中国能源资讯网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。
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，硅在自然界中一般以硅酸盐或二氧化硅的形式存在，自然界中几乎不存在单体硅，多晶硅作为以工业硅为原料提纯后达到一定纯度的硅材料，起到了优秀的中间品作用，有效推动了产业的快速发展。
多晶硅由工业硅提纯制成，根据纯度可分为冶金级、太阳能级和电子级。工业硅又称金属硅，是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，硅含量一般在 99%以上（2N），其余杂质为铁、铝、钙等，是多晶硅的上游原材料。目前多晶硅的制备技术主要包括化学法和物理法，化学法为当前主流工艺，约占全球产量的 80%；物理法又称为冶金法，类似于金属冶炼提纯过程。纯度是多晶硅品质的主要评判指标，当前多晶硅按纯度由低到高可以分为：1）冶金级多晶硅（MG-Si），一般含硅量为99.999%～99.9999%（5N-6N），主要应用包括航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料以及建筑、纺织、汽车、机械等领域；2）太阳能级多晶硅（SoG-Si），纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，一般在 99.9999%～99.9999999%（6N-9N）之间，主要应用为光伏晶硅电池；3）电子级多晶硅（SEG-Si），一般要求含硅量达到 99.9999999%以上（9N 以上），主要应用于半导体硅片的生产。
工业硅和电力是光伏硅料的成本核心。根据百川盈孚数据，2022年6月上旬国内改良西门子法生产多晶硅的成本结构中原材料占比最大，达到41%，其中工业硅占总成本的 39%，为光伏硅料的最大成本项，因此降低硅耗（生产单位多晶硅耗费的硅量）可以有效降低光伏硅料的生产成本；能源占总成本的 32%，其中电力占总成本的30%，为光伏硅料第二大成本项，进一步降低生产电价和电耗水平也成为了光伏硅料企业重要的降本途径之一。
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
从产品形态来看，可将光伏硅料分为棒状硅和颗粒硅两类。当前主流的多晶硅生产技术主要有改良西门子法和硅烷流化床法，产品形态分别为棒状硅和颗粒硅，其中改良西门子法的生产工艺相对成熟，棒状硅产品目前为行业主流，2021 年市占率达到 95.9%；2021 年硅烷法颗粒硅产能和产量小幅增加，市占率同比提升 1.3 pct 达到4.1%。从未来看，若颗粒硅的产能进一步扩张，且随着生产工艺的改进和下游应用的拓展，其市场占比有望进一步提升。
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。棒状硅需经过破碎加工形成块状硅供下游厂商使用，根据纯度和表面质量不同，可细分为致密料、菜花料、珊瑚料和复投料：1）致密料颜色明亮、外表光滑，表面颗粒凹陷程度最低，小于5mm，无氧化夹层，价格最高，主要用于拉制单晶硅；2）菜花料颜色偏灰、表面粗糙，颗粒凹陷程度适中，为 5-20mm，断面适中，价格中档；3）珊瑚料表面凹陷较为严重，深度大于 20mm，断面疏松，价格最低。菜花料、珊瑚料主要用于制作多晶硅片，部分企业选择在致密料中掺杂不低于30%的菜花料来生产单晶硅，从而节约原料成本；4）复投料属于致密料的一种，是拉晶产生的头尾或边皮料，一般品质较好，可以作为填充硅料二次循环使用。
2.3.特征：重资产+低周转+高ROE，具备高门槛高收益
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。我们选取光伏产业链各环节的龙头代表公司与光伏硅料龙头企业进行比较，具体来看： 1）重资产：从资产结构来看，光伏硅料企业的流动资产占比整体相对偏低，低于逆变器、胶膜、组件等环节，整体资产结构较重，具备较高的准入和退出门槛； 2）低周转：从资产周转率来看，光伏硅料企业整体具有偏低的总资产周转率和固定资产周转率，低于胶膜、组件、逆变器等环节；3）高 ROE：从摊薄 ROE 来看，光伏硅料行业2021 年ROE水平大幅领先产业链其他环节，近年来随着硅料供给持续紧缺，光伏硅料环节的利润空间持续扩张。
3.行业复盘
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
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
改良西门子法由西门子法改进，实现了多晶硅生产的闭路循环。1955年，德国西门子公司开发出用氢气还原高纯TCS（三氯氢硅），在1100℃左右的硅芯上沉积多晶硅的生产工艺，并于1957 年开始用于工业化生产，这种多晶硅生产工艺也被外界称为“西门子法”。由于西门子法存在生产转化率低，且会产生大量的剧毒副产品 STC（四氯化硅），因此在西门子法基础上增加了尾气回收和 STC 氢化工艺的改良西门子法得以提出。改良西门子法实现了多晶硅生产流程的闭路循环，主要工艺流程包括：1）氯气和氢气合成氯化氢；2）工业硅粉与氯化氢在合成流化床中合成TCS气体并分离回收尾气；3）对 TCS 进行精馏/提纯；4）将TCS 与高纯氢气送入还原炉并经化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。生产的闭路循环主要体现在：1）将还原炉还原过程中产生的 STC 送到氢化反应环节将其转化为TCS，并于尾气中分离出来的 TCS 一起送入精馏提纯系统循环利用；2）将尾气中分离出的氢气送回还原炉、氯化氢送回 TCS 合成装置，进而实现闭路循环利用。
改良西门子法较西门子法具备多重优势，目前已成为行业主流生产技术。相较于西门子法，改良西门子法主要具有以下优势：1）节能：由于改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉，可有效降低还原炉消耗的电能；2）物耗降低：还原尾气是从还原炉中排放出来的、经反应后的混合气体，改良西门子法将尾气中的各种组分全部进行回收利用，大幅降低了原料的消耗；3）污染减少：由于改良西门子法是一个闭路循环系统，多晶硅生产中的各种物料得到充分的利用，排出的废料极少，相对传统西门子法有效控制了废料污染对环境的影响。随着 CVD 技术改良、中间气体生产技术进步和规模化效益的凸显，改良西门子法已成为目前生产光伏多晶硅最为成熟、应用广泛、扩展速度最快的生产技术。
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
目前流化床还原技术有分别基于硅烷和TCS 的两种技术路径：硅烷流化床技术为第二大多晶硅制备工艺，使用硅烷进行还原。硅烷流化床法与改良西门子法的前半段工艺相同，都是通过工业硅氢化得到三氯氢硅并分离尾气，但硅烷流化床法在后半段将三氯氢硅加氢制成硅烷，并将其通入流化床反应炉内进行连续热分解，然后在流化床反应器内预制的硅籽晶上发生气相沉积反应，生产颗粒状的多晶硅产品。硅烷易与其他氯硅烷分离，本身分解温度低，分解率高，副反应少，因此硅烷流化床法具备以下优势：精馏、尾气处理工序简单，能耗和单体投资大大降低，反应转化率接近 100%，流化床电耗仅为改良西门子法的10%~20%。
TCS 流化床技术直接使用 TCS 还原，但还原工艺难度增加。相较于硅烷流化床法，TCS 流化床法直接以 TCS 为原料，省去了将TCS歧化为硅烷的工艺流程，前段制气工艺得到简化，但后端还原工艺的难度有所增加，同时能耗和尾气处理的难度也相应增加。因此目前以美国MEMC、挪威REC、协鑫科技、陕西天宏瑞科为代表的成功实现颗粒硅量产的企业使用的都是硅烷流化床技术。
3.1.3.对比：颗粒硅降本空间更大，但仍存在质量差距
颗粒硅较棒状硅的生产成本得到有效降低，且更适合自动化生产。颗粒硅产品相较于棒状硅的核心优势主要包括：1）生产成本低：根据协鑫科技数据，截至 2022 年 8 月，资本性支出方面，硅烷流化床法的投资费用较改良西门子法低 34%，占地面积低 60%；运营成本方面，人员需求低60%，水消耗低 49%，氢消耗低 57%，电力消耗低78%，生产端降耗降碳接近80%；2）无需破碎，生产过程自动化：颗粒硅无需破碎，更利于生产过程自动化，可通过饮水机模式减少包装与人工环节，实现加料自动化（FBR工厂—罐车运输—除尘储存—AGV 装运—装料）；同时可通过侧加料模式，减少等待时间 3.6h，提升效率；3）下游客户的单晶生产成本降低：根据协鑫科技数据，应用颗粒硅单晶成本为应用棒状硅单晶硅成本的81%，在自动化/增加复投量/免破碎环节/减少复投异常/节省复投器/复投增量/初装增量上可分别节省 3%/1%/9%/1%/1%/3%/1%的成本，合计可节省19%的单晶生产成本。
颗粒硅使用仍尚存问题，目前多作为不超过30%占比的辅料掺杂使用。目前颗粒硅在使用过程中尚存一些问题：1）颗粒硅表面积大于棒状硅，更容易吸附产生表面污染；2）颗粒硅在运输过程中，容易相互摩擦形成硅粉，不利于后续投入生产；3）颗粒硅表面存在氢键，熔化时产生氢气易引起跳料。因此目前颗粒硅多作为降低成本的辅料，与棒状硅掺杂使用，根据协鑫科技数据，掺杂比例一般在 30%以下，在连续拉制过程中如果掺杂比例过高，可能会影响产品质量。颗粒硅现存问题的后续改进尚需进一步工艺改善，目前表面积大易吸附问题可通过抽真空除尘和双层缠膜包装方式避免杂质污染解决；针对硅粉较多的问题已有抽真空减少颗粒硅间的摩擦，以后过渡到大罐，并在用户侧建立，通过管道连接到单晶炉的解决方案；而加料跳料的问题则可通过添加加热步骤，进一步下降含氢量从而有效解决。
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
硅料作为光伏产业链中技术/资金壁垒最高、产能刚性且扩产/爬产周期最长的环节，叠加例行检修、生产事故等增加供给不确定性的因素，相较于其他环节更易出现因供不应求而导致涨价的情况。我们复盘了多晶硅2000-2022 年 H1 的历史价格和供需情况，供需失衡导致光伏行业分别于2005-2008 年、2010-2011 年、2020-2022 年出现“拥硅为王”的局面：
2005-2008 年——需求暴增，产能受限，价格暴涨：受欧美补贴政策刺激，光伏需求井喷，因德日技术垄断、扩产产能有限，多晶硅价格由2005 年初的 28 美元/kg 左右一路暴涨至2008 年中的241 美元/kg左右；
2008-2010 年——国内产能投放，供需平衡，价格回落：国内企业突破多晶硅生产技术，随着产能投放、供需重新平衡，2010 年中硅料价格回落至 51 美元/kg 左右；
2010-2011 年——需求超预期，供不应求，价格上涨：2010年光伏需求超预期，硅料因 2009 年的价格暴跌导致实际扩产速度放缓，最终导致硅料出现短暂供不应求，2011 年 Q2 价格涨至75 美元/kg 左右；
2011-2012 年——产能增加，需求收缩，价格下滑：产能大幅增加叠加需求收缩导致硅料价格连续下滑，2012 年底硅料价格回落至20美元/kg左右；
2018-2019 年——需求减少，价格下滑，扩产放缓：2018年国内出台531 光伏新政，明确降低光伏发电补贴幅度，当年光伏新增装机量同比下降 18%，多晶硅需求量受到冲击，价格一路下行至2019年末的8美元/kg 左右，硅料企业也纷纷放缓了扩产步伐；
2020 年至今——新增产能有限，需求火热，价格上涨：2018-2021年多晶硅盈利状况不佳，导致企业扩产热情减退，新增产能有限，双碳背景下全球光伏装机需求迎来加速，供需紧张导致硅料价格持续上涨至近十年新高，“拥硅为王”时代再现。
4.需求端
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
全球碳中和进程加速，清洁能源为未来大势所趋。2015 年，联合国气候变化大会通过《巴黎协定》，提出各方将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2 摄氏度之内，并为把升温控制在 1.5 摄氏度之内努力。《巴黎协定》的签署加速了全球碳中和进程，全球多个经济体已承诺在 2050 年前实现碳中和目标。中国是《巴黎协定》第 23 个缔约方，也是落实《巴黎协定》的积极践行者。中国领导人在联合国气候雄心峰会上宣布：到 2030 年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005 年下降 65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右（2020 年比重在 15%左右），风电、太阳能发电总装机容量将达到 12 亿千瓦以上。在全球碳中和大主题下，发展新能源是大势所趋。
光伏发电成本不断下降，经济性驱动新增装机需求。从全球范围内来看，根据国际可再生能源组织（IRENA）发布的《2021 年可再生能源发电成本报告》，全球光伏平准化度电成本（LCOE）由2010 年的0.417美元/千瓦时下降到 2021 年的 0.048 美元/千瓦时，降幅达88.49%，成本不断下降，经济性大幅提升。从横向对比来看，其他新能源发电方式如海上风电/陆上风电，2010-2021 年度电成本降幅分别为60.11%/67.65%，降本幅度较光伏具有较大差距。根据 IRENA 预测，2022 年全球光伏LCOE将降至0.04美元/千瓦时，将低于燃煤发电成本。从中国范围内来看，中国光伏平准化度电成本（LCOE）由 2010 年的 0.305 美元/千瓦时下降到2021 年的0.034美元/千瓦时，降幅达 88.85%，且中国光伏度电成本低于全球水平，性价比更优。
全球光伏装机量持续提升，预计 2025 年新增装机量达270-330GW。根据 IRENA 数据，在全球碳中和加速的背景下，叠加光伏发电成本持续下探，经济性不断提升，全球光伏新增装机量由2010 年的17.46GW提升至2021年的 132.81GW，CAGR 达到 20.26%。根据CPIA 预测，2025年全球新增光伏装机量将达到 270-330GW。从全球装机量分布来看，去中心化趋势较为明显，已逐渐由欧洲主导演变成中国、巴西、印度、美国等市场共同崛起的局面，根据 IEA 数据，2021 年至少有20 个国家的新增光伏装机量超过了 1GW，15 个国家的累计装机容量超过10GW，5 个国家的累计装机容量超过 40GW。
中国光伏装机量快速增长，预计 2025 年新增装机量达90-110GW。平价时代来临之前，国家政策补贴大幅提升了对光伏电站的投资积极性，驱动了装机量快速增加；平价时代来临后，光伏发电经济性提升，叠加双碳系列政策加持，中国后续装机的增长动力持续充足。根据国家能源局数据，中国新增光伏装机量由 2010 年的 0.61GW提升至2021 年的54.88GW，CAGR 达 50.54%，2021 年中国新增光伏装机量占比全球新增光伏装机量约41.32%，是全球光伏装机的主要推动者之一。在双碳政策体系不断完善的背景下，叠加大基地项目和整县政策的积极推进，国内“十四五”期间装机量有望迎来高增，根据 CPIA 预测，2025 年中国新增光伏装机量将达到90-110GW。
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
硅料扩产周期较其他环节较长，较光伏装机需求存在错配。硅料行业具有扩产建设周期较长的特点，扩建周期约为18 个月，其下游环节硅片/电池片/组件产能扩张较快，分别为 12/9/6 个月，下游各环节全年产能大幅高于硅料产能，因此在某些阶段可能出现硅料阶段性供给紧缺。另一方面，硅料生产需要保持高开工率，因此季度产出处于较稳定水平，而光伏装机需求存在淡旺季，季节波动性较大，故硅料的供给和光伏装机需求存在一定错配。
多晶硅的直接下游环节是硅片，硅片大规模扩产带动硅料需求增长。光伏产业链中，与硅料环节绑定最密切的是其直接下游环节硅片端，近年来随着单晶硅片加速完成对多晶硅片的替代，硅片的毛利率快速提升，从而吸引了各大硅片新老厂商大幅扩张产能规模，2021 年国内硅片产能达407GW，同比增长 69.67%，2017-2021 年的CAGR 高达40.31%。硅片产能的大规模投产进一步加大了对硅料的采购需求，硅片企业纷纷开始签订硅料采购长单以保障原材料供应，根据各公司公告信息（不完全统计），2022年头部硅片企业锁定硅料长单量达到 81.108 万吨，与硅业分会预测的2022年硅料产量 81.0 万吨相比，基本已经全额锁定了全年的硅料产出。
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%
我们假设： 1）光伏新增装机容量：根据 CPIA 预测，在保守情况下2022/2023年全球光伏新增装机容量分别为 205/220GW，乐观情况下全球光伏新增装机容量分别为 250/275GW； 2）组件容配比：从技术层面来看，根据古瑞瓦特公司，因为光照条件、安装角度、线路损耗等各种因素，组件效率无法100%输出，大部分时间只有70%额定功率左右，即便天气非常好时只能达到90%的额定功率，故组件容配比不宜为 1:1。科学提高容配比可以增加系统收益，降低LCOE，实现整体效益的最大化。从政策层面来看，2020 年10 月，国家能源局发布的《光伏发电系统效能标准》中全面放开了容配比规定，容配比限制提高到最高1.8:1。古瑞瓦特公司推荐 I/II/III 类地区分别按1.1:1/1.2:1/1.3:1配置，我们选取平均值 1.2:1； 3）光伏组件每 GW 耗硅量：根据 OFweek 太阳能光伏网及CPIA数据，我们计算得出 2021 年每 GW 光伏组件耗硅量为0.28 万吨，我们认为未来随着硅片薄片化、金刚线线径下降、以及 N 型电池普及化带来的电池组件效率的提升，2022/2023 每 GW 光伏组件耗硅量有望分别下降6%/4%，分别对应 0.26/0.25 万吨； 根据以上假设测算可得：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%；2023 年全球光伏硅料市场空间将达66.84万吨，2021-2023 年 CAGR 为 22.27%。
5.供给端
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
硅料生产具备高技术及资金壁垒，对企业要求较高。硅料行业化工属性较为明显，主要具有“两高一长”的特征：高纯度要求、高设备投资以及较长扩产周期。从纯度要求来看，纯度是衡量多晶硅产品质量的关键因素，根据《GB/T 25074-2017》太阳能级多晶硅国家标准技术指标，太阳能级多晶硅纯度要求约在 6N-9N，对产品中氧、碳、各类金属等杂质含量均制定了精确标准，杂质水平较高会对下游拉晶环节产生显著影响，因此硅料企业在工艺流程、包装及运输过程均需具备较强的技术优化及管控能力；从设备投资额来看，据 CPIA 统计，2021 年改良西门子法万吨级多晶硅生产线设备投资成本约在 10.3 亿元/万吨，处于较高水平，产线的重资产属性也因此导致了硅料行业较长的扩产周期。
国内多晶硅产能持续提升，引领全球产能增长。随着国内低成本的多晶硅产能大规模投产，国外较高成本的多晶硅产能逐渐退出市场，根据国际太阳能光伏网统计及预测，2022 年国内硅料产能将达到117.7万吨，同比增长 88.92%，约占全球硅料产能的 91.52%；全球硅料产能将达到128.6万吨，同比增长 66.15%。2023 年国内硅料产能有望达到310.2万吨，同比增长 163.55%，占全球硅料产能的 96.61%；全球硅料产能有望达到321.1万吨，同比增长 149.69%。到 2024 年，国内硅料产能有望达到369.2万吨，2021-2024 年的 CAGR 为 80.96％；全球硅料产能有望达到380.1万吨，2021-2024 年的 CAGR 为 69.98%。
5.2.竞争格局：市场向中国头部企业集中，CR6产量占比77%
全球多晶硅产能产量逐年增加，逐渐向国内企业集中。2018-2021年，全球多晶硅年产量从 44.6 万吨增长至 64.2 万吨，期间CAGR为12.91%，其中 2021 年增长最快，增速达 23.20%。同期全球多晶硅生产逐渐向国内集中，国内多晶硅产量占比从 2017 年的 58.07%上升至2021 年的78.82%。截至 2021 年全球多晶硅产能前十名企业中中国企业数量高达8 家，国内硅料企业市场份额大规模领先，主要由于：1）国内多晶硅企业在原材料、电力及人工成本方面具备显著优势，且未来随着技术进步生产成本有望持续下降；2）国内多晶硅产品质量不断提升，个别先进企业在纯度要求更高的电子级多晶硅生产技术方面取得突破，逐渐迎来国产电子级多晶硅对进口的替代；3）国内下游硅片制造环节快速扩张产生大量多晶硅需求，近年来国内硅片产量迅速增长，国内多晶硅自给率逐步提升，海外多晶硅企业的市场份额迅速缩小。
国内多晶硅产量稳步提升，占全球产能比重进一步扩大。产能方面，国内多晶硅产能总体呈上升趋势，2021 年达到62.3 万吨，同比增长36.32%，2018-2021 年的 CAGR 为 17.20%，其中 2020 年由于国内部分生产厂商停产，产能小幅下降；产量方面，2021 年，国内多晶硅产量达50.6 万吨，同比增长 27.78%，2018-2021 年的 CAGR 为 25.01%，占全球产量的比重由58.07%提升至 78.82%。此外，国内多晶硅企业的产能利用率自2018 年起连续提升，2021 年产能利用率达 81.22%。
国内多晶硅行业 CR6 占比高达 77%，低电价地区为企业首选。分企业来看，截至 2021 年，通威股份市场份额最大，达15%，大全能源/新特能源/江苏中能/东方希望/协鑫科技市场份额分别为14%/14%/13%/13%/8%，CR6合计占据了 77%的市场份额。多晶硅生产属于高资金、高技术壁垒的行业，项目建设、投产周期通常长达两年及以上，新厂商进入该行业较为困难，行业巨头厂商凭借自身技术、规模等优势持续扩张产能，垄断地位将继续上升。分省份来看，2021 年国内多晶硅产量主要集中在新疆、内蒙古、四川等电价低廉地区，其中新疆产量为 27.04 万吨，在国内总产量中占比过半。
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
N 型时代引领高品质多晶硅需求，改良西门子法前景光明。2021年PERC 电池片市占率为 91.2%，N 型电池相对成本较高，量产规模仍较少，目前市场占比约在 3%。2021 年 N 型 TOPCon 电池平均转换效率达到24.0%，HJT 电池平均转换效率达到 24.2%，两者较2019 年均有较大提升。未来随着生产成本的降低及良率的提升，N 型电池势将成为光伏电池技术的主要发展方向。N 型硅片对硅料纯度要求更高，随着下游电池及硅片产品迈向N型时代，对多晶硅品质要求也逐渐由太阳能级多晶硅向电子级多晶硅趋近。目前通威股份、天宏瑞科等企业使用改良西门子法生产的部分多晶硅产品已经可以满足电子级多晶硅要求，可供 N 型单晶硅片使用，而流化床法生产的颗粒硅产品纯度在 6-9N，仍只能满足太阳能级产品要求，未来是否能够满足 N 型硅片的使用仍有待验证。改良西门子法能够匹配N型硅片需求，且生产工艺相对成熟，未来仍将是主流生产工艺，根据CPIA预测，2030年改良西门子法的市场占有率仍有望维持在90%以上。
未来改良西门子技术成本仍有较大下降空间，仍将占据行业主流地位。1）投资成本：随着生产装备技术进步、单体规模提高和工艺水平提升，改良西门子法多晶硅生产线设备投资成本逐年下降，根据CPIA数据，2021年投产的万吨级改良西门子法多晶硅生产线设备投资成本在10.3亿元/万吨的水平，预计到 2030 年万吨投资成本可下降至9.5 亿元，较2021年下降7.77%； 2）还原电耗：主要包括硅芯预热、沉积、保温、结束换气等工艺过程中的电力消耗，而菜花料的使用、还原炉的大型化和棒数增加能有效降低还原电耗。目前 40 对棒还原炉为行业主流炉型，未来随着72 对棒等大炉型的投用和稳定生产、单晶厂家对于菜花料的试用、以及气体配比的不断优化，还原电耗有望进一步持续下降，根据 CPIA 预测，到2030 年多晶硅生产平均还原电耗有望下降至 42kWh/kg-Si，相较2021 年降低8.70%；3）冷氢化电耗：主要包括物料供应、氢化反应系统、冷凝分离系统和初馏系统的电力消耗。反应催化剂的开发、工艺环节中热能回收利用率的提高、以及反应效率的提高，都可以有效降低冷氢化电耗水平。根据CPIA预测，2030 年多晶硅生产冷氢化电耗有望下降至4.1kWh/kg-Si 以下，较2021年下降 12.77%； 4）综合电耗：是指多晶硅产品所耗用的全部电力，包括合成、电解制氢、精馏、还原、尾气回收和氢化等环节的电力消耗。根据CPIA预测，未来随着多晶硅企业生产装备技术提升、系统优化能力提高、以及生产规模增大，2030 年多晶硅生产综合电耗有望下降至 55kWh/kg-Si，较2021年的节省幅度达到 12.70%。
余热利用率有望明显提升，降低多晶硅生产综合能耗。余热利用率是回收利用还原工艺中热量占还原工艺能耗比，2021 年多晶硅还原余热利用率平均水平为 81%。随着大炉型的使用以及节能技术的进步，多晶硅还原过程中的余热利用率有望进一步提升，CPIA 预计2030 年多晶硅生产还原余热利用率将达到 83%，较 2021 年提升2pct，同时余热利用率的提升还将进一步降低生产能耗： 1）水耗：多晶硅生产的水耗主要发生于蒸发、清洗等工艺环节，余热利用率的提升可以有效降低蒸发量，同时叠加精馏塔排出的物料再回收利用降低残液处理水耗等措施，根据 CPIA 推测，2030 年多晶硅生产水耗有望控制在 0.09t/kg-Si 的水平，较 2021 年下降10%；2）蒸汽耗量：是指生产多晶硅过程中除还原炉余热利用所产生的蒸汽外的外购蒸汽量。主要用于精馏、冷氢化、尾气回收等环节。根据CPIA预测，随着还原余热利用率的提升、以及提纯、精馏系统优化等工艺进步，2030年多晶硅生产蒸汽耗量有望降至 8.8kg/kg- Si，较2021 年的节省空间达到52.17%； 3）综合能耗：综合天然气、煤炭、电力、蒸汽、水等能耗来看，生产技术的进步和能源的综合利用将为多晶硅生产打开降本空间，根据CPIA预测，到 2030 年多晶硅生产综合能耗预计可降至7.6kgce/kg-Si，较2021年降幅达到 20%。
6.重点公司分析
6.1.通威股份
6.1.1.全球多晶硅龙头，市占率稳居全球第一
通威股份前身四川通威饲料有限公司成立于1992 年，并于2004年3月 2 日在上海证券交易所成功上市。公司起家于饲料加工业的水产饲料领域，高速成长于光伏行业多晶硅业务与电池片业务。同年，通威集团收购永祥树脂 50%股份，2006 年，永祥树脂成立永祥硅业，进入多晶硅产业。在新能源主业方面，公司已成为拥有从上游高纯晶硅生产、中游高效太阳能电池片生产、到终端光伏电站建设的垂直一体化光伏企业，截至2021年末，公司已形成多晶硅年产能 18 万吨，市占率位居全球第一。
截至 2022 年 H1，公司控股股东为通威集团，持股43.85%。公司实际控制人为董事长刘汉元先生、管亚梅女士，分别持有通威集团80%、20%股份。涉及光伏行业的全资子公司分别是四川永祥、通威太阳能（合肥）、通威新能源，其中四川永祥负责多晶硅及化工业务；通威太阳能（合肥）负责电池及组件业务；通威新能源负责光伏电站业务。
6.1.2.业绩维持高速增长，现金流大幅增加
公司营收及归母净利润快速增长，太阳能电池及组件销量持续增长。2017-2021 年，公司营收增长迅速，CAGR 达24.90%；同期归母净利润CAGR为 42.12%。公司 2021 年实现营业收入 634.91 亿元，同比+43.64%，营收高速增长，主要受益于光伏行业高景气，公司多晶硅及电池片产品销量稳步上升；2021 年公司归属母公司净利润 82.08 亿元，同比+127.50%，2021年公司电池及组件销量达到 34.93GW，同比+57.61%。2022 年H1，公司实现营收 603.39 亿元，同比+127.16%；实现归母净利润122.24 亿元，同比+312.17%，主要系硅料供不应求，公司硅料产品量利齐升，助力业绩高增。
公司盈利能力大幅提升，费用管控能力良好。2021 年度，公司整体销售毛利率 27.68%，同比+10.59pct；净利率13.77%，同比+5.37pct，主要系受产业链供需错配影响，高纯晶硅产品供不应求，市场价格同比上涨，公司高纯晶硅业务盈利能力大幅提升。2017-2021 年，公司费用管控能力良好，期间费用率总体持平，由 2017 年的 9.73%小幅增长至2021 年的10.30%。其 中 ， 公 司 2021 年 销 售 / 管 理 / 研发/ 财务费用率分别为1.45%/4.64%/3.21%/1.00%，分别同比-0.31pct/+0.55pct/+0.86pct/-0.53pct，研发费用的上升主要系报告期内公司成立光伏技术中心，加大光伏技术研发力度，研发人员数量大幅增加所致。2022 年H1，公司销售毛利率为35.06%，同比+10.82pct；销售净利率为 23.59%，同比+11.74pct；公司期间费用率为5.46%，同比-4.14pct，主要系管理费用率大幅下降所致。
公司经营性净现金流大幅增长。2017-2021 年，公司经营活动产生的现金流量净额从 29.16 亿元增长至 76.18 亿元，净现比从1.43 降低为0.87。2021年，公司经营性活动产生的现金流量净额为76.18 亿元，同比+151.83%。2022年 H1 受行业高景气度影响，公司经营性活动产生的现金流量净额为134.36亿元，去年同期为 30.80 亿元，同比增长336.23%。
6.1.3.产能扩张龙头地位稳固，长单锁定保证公司业绩
硅料产业链战略地位凸显，长单锁定公司业绩。2022 年初至今公司与美科硅能源、双良硅材料、云南宇泽、青海高景、隆基绿能签订硅料长单，合计105.94万吨，锁单时间持续至2027年，公司2022-2023年产能已经100%被锁定，当前硅料紧平衡时间超出市场预期，2022 年硅料价格预计维持高位，公司全年硅料业绩有望保持亮眼。 公布 2024-2026 年规划，进一步扩张产能。公司2020 年2月披露2020-2023 年发展规划，计划 2023 年实现硅料产能22-29 万吨、电池片产能 80-100GW。2022 年 4 月公司提出 2024-2026 年规划，计划实现硅料产能80-100 万吨、电池片产能 130-150GW，公司包头二期5 万吨、乐山三期12万吨分别计划 2022、2023 年投产，2022/2023 年底产能将达到23/35万吨，稳居行业第一。
6.2.大全能源
6.2.1.高纯多晶硅产品领军者，产能位居行业前列
新疆大全新能源股份有限公司成立于2011 年2 月，由纽交所上市的大全新能源公司在新疆石河子投资建设，后于2021 年在科创板上市。公司主营业务为高纯多晶硅的研发、制造与销售。公司引进行业先进设备和生产工艺，并通过持续的自主创新，实现闭环式运行制备高纯多晶硅。目前公司单晶硅片用料占比处于国内先进水平。
截至 2022 年 H1，大全新能源有限公司直接持有公司71.66%的股份，为公司的控股股东，徐广福、徐翔父子合计持有公司24.37%的股份，为公司的共同实际控制人，徐广福担任公司董事长职位，徐翔担任公司副董事长职位。公司拥有新疆大全投资有限公司、新疆大全国地硅材料科技有限公司、新疆大全绿创环保科技有限公司、内蒙古大全新能源有限公司、内蒙古大全新材料有限公司五家全资子公司。
6.2.2.业绩维持高速增长，新增产能持续释放
公司营收及归母净利润保持增长，多晶硅产能稳健扩张。2017-2021年，公司营收增长迅速，CAGR 达 48.94%；同期归母净利润CAGR为70.90%。公司 2021 年实现营业收入 108.32 亿元，同比+132.25%，营收表现亮眼主要得益于多晶硅产品量价齐升，公司 2021 年度多晶硅产量达8.66万吨，超过预计产量 8.30-8.50 万吨，较上年度增产12.03%，占全国多晶硅产量的17.75%。 2021 年公司归属母公司净利润57.24 亿元，同比+448.80%。2022年 H1，公司实现营收 163.40 亿元，同比+262.16%；实现归母净利润95.25亿元，同比+340.81%。2022H1 营收表现亮眼主要得益于光伏下游扩产需求，多晶硅行业保持高景气度。
公司盈利能力改善，销售毛利增加。2017-2021 年，公司销售毛利率伴随行业周期得到显著改善，由 2017 年的45.66%大幅增长至2021年的65.65%，净利率由 2017 年的 30.47%大幅增长至2021 年的52.84%，主要系光伏产业对于上游原材料需求井喷式增长，市场对于多晶硅供求关系失衡致使公司毛利显著增长。2017-2021 年，公司费用管控能力良好，期间费用率总体呈下降趋势，由 2017 年的 10.36%下降至2021 年的3.20%。其中，公司 2021 年销售/管理/研发/财务费用率分别为0.04%/1.35%/0.38%/1.43%，分别同比-0.04pct/-1.46pct/-0.64pct/-2.56pct，公司营业收入的快速增长降低了各项支出占总营业收入的比重。2022 年H1，公司销售毛利率为70.47%，同比+9.55pct；销售净利率为 58.29%，同比+10.40pct；公司期间费用率为0.91%，同比-2.76pct。
公司经营性净现金流边际改善。2017-2021 年，公司经营活动产生的现金 流 量 净 额 分 别 为 4.03/-4.16/-7.58/4.16/26.44 亿元，同期净现比为0.60/-1.03/-3.07/0.40/0.46。2021 年，公司经营性活动产生的现金流量净额为26.44 亿元，同比+535.57%，经营性净现金流边际改善，主要系行业高景气带动多晶硅实现量价齐升。2022 年 H1，公司经营性活动产生的现金流量净额为 68.23 亿元，去年同期为 15.85 亿元，同比巨增330.47%。
6.2.3.产能稳步提升，完善产业布局三轮驱动未来可期
完善产业布局，打造光伏硅+有机硅+半导体硅三轮驱动。公司2021年底与包头市政府签约，拟投资 332.5 亿元建设“30 万吨/年高纯工业硅项目+20 万吨/年有机硅项目+20 万吨/年高纯多晶硅项目+2.1 万吨/年半导体多晶硅项目”，发挥在光伏硅料长期积累的产品品质+成本优势，加快业务拓展，1）将加快高纯多晶硅扩产，巩固和扩大公司在光伏硅料业务的市场份额；2）向上游垂直一体化延伸将进一步保障公司工业硅原料供应，优化成本控制能力；3）横向业务拓展有利于优化公司主营业务结构，减小对光伏硅单一主业的过度依赖和行业波动对整体盈利水平的影响，实现产品结构多元化，提升综合竞争优势和盈利能力，逐步达成光伏硅、有机硅和半导体硅的三轮驱动。 产能和市场份额稳步提升，强化公司核心竞争力。根据硅业分会数据，2021 年度国内多晶硅产量约 48.8 万吨，公司对应期间的多晶硅产量为8.66万吨，占国内多晶硅产量的 17.75%，规模在业内处于第一梯队。此外，公司依托其持续的研发投入和技术创新，产品质量稳定、各项技术指标达到国际先进水平，单晶硅片用料占比处于国内先进水平。目前公司多晶硅产品产销情况良好，产品质量享誉全球，随着未来公司扩产计划的不断落地、生产技术的持续革新，公司行业地位有望进一步提升。公司产品生产过程中电力、水等能源，以及硅粉等材料的单位耗用均远优于中国光伏行业协会统计的行业平均水平，较低的电力消耗和较低的原材料消耗使公司具备一定的成本优势。
6.3.协鑫科技
6.3.1.全球领先的多晶硅供应商，另辟蹊径的颗粒硅龙头
协鑫科技控股有限公司成立于 2006 年，公司总部位于苏州，在香港、徐州、乐山、包头、宁夏等地设有子公司和研发中心，2007 年于香港上市。公司自成立以来一直致力于推动太阳能全球的普及应用，经过数年的开拓与发展，已经成为全球最大的光伏材料供应商之一，公司在国内最先研发的改良西门子法（GCL 法）超大规模多晶硅生产工艺荣获国家专利奖；硅烷流化床法（FBR）技术方面，公司拥有自主知识产权，并荣获中国、法国光伏原材料领域的首张碳足迹证书，创下国内外最低的硅料碳足迹纪录。
截至 2022 年 H1，公司实际控制人为协鑫集团有限公司创始人、董事长朱共山先生，朱氏家族信托持有公司 23.59%的股份。公司下设环宇光伏电力控股有限公司、杰泰环球有限公司、Elite Time Global Limited三家全资子公司，以及 SA Equity Holdco S.à r.l.、GHC Investment Management Limited、MIT GCL Investment Limited三家控股子公司。
6.3.2.业绩取得高速突破，净利润大幅改善
公司营收保持平稳，归母净利润大幅改善，多晶硅销量持续增长。2017-2021 年，公司营收保持平稳，CAGR 达-1.20%；同期归母净利润CAGR为 32.97%。公司 2021 年实现营业收入 201.65 亿元，同比+35.28%，营收保持稳定，主要归集于光伏行业高景气，公司多晶硅及电池片产品销量稳步上升，但公司其他主营业务收入受疫情影响降幅显著；2021 年公司归属母公司净利润 45.38 亿元，同比+182.01%，2021 年公司多晶硅销量达59.65亿元，同比+57.61%，主要系多晶硅料供不应求，公司多晶硅料产品量利齐升，助力业绩高增。2022 年 H1，公司实现营收158.50 亿元，同比+75.22%；实现归母净利润 68.81 亿元，同比+203.10%。
公司盈利能力有所改善，费用管控能力长期稳定。2021 年度，公司整体销售毛利率 37.30%，同比+11.98pct；净利率23.31%，同比+65.38pct，主要系受产业链供需错配影响，多晶硅颗粒料产品供不应求，市场价格同比上涨，公司多晶硅颗粒料业务盈利能力大幅提升。2017-2021 年，公司费用管控能力保持稳定，期间费用率总体持平，由2017 年的22.47%小幅增长至2021 年的 25.18%。其中，公司 2021 年销售/管理/研发/财务费用率分别为0.49%/10.09%/5.16%/9.44%，分别同比-0.14pct/-2.08pct/+1.61pct/-11.73pct，财务费用的大幅下降主要系报告期内公司产品销量大幅提升，应付账款回笼周期较过去五年有所改善。2022 年 H1，公司销售毛利率为47.86%，同比+6.86pct；销售净利率为 42.20%，同比+14.28pct；公司期间费用率为13.57%，同比-13.49pct。
公司经营性净现金流大幅降低。2017-2021 年，公司经营活动产生的现金流量净额从 89.55 亿元下降至 18.82 亿元，净现比从0.97 降低为0.20。2021年，公司经营性活动产生的现金流量净额为18.82 亿元，同比+18.43%。经营性净现金流较 5 年前大幅下降的原因在于公司高速扩张多晶硅产能。2021年伴随着产量落地，经营性净现金流得到改善。
6.3.3.颗粒硅产品差异化竞争，产能加速迎来放量
颗粒硅产品多项指标数据优秀，掺杂使用比例有望进一步提升。公司的颗粒硅产品在多项关键指标上持续不断突破，金属杂质方面，公司已可以生产出对标国内电子级标准的产品，总金属含量可控制在1ppbw以内（量产水平基本控制在 3ppbw 左右）；含碳量方面，公司已可稳定将碳含量控制在 0.3ppma 以内；含粉率方面，通过新型除尘工艺，在无明显成本增加下，公司已经突破该问题，含粉率由 8mg/g 下降至1mg/g；氢跳问题方面，公司目前通过投料方式、热场控制、气流控制、设备大型化、脱氢等工艺调整，已基本解决氢跳问题，未来颗粒硅的掺杂使用比例有望得到进一步提高，公司作为颗粒硅领军者将同步受益。战略性布局多个十万吨颗粒硅基地，模块化产能稳步投产。公司目前已规划江苏徐州、四川乐山、内蒙古包头及呼和浩特共4 个十万吨级颗粒硅基地，通过徐州 2 万吨万吨模块的建设和运营管理经验，模块化复制快速放量投产，其中，徐州新增 3 万吨颗粒硅产能于2022 年6 月提前投产：乐山单体 10 万吨颗粒硅产能于 2022 年 7 月顺利投产，预计到2022年底公司名义颗粒硅产能将达到 26 万吨，2023 年底有望达40 万吨。
