供需再平衡，多晶硅價格的波動幅度明顯減緩，價格出現(xiàn)穩(wěn)定區(qū)間。
多晶硅的專用性極強，下游光伏電站的供需變動對多晶硅的市場價格具有決定性影響。多晶硅的價格走勢曾隨著光伏發(fā)電景氣度的變化，出現(xiàn)大起大落。但自2013年起，隨著多晶硅落后產(chǎn)能被相繼淘汰，供需出現(xiàn)新的平衡點，多晶硅市場價格基本穩(wěn)定在13美元/千克~22美元/千克的區(qū)間內(nèi)，具體而言：
1950~1980年，我國多晶硅處于科學研究階段，研究成果主要應用于航天領域，國家尚未提出相關的行業(yè)扶持政策。受產(chǎn)品用途限制，多晶硅價格缺乏指導意義。
1981~2003年，我國多晶硅行業(yè)開始緩慢發(fā)展，后期多晶硅市場價格穩(wěn)定。1981年，“第六個五年規(guī)劃”正式將太陽能在內(nèi)的可再生能源納入國家科技政策體系，并安排了專項科研經(jīng)費。在該時期，中國引進了多條光伏電池生產(chǎn)線，產(chǎn)能從八十年代初期的幾百千瓦提升到4.5兆瓦。其中，2000~2003年，光伏級多晶硅需求增長平緩，價格穩(wěn)中有升，但基本維持在20~30美元/千克。
2004~2008年10月，受歐洲光伏市場興起影響，全球多晶硅需求暴漲，市場價格出現(xiàn)飆升。2004年后，隨著德國頒布上網(wǎng)電價法，歐洲光伏市場興起，光伏發(fā)電需求迅速增長。但由于供給端無法及時響應擴充產(chǎn)能，市場出現(xiàn)供不應求，多晶硅價格迅速上升。2005~2006年，多晶硅短缺成為制約光伏行業(yè)發(fā)展的最主要因素。2005年，多晶硅價格漲至65~70美元/千克，2006年則超過200美元/千克。
此時，大量資本涌入多晶硅行業(yè)，但受投產(chǎn)周期影響，新增產(chǎn)能無法迅速滿足需求增長，多晶硅供不應求的狀況更加嚴峻，市場價格出現(xiàn)飆升。2007~2008年上半年，多晶硅交易價格已達400~450美元/千克。此時，中國光伏企業(yè)仍集中于電池制造環(huán)節(jié)，而產(chǎn)業(yè)附加值較高的多晶硅生產(chǎn)與光伏電站運營均被國外廠商占領，我國光伏產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)“兩頭在外”的格局。
2008年10月~2010年初，多晶硅市場價格因全球金融危機影響出現(xiàn)暴跌。2008年金融危機爆發(fā)，2009年歐債危機爆發(fā)，發(fā)達國家經(jīng)濟增速放緩，對新能源補貼的力度有所減弱。德國政府于2008年下調(diào)了光伏上網(wǎng)電價；2009年，歐洲新增裝機規(guī)模同比增速由282.16%下滑至2.19%。受制于前期產(chǎn)能的集中釋放，多晶硅從供不應求開始轉向產(chǎn)能過剩。至2010年初，多晶硅市場價格跌至50美元/千克左右。
2010年初~2012年，多晶硅價格在反彈后，再次出現(xiàn)斷崖式下滑。歐美市場受金融和債務危機的影響最為直接，導致光伏產(chǎn)業(yè)的景氣度陷入低谷。為了應對外部環(huán)境變化，中國加快了實體經(jīng)濟的發(fā)展，而光伏行業(yè)作為一項戰(zhàn)略性新興行業(yè)，被給予充分重視，各地紛紛興建光伏產(chǎn)業(yè)園生產(chǎn)光伏產(chǎn)品，導致光伏組件供應量提升，價格大幅下跌，直至降幅超過了歐洲光伏電價補貼的下降幅度，使得光伏電站運營商的盈利空間上升，投資熱情回暖，再次拉升了多晶硅的市場需求。
至2011年中期，國際多晶硅價格回升至約75美元/千克。但是，自2010年起新建的產(chǎn)能規(guī)模過大，待2012年初投產(chǎn)后，導致行業(yè)供需格局迅速惡化，多晶硅市場價格自2011年的高點跌至2012年的低點（約16美元/千克）。多晶硅行業(yè)在經(jīng)歷了此輪洗牌后，不具有成本優(yōu)勢的企業(yè)被大量淘汰。
2013年至今，隨著市場出清，多晶硅市場價格相對穩(wěn)定。2013年，隨著市場出清，落后產(chǎn)能被逐步淘汰，加之中國光伏裝機規(guī)模的迅速增長，光伏行業(yè)景氣度略有上升，多晶硅價格在13美元/千克~22美元/千克的區(qū)間內(nèi)徘徊。
短期，多晶硅的市場價格低于12美元/千克（現(xiàn)金成本）的可能性很小，同時受到“搶裝潮”影響可能出現(xiàn)脈沖式波動；長期，多晶硅均衡價格將由社會平均生產(chǎn)成本決定，在技術進步和政策引導等因素的影響下，預計至2025年，仍有20%左右的下降空間。
多晶硅的市場價格是供需關系、競爭格局、成本控制、行業(yè)政策等因素共同作用的產(chǎn)物。就多晶硅的短期價格走勢來看，考慮到國內(nèi)外主流多晶硅供應商的現(xiàn)金成本，我們推測，短期內(nèi)多晶硅市場價格低于12美元/千克的可能性很小。此外，受“搶裝潮”影響，多晶硅需求在某一特定時期內(nèi)可能出現(xiàn)脈沖式增長，直至“搶裝潮”過后，其市場價格將再次回歸平衡水平。
就多晶硅的長期價格走勢來看，其仍存在一定的下降空間。
首先，多晶硅需求的增長速度可能低于預期，行業(yè)產(chǎn)能過剩或將更加明顯；
其次，多晶硅的生產(chǎn)成本仍存在下降空間，預計未來10年我國多晶硅生產(chǎn)的現(xiàn)金成本將存在13%~20%的下行預期；
最后，全球光伏（晶硅）產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展路徑趨同，即“政府補助推動企業(yè)創(chuàng)新、企業(yè)創(chuàng)新推動降本增效、降本增效引起補助降低、補助降低再次促使產(chǎn)業(yè)升級，直至實現(xiàn)與火電的平價上網(wǎng)”，而多晶硅價格下降是實現(xiàn)上述目標的先決條件。
因此，多晶硅均衡價格將由社會平均生產(chǎn)成本決定，在技術進步和政策引導等因素的影響下，預計至2025年，仍有20%左右的下降空間。
二,多晶硅生產(chǎn)的工藝流程及成本控制
1、多晶硅生產(chǎn)的工藝流程
改良西門子法是多晶硅生產(chǎn)的主流工藝。硅烷流化床法雖在原理上具有很大的成本削減潛力，但因技術不成熟，目前尚無成本優(yōu)勢；未來隨著技術的革新，其市場份額將呈現(xiàn)緩慢增長。
多晶硅的生產(chǎn)方法主要有改良西門子法和硅烷流化床法兩種，改良西門子法是當前多晶硅生產(chǎn)的主流工藝。全球主要多晶硅生產(chǎn)企業(yè)中，除挪威REC集團外，均完全或主要采用改良西門子法。
具體而言，改良西門子法主要包括以下步驟：（1）工業(yè)級硅料的冶煉與提純；（2）三氯氫硅的生成與精餾；（3）光伏級多晶硅的還原制備；（4）尾氣的分離與再利用；（5）冷氫化：將副產(chǎn)物四氯化硅與氫氣及硅粉反應重新生成三氯氫硅返回循環(huán)。
硅烷流化床法生產(chǎn)多晶硅的原料并非三氯氫硅，而是硅烷氣。其工藝流程是將硅烷氣通入裝有硅籽晶的流化床內(nèi)進行連續(xù)熱解。經(jīng)還原的硅烷氣在流化床內(nèi)的硅籽晶表面不斷沉積，進而形成顆粒硅。隨著生產(chǎn)的推進，顆粒硅從流化床底部不斷排出，而硅籽晶則從流化床頂部加入。
從兩種工藝的對比來看，硅烷流化床法在原理上具有很大的成本削減潛力。首先，硅烷流化床法化學反應轉化率高，物料利用充分，有利于減少循環(huán)次數(shù)、削減生產(chǎn)成本。其次，硅烷流化床法是一個連續(xù)的生產(chǎn)過程，而改良西門子法是一個非連續(xù)的生產(chǎn)過程，連續(xù)生產(chǎn)能夠降低能耗。此外，硅烷流化床法生產(chǎn)的顆粒硅可加大鑄錠環(huán)節(jié)的填料量。由于顆粒硅較改良西門子法生產(chǎn)的多晶硅塊更加致密，其可增加約30%的坩堝填料量，故可降低鑄錠環(huán)節(jié)的現(xiàn)金成本。
但是，硅烷流化床法在實踐中較改良西門子法尚無成本優(yōu)勢。目前，硅烷流化床法存在安全隱患大、技術不成熟、控制難度高、產(chǎn)出的顆粒硅過于致密反而容易擠碎坩堝等缺點，導致其實際現(xiàn)金成本較改良西門子法不具有優(yōu)勢。2016年四季度，挪威REC集團利用硅烷流化床法生產(chǎn)多晶硅的現(xiàn)金成本為11.20美金/千克，而江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司（以下簡稱“中能硅業(yè)”）、新特能源股份有限公司（以下簡稱“新特能源”）、新疆大全新能源股份有限公司（以下簡稱“新疆大全”）采用改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的完全成本分別僅為11.88美金/千克、11.15美金/千克、11.40美金/千克。
即使與同樣受人工成本制約的其他海外企業(yè)相比（如采用改良西門子法的德國瓦克化學2016年現(xiàn)金成本為10.48美金/千克，按照2016年美元兌人民幣中間價均值折算），其現(xiàn)金成本仍處于較高水平。因此，在現(xiàn)有的技術水平下，硅烷流化床法的成本優(yōu)勢無法得以體現(xiàn)，這也是其在業(yè)界市場份額很低的重要原因。
中債資信認為，未來如無重大技術突破，改良西門子法作為多晶硅生產(chǎn)主流工藝的地位不會改變。多晶硅生產(chǎn)企業(yè)將以合作研究或小幅投產(chǎn)等方式對硅烷流化床法的成本削減潛力進行探究，以增加其奪取成本先機與產(chǎn)品提質的機會。
目前，國際上以硅烷流化床法生產(chǎn)的多晶硅的市場份額約為5%，而我國采用硅烷硫化床法生產(chǎn)多晶硅的企業(yè)主要包括：中能硅業(yè)（已試投產(chǎn)5000噸硅烷流化床生產(chǎn)線）、天宏瑞科硅材料有限責任公司（截至2016年9月末尚未完成流化床新產(chǎn)線的投資），其他生產(chǎn)商仍以改良西門子法作為多晶硅生產(chǎn)的首選方法，對硅烷流化床法仍持觀望態(tài)度。
只有待行業(yè)領跑者積累了大量技術數(shù)據(jù)后，硅烷流化床法的市場份額才可出現(xiàn)明顯增長。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，截至2016年末，我國以硅烷流化床法生產(chǎn)的多晶硅產(chǎn)品的市場份額僅為2%（不含物理冶金法）。未來隨著技術的革新，其市場份額將呈現(xiàn)緩慢增長。
2、多晶硅生產(chǎn)的成本控制
多晶硅專用性極強，下游光伏電站上網(wǎng)電價的下調(diào)將對光伏新增裝機的需求產(chǎn)生深刻的影響，并傳到至上游多晶硅領域。同時，多晶硅對下游產(chǎn)品價格波動的適應性差，只有通過控制生產(chǎn)成本，方能提升企業(yè)對市場風險的抗性。
國內(nèi)外企業(yè)生產(chǎn)多晶硅的成本結構不同，海外企業(yè)人工成本高，在成本競爭中國內(nèi)企業(yè)更有優(yōu)勢。
我們選取了三家國內(nèi)樣本企業(yè)（中能硅業(yè)、新特能源、新疆大全）及一家海外樣本企業(yè)（德國瓦克化學），分析國內(nèi)外多晶硅生產(chǎn)的成本水平及成本構成情況。上述四家企業(yè)2015年多晶硅累計產(chǎn)量達16.13萬噸，占全球多晶硅總產(chǎn)量的近50%，具有較好的代表性。截至2015年末，三家國內(nèi)樣本企業(yè)多晶硅生產(chǎn)成本約為69~74元/千克，現(xiàn)金成本約53~56元/千克；海外樣本企業(yè)多晶硅生產(chǎn)成本約為101元/千克，現(xiàn)金成本約85元/千克。由此可見，我國多晶硅龍頭企業(yè)的成本水平低于國際競爭對手。
從成本構成看，國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)的成本主要由能源動力和原材料構成，三家樣本企業(yè)的能源動力及原材料成本占總成本的比重均值分別為38.65%、26.53%，人工成本占比則很低，平均約為6%。國外多晶硅生產(chǎn)的成本構成與中國有所差異，其人工及原材料成本占比高，能源動力成本占比低。如德國瓦克化學人工、原材料成本在總成本中的比重均接近40%，而能源動力成本占比僅為10%左右（可能系分類口徑不同所致）。
雖然成本結構有所差異，但國內(nèi)外企業(yè)能源動力及原材料成本的合計值相近，故導致國外樣本企業(yè)生產(chǎn)成本較高的主要原因在于其人工成本較高。另一家海外多晶硅生產(chǎn)商挪威REC集團的實踐也證明了這一點：2016年11月，挪威REC集團采取包括裁員70人在內(nèi)的成本削減計劃，使當季多晶硅生產(chǎn)的現(xiàn)金成本由年均15.3美元/千克降至11.2美元/千克，甚至低于2014年接近滿產(chǎn)時的現(xiàn)金成本12.1美元/千克。因此，在技術水平相近的情況下，降低人工支出，是海外多晶硅企業(yè)削減生產(chǎn)成本的方向之一。
多晶硅生產(chǎn)成本的壓縮源于用電成本的下降、原材料成本的削減及設備投資額的減少。預計至2025年末，多晶硅生產(chǎn)的現(xiàn)金成本存在13%~20%的下降空間，新設備初始投資額的減少對多晶硅生產(chǎn)成本的降低亦具有積極作用。
多晶硅的生產(chǎn)成本主要由能源動力、原材料、折舊和人工構成。從長期看，由技術升級帶動的能源動力、原材料、人工消耗下降（如自動化水平提升）是我國及海外多晶硅企業(yè)控制成本的主要途徑。2010~2016年，德國瓦克化學的生產(chǎn)成本由27.46歐元/千克降至11.74歐元/每千克，現(xiàn)金成本由23.42歐元/千克降至9.48歐元/千克（其中，能源動力、原材料、人工成本降幅分別為68.42%、55.57%、59.65%）。
