洞悉光伏主产业链系列三：光伏硅料：光伏产业链的“黑金”，双碳时代拥硅为王

行业深度报告 2022年09月13日 洞悉光伏主产业链系列三 ——光伏硅料：光伏产业链的“黑金”，双碳时代拥硅为王 核心观点 光伏硅料是光伏产业链的核心原材料，行业具备高门槛高收益。光伏硅料（太阳能级多晶硅）是光伏产业链中最上游的原材料，由工业硅提纯制成，工业硅和电力是光伏硅料的成本核心。从产品形态来看，可将光伏硅料分为棒状硅和颗粒硅两类；从表面质量来看，棒状硅加工后可以进一步分为致密料、菜花料、珊瑚料和复投料。光伏硅料行业较产业链其他环节具有重资产+低周转+高ROE的特征，具备高门槛高收益。 改良西门子法为当前主流多晶硅制备工艺，硅烷流化床法制备的颗粒硅目前多作为辅料掺杂使用。改良西门子法由西门子法改进，产品为 棒状硅，实现了多晶硅生产的闭路循环，目前已成为行业主流生产技术。硅烷流化床技术使用硅烷进行还原，产品为颗粒硅，较棒状硅的生产成 评级推荐（维持）报告作者 作者姓名段小虎 资格证书S1710521080001 电子邮箱duanxh@easec.com.cn 联系人柴梦婷 电子邮箱chaimt@easec.com.cn 股价走势 本得到有效降低，且更适合自动化生产，但颗粒硅的使用仍尚存部分问 题，目前多作为不超过30%的辅料掺杂使用。 “拥硅为王”时代再现，阶段性供需错配为主要原因。硅料较产业链其他环节技术/资金壁垒更高、产能刚性且扩产/爬产周期更长。复盘多晶硅2000-2022年H1的历史价格和供需情况，历史三次价格的大幅上涨都是由于硅料与其下游环节供需失衡所致。当前头部硅料企业处于扩产周期，新增产能有限，下游需求的持续高增引领硅料价格进入新一轮的上升周期，硅料价格也因此一路持续上涨至近十年新高。 光伏装机量持续提升驱动硅料需求向好，预计2022年全球光伏硅料市场空间将达68.33万吨。1）全球碳中和进程不断加速，据IRENA预测，2022年全球光伏LCOE将低于燃煤发电成本，经济性进一步提升引 领新增光伏装机需求向好；2）硅料扩产周期较其他环节较长，较光伏装机需求存在错配，其下游硅片环节的大规模投产带动硅料需求增长，根据各公司公告及硅业分会统计，2022年头部硅片企业基本锁定了硅料行业全年的产出；3）根据测算，保守预期下，2022年全球光伏硅料市场空间将达64.88万吨，同比+45.10%。 国内产能引领全球产能增长，西门子法仍将占据主流地位。产能情况：硅料生产具备高技术及资金壁垒，对企业要求较高，国内多晶硅产 能持续提升，根据国际太阳能光伏网统计及预测，2022年国内多晶硅产能将达到117.7万吨，2023年有望达到310.2万吨，同比增长163.55%，占全球硅料产能的96.61%。竞争格局：国内多晶硅年产量稳步提升，主要集中在新疆、内蒙古、四川等电力资源丰富的地区，根据百川盈孚数据，国内多晶硅行业CR6占比高达77%，且未来有进一步上升趋势。发展趋势：未来改良西门子技术成本仍有较大下降空间，同时N型时代引领高品质多晶硅需求，改良西门子法前景光明，仍将占据行业主流地位，根据CPIA预测，2030年其市场占有率有望维持在90%以上。 投资建议 在当前多晶硅供需格局紧俏的背景下，我们看好具备产能优势、盈利能力有望延续高位的硅料龙头企业，相关标的：通威股份、大全能源、协鑫科技。 风险提示 上游原材料价格波动超预期；行业产能供给释放超预期；光伏相关政策落地不及预期。 相关研究 《洞悉光伏主产业链系列二——光伏组件：大尺寸+N型+高功率为主旋律，一体化企业构筑竞争壁垒》2022.08.17 《洞悉光伏主产业链系列一——光伏电池片：N型电池片技术迭代拉开序幕，引领行业降本增效》2022.06.30 《洞悉光伏辅材产业链系列二——光伏玻璃：光伏新增装机量+双玻渗透助力需求高增，供给端产能持续扩张》2022.04.21 《洞悉光伏辅材产业链系列一——逆变器：光伏领域新增+替换需求高景气，储能领域开启行业第二增长极》2022.03.03 行业研究 ·新能源发电 ·证券研究报告 正文目录 1.引言5 2.光伏硅料简介5 2.1.定义：光伏发电产业链的核心原材料，生产工艺为工业硅提纯5 2.2.分类：根据产品形态可分为棒状硅和颗粒硅，棒状硅为当前行业主流7 2.3.特征：重资产+低周转+高ROE，具备高门槛高收益9 3.行业复盘10 3.1.技术发展：改良西门子法为当前主流技术，流化床法更具成本优势10 3.1.1.改良西门子法（棒状硅技术）——技术成熟稳定，业内主流的加工路线10 3.1.2.流化床法（颗粒硅技术）——硅烷流化床技术已实现量产，仅部分公司掌握成熟技术12 3.1.3.对比：颗粒硅降本空间更大，但仍存在质量差距13 3.2.历史价格：阶段性供需错配开启涨价周期，“拥硅为王”时代再现15 4.需求端16 4.1.碳中和背景+平价时代共同驱动光伏新增装机需求，上游硅料同步受益16 4.2.硅料较主产业链其他环节产能较低，硅片企业长单带动需求增长19 4.3.市场空间测算：2022年市场空间将达到64.88万吨，同比+45.10%21 5.供给端22 5.1.产能情况：技术及资金壁垒较高，国内产能引领全球产能增长22 5.2.竞争格局：市场向中国头部企业集中，CR6产量占比77%24 5.3.发展趋势：N型技术引领高品质硅料需求，棒状硅降本空间可期地位稳固27 6.相关标的30 6.1.通威股份30 6.1.1.全球多晶硅龙头，市占率稳居全球第一30 6.1.2.业绩维持高速增长，现金流大幅增加32 6.1.3.产能扩张龙头地位稳固，长单锁定保证公司业绩34 6.2.大全能源34 6.2.1.高纯多晶硅产品领军者，产能位居行业前列34 6.2.2.业绩维持高速增长，新增产能持续释放35 6.2.3.产能稳步提升，完善产业布局三轮驱动未来可期37 6.3.协鑫科技38 6.3.1.全球领先的多晶硅供应商，另辟蹊径的颗粒硅龙头38 6.3.2.业绩取得高速突破，净利润大幅改善39 6.3.3.颗粒硅产品差异化竞争，产能加速迎来放量41 7.风险提示42 图表目录 图表1.光伏主、辅材产业链示意图5 图表2.光伏硅料是光伏发电系统的核心原材料6 图表3.多晶硅产业链示意图7 图表4.国内改良西门子法多晶硅成本构成7 图表5.棒状硅与颗粒硅产品图示8 图表6.2021-2030E棒状硅/颗粒硅市场份额发展趋势8 图表7.不同品质块状硅示意图9 图表8.各环节代表企业流动资产占比总资产9 图表9.各环节代表企业总资产周转率9 图表10.各环节代表企业固定资产周转率10 图表11.各环节代表企业摊薄ROE10 图表12.改良西门子法工艺流程示意图11 图表13.多晶硅还原炉为改良西门子法的核心设备11 图表14.硅烷流化床法工艺流程示意图12 图表15.流化床反应器为流化床法的核心设备12 图表16.TCS流化床法工艺流程示意图13 图表17.FBR法颗粒硅较改良西门子法棒状硅生产成本降幅情况14 图表18.颗粒硅自动化生产流程示意图14 图表19.棒状硅与颗粒硅产品对比15 图表20.2000.01-2022.07进口/国产多晶硅价格走势（美元/kg）16 图表21.2010-2021年光伏发电成本骤降17 图表22.2010-2021年全球光伏LCOE（美元/kWh）18 图表23.2010-2021年中国光伏LCOE（美元/kWh）18 图表24.2010-2021年全球新增光伏装机量18 图表25.2010-2021年全球累计光伏装机量18 图表26.2010-2021年中国新增光伏装机量19 图表27.2010-2021年中国累计光伏装机量19 图表28.光伏主产业链各环节扩产周期19 图表29.2017-2021年国内硅片产能产量情况20 图表30.2022年硅料行业产出已被硅片企业100%锁定21 图表31.2021-2023E全球光伏硅料市场规模测算22 图表32.《GB/T25074-2017》太阳能级多晶硅国家标准技术指标23 图表33.全球硅料年末产能统计及预测（万吨）24 图表34.2018-2021年全球多晶硅有效产能（万吨）25 图表35.2018-2021年全球多晶硅产量（万吨）25 图表36.2021年全球多晶硅企业产量Top10情况25 图表37.2018-2021年国内多晶硅产能（万吨）26 图表38.2018-2021年国内多晶硅产量（万吨）26 图表39.2021年国内多晶硅各企业产量占比情况26 图表40.2021年国内多晶硅分地区产量占比情况26 图表41.2021-2030E全球各类光伏电池技术市场占比变化趋势27 图表42.2021-2030E全球颗粒硅及棒状硅市场占比变化趋势27 图表43.2021-2030E全球改良西门子法多晶硅生产线设备投资成本变化趋势（亿元/千吨）28 图表44.2021-2030E全球多晶硅生产还原电耗变化趋势（kWh/kg-Si）28 图表45.2021-2030E全球多晶硅生产冷氢化电耗变化趋势（kWh/kg-Si）28 图表46.2021-2030E全球多晶硅生产综合电耗变化趋势（kWh/kg-Si）28 图表47.2021-2030E全球多晶硅生产还原余热利用率变化趋势（%）29 图表48.2021-2030E全球多晶硅生产水耗变化趋势（t/kg-Si）29 图表49.2021-2030E全球多晶硅生产蒸汽耗量变化趋势（kg/kg-Si）30 图表50.2021-2030E全球多晶硅生产综合能耗变化趋势（kgce/kg-Si）30 图表51.通威股份历史沿革31 图表52.通威股份股权结构32 图表53.通威股份历年营收变动趋势33 图表54.通威股份历年归母净利润变动趋势33 图表55.通威股份毛利率与净利率变动趋势33 图表56.通威股份期间费用率变动趋势33 图表58.大全能源历史沿革35 图表59.大全能源股权结构35 图表60.大全能源历年营收变动趋势36 图表61.大全能源历年归母净利润变动趋势36 图表62.大全能源毛利率与净利率变动趋势37 图表63.大全能源期间费用率变动趋势37 图表65.协鑫科技历史沿革39 图表66.协鑫科技股权结构39 图表67.协鑫科技历年营收变动趋势40 图表68.协鑫科技历年归母净利润变动趋势40 图表69.协鑫科技毛利率与净利率变动趋势41 图表70.协鑫科技期间费用率变动趋势41 1.引言 随着全球碳中和进程不断加速，叠加光伏发电成本持续下行，经济性不断提升，光伏装机需求高增长确定性较强。我们将对光伏全产业链进行全面及深入的研究，旨在基于长期看好光伏产业链发展的情况下，作出深入研究并为投资者提供参考。光伏产业链主要分为主产业链和辅材产业链，主产业链中主要包括硅料、硅片、电池片、组件及光伏电站环节，辅材产业链中根据不同生产环节分类，主要包括1）硅片生产环节：热场材料、金刚线；2）电池片生产环节：银浆；3）组件封装环节：光伏玻璃、胶膜、背板、边框、接线盒等等；4）电站发电环节：逆变器、支架、汇流箱、电缆等等。本篇报告为光伏产业链系列报告第五篇，将聚焦于主产业链制造顶端的硅料环节。 图表1.光伏主、辅材产业链示意图 资料来源：海优新材招股说明书，东亚前海证券研究所 2.光伏硅料简介 2.1.定义：光伏发电产业链的核心原材料，生产工艺为工业硅提纯 光伏硅料是光伏发电系统的核心原材料。光伏硅料，即太阳能级多晶硅（SoG-Si），是光伏产业链中最上游的原材料，为带有金属光泽的灰黑色固体，具有熔点高（1410℃）、硬度大、有脆性、常温下化学性质不活泼等特性，且具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，被称为光伏产业链中的“黑金”。从光伏硅料的必要性来看，光伏发电的原理是光 生伏特效应和PN结，光伏电池片的基本构造是由P型与N型半导体接合而成，而半导体最基本的材料便是硅元素，因此硅料是决定了光伏系统发电能力的核心原材料；从光伏硅料的重要性来看，硅在自然界