[DBM評論]歷史復盤：多晶硅價格的沉浮演變

數(shù)字新能源鄭建輝 · 2023-11-14 09:47:04

2022年，我國多晶硅產(chǎn)量達83萬噸，預計2023年將突破140萬噸。復盤多晶硅價格歷史走勢，在產(chǎn)能持續(xù)擴張的背景下，新一輪硅料過剩已不可避免的來臨。......

一、多晶硅生產(chǎn)概況

硅元素自1823年瑞士化學家貝采利烏斯發(fā)現(xiàn)以來，一直到1947年晶體管發(fā)明后才得以被重視和賦予新的使命。1954年美國貝爾實驗室成功研制第一個硅晶體管和第一個單晶硅電池（效率約6%）。硅的半導體材料特性以及在地殼中豐富的含量奠定了其在半導體領域基石的地位。

自然界沒有游離態(tài)的硅，都是以氧化物形態(tài)存在。多晶硅的原材料為工業(yè)硅（Silicon metal），工業(yè)硅是從硅石礦制備而來，硅石礦包括石英砂巖、石英巖、石英砂、脈石英和交代硅質(zhì)角巖等。半導體材料對純度要求高，由于硅石礦中的硅含量較低，硅的提純是要先獲得普通純度的硅（工業(yè)硅），然后再進一步提純制備超高純度的單質(zhì)硅，提取制備高純度單質(zhì)硅對工藝有極高的要求。工業(yè)硅又名金屬硅、結晶硅，是由硅石（主要成分Si0₂≥99.2%，通常形態(tài)為石英石或鵝卵石）經(jīng)碳質(zhì)還原劑（洗精煤、石油焦、木炭等）在礦熱爐中通過還原反應所得，其名義硅含量不小于98.7%。

單質(zhì)硅有晶體和無定形兩種類型，晶體硅包括單晶硅和多晶硅，結構類似金剛石，是有金屬光澤的灰黑色固體。其中，多晶硅是硅原子以晶格形態(tài)排列成許多晶核，晶核長成晶面取向不同的晶粒，晶粒組合結晶成多晶硅。根據(jù)用途，多晶硅可以分為太陽能級多晶硅和半導體級多晶硅。多晶硅是拉制單晶硅的原材料，單晶硅具有更高的電子遷移率，同時具有良好的熱穩(wěn)定性，因而單晶硅電池較多晶硅電池擁有更高的轉(zhuǎn)換效率。

圖1：從硅石礦到多晶硅

資料來源：數(shù)字新能源DataBM.com

19世紀，硅的提取主要是以金屬熱還原法生產(chǎn)為主，生產(chǎn)成本高昂且產(chǎn)品價格昂貴。進入20世紀，硅的提純工藝得到了廣泛研究，尤其是硅石礦和木炭的熱還原反應研究促進了工業(yè)硅行業(yè)的發(fā)展。1955年，德國西門子公司開發(fā)了在高溫的硅芯上用氫氣還原三氯氫硅的多晶硅沉積技術（第一代西門子法），但會產(chǎn)生SiHCl₃、SiCl₄、HCl和H₂這些副產(chǎn)品。此后該技術經(jīng)過多次改良，其中，第一代西門子法則對SiHCl3和H2進行了回收利用，第二代西門子法進一步將SiCl₄與硅、氫氣反應生成SiHCl₃再循環(huán)利用，第三代西門子法（稱為“改良西門子法”）已實現(xiàn)SiHCl4閉路循環(huán)生產(chǎn)，較第二代進一步回收HCl，參與制備SiHCl₃。目前，國內(nèi)主流的多晶硅生產(chǎn)工藝為改良西門子法生產(chǎn)工藝（《多晶硅工廠設計規(guī)范GB 51034-2014》稱之為三氯氫硅氫還原法）。除了改良西門子法生產(chǎn)工藝以外，國內(nèi)外部分企業(yè)還采用了硅烷法、流化床法。硅烷法是以硅烷為原材料，通過熱分解法來制備多晶硅；流化床法主要生產(chǎn)粒狀多晶硅。

上世紀末，全球多晶硅的產(chǎn)量在1.6萬噸左右，主要產(chǎn)地集中在美國、德國和日本，德國瓦克公司年產(chǎn)能達到了3000噸，是當時全球最大的多晶硅生產(chǎn)企業(yè)。國內(nèi)早期以傳統(tǒng)的西門子法生產(chǎn)為主，能耗高、污染重和成本高，經(jīng)營難以為繼。1986年后自主研發(fā)多晶硅生產(chǎn)新技術，1999年底才建成峨眉半導體材料廠100噸/年多晶硅改良西門子法工業(yè)化實驗示范線，加上洛陽硅單晶廠，合計產(chǎn)量僅55噸，需求缺口大，進口依賴性強。2003年，國內(nèi)首條年產(chǎn)1000噸多晶硅生產(chǎn)線在四川樂山開工，此時國內(nèi)進口量已高達750噸， 07年1000噸級項目投產(chǎn)，多晶硅正式步入規(guī)?；a(chǎn)，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量首次突破1000噸，萬噸級投資項目出現(xiàn)，在建及擬建項目產(chǎn)能則超6萬噸/年，隨著產(chǎn)能的釋放，2011年我國多晶硅產(chǎn)量達到了8.4萬噸，超過美國成為世界第一。2022年，我國多晶硅產(chǎn)量達83萬噸，預計2023年將突破140萬噸。

圖2：1990-2022年我國多晶硅產(chǎn)量

數(shù)據(jù)來源：數(shù)字新能源DataBM.com

二、多晶硅價格的演變

2.1 2004-2008年：海外光伏裝機高速增長驅(qū)動硅料大漲行情

改革開放至2008年，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量低，存在較大的消費缺口，主要依賴于進口為主，因而多晶硅價格主要由國際市場（美國、德國）定價，進口價格對國內(nèi)廠家銷售價格影響巨大。上世紀70~90年代，國內(nèi)多晶硅企業(yè)因生產(chǎn)成本高昂，市場開放后無法與進口硅料競爭，企業(yè)相繼關停，數(shù)量由當時的20余家迅速降到了90年代末的兩家。1995年，進口多晶硅價格在60萬元/噸以上，隨著亞洲金融危機爆發(fā)，半導體芯片需求下滑，國際硅料市場產(chǎn)能過剩，進口硅料價格持續(xù)下挫，到2000年，國內(nèi)多晶硅價格已跌至25萬元/噸左右。

2001-2003年期間，全球每年光伏裝機量穩(wěn)定在300~500MW/年，半導體行業(yè)市場恢復，多晶硅價格相對平穩(wěn)，波動幅度在20-30萬元/噸。2004年，德國新修訂《可再生能源法》，上調(diào)上網(wǎng)電價補貼力度，西班牙、法國、意大利等歐洲國家也相繼出臺補貼政策，使得歐洲光伏裝機量呈現(xiàn)大幅增長，帶動了硅料需求，多晶硅價格也在04年上漲至45萬元/噸。2004年被稱為世界光伏元年，這一年全球光伏新增裝機量首次突破1GW，此后不斷創(chuàng)新高，05年光伏電池對多晶硅的需求缺口繼續(xù)不斷擴大，使得2004-2008年期間硅料價格出現(xiàn)了一輪大幅上漲，最高超過300萬元/噸。來自光伏領域需求的增長是重要的因素，而產(chǎn)能擴張不足也是造成這輪硅料價格暴漲的原因之一。

圖3：2001-2008年多晶硅價格走勢

數(shù)據(jù)來源：數(shù)字新能源DataBM.com

2.2 2009-2019年：內(nèi)外多重因素致硅料價格跌破10萬元/噸

2008年全球金融危機爆發(fā)加之歐洲光伏補貼退坡，全球光伏新增裝機量增速大幅放緩，同時國內(nèi)多晶硅產(chǎn)能在2008-2011年陸續(xù)投產(chǎn)，行業(yè)產(chǎn)能利用率大幅下行，硅料價格持續(xù)走跌，09年年均價由2008年的250元/噸跌至55萬元/噸，大幅下跌78%。2009-2019年期間，多晶硅價格雖在個別年份有所反彈，但總體呈現(xiàn)下行的走勢，2019年均價僅有7.6萬元/噸。

圖4：2009-2019年多晶硅價格走勢

數(shù)據(jù)來源：數(shù)字新能源DataBM.com

2009-2019年，全球光伏裝機量由22.8GW提升至584.7GW，增長2464%，國內(nèi)也增長了49129%。需求的增長背景下，硅料價格卻持續(xù)下行。我們分析認為主要原因是市場過剩、進口沖擊和后期技術進步，部分年份中間價格的反彈主要受光伏補貼政策驅(qū)動裝機需求提升的影響。

2008~2013年，我國多晶硅產(chǎn)能不斷釋放，產(chǎn)能利用率在多數(shù)年份在50%以下，產(chǎn)能過剩矛盾突出。在此期間，我國光伏市場對外依存度極高，2011年光伏組件90%以上出口海外。金融危機影響及2011年以來歐美國家針對中國光伏產(chǎn)品的“雙反”調(diào)查及征收高額“雙反”稅大大打擊了我國的光伏產(chǎn)品出口貿(mào)易。2012年，我國太陽能光伏產(chǎn)品進出口總額289.5億美元，同比下降32%，其中出口額233億美元,同比下降35%,出口數(shù)量同比下降8.1%,出口價格同比下降29.2%，出口市場量價齊跌。2013年出口繼續(xù)下滑，尤其對歐洲市場光伏電池及組件出口額大幅下滑62%。在此期間，韓國、美國出口至中國的多晶硅以極低的價格銷售，進一步加速國內(nèi)硅料價格下跌。

2014-2018年，多晶硅價格總體圍繞在10萬元/噸~15萬元/噸作區(qū)間震蕩，國內(nèi)光伏補貼政策驅(qū)動硅料價格階段性上漲，同時硅料生產(chǎn)成本的下降對價格反彈幅度有所制約。2013年，國務院發(fā)布《關于促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見國發(fā)〔2013〕24號》，國內(nèi)光伏應用市場逐漸啟動，光伏凈增裝機量首次突破10GW，同時對美國韓國進口多晶硅征收反傾銷稅，多晶硅價格企穩(wěn)回升，從低位的多晶硅致密料從11萬元/噸回升至2014年的15-17萬元/噸。由于國內(nèi)硅料生產(chǎn)成本高，2013-2014年多數(shù)多晶硅企業(yè)依然存在虧損。2015年，進口低價壓制下，國內(nèi)多晶硅價格重回跌勢，年末跌至金融危機以來新低。

2015年底，國家發(fā)改委發(fā)布《關于完善陸上風電光伏發(fā)電上網(wǎng)標桿電價政策的通知》,對光伏發(fā)電上網(wǎng)標桿電價進行下調(diào)，引發(fā)2016年上半年的光伏“搶裝潮”，推動了多晶硅的需求和價格，上半年累計上漲40%左右，隨著“搶裝潮”結束，硅料價格下半年重新下跌，9月跌破10萬元/噸，隨后又受硅料企業(yè)停產(chǎn)檢修、光伏補貼新政策等影響再度反彈至13萬元/噸以上。2017年金剛線切割技術全面取代砂漿切割技術，單晶硅片和多晶硅硅片成本差距縮小，同時硅片企業(yè)產(chǎn)能過剩問題加大，與硅料企業(yè)博弈增加，3-4月硅料價格下跌，硅料企業(yè)停產(chǎn)及單晶硅片組件產(chǎn)能擴張推動價格又重新上漲。

2018年，單晶硅片和多晶硅片市場之爭進一步升溫，硅片價格繼續(xù)下挫，企業(yè)利潤進一步下滑，5月31日《關于2018年光伏發(fā)電有關事項的通知》（“531新政”）明確暫不安排2018年普通光伏電站建設規(guī)模，補貼進一步退坡，導致硅料價格加速回落，重新跌破10萬元/噸關口。降本方面，2015年國內(nèi)陸續(xù)進行了冷氫化技術使用，電耗大幅下降。2018-2019年，國內(nèi)更低成本的多晶硅產(chǎn)能陸續(xù)釋放，多晶硅綜合電耗降至70kWh/kg以下，2019年新增裝機量下滑，產(chǎn)能利用率下降，硅料價格進一步走低。價格下跌，硅料產(chǎn)能擴張步伐放緩，同時部分舊的高成本產(chǎn)能被迫退出市場。

2.3 2020-2022年：供給不足需求旺盛推動硅料價格暴漲

2020年，全國多晶硅產(chǎn)能達45.72萬噸，較2019年略有下降，而2020年下半疫情有所控制經(jīng)濟恢復，光伏新增裝機量大幅增長，多晶硅價格全年呈現(xiàn)先低后高走勢，從谷底6萬元/噸回升至9月份的9.4萬元/噸。2021年中國從疫情中率先復蘇，海外光伏訂單增長強勁疊加國內(nèi)新增裝機量進一步增長，多晶硅供不應求，價格大幅上漲，由年初的8萬元/噸左右漲至26萬元/噸以上。這一年，光伏產(chǎn)業(yè)鏈從工業(yè)硅到組件整個環(huán)節(jié)均出現(xiàn)了大幅上漲，主要由需求短期大幅提升推動。由于多晶硅供應不足，進而影響下游組件裝機進度。隨著2022年硅料新增產(chǎn)能的釋放，產(chǎn)能同比倍增，四季度產(chǎn)量同比增長90%以上，供需關系趨緩，年底硅料價格快速從高位回落。

圖5：2020-2023年多晶硅價格走勢（元/噸）