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光伏為矛、半導體為盾,“碳中和”穩步前進

發布時間:2022-7-21     來源:半導體產業導報

7月12日,2022年《財富》中國500強排行榜揭曉,有82家能源企業,13家光伏企業上榜。

在全球脫碳的大趨勢下,光伏發電的優勢凸顯,光能源已經成為最主要的可再生能源。根據國家能源局數據,2021年我國光伏發電量為 3259 億KW/h,同比增長 25.1%,占總發電量比重 3.9%,截至 2021年我國光伏市場新增裝機 54.88GW,累計裝機量為 306GW。

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能。光伏產業鏈的上游為高純度的多晶硅;中游為光伏電池片、光伏組件以及逆變器等;下游主要包括光伏電站。隨著光伏產業景氣高漲,帶動光伏產業上下游廠商發展迅速。

硅的熱潮

晶體硅材料是最主要的光伏材料,其市場占有率在90%以上。用于光伏生產的太陽能級多晶硅需要的多晶硅純度達99.9999%以上。

根據2021光伏行業對外發展年度匯報數據顯示,2021年全國多晶硅產量達50.5萬噸,同比增長28.8%;進口多晶硅20.4億美元,同比大幅上漲114%,進口數量為11.4萬噸,同比上升13.4%。預計未來五年上游工業硅、多晶硅仍會存在較大的產能缺口。

此外,全球光伏新增裝機量也正在實現穩步增長,帶動硅產業鏈迎來一系列變革。

光伏硅片正在加速向“大尺寸”和“薄片化”方向發展。隨著硅片面積增加,每次的芯片產出數量就越多,芯片出現缺陷的概率也會降低,因此會顯著提升芯片的產出,從而大幅降低成本。下游硅片企業在規?;偁幹谐掷m刺激先進產能擴產需求,老的半導體工廠逐漸被替代,如何生產出合格的更大尺寸的硅片成了硅片企業始終重點關注的問題,硅片企業也正在進行新一輪的刷新。

除了硅片廠商持續擴產的新增產能外,存量產能替換也會帶來一部分設備需求。

多晶硅催生行業新需求

硅片設備

2022年以來,硅片設備新入局者大增,如青海高景、上機數控、雙良節能等大幅擴產。由隆基、中環等企業充分發揮規模效應,保持市占率和先進產能,已用182、210 硅片替代傳統 166、158硅片。在此基礎上,硅片設備如單晶爐、截斷機、開方機、倒角機、切片機、切割耗材、熱場材料等需求大增。電池設備方面以晶科能源、中來股份為代表的企業積極投產。

由于太陽能級的設備與材料較電子級要求相對較低,給半導體支撐業提供了大量機會,也給本土設備與材料公司帶來了非常好的發展點和贏利點。

IGBT

IGBT是逆變器的核心半導體器件。逆變器連接發電端與電網,隨著光伏裝機容量的迅速提升,驅動逆變器行業成長。

由于IGBT器件的性能直接影響新能源發電的效率,伴隨著光伏需求旺盛、海外芯片供應緊張,客戶對功率半導體的價格敏感度較低,而對其性能和可靠性要求較高。后來由于疫情的影響海外各光伏芯片大廠交期延長,IGBT芯片供需矛盾日益凸顯,建立國產IGBT供應鏈體系亟不可待,為國產IGBT等器件的導入提供了廣闊的發展空間。

根據中國光伏行業協會數據預測,2025年全球光伏逆變器新增裝機量有望達 330GW,假設2025年光伏逆變器替換裝機量為 42GW。按照 IGBT 占組串式逆變器 BOM 成本的 18%,以及占集中式逆變器 BOM 成本的15%計算,預計 2025 年光伏逆變器 IGBT 市場規模將達到105億元。

光伏裝機量大增,逆變器需求得到進一步釋放,為了進一步降低光伏發電的成本,除了需要光伏發電技術的快速迭代外還包括原材料成本的下降。

第三代半導體

“碳中和”趨勢浪潮下,以GaN、SiC為代表的第三代半導體具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率等優勢,相比硅器件可降低50%以上的能量損失,并減小75%以上的裝備體積,是助力社會節能減排并實現“碳中和”目標的重要發展方向。

以光伏逆變器為例,由于對功率半導體器件性能、指標和可靠性要求日益提高,更高的工作電壓、更大的工作電流、更高的功率密度以及更高的工作溫度都將是未來的挑戰。隨著行業邁入“后1500V”以及“20A大電流”時代,要建成更大組串,進一步降低成本,采用寬禁帶半導體即GaN和SiC,成為太陽能逆變器的制勝之道。

具有GaN和SiC隔離器的電力電子設備可將太陽能微逆變器和串式逆變器的效率提升到98%以上,并且在微型逆變器領域可在不增加電力成本的基礎上具有最大的價格溢價能力。因此SiC模塊已得到英飛凌、安森美、富士電機等國際大廠的規?;瘧?。當前國內碳化硅全產業鏈也正在快速突破,斯達半導、新潔能、聞泰科技、露笑科技等公司新成果頻現,全球碳化硅市場規模正在快速成長。

根據行業不完全統計,預計 2022 年硅料新增產能 36 萬噸、硅片新增產能 170GW、電池片新增和升級產能 100GW、光伏組件新增產能 130GW。不考慮提前備貨、運輸、調試、安裝等因素,粗略估計光伏設備領域需求量有望超過 570 億元,呈現高度景氣狀態。

不過,面對潛力如此巨大的行業,又怎么少得了逐利的資本?

逐利亂象

多晶硅生產環節屬于高投入、高技術、高載能行業,前兩年光伏產業需求量大幅增加帶動產業鏈上下游的產能迅速擴張。但從增長速度上看,硅料產能增長相對較慢,中下游產品出口量增長迅速,導致上游硅料產能和產量增幅均無法滿足中下游市場需求,上下游結構性供需失衡,引起硅料價格大漲。

而造成這一漲價現象的直接原因是部分企業為追逐利潤故意營造多晶硅、硅片嚴重短缺的假象,助推中間貿易商、產業鏈各環節囤積居奇、哄抬物價。

目前硅料市場仍處于供應極度短缺的局面,各硅料企業訂單尚未執行完畢就被要求新簽訂單鎖量,被催單交貨的情況只增不減,光伏組件供應端頻繁出現違約、毀約現象。

根據中國有色金屬工業協會硅業分會的數據,今年7月初國內單晶復投料價格區間在28.8萬元/噸-30萬元/噸,成交均價為29.16萬元/噸。

從光伏產業鏈來看,硅料、硅片、電池片和組件各個環節的盈利狀況雖相對分化但明顯受益。今年上半年硅料、硅片企業在漲價背景下賺得“盆滿缽滿”,硅片、電池、組件企業也吹到漲價東風并紛紛加入。據悉,今年上半年我國多晶硅料產量為22.7萬噸,同比增長10.7%。而同期,我國硅片、電池片、光伏組件這三個環節增幅均超30%。硅料價格上漲,影響了整個光伏產業鏈。帶動硅片、組件等整個光伏產業鏈價格上漲,導致下游組件端的成本壓力爆棚。

在此格局下,市場只會呈現兩種景象。一種是下游企業因資金能力不足導致減產,需求萎縮;另一種是由于上游企業擴產激進,產能在未來過度釋放,新的失衡在產業鏈上出現。

馬歇爾在《經濟學原理》中曾說:“在短期里,需求是影響價格的決定性因素;而在長期里,供給是影響價格的決定因素?!?/span>

當前我國硅料已經國產化,受國外硅料的價格波動較小,加之近兩年國內政策也在大力扶持光伏產業,因此這次周期性的價格上漲所引起的市場沖突或許會在不久后化解,不過剩下這段時間還需要下游企業繼續承壓。

半導體和光伏的連帶效應

光伏產業以半導體為基,不管是硅料或是功率半導體抑或是降本增效的第三代半導體,對于光伏而言,與半導體產業同步進步,因此他們的發展必然不是孤立的。

光伏硅片現在的發展趨勢是向半導體的大尺寸、高純度、高工藝水平看齊;而光伏作為一個競爭格局相對成熟的行業,產業結構、供需關系、發展路線也可以給予半導體崛起一定的指導作用。因此光伏與半導體的路線終會形成交匯,二者的協同效應一定會在更多的環節釋放出來,產生巨大的促進作用。

除此之外,太陽能、LED(發光二極管)以及封裝測試業在逐步發展,給半導體支撐業提供了一個技術階梯,使這些企業在不同的技術層面上能夠找到市場的發展點,并積累了寶貴的量產經驗。這些量產經驗,以及量產技術、管理經驗和資金的積累,對于發展集成電路產業是非常有利的。

在未來很長一段時間內,光伏依然將是炙手可熱的領域,而半導體與光伏定會協同發展。值得注意的是,除了優點相互借鑒外,光伏產業也應該借鑒半導體產業鏈的不足,從光伏產業鏈全生命周期的角度考慮問題,提前布局相關半導體設備及材料,在自給自足的基礎上確保光伏產業按照綠色高質量的要求發展。

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