太阳电池发展的瓶颈

晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上。最近10年太阳电池及组件生产的年平均增长率达到33%,最近5年的年平均增长率更是达到了43%,2006年世界太阳电池产量达到2500兆瓦,累计发电量达到8500兆瓦。

  在这一新兴崛起的行业中,中国扮演了重要的角色,2006年中国太阳能电池的实际产量达到了490兆瓦,产能已达1200兆瓦,紧随日本和德国之后,成为世界第三大太阳能电池生产国。 2007年继续保持着高速增长,实际产量达到1200兆瓦,与去年490兆瓦的产量相比,增长150%,产能则达到了3000兆瓦,继续位居世界第三大太阳能电池生产国。

  光伏发展的产业链

  太阳能光伏产业具有比较复杂的产业链条,包括多晶硅原材料制造、硅锭和硅片、太阳能电池、太阳能电池组件、光伏系统(太阳能电站)等系列环节。太阳能光伏发电是目前可再生能源中比较成熟的技术,其应用的市场障碍主要是成本过高以及硅材料的短缺,目前光伏发电的成本仍在4-6元/千瓦时左右,与商业化应用有相当的距离。

  产业链呈“金字塔”分布

  上游产业(多晶硅、硅锭片)生产能力小,下游产业(组件的封装)能力大,光伏产业链中这一不平衡发展局面造成国际市场多晶硅原料的短缺和涨价。自2006年,一些光伏生产企业开始考虑硅材料的生产,有望在2009年前后形成一定规模的生产能力。

  光伏产业链中的“软肋”

  2005年全球太阳能电池用多晶硅供应量约为10448吨,而需求量约为22881吨,2006年全球共需太阳能多晶硅2.5万吨。2007年全球共需太阳能多晶硅3.375万吨,2008年则需4.55万吨。预计到2010年全球多晶硅需求量将达85000吨,产能将达58800吨,缺口26200吨。

  供给严重不足,导致全球多晶硅价格上涨。太阳能用多晶硅从2001~2005年的25~40美元/kg,2006年上涨到150美元。2006年第四季度多晶硅每公斤突破300美元后,2007年上半年尚稳定维持在300美元~330美元的水平,然而,在2007年第四季度初成交金额再升至360美元~370美元,12月更是创出每公斤400美元的天价。2008年又创下了每公斤450美元的新高,生产企业的利润让人惊叹。

  多晶硅的现状

  世界多晶硅主要生产企业有日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美国的Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司,德国的Wacker公司等,其年产能绝大部分在1000吨以上,其中Tokuyama、Hemlock、Wacker三个公司生产规模最大,年生产能力均在3000-5000 吨。

  国际多晶硅主要技术特征有以下两点:

  (1)多种生产工艺路线并存,产业化技术封锁、垄断局面不会改变。多晶硅生产主要的传统工艺有:改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80%。

  (2)新一代低成本多晶硅工艺技术研究空前活跃。除了传统工艺(电子级和太阳能级兼容)及技术升级外,还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术,主要有:改良西门子法的低价格工艺;冶金法从金属硅中提取高纯度硅;高纯度SiO2直接制取;熔融析出法;还原或热分解工艺;无氯工艺技术,Al-Si溶体低温制备太阳能级硅;熔盐电解法等。

  我国多晶硅工业起步于五、六十年代中期,生产厂多达20余家,由于生产技术难度大绝大部分企业亏损而相继停产和转产,到1996年仅剩下四家,即峨眉半导体材料厂(所),洛阳单晶硅厂、天原化工厂和棱光实业公司,不久棱光实业公司和重庆天原化工厂又相继停产。合计当年产量为102.2 吨,产能与生产技术都与国外有较大的差距。

  2007年我国能够提供多晶硅产品的厂家总共只有4家,除国内3家老牌多晶硅企业——峨嵋半导体材料厂、洛阳中硅、四川新光硅业之外,就是江苏徐州中能实际上,2007年这4家投产企业年实际生产量尚不足1000吨,而这1000吨的多晶硅仅仅只够80兆瓦太阳能电池的生产需求。

  同国际先进水平相比,国内多晶硅生产企业在产业化方面的差距主要表现在以下几个方面:

  1、我国尚未掌握多晶硅核心技术,产能低,供需矛盾突出。

  2、生产规模小、现在公认的最小经济规模为1000吨/年,最佳经济规模在2500吨/年。

  3、工艺设备落后,同类产品物料和电力消耗过大,三废问题多。多晶硅是通过三氯氢硅的氢还原反应而获得的,需要大量的氢气和氯气,要消耗大量能源。,与国际水平相比,国内生产物耗能耗高出1倍以上,产品成本缺乏竞争力。

  4、千吨级工艺和设备技术的可靠性、先进性、成熟性以及各子系统的相互匹配性都需要进一步完善和改进。

  5、多晶硅生产企业技术创新能力不强,基础研究资金投入太少,尤其是非标设备的研发制造能力差。

  争相追捧多晶硅

  在原油价格不断上涨的背景下,多晶硅正四处“开花”。现在国内主要多晶硅生产厂商有洛阳中硅高科技公司,四川峨眉半导体材料厂(所),四川新光硅业公司,日前,一条投资12亿元,年产1500吨的电子级多晶硅生产线正式落户成都新津。这是继乐山新光(1000吨,3000吨二期)、通威集团(2006年30亿元,5000吨/年)、东方电气(7.5亿元,1500吨一期,3000吨二期)之后四川本地第四家涉足多晶硅的生产企业。 此外还有江苏阳光4000吨高纯多晶硅,总投资35亿元。云南曲靖爱硅信3000吨多晶硅项目开工奠基。深南玻在湖北宜昌投资建设年产4500吨的多晶硅项目。重庆市万州区将开工打造多晶硅之都(江苏大全集团与重庆万州区政府签署投资为40亿元的协议,建设年产3000吨的多晶硅项目。), 总投资达百亿元。锦州凌海也将建设千吨级的多晶硅项目。以生产多晶硅为主要原料的石英矿,目前探明江西储量近二千万吨,居中国首位,这也是江西发展中国光伏产业基地优势所在。截止目前,江西新余、抚州、南昌、上饶、九江等多个市都在上马或拟上马多晶硅项目。按照规划,在二OO九年底,该公司多晶硅片的产能将达到一千六百兆瓦,江西省将名副其实成为世界“硅片之都”。宁夏石嘴山也在上马多晶硅项目,此外,云南、扬州、上海、黑河、锦州、青海、内蒙、宜昌、广西、重庆、辽宁、邯郸、保定、浙江等地也有建生产设想。

  通过粗略统计,目前我国光伏企业猛增到400家左右,所公布的设计产能将达到6万吨,超过世界产量的总和。这一数字远大于2010年国内电池预计产能对多晶硅的需求量。在如此多的产能依靠国外市场消化的现实下,存在极大的市场风险。

  国内市场亟待开拓

  原料和市场两头在外,这是我国光伏产业发展的特点之一。

  光伏市场的严重滞后既与能源可持续发展不协调,又给光伏产业的持续发展带来严重制约。因此,国内的光伏市场亟待开拓与发展。

  太阳能发电在中国推广可经历以下几个阶段:

  第一步可以在内蒙古、西藏等边远地区建立独立的光伏电站。通过光伏项目可以为边远地区的居民解决用电难问题。

  第二步全面进入城市,利用现有电网,推广屋顶太阳能发电系统。

  第三步选择太阳能资源丰富的荒漠地区发展相对大规模的太阳能发电站。由于这些地区一般远离城市,需要投入巨资修建电网、变电站等设施,只有当光电成本下降到一定程度时才有条件建设。

  第四步滨海滩涂、城市道路天棚等都成为建设太阳能发电站的理想场所。

  上游产业生产能力小,下游产业(组件的封装)能力大,光伏产业链的不平衡发展局面造成国际市场多晶硅原料的短缺和涨价。

  多晶硅技术掌握在美、日、德国的少数几个生产厂商中。我国生产工艺设备落后,同类产品物料和电力消耗过大,三废问题多,与国际水平相比,物耗能耗高出1倍以上,产品成本缺乏竞争力。

  国内光伏市场发展严重滞后。不但滞后于世界市场的发展速度,而且远远落后于我国光伏产业的发展速度,致使95%以上的光伏产品出口国外。

钟伯强