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光伏行业的荣与殇
发表于:2019-01-10 10:11:16
来源:南开金融硕士宏观行研
 目录索引

一、光伏行业的兴衰史

1.1 2008年以前:补贴推动行业发展

1.2 2008年:金融危机导致行业低潮

1.3 2009年至2010年:行业恢复与产能向中国转移

1.4 2011年至2012年:欧美双反导致中国光伏企业经营困境

1.5 2013年至2017年:需求向中国转移

1.6 2018年以来

二、“清洁能源”OR“高污染、高耗能”?

2.1 光伏制造业产业链:“污染耗能”来源于硅料

2.2 光伏能耗问题:光伏发电已远大于生产耗电

2.3 多晶硅料生产环节:“高污染、高耗能”成为历史

2.4 其他污染

三、中环股份:以单晶硅料为基础向全产业链布局

3.1 中环股份公司简介

3.2 公司财务状况良好,大力投入研发

3.3 光伏全线布局,产能扩张递进

3.4 吸纳其他光伏巨头,发挥产业协同效应

四、隆基股份:单晶产业链的龙头企业

4.1 隆基股份公司简介

4.2 公司硅片产能持续扩张,成本优势大

4.3 单晶硅片效率更高,未来或成主流

一、光伏行业的兴衰史


1.1 2008年以前:补贴推动行业发展

2004年以前,受制于高昂的光伏发电成本,全球光伏新增装机容量增速缓慢。2004年,德国开始对国内光伏行业进行补贴:制定高于普通电价的光伏标杆电价,使标杆电价大于发电成本,资本进入行业有利可图。此后,虽然德国对光伏标杆电价进行了下调,但标杆电价的下调幅度小于技术进步带来的发电成本的下降幅度,光伏电站的收益率得到提高,德国的光伏装机需求因此保持了强劲增长态势。2006年,西班牙效仿德国,引入购电补偿法,对发电量小于100KW的光伏系统进行的补贴,有效期25年,西班牙的光伏装机容量开始迅速发展。2008年金融危机爆发,债务压力促使西班牙政府决定下调电价补贴,并且引进预注册政策控制安装总量,但这一举措激起了下调补贴前的抢装,直接导致西班牙在2008年一举超越德国,成为全球最大的新增光伏装机市场。西班牙2008年新增装机量达到2758MW,2009年下调补贴后仅为69MW。德国和西班牙先后对国内光伏行业进行补贴使欧洲率先打开光伏装机市场,因此这一时期全球光伏装机需求主要集中在德国和西班牙。

1.2 2008年:金融危机导致行业低潮

2008年金融危机使全球光伏装机需求增速大幅回落。光伏装机需求的大幅回落一方面导致了硅料价格的暴跌,另一方面也对上游电池片和组件厂商的经营产生巨压力。光伏行业短暂进入了行业低潮期。

1.3 2009年至2010年:行业恢复与产能向中国转移

这一时期,光伏组件价格下降,光伏电站的收益率上升,光伏行业开始回暖。另一方面,由于德国和意大利对光伏标杆电价进行阶段性下调,导致抢装现象的出现。因此,这一时期的光伏主要装机需求仍集中在欧洲。

这一时期光伏行业另一主要特点就是产能向中国转移。保利协鑫是一家在香港上市的新能源企业,2010年保利协鑫的多晶硅在全球市场中的市占份额提升到11.16%。保利协鑫的崛起意味着中国实现对光伏行业上游原材料的进口替代,推动了国内硅料价格和系统成本的下降。

1.4 2011年至2012年:欧美双反导致中国光伏企业经营困境

2011年10月18日,SolarWorld等美国光伏企业向美国商务部和美国国际贸易委员会提出申诉,称中国光伏企业向美国市场非法倾销多晶硅光伏电池,中国政府向国内生产企业提供包括供应链补贴、设置贸易壁垒等非法补贴,要求联邦政府对来自中国的光伏产品征收超过10亿美元的关税。2012年10月10日,美国商务部对进口中国光伏产品作出反倾销、反补贴终裁,征收14.78%~15.97%的反补贴税和18.32%~249.96%的反倾销税,具体的征税对象包括中国产晶体硅光伏电池、电池板、层压板、面板及建筑一体化材料等。2012年9月,欧盟启动针对中国输欧光伏产业反倾销调查。2013年6月,欧盟委员会宣布将从6月6日至8月6日对中国光伏产品征收11.8%的临时反倾销税。供需失衡导致产品价格快速下跌,众多厂商出现亏损,被迫停产裁员。当时国内光伏行业的龙头企业,在激进扩产的格局下遭受致命一击,导致资金链断裂。无锡尚德、LDK、英利等企业都遇到了经营困境,或宣布破产重组,或被收购。

1.5 2013年至2017年:需求向中国转移

2013年至2017年,我国出台了一系列扶持政策,推动了国内光伏发电行业的快速发展。这一时期,中国光伏新增装机量引领世界,需求向中国转移趋势明显。产能转移叠加需求转移,光伏行业主导权开始转移到中国。


1.6 2018年以来

(1)全球需求逐步转向印度、拉美等新兴市场国家

目前中国、美国、日本、印度、欧洲是全球光伏的主要市场,占比约90%。中国是全球第一市场,市场占比约为46%,其次为美国、日本、欧洲、印度,占比分别为20%、11%、7%、6%。2018年以来,中国光伏终端装机需求增长乏力,印度、拉美等新兴市场国家接棒,在新增装机需求全球份额中的比例开始逐步提升。可以预见,未来印度、拉美等新兴市场国家将逐渐引领全球市场增长。

(2)行业逐步由B2B转向B2C,分布式光伏发电未来可期

光伏电站主要分为集中式光伏电站和分布式光伏电站两种。集中式光伏电站充分利用荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站,接入高压输电系统供给远距离负荷,包括普通光伏电站和扶贫光伏电站中的光伏农业大棚扶贫以及地面光伏电站扶贫。分布式光伏电站主要基于建筑物表面,就近解决用户的用电问题,通过并网实现供电差额的补偿与外送,包括包括工商业分布式电站、用户侧分布式电站以及扶贫光伏电站中的村级光伏电站扶贫。较集中式光伏电站而言,分布式不受地域限制,可以就近发电、就近并网,就近转换,就近使用。因此分布式光伏电站可以缓解光伏发电上网压力,部分解决限电问题,减少集中式光伏电站长距离传输带来的损耗。此外,相比于集中式,分布式光伏盈利更具有优势。2017年我国新增分布式装机同比增长超过300%,远超预期。因此,未来分布式电站是未来光伏需求增量的重要来源。

(3)光伏发电成本快速下降,预计未来3年可实现平价上网

光伏电站的成本主要包括组件成本、安装成本、电器设备、辅材以及土地成本等。从各种成本的占比来看,组件成本占比最大,约占45%,其次是安装成本,约占14%。随着我国硅料、硅片、电池片和组件国产化和技术进步,光伏组件成本不断下降,带动光伏系统度电成本显著下降。未来三年光伏系统度电成本的下降将有利于光电平价上网。

二、“清洁能源”OR“高污染、高耗能”?

中国光伏企业经历了坎坷的大起大落的发展,对光伏产业的质疑也未间断,比如说“光伏生产耗能大,污染大,发出来的电还比不上耗电”。这种说法从十余年前起源,流传甚广,所以光伏是清洁能源还是高污染高耗能行业?

我们的结论是:中国光伏制造业发展之初由于受国外几十年的技术封锁或许存在过比较高的耗能和污染,但在规模发展后这些问题应该已经得到了基本解决。

2.1光伏制造业产业链:“污染耗能”来源于硅料

光伏制造业主要包括晶硅提纯、硅锭硅片、光伏电池和光伏组件四个环节。晶硅提纯从工业硅粉中提取太阳能级晶硅,然后将硅晶体切割加工、刻蚀清洗、印刷电极制成光伏电池片,再由电池片封装制成最终的光伏组件。其中,晶硅提纯需要在高温条件下完成,需要消耗大量的电能,约占总耗能的56%-72%,是产业链中最主要的化工生产过程;而“高污染”来自高纯多晶硅生产中产生的副产物。


2.2光伏能耗问题:光伏发电已远大于生产耗电

晶硅提纯确实是大规模、高耗能产业。然而这不等于光伏产品就是高能耗,需要将单位光伏组件生产中所耗的总能量折算成耗电量,并与组件全寿命发电量进行比较。但随着产业的快速扩张规模化发展与技术进步,中国光伏能耗下降非常迅速,同时政府非常强调光伏生产节能发展。2006年以来随着技术进步和环保标准提高,中国光伏产业链平均综合电耗大幅度下降,2015年工信部发布的《光伏制造行业规范条件》,规定多晶硅生产过程的电耗须小于120千瓦时/千克;新建和改扩建项目须小于100千瓦时/千克,这一能耗水平应该比较接近目前世界先进水平。

以此折算,2015年符合国家规定的光伏电耗,生产一瓦光伏组件需要0.6-1.2度电,加上硅料环节的耗能,按中国中东部发电小时数1200-1400计,一瓦光伏组件年发电一年多可收回生产所耗电量;西部光照资源丰富地区如果不出现大规模弃光,回收期可能更短。因此,按光伏组件25年寿命计,光伏的发电无论如何远大于生产耗电。

2.3多晶硅料生产环节:“高污染、高耗能”成为历史

目前制备多晶硅的工艺技术主要有改良西门子法和硅烷法。

改良西门子法:即在西门子法的基础上增加了尾气回收和四氯化硅氢化工艺,实现了生产过程的闭路循环,既可以避免剧毒副产品直接排放污染环境,又实现了原料的循环利用、大大降低了生产成本(针对单次转化率低)。

硅烷法:利用高纯度硅烷在反应器中热分解为高纯度硅。硅烷法可以分为两类,较早出现的是硅烷西门子法(Silane Siemens),即用硅烷(SiH4)而非TCS作为CVD还原炉的原料,通过硅烷的热分解和气相沉积来生产高纯度多晶硅棒料,REC旗下的REC Silicon公司采用过此方法生产电子级多晶硅;后来出现了另一类方法——硅烷流化床法(Silane FBR),以STC、H2、冶金硅和HCl为原料在流化床(FBR)高温(500℃以上,不算很高)高压(20bar以上)下氢化生成TCS,TCS通过一系列歧化反应后制得硅烷气,将硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床(FBR)反应炉内进行连续热分解反应,生成粒状多晶硅。


目前国际上主流的工艺是改良西门子法,虽然硅烷流化床法在原理上具有很大的成本削减潜力,但目前,硅烷流化床法存在安全隐患大、技术不成熟、控制难度高、产出的颗粒硅过于致密反而容易挤碎坩埚等缺点,导致其实际现金成本较改良西门子法不具有优势。在现有的技术水平下,硅烷流化床法的成本优势无法得以体现,这也是其在业界市场份额很低的重要原因。目前在国内,改良西门子法生产工艺相对成熟,现在采用此方法生产的多晶硅约占据我国总产量的97.5%,未来仍将是主流生产工艺。


多晶硅原料的起点便是石英砂,从矿山中挖取石英砂,是对健康危害最深的职业之一,会让矿工染上矽肺病。下一阶段则是将冶金级的矽精炼,除去内部的杂质,让矽的纯度更高。精炼过程包括将氢氯酸加入冶金级的矽,进行氯化反应生成三氯氢矽,之后加入氢气进行一次性还原产生高纯度的多晶硅,在整个过程中最多有25%的三氯氢矽会转化为多晶硅,同时伴随非常毒的附产品四氯化矽(STC)产生,估计每生产一吨的多晶硅,会有3-4吨的四氯化矽。

如果STC直接排放,这种具强腐蚀性的有毒液体遇到潮湿空气,马上分解成矽酸和剧毒气体氯化氢,会刺激人体眼睛、皮肤与呼吸道刺激,遇上星火则会爆炸,用于倾倒或掩埋四氯化矽的土地将变成不毛之地,树木和草都无法生长。

但是目前我国多晶硅生产企业采用改良西门子法已可做到闭路循环生产,将副产物四氯化硅和尾气(氢气和氯气)回收利用,实现清洁高效。

“高污染”问题实际上停留在06年多晶硅的暴利时期:

(1)那时候硅料价格高,STC肆意排放不影响企业利润,可是现在厂商要想盈利,要想控制成本,都会对STC回收再利用。

(2)随着环保监管加强,技术的提升,生产技术已经可以满足环保要求。2010年工信部、发改委、环境保护部发布了《多晶硅行业准入条件》,规定还原尾气中四氯化硅、氯化氢、氢气回收利用率不低于98.5%、99%、99%;同时,对晶硅生产的选址、能耗、环保、规模做出了明确规定和限制。中国晶硅生产企业实现了改良西门子法的闭路循环生产,做到“可控可还”,从合成到蒸馏,从还原到尾气分离,实现循环利用。

2.4其他污染

(1)施工及光伏发电的废弃物

在光伏发电站混凝土基础施工过程中,对生态环境的污染主要是破坏植被并造成水土流失。对于需大挖大填混凝土构筑物的基础形式,例如独立基础或是条形基础,土方开挖填筑势必造成严重的植被破坏及水土流失,对于生态脆弱地区,其后果将是致命的。土方施工过程中引起的扬尘是大气环境的主要污染源,钻孔灌注桩基础施工过程中,产生的大量废泥浆和废水往往随意堆放,干燥后形成粉尘,也会造成大气环境的污染。再者,目前,我国采用离网型光伏发电系统,这其中也有一定不绿色的因素,铅酸蓄电池是当前光伏发电系统蓄电池的主力军,该电池内含有大量有毒物质,会污染地下水。

(2)光污染

光污染会对人的眼睛造成不同程度的损害,带来视力急降,还会使人头昏心烦等神经衰弱。目前光伏发电在全国各地广泛应用,一些光伏发电系统安装在别墅等高档住宅区和城市标志性建筑上,光伏发电照明已经运用在住宅区内。但光伏电池表面玻璃和太阳能热水器集热器在阳光下反射强光,形成光污染,给生活在周围人群的生活带来上述影响。除此以外,人们的环保意识还有待加强,目前人们对光伏发电废弃物的处理缺乏主动性。尤其是家庭建光伏电站,废弃物随意丢弃严重。严重污染了当地村庄、农田、河流和空气。

总而言之,光伏产业在近年以及未来对于我国产业结构的优化和经济的发展都起着十分重要的作用,现如今正是光伏产业的发展关键时期,其发展不仅需要我国政府做好相关管理和政策的安排,光伏企业本身也应加强自身技术水平的提高,配合政府解决光伏产业的技术问题和资金问题,使光伏产业完全符合国家能源产业的发展政策,为我国的经济发展带来新的商机。

三、中环股份:以单晶硅料为基础向全产业链布局

3.1中环股份公司简介

中环股份是我国半导体及光伏硅片行业龙头,总部位于天津市。公司主营业务围绕硅材料展开,专注单晶硅的研发和生产,以单晶硅为基础形成了半导体和新能源两大板块。新能源业务方面,目前公司已经完善了“单晶硅棒-单晶硅片(P型/S型/S-N型)-电池片、组件、模组-光伏电站”的产业链布局。公司主导产品电力电子器件用半导体区熔硅单晶硅片综合实力位于国内第一,全球第三,市场占有率18%(国内市场占有率超过75%),光伏单晶位居世界第二。



3.2公司财务状况良好,大力投入研发

2018年第三季度公司营业收入和净利润分别同比增长6.00%和1.57%。由于销售规模扩大,前三季度营业收入和净利润分别同比增长 35.06%和 16.84%。公司在获得国家大力支持的同时,也很注重独立开发能力的培养:前三季度其他收益较同期增加472.41%,主要系本期获得的政府补贴较去年同期增加所致;研发费用较同期增加81.69%,无形资产(主要为研发专利)较期初增加64.68%,这为公司的长远独立发展提供了坚实助力。


3.3光伏全线布局,产能扩张递进

2018年半年报公布,中环光伏四期项目已经全部达产,四期改造项目将于2018年第四季度全部达产,改造后可提升原项目设计产能25%以上,提升人均劳动效率100%以上,预计年底公司整体太阳能级单晶硅材料年产能合计将达到23GW以上。2018年前三季度预付款项较期初增加36.51%,主要系公司产能释放、预付原辅材料款增加所致;其他应收款较期初增加233.49%,主要系往来款增加所致。公司产能扩张明显。


3.4吸纳其他光伏巨头,发挥产业协同效应

2017年11月29日,公司发布三项重大公告;(1)从国电科环收购国电光伏90%股权。(2)增持新疆协鑫多晶硅项目。(3)增资子公司中环协鑫,提升单晶产品的性能。

国电光伏总部位于江苏省宜兴市,主要产品有太阳能硅片、电池、组件产品,以及光伏电站项目。此次收购旨在通过国电光伏实施(1)5GW高效叠瓦组件项目,(2)10GW高效太阳能电池用超薄硅单晶金刚线切片产业化项目,(3)高效HIT电池研发生产线的改造升级项目,(4)半导体产业投资。

此次收购标的资产范围如下:

(1)国电光伏宜兴基地内的土地1,316亩;

(2)国电光伏宜兴基地内的全部房屋,及道路、绿化等所有构筑物;

(3)国电光伏宜兴基地内的公辅系统;

(4)国电光伏宜兴基地内的高效HIT电池线;

(5)国电光伏的留抵进项税和递延所得税资产。

新疆协鑫是保利协鑫在新疆多晶硅项目的建设单位。此项增资使中环股份对单晶硅棒、多晶硅原料的需求有了更充分的保障。增资后,中环股份持有新疆协鑫的股权比例由10%提升至30%。

中环股份与保利协鑫均于2017年8月11日发布合作公告,主要合作内容为:

(1)生产多晶硅材料:天津中环将向保利协鑫在建的新疆多晶硅项目注资;(2)生产单晶硅棒:保利协鑫将参股“中环光伏四期单晶硅棒项目”。(3)单晶硅片加工:根据天津中环加工单晶硅片的产能需求,天津中环可能收购保利协鑫标的硅片切割工厂的部分股权;(4)其他合作:在光伏电站开发以及光伏产业相关的管理、技术、研发等方面进行全方位交流合作。

四、隆基股份:单晶产业链的龙头企业

4.1隆基股份公司简介

隆基股份长期专注于为全球客户提供高效单晶太阳能发电解决方案,主要从事单晶硅棒、硅片、电池和组件的研发、生产和销售,以及光伏电站的开发、建设及运营业务等。


2018年上半年,公司实现单晶硅片出货15.44亿片,其中对外销售7.58亿片,自用7.86亿片;实现单晶电池组件出货3,232MW,其中单晶组件对外销售2,637MW,自用375MW,单晶电池对外销售220MW。报告期内,公司加强了海外市场的业务布局和通道建设,带动单晶组件海外销量快速增长,2018年上半年,公司海外单晶组件销量达到687MW,是去年同期的18倍。在公司的引领下,随着单晶产品性价比优势的进一步凸显,单晶市场占有率得到有效提升。

2018年上半年,公司实现营业收入100.02亿元,同比增长59.36%,实现归属于母公司的净利润13.07亿元,同比增长5.73%,实现综合毛利率22.62%。

4.2公司硅片产能持续扩张,成本优势大

2007年公司开始单晶硅棒的生产,2009 年开始单晶硅片的生产,2014年,公司凭借着“金刚线切割工艺”的推广以及单晶快速生长技术生产的全面导入,产品非硅成本大幅下降在硅片切割技术方面,公司在行业内率先实现了金刚线切割技术替代传统砂浆切割技术,并推动了切割设备与金刚石切割线的国产化替代,使得切片环节成本快速下降,生产效率大幅提升。在电池组件方面,公司提前布局单晶 PERC高效电池产能,积极推广PERC电池的规模化量产,引领了产业高效化趋势,根据PV Infolink机构统计,截至2017年第四季度全球单晶PERC累计产能已达到25GW,同比增长1.4倍。2018年公司PERC电池产能将再次进行技术升级改造,进一步提高转换效率,推动行业技术进步。


2018年上半年,隆基股份的研发支出7.19亿元,同比增长61.80%,占当期主营业务收入的7.18%。截至2018年6月底,公司累计获得各类已授权专利407项,取得了重要的研发成果,高效产品不断推陈出新。公司在单晶生长、金刚线切割及单晶材料薄片化技术等方面形成了较强的技术积累和项目储备,成本处于行业领先水平;在单晶电池、组件环节,公司单晶PERC电池转换效率最高水平达到23.6%、60型高效单晶PERC组件转换效率达到20.66%、60型单晶PERC半片组件功率突破360瓦,均刷新了世界记录,研发水平处于行业领先水平。

4.3单晶硅片效率更高,未来或成主流

晶体硅根据生长工艺的不同可划分为单晶硅和多晶硅。单晶电池和多晶电池的初始原材料都是原生多晶硅,以类似于微晶的状态存在,要使其具备发电能力,就必须将微晶状态的硅制成晶体硅。在晶体生长这个环节中,原生多晶硅在单晶炉内会生产成单一晶向、无晶界、位错缺陷和杂质密度极低的单晶硅棒。而多晶硅的晶面取向不同、晶界繁杂、位错密布,晶格缺陷增多,其本质就是大量的小单晶的集合体。多晶铸锭本身简单粗暴的工艺使得它更容易大规模扩张,但是却无法将位错缺陷和杂质密度控制在较低水平,这些要素无一不在影响着多晶的少数载流子寿命。


单晶发电效率显著高于多晶,未来提升空间远大于多晶。单晶硅晶粒一致性更好使其在力学性质、电学性质等方面优于多晶硅,制成电池片后,单晶硅电池光电转换效率也更高。目前单晶硅太阳能电池每瓦发电量大约比多晶高出5%左右,主流商用单晶硅电池转换率普遍在20%左右,而主流商用多晶硅电池普遍转换率在6%-18%。


单、多晶硅片价格差距逐渐缩小,单晶硅片市占率持续提升。2015年以来单晶硅片逐渐实现金刚线切片,相比多晶硅采用的传统砂浆切片技术具有切割速度快、单片损耗低、切割液更环保等优点。使用金刚线切片提高了生产效率,产能显著增长,单位成本下降,同时降低单位产能消耗,切割成本减少,降低直接成本。另一方面单晶拉棒实现的连续加料技术使得单炉产量显著上升,单晶方棒成本以更快的速度下降,因此多晶硅对单晶硅建立的价格优势逐渐缩减,两者之间价格正越来越趋近。

根据EnergyTrend的供应链数据库统计,单晶硅片历经1Q18淡季和中国「531新政」的冲击,整体产量与出口量仍呈现成长趋势,单季最高产量来到13.17GW,市占率于 3Q18 来到 46.1% 新高。在单晶供应链的供货能力稳定提升、产品性价比渐入佳境的趋势下,单晶产品的市占比预计还会持续成长。单晶供应链4Q18整体稼动率远高于多晶,因此EnergyTrend预期4Q18的单晶硅片产量与出货量会双双超越多晶。

索比光伏网(solarbe.com)责任编辑:肖舟

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