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光伏行业:UMG-Si目标市场投资PV还是VC

2016-02-03 15:18:22 作者:admin 来源: 网友评论 0

UMG-Si目标市场直指光伏产业。就生产SG-Si而言,物理法生产成本理论上将有效低于化学法,尤其是相对于国内技术尚不成熟的化学法多晶硅生产。

  UMG-Si领域处于“混沌世界”:“百花齐放”的技术路径,参与者的鱼龙混杂,实际进展的差强人意,下游厂商的观望态度。

  从整个光伏产业链角度看,UMG-Si对成本下降贡献有限;未来薄膜电池转换率的提升和化学法多晶硅价格下降会缩小UMG-Si的生存空间。

  加拿大TIMMINCO和挪威ELKEM实现了5N级UMG-Si量产,并得到下游的应用,以及CSI的E-module组件获得市场认可,均是UMG-Si闪光的亮点。

  站在当前时点上,投资国内物理法UMG-Si生产,更多是VC投资而非PV投资。

  一、UMG-Si简介

  1、UMG-Si的目标市场直指光伏产业按照硅的纯度不同,硅料分为冶金级硅(MG-Si)、太阳能级硅(SG-Si)、电子级硅(EG-Si),国际业界通常把物理法称为冶金法(Metallurgical Method),把物理法提纯的硅称为UMG-Si(Upgraded Metallurgical Grade Silicon)。我们通常所言的多晶硅和单晶硅是按照硅料的晶体结构而言的,是物理形态的区别。

  UMG-Si制备由于其工艺路径使其理论提纯水平仅能够达到7N级,化学法可提纯至9N级以上用于半导体行业,而3N以下的冶金级硅料主要用于铝合金等领域。因此,UMG-Si的目标市场即为太阳能光伏领域。

  2、UMG-Si制备较化学法更具成本优势

  UMG-Si由于采用的是物理提纯方法,主要是通过物理变化而非复杂的系列化学反应来提取硅料,在设备投入、环保控制、能耗指标等均低于化学法制备,就SG-Si制备而言具备成本优势,我们将在后面的章节介绍其技术路径。 就项目总投资而言,化学法多晶硅制备如果从三氯氢硅开始直至多晶硅产出,年产量1000吨的工厂大约需要投资12亿到15亿元人民币;而UMG-Si制备由于采取的工艺路径和原材料冶金硅品质的区别,其初始投资以年产1000吨计算,大约在2—4亿元。

  目前国外西门子法多晶硅单位成本在30美元/kg左右,国内投产的多晶硅项目由于技术尚不成熟,单位成本在60美元/kg以上,化学法新工艺FBR流化床法成本比西门子法低约30%,而如下表所示,挪威Elkem、加拿大Tim(BSI)为国外UMG-Si制备的代表厂商,其预测单位成本在20美元/kg以下,UMG-Si具备单位生产成本优势。

  二、UMG-Si的“混沌世界

  1、技术路径“百花齐放”

  UMG-Si的制备路线类似于冶金工业中金属提纯工艺,尽可能的采用物理方法去除杂质。由于没有行业内通用的成熟技术可以借鉴,各公司均自主研发工艺路线,具体的工艺方法不径相同。我们化繁为简,从工艺思路的角度看可以大致分为火法工艺和湿法工艺,主要区别是在冶金硅提纯时采用手段不同。

      火法工艺:冶金硅——炉外精炼(吹氧、造渣)—真空溶炼(真空造渣、真空吹气)——定向凝固.湿法工艺:冶金硅——湿法冶金(粉碎、酸浸、离子交换去渣)—真空溶炼(真空造渣、真空吹气)——定向凝固采用达到或者接近3N级的MG-Si,通过炉外精炼或湿法冶金工序能将硅提纯至4N级,剩余杂质构成是:铁铝钙约80ppm、磷约5—0ppm、硼约1—2ppm,其余杂质10ppm左右;经过真空熔炼步骤后,通常硅纯度能达到5N级。两种工艺路径在设备投入、能耗指标、环保处理方面各有特点。再加上各公司在研发过程中,工艺各环节采用的具体路径、工艺参数、试剂选择,设备选择等方面存在差异,在两大基本工艺思路的基础上,各公司的具体工艺存在差异。采用火法工艺的代表公司主要有加拿大Tim(已量产)、Solar Value、川崎制铁、新日铁等,下图所示的是Solar公司的工艺路径。

  此外,国内部分UMG-Si制备的技术源头来自于JFE日本川崎制铁,其工艺路线为:冶金硅在真空环境下加热熔化,用电子束轰击掉磷,在Ar(氩)气体中熔化后用等离子焊枪(Plasma Torch)喷吹去除B(硼),最后通过定向凝固提纯。但必须指出的是,等离子束去杂质成本较高,JFE也仅建有500吨/年的生产线。采用湿法工艺的代表性公司主要有已经量产的挪威Elkem、美国道康宁旗下的HEMLOCK、Wacker试验线、Bayer AG等。Elkem的工艺流程:步骤一:将冶金级Si熔融,并通入气体,将磷与硼氧化成气体排出。例如通入氯气(Cl2)将P与B氧化成PCl3与BCl3气体,真空抽出。步骤二:采用强酸(HCl、HF、HNO3等)将可溶性杂质溶解去除。步骤三:以方向性固化方式,去除尚存之金属杂质。

  2、物理法参与者“鱼龙混杂”

  太阳能光伏市场在过去的10年中年均增长率达41.3%,而过去的六年平均增速更是达到49.5%。高纯硅市场,光伏行业从原来半导体行业的配角摇身变为主要应用市场。因此,在多晶硅高涨的价格以及光伏行业光明的未来指引下,寻找低成本专门制造SG-Si级别的思路被视作可行。国外涉及UMG-Si开发的主要厂商有如冶金行业的Elkem、JFE川崎制铁、新日铁等,以及化学法多晶硅老牌厂商如hemlock等。

  国内物理法提纯硅起步几乎是同步于大规模的化学法多晶硅投资,除了多晶硅暴利驱动因素,国内成熟的冶金硅生产对物理法提纯硅提供了支撑,而且其相对化学法的巨额投资,投资规模小的物理法可能的高投资收益比更容易找到“下注者”。

  国内的物理法项目主要参与者由原来从事冶金硅生产的企业,如福源硅业、南安三晶;也有资本市场的投资人,如尚硅光伏、广济硅材料;当然最多的模式还是教授加投资人的“类尚德模式”,如绍兴碧晶、荆门珈伟、河南迅天宇等。然而,这纷乱的物理法提纯硅的热潮中,各行其道的研发路径,最终成功者几何?这众多的国内投资中,有宣布达到6N级产品问世但随后销声匿迹的,也有如河南迅天宇仅能量产4—5N但确获得了IDG4000万美金风险投资。

  3、实际进展差强人意

  第一,6N级UMG-Si的量产技术尚未成功。国际上已实现量产且握有实际订单的UMG-Si生产商Elkem、BSI均仅能达到5N级别;国内有企业号称产出6N级的UMG-Si,但未见量产报道;必须提醒的是,试生产出6N产品是较易实现的,甚至有厂商用化学法高纯硅同纯度不够的UMG-Si产品共同回炉既生产所谓达到6N级别的UMG-Si。

      第二,5N级UMG-Si转化率低,有衰减问题存在

  按现有水平,采用化学法高纯硅制成的单晶硅电池光电转化率平均水平在18%左右,而现有5N级UMG-Si拉单晶后制成的电池片光电转化率在15%以下,且存在衰减现象,国内部分厂商UMG-Si生成的电池片在两天内转化效率从15%降低至10%左右。此外,UMG-Si量产品的一致性和稳定性也有待提高。 第三,下游厂家多持观望态度 硅料只是整个产业链的最上游环节,下游厂商尚难以接受不成熟的UMG-Si,也较少电池厂商开展应用UMG-Si的研发。目前,实际订购UMG-Si厂家主要有Q-cell,但其明确宣布UMG-Si将同化学法硅料混合使用;CSI推出的E-mudlue采用了100%UMG-Si,市场推广情况尚待进一步观察。我们认为,Q-cell使用UMG-Si进行参杂,更多是当前化学法多晶硅料短缺下的权宜之策。 国内下游厂商对于UMG-Si的使用显得更为谨慎,毕竟其市场空间基本在国外,国外倾向于高转换率的市场需求决定了国内组件厂商暂难尝试使用UMG-Si。

  4、 UMG-Si对降低光伏发电成本贡献有限

  第一, 从产业链角度看,硅料在整个光伏系统成本构成中占比有限,虽然这两年多晶硅价格的暴涨使硅料在产业链的成本占比上升,但随着化学法多晶硅产能释放,其价格将回归理性,我们认为2010年时,化学法多晶硅长单价格将回落至60美元/kg左右。

  第二,且如下图所示,越低的平均转换率其所需边际增加面积越大。而UMG-Si的低转换效率使每瓦面积高于化学法多晶硅组件,且化学法单晶硅电池片转换率平均水平已经接近18%,而UMG-Si目前尚徘徊在15%以下水平。

  由于光伏组件是以每瓦为单位计价,面积的增加意味着每瓦需要更多的组件,这就增加了UMG-Si光伏系统的总成本。据Q-cell公布的研究显示,转换效率下降1%,整个光伏系统的成本会上升7%,如果下降2%,成本上升达15%,呈现边际递增趋势。

  构建一个光伏系统模型,不考虑面积增加增加的系统安装成本,仅考虑组件生产的其余环节。设定系统总成本为9美元/瓦,除硅料外组件生产其它环节占系统总成本的35%,每瓦耗用硅料10克。

  如模型所示,在比较基准设定在15.0%水平时,转换率下降1%意味着UMG-Si需要为整个系统的成本增加负担约22.37美元,即使设定UMG-Si生产成本在10美元/kg,加总后也达到了国外化学法多晶硅的成本区间。

  5、薄膜电池和化学法多晶硅夹缝中的生存空间有多大? 鉴于UMG-Si目前的工艺现状,其转化率介于薄膜电池和化学法晶硅电池之间,其生产成本也介于两者之间。从发展趋势看,薄膜电池技术革新最快,转换率通过采用叠层等技术提升较快;而化学法硅料产能释放后,其价格也将回落。UMG-Si对薄膜电池在转化率上的优势在缩小,对化学法硅料在价格上的优势也在缩小,如果在纯度提升方面无法突破,转化率停滞不前,其未来的生存空间堪忧。

  三、“混沌世界”中的几个亮点

  物理法多晶硅生产工艺仍然在摸索之中,但在生产和应用环节已经取得了突破,我们在此简要介绍代表公司的基本情况。

      1、Timminco的股市神话 TIMMINCO是一家加拿大有色金属公司,多伦多证券交易所上市,代码TIM。2004年收购BECANCOUR SILICON INC.(简称BSI)后涉足金属硅业务。2006年BSI 月产量30吨中试工厂正式投产,目前产能已扩展至3600吨/年,计划扩产至14400吨/年。订单方面,Q-cell与其签订了5年4000吨的供货协议,用于同化学法硅料参杂使用;与CSI签订1500—5000吨5年供货协议,用于CSI的E-module生产(100%采用UMG-Si)。 BSI物理法生产线利用情况如下:

  2007年初时,TIM每股股价在1加元以下,随着有分析员报告指出BSI将量产UMG-Si,股价开始暴涨至08年6月的约35.00加币,是多伦多市场2007年的超级明星股,但市场对其物理法工艺、盈利预期一直存在质疑,从实际产出来看,并没有达到其宣称的6N水平,现股价回落到15加币以下。

  2、挪威Elkem

  挪威ELKEM是世界最大的硅金属供应商,市场份额占全球的15%以上。2006年ELKEM SOLAR公司投资27亿挪威克朗开工5000吨/年UMG-Si的生产线。目前,ELKEM公司已与Q-CELLS签订了年供货量将在2400吨,至2018年的供货合同,用于Q-CELLS参杂化学法多晶硅生产电池。ELKEM采用的是湿法工艺路线,其中试产品取得了不错的转换率和稳定性,参杂25%-100%的UMG-Si转换效率在15%-16.5%之间,但存在衰减问题,工艺改进仍在继续。

  3、CSI的E-Module

  苏州阿特斯(CSI)的E-Module组件成功推出对整个UMG-Si行业是里程碑式的事件。第一,其首次100%采用BSI提供的5N级UMG-Si生产组件,平均转换效率约在13.3%,售价比较相同转换效率的化学法低约15%,但衰减指标不详。订单情况理想,08年约35MW产量签约德国Solar Solarstrom and Iliotec公司,此外,还与美国Conergy签订9MW的09年订单,韩国也取得了少量意向性订单。CSI在09年将扩产E-Module生产线至300MW。此外,9月中旬Q-Cell宣布委托LDK为其加工硅片,硅料采用TIM公司的UMG-Si,合同数量为至共计两万吨,执行至2018年,另有2.1万吨的加工选择权。同时,Q-cell宣布将在马来西亚建设300MW的使用UMG-Si的生产线。四、投资UMG-Si——VC投资还是PV投资?我们看到国内外多则UMG-Si试产成功、具有自有知识产权、突破创新技术的工艺路径的报道,但新闻效果远强于产业效果。“混沌世界”中如何判断成功生产出UMG-Si?我们认为应该从三个层面来判定:第一,最理想的情况,稳定量产出6N级别的SG-Si,但从目前的实际情况看,还没有厂家能做到,但很多厂家都宣称能够做到,我们很难从技术层面去做出判定,因为没有参照,都是创新技术,也许提供冶金硅让其产出6N的SG-Si是最好的判断;第二,CSI—Tim模式,即稳定量产5N级UMG-Si,联合下游厂商采用专门生产线实现100%UMG-Si组件并得到市场认可;第三,Qcell—Elkem模式,如同Elkem、Tim一样量产出5N级的硅料,而且被下游厂家批量采购用于掺杂化学法硅料使用。综上所述,我们认为物理法UMG-Si生产工艺尚不成熟,工艺甄别极为困难;且下游需求不明朗,现有需求更多更多的理解成化学法多晶硅暴利期的暂时选择;Qcell—Elkem模式、CSI—Tim模式均是积极信号,但还需进一步观察。站在当前时点上,投资国内物理法UMG-Si生产,更多是VC投资而非PV投资。

 

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