從1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒(Se)的光伏效應(yīng)并制作第一片硒太陽(yáng)能電池算起，今年恰好是晶硅光伏電池誕生140周年;雖然“光伏”這個(gè)詞誕生已久，算得上是一個(gè)老壽星，但光伏對(duì)于大多數(shù)人來(lái)講還是新事物，因?yàn)楣夥嬲统杀疽?guī)?；瘧?yīng)用是近幾年內(nèi)的事情。
光伏真正的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用是從德國(guó)開(kāi)始的，2000年德國(guó)頒布《可再生能源法案》，確保光伏電全額上網(wǎng)、基于光伏電站高額補(bǔ)貼(5元/Kwh)并承諾一旦獲得補(bǔ)貼備案就能保障20年補(bǔ)貼不變。
早期光伏發(fā)展過(guò)程中，德國(guó)扮演了極其重要的角色，以2012年為例，當(dāng)年德國(guó)光伏裝機(jī)容量3.83GW，占當(dāng)年全世界總裝機(jī)量52.3%。德國(guó)對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的起步以及初期發(fā)展起了至關(guān)重要的作用。當(dāng)然，也正是因?yàn)榈聡?guó)過(guò)于高的重要性，導(dǎo)致2011年德國(guó)補(bǔ)貼政策退出以后，給光伏行業(yè)造成了第一次嚴(yán)重打擊，光伏行業(yè)迎接了第一次成人禮。
中國(guó)的光伏裝機(jī)容量迎來(lái)爆發(fā)式的增長(zhǎng)是在2011年以后的事情;當(dāng)時(shí)歐美雙反政策導(dǎo)致我國(guó)光伏行業(yè)陷入全行業(yè)虧損的窘境，國(guó)家為了挽救困境中的光伏產(chǎn)業(yè)，避免嬰兒期的中國(guó)光伏業(yè)慘遭滅頂之災(zāi)，制訂了光伏標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策(1元/kwh)并承諾保持25年補(bǔ)貼不變，由此，我國(guó)光伏裝機(jī)量迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。
2008年我國(guó)光伏裝機(jī)容量?jī)H為145MW，而2016年我國(guó)光伏裝機(jī)容量達(dá)到了34.54GW，是2008年的238倍。2016年全球總裝機(jī)容量76GW，我國(guó)裝機(jī)量占世界總裝機(jī)量的45.4%;今年我國(guó)630搶裝潮更加激進(jìn)，樂(lè)觀預(yù)計(jì)全年裝機(jī)容量會(huì)超過(guò)40GW，占全世界總需求的50%以上，我國(guó)的需求對(duì)世界光伏業(yè)舉足輕重，我國(guó)的一舉一動(dòng)與世界光伏業(yè)的命運(yùn)將緊密相聯(lián)。
回顧中國(guó)歷年光伏裝機(jī)數(shù)據(jù)我們就知道，光伏產(chǎn)品大規(guī)模的走進(jìn)千家萬(wàn)戶成為我們看得見(jiàn)、摸得著的生活中的產(chǎn)品也就是最近五、六年的事情。所以，“光伏”是一個(gè)老名詞，更是一個(gè)新事物。伴隨著光伏裝機(jī)規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)的背后其實(shí)是成本的不斷下滑，一系列的最新技術(shù)不斷的在光伏產(chǎn)品上得到商業(yè)化應(yīng)用，成本保持每年10%以上的下滑速度，回顧光伏發(fā)展史也就是回顧光伏產(chǎn)品成本下降史。
如果放在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間軸上來(lái)看，光伏組件的價(jià)格一直在穩(wěn)步下滑，光伏的本質(zhì)是半導(dǎo)體行業(yè)，摩爾定律在光伏行業(yè)一直發(fā)光發(fā)熱，展望未來(lái)，一系列能降低光伏組件成本的技術(shù)正在或即將得到應(yīng)用，成本下降的趨勢(shì)將會(huì)一直持續(xù)下去。在這個(gè)“漂亮的、穩(wěn)定向下”的曲線中，這是一場(chǎng)新能源“革命”，一場(chǎng)對(duì)煤炭的革命、對(duì)石油的革命!對(duì)世界能源格局和地緣政治的革命!
?、萍夹g(shù)路線的選擇和產(chǎn)業(yè)格局(產(chǎn)業(yè)全景圖)
i.晶硅電池路線是經(jīng)過(guò)慘烈淘汰賽脫穎而出的電池路線
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，晶體硅電池路線基本確立了它的王者地位;之所以選擇晶硅電池路線絕非某個(gè)人的意志，更不是某個(gè)偶然，而是晶硅電池路線在眾多光伏電池路線當(dāng)中可以完美的平衡成本、壽命、轉(zhuǎn)化效率等不同要素。
光伏電池組廠家承諾質(zhì)保25年(即25年后功率依然能達(dá)到初始功率的80%以上)，保證如此長(zhǎng)的壽命的同時(shí)又要保證成本足夠低、效率足夠高，能同時(shí)完美滿足多方面要求的電池只有晶硅電池。新聞報(bào)道中時(shí)常會(huì)有很多噱頭，動(dòng)輒就高呼替換既有技術(shù)路線，最近比較火的“鈣鈦礦”電池，宣傳說(shuō)理論轉(zhuǎn)化效率會(huì)高達(dá)50%(晶體硅電池理論最高轉(zhuǎn)化效率為30%)，成本只有晶體硅電池的十分之一;但很多人卻不知道鈣鈦礦電池壽命只能論小時(shí)來(lái)計(jì)，壽命問(wèn)題難以解決;亦或者有人宣稱“多結(jié)電池”轉(zhuǎn)化效率可以高達(dá)45%，是晶硅電池效率的2倍有余，卻不知道“多結(jié)電池”成本高昂，只能應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。
不熟悉光伏產(chǎn)業(yè)的人總會(huì)莫名其妙的擔(dān)心“技術(shù)替代”的問(wèn)題，擔(dān)心當(dāng)前一些企業(yè)的優(yōu)勢(shì)可能會(huì)被替代掉;但我可以負(fù)責(zé)任地說(shuō)：這些擔(dān)心都是多余的，光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)十幾年的商業(yè)化應(yīng)用，晶體硅電池路線是唯一成熟、穩(wěn)定、可選的技術(shù)路線;是經(jīng)歷了一輪又一輪淘汰賽而勝出的技術(shù)路線。
實(shí)際數(shù)據(jù)也貼合這一判斷，當(dāng)前晶體硅電池路線占據(jù)95%以上的市場(chǎng)份額，其他紛繁復(fù)雜的路線只是在眾多細(xì)分領(lǐng)域分享剩余的5%，如果要想描述光伏產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈格局，只需要描述晶體硅電池的產(chǎn)業(yè)鏈就足夠了。
ii.晶體硅電池的產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
從最上游的原材料到最終的光伏組件產(chǎn)品，需要經(jīng)過(guò)多晶硅料、硅錠/硅棒、光伏電池片、光伏組件等四個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在我們就介紹了解一下這四個(gè)環(huán)節(jié)，以便描繪出光伏產(chǎn)業(yè)全景圖。
1.多晶硅料
多晶硅料是半導(dǎo)體行業(yè)的基礎(chǔ)原料，自然也就是光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原料。
多晶硅的制作流程大致為：通過(guò)冶煉工藝將SiO?冶煉還原為98%純度的工業(yè)Si，再通過(guò)改良西門(mén)子法或者硅烷流化床法進(jìn)一步把工業(yè)級(jí)Si提純到99.9999%的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。由于提純純度要求高并且還原過(guò)程高載能，這也使得硅料成為晶硅光伏電池能耗最大的一個(gè)環(huán)節(jié)。幾年前的技術(shù)水平，還原1kg多晶硅需要120度電，這些年伴隨著技術(shù)進(jìn)步，提煉1kg的多晶硅的能耗越來(lái)越低，一線廠家1kg多晶硅提煉僅需要60度電;與此同時(shí)，一大批廠家在應(yīng)用“硅烷流化床”這項(xiàng)革命性的技術(shù)，可以把1kg硅料的電耗降低到25度電。
多晶硅生產(chǎn)是資本密集和技術(shù)密集的環(huán)節(jié)，早2010年的時(shí)候，1萬(wàn)噸硅料產(chǎn)能的投資成本高達(dá)100億且我國(guó)沒(méi)有足夠生產(chǎn)能力，大部分依靠進(jìn)口。近幾年多晶硅產(chǎn)能投資成本大幅下滑，四川永祥新建5萬(wàn)噸多晶硅產(chǎn)能的總投資僅80億元，單位產(chǎn)能的投資成本只有原先的十分之一。
在2011年雙反的時(shí)候，我國(guó)90%的多晶硅都依賴進(jìn)口，而近幾年一大批國(guó)內(nèi)廠家崛起，而歐美老牌企業(yè)衰退明顯。國(guó)內(nèi)廠商崛起的另一個(gè)效應(yīng)是成本大幅下滑，新疆大全新能源是成本控制較好的廠商之一，1kg硅料的現(xiàn)金成本控制在8美元以內(nèi)。而江蘇的保利協(xié)鑫一躍成為世界最大的硅料廠商;東方希望集團(tuán)是2017年才正式殺入這一領(lǐng)域，規(guī)劃產(chǎn)能更是驚人，達(dá)到12萬(wàn)噸，產(chǎn)能是保利協(xié)鑫的1.7倍。
2.單晶組件制造流程
單晶電池組件的制造始于單晶爐，在單晶爐中將“籽晶”放于旋轉(zhuǎn)軸上讓硅晶體圍繞其緩慢生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)緩慢的生長(zhǎng)過(guò)程，一根根內(nèi)部晶粒有序、排列方向一致的“單晶棒”就出爐了。
單晶爐的生長(zhǎng)特征使得每一根單晶棒都是圓的，此時(shí)如果直接切片生產(chǎn)圓形的單晶片則不利于電池組件的空間利用，所以單晶電池生產(chǎn)過(guò)程中還必須要有一個(gè)切方的過(guò)程。
切方后的單晶棒就要放入切片機(jī)臺(tái)切成一片片厚度為150um~190um單晶硅片，這些年伴隨著金剛線切割技術(shù)日益成熟，單晶硅領(lǐng)域已經(jīng)完全普及金剛線切割的新技術(shù)。金剛線是一根根細(xì)如發(fā)絲(80um左右)又韌度、銳度極高的金剛線。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)以后，一根長(zhǎng)度為650nm的單晶棒僅僅需要2小時(shí)就會(huì)被切割成兩千多張單晶片。
硅片僅僅是基礎(chǔ)，需要經(jīng)過(guò)處理以后才會(huì)具有導(dǎo)電、發(fā)電的特性;在制作電池片過(guò)程中需要制絨工藝使得表面凹凸不平，從而有利于光子的捕獲;為了獲得最良好的導(dǎo)電性能，電池片往往采用銀漿導(dǎo)電。電池片上的白亮色就是鍍上去的銀漿用于導(dǎo)電。
3.多晶組件制造流程
多晶的制造流程就相對(duì)“粗放”一些，在多晶爐中直接融化多晶硅制作成“多晶硅錠”，由于是直接鑄錠而非緩慢生長(zhǎng)，硅錠的內(nèi)部晶粒相對(duì)雜亂無(wú)章一些(正是這一原因?qū)е露嗑ЫM件的轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較低)。同時(shí)也正是因?yàn)檫@樣的制造流程，多晶硅錠在鑄造的過(guò)程中就直接鑄造成為“方形硅錠”而無(wú)需切方流程，制作出來(lái)的硅片也是完美的正方形(單晶硅片的四角則為圓弧)。
多晶組件和單晶組件的核心區(qū)別就在于鑄錠的流程不同，單晶是通過(guò)單晶爐緩慢有序生長(zhǎng)，而多晶則是通過(guò)直接融化多晶硅快速成錠的方式。他們?cè)谇衅约爸谱鹘M件等環(huán)節(jié)區(qū)別不大。
了解了上述流程，區(qū)分單晶組件和多晶組件就十分容易。單晶硅片由于四個(gè)角均為弧形，所以封裝成為組件之后單晶組件會(huì)有留白，會(huì)有大約3%的封裝損失。而多晶硅片為完美的正方形，不存在這方面的封裝損失，這使得多晶組件一定程度上彌補(bǔ)了效率。
4.當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)上的格局
雖然光伏產(chǎn)業(yè)大致可以分為硅料、硅片、電池片、組件等四個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，但是產(chǎn)業(yè)上的公司卻并不完全按照這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)劃分，不同公司上下游擴(kuò)張現(xiàn)象明顯，例如：保利協(xié)鑫以生產(chǎn)制造多晶硅料起家，但是幾年前開(kāi)始轉(zhuǎn)向銷售硅片，近些年又開(kāi)始進(jìn)一步向下游擴(kuò)張，開(kāi)始生產(chǎn)組件。以前的一線組件大廠也不斷向上游擴(kuò)張產(chǎn)能，逐步擴(kuò)充電池片、硅片的產(chǎn)能，執(zhí)行垂直一體化的政策，以求避免產(chǎn)業(yè)不同環(huán)節(jié)的波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，把最大的利潤(rùn)留給自己。
當(dāng)前最大的幾家組件大公司例如晶科能源、天合光能、阿特斯、晶澳太陽(yáng)能等都有很充沛的上游產(chǎn)能，已經(jīng)不能再簡(jiǎn)單的用“組件廠家”來(lái)定義他們。而且這些一線組件大廠有自己很好的品牌形象，他們的向上擴(kuò)充產(chǎn)能直接壓縮了中游小廠的生存空間。所以當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)大致分為兩個(gè)勢(shì)力集團(tuán)，一方面是“硅料”廠，他們大多數(shù)還沒(méi)有擴(kuò)充到組件環(huán)節(jié)，憑借著硅料的資本密集和技術(shù)密集形成了一定的行業(yè)集中度;另一頭則是組件大廠，他們幾乎涵蓋了從硅片開(kāi)始的產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)。
光伏產(chǎn)業(yè)是一個(gè)技術(shù)快速更新迭代的產(chǎn)業(yè)，為了保持先進(jìn)性，需要有足夠的資金實(shí)力和足夠的行業(yè)地位拿到最先進(jìn)的技術(shù)和布局最先進(jìn)的產(chǎn)能。就以最近如火如荼的金剛線切割革命為例，廠家需要購(gòu)入全新切割機(jī)臺(tái)，改造生產(chǎn)線以引入濕法黑硅工藝，這些都需要資金投入，而且最上游的設(shè)備廠商產(chǎn)能也吃緊，只能優(yōu)先供應(yīng)一線大廠。當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了存量競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，光伏行業(yè)的種種因素都會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)者恒強(qiáng)最終提升產(chǎn)業(yè)集中度。
這里想再?gòu)?qiáng)調(diào)一下，光伏的技術(shù)是迭代的，而非跳躍式發(fā)展，這就意味著對(duì)光伏企業(yè)來(lái)說(shuō)，他們的資本投入是長(zhǎng)期有效的，不會(huì)存在設(shè)備突然的不適用，而我們提高的如金剛線的改進(jìn)，也是在現(xiàn)有程序上改進(jìn)成了金剛線的切割。
前五大光伏組件產(chǎn)業(yè)去年總出貨量28.15GW，占去年總銷售量的37.04%，今年前五大企業(yè)預(yù)計(jì)出貨量會(huì)達(dá)到35GW，市場(chǎng)占有率會(huì)進(jìn)一步提升至43%，其中晶科能源增長(zhǎng)最為迅速(負(fù)債率也相對(duì)偏高)，預(yù)計(jì)2017年將會(huì)穩(wěn)固光伏一哥的位置。這其中天合光能已經(jīng)于去年退市，晶澳太陽(yáng)能也提出了私有化邀約(6.8$)且這個(gè)私有化邀約沒(méi)比當(dāng)前股價(jià)(6.5$)高多少，除非撤銷要約或者邀約不通過(guò)，不然晶澳太陽(yáng)能上漲空間有限。剩下的幾大巨頭表現(xiàn)都非常好，而且即便經(jīng)過(guò)這一輪暴漲，大部分公司股價(jià)依舊在凈資產(chǎn)一下，算是價(jià)值發(fā)現(xiàn)的一輪行情。
光伏是人為制造的虛假的繁榮?還是已經(jīng)悲觀過(guò)度?
首先，光伏是清潔能源，來(lái)自太陽(yáng)，通過(guò)光伏板轉(zhuǎn)變成電能，這樣的能源具有天然的強(qiáng)大生命力。因?yàn)樘?yáng)每天都從東方升起，你只需要每天都起床就可以了。
其次，我們應(yīng)該相信數(shù)字、相信科學(xué)，未來(lái)主要經(jīng)濟(jì)體的能源構(gòu)成，太陽(yáng)能是重要的組成部分。迄今為止，美國(guó)加州13%，德國(guó)8%，而中國(guó)現(xiàn)在才1%。這個(gè)數(shù)字背后意味的空間，一目了然。
再者，石化能源在未來(lái)的地位，必然會(huì)被各種新能源逐漸替代。其他先不說(shuō)，就拿現(xiàn)在引領(lǐng)世界未來(lái)的科技公司，蘋(píng)果總部大樓的供電，Google全部服務(wù)器的供電，以及Tesla全產(chǎn)業(yè)鏈布局(未來(lái)就是自己家的光伏電站給自己的Tesla電動(dòng)汽車充電)。
有人會(huì)說(shuō)這是在美國(guó)，離我們自己距離太遙遠(yuǎn)。但是事實(shí)上國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展已如火如荼，各級(jí)政府對(duì)光伏的扶持，全民光伏的繼續(xù)推進(jìn)，和扶貧光伏的有效推行，都極大地促進(jìn)了光伏太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從上至下(政府到百姓)，從點(diǎn)到面(光伏地面電站到全民分布式光伏)，規(guī)模效應(yīng)已經(jīng)初步顯現(xiàn)。
⑶總結(jié)
2016年，我國(guó)光伏設(shè)備企業(yè)從硅材料生產(chǎn)、硅片加工、太陽(yáng)電池片、組件的生產(chǎn)，到相應(yīng)的純水制備、環(huán)保處理、凈化工程的建設(shè)到與光伏產(chǎn)業(yè)鏈相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備、模擬器等，已經(jīng)具備成套供應(yīng)能力，部分產(chǎn)品如擴(kuò)散爐、管式PECVD、單晶爐、多晶鑄錠爐、層壓機(jī)、檢測(cè)設(shè)備等，已有不同程度的出口。
硅材料加工設(shè)備主要有多晶鑄錠爐、單晶爐、切斷機(jī)、切方機(jī)、多線切割機(jī)、硅片檢測(cè)分選設(shè)備等。其中，單晶爐以優(yōu)良的性價(jià)比占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的絕對(duì)統(tǒng)治地位，并批量出口亞洲;多線切割機(jī)也已取得突破;多晶硅鑄錠爐已大量在國(guó)內(nèi)企業(yè)中使用。
電池片環(huán)節(jié)：生產(chǎn)環(huán)節(jié)，清洗/制絨設(shè)備：基本以國(guó)產(chǎn)為主。擴(kuò)散爐：經(jīng)歷了開(kāi)管-閉管-全封閉(軟著陸)-負(fù)壓擴(kuò)散幾個(gè)階段，大部分電池企業(yè)采用國(guó)產(chǎn)裝備?？涛g：基本采用濕法工藝，以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主。PECVD：以管式PECVD為主，也已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)。
