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光伏发电的优势凸显 半导体与光伏协同发展确保光伏产业绿色高质量发展

发布时间:2022/7/22 9:10:17编辑:Ma Liang
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7月12日,2022年《财富》中国500强排行榜揭晓,有82家能源企业,13家光伏企业上榜。
在全球脱碳的大趋势下,光伏发电的优势凸显,光能源已经成为最主要的可再生能源。根据国家能源局数据,2021年我国光伏发电量为 3259 亿KW/h,同比增长 25.1%,占总发电量比重 3.9%,截至 2021年我国光伏市场新增装机 54.88GW,累计装机量为 306GW。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。光伏产业链的上游为高纯度的多晶硅;中游为光伏电池片、光伏组件以及逆变器等;下游主要包括光伏电站。随着光伏产业景气高涨,带动光伏产业上下游厂商发展迅速。
晶体硅材料是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上。用于光伏生产的太阳能级多晶硅需要的多晶硅纯度达99.9999%以上。
根据2021光伏行业对外发展年度汇报数据显示,2021年全国多晶硅产量达50.5万吨,同比增长28.8%;进口多晶硅20.4亿美元,同比大幅上涨114%,进口数量为11.4万吨,同比上升13.4%。预计未来五年上游工业硅、多晶硅仍会存在较大的产能缺口。
此外,全球光伏新增装机量也正在实现稳步增长,带动硅产业链迎来一系列变革。
光伏硅片正在加速向“大尺寸”和“薄片化”方向发展。随着硅片面积增加,每次的芯片产出数量就越多,芯片出现缺陷的概率也会降低,因此会显著提升芯片的产出,从而大幅降低成本。下游硅片企业在规模化竞争中持续刺激先进产能扩产需求,老的半导体工厂逐渐被替代,如何生产出合格的更大尺寸的硅片成了硅片企业始终重点关注的问题,硅片企业也正在进行新一轮的刷新。
除了硅片厂商持续扩产的新增产能外,存量产能替换也会带来一部分设备需求。
2022年以来,硅片设备新入局者大增,如青海高景、上机数控、双良节能等大幅扩产。由隆基、中环等企业充分发挥规模效应,保持市占率和先进产能,已用182、210 硅片替代传统 166、158硅片。在此基础上,硅片设备如单晶炉、截断机、开方机、倒角机、切片机、切割耗材、热场材料等需求大增。电池设备方面以晶科能源、中来股份为代表的企业积极投产。
由于太阳能级的设备与材料较电子级要求相对较低,给半导体支撑业提供了大量机会,也给本土设备与材料公司带来了非常好的发展点和赢利点。
IGBT是逆变器的核心半导体器件。逆变器连接发电端与电网,随着光伏装机容量的迅速提升,驱动逆变器行业成长。
由于IGBT器件的性能直接影响新能源发电的效率,伴随着光伏需求旺盛、海外芯片供应紧张,客户对功率半导体的价格敏感度较低,而对其性能和可靠性要求较高。后来由于疫情的影响海外各光伏芯片大厂交期延长,IGBT芯片供需矛盾日益凸显,建立国产IGBT供应链体系亟不可待,为国产IGBT等器件的导入提供了广阔的发展空间。
根据中国光伏行业协会数据预测,2025年全球光伏逆变器新增装机量有望达 330GW,假设2025年光伏逆变器替换装机量为 42GW。按照 IGBT 占组串式逆变器 BOM 成本的 18%,以及占集中式逆变器 BOM 成本的15%计算,预计 2025 年光伏逆变器 IGBT 市场规模将达到105亿元。
光伏装机量大增,逆变器需求得到进一步释放,为了进一步降低光伏发电的成本,除了需要光伏发电技术的快速迭代外还包括原材料成本的下降。
“碳中和”趋势浪潮下,以GaN、SiC为代表的第三代半导体具备耐高温、耐高压、高频率、大功率等优势,相比硅器件可降低50%以上的能量损失,并减小75%以上的装备体积,是助力社会节能减排并实现“碳中和”目标的重要发展方向。
以光伏逆变器为例,由于对功率半导体器件性能、指标和可靠性要求日益提高,更高的工作电压、更大的工作电流、更高的功率密度以及更高的工作温度都将是未来的挑战。随着行业迈入“后1500V”以及“20A大电流”时代,要建成更大组串,进一步降低成本,采用宽禁带半导体即GaN和SiC,成为太阳能逆变器的制胜之道。
具有GaN和SiC隔离器的电力电子设备可将太阳能微逆变器和串式逆变器的效率提升到98%以上,并且在微型逆变器领域可在不增加电力成本的基础上具有最大的价格溢价能力。因此SiC模块已得到英飞凌、安森美、富士电机等国际大厂的规模化应用。当前国内碳化硅全产业链也正在快速突破,斯达半导、新洁能、闻泰科技、露笑科技等公司新成果频现,全球碳化硅市场规模正在快速成长。
根据行业不完全统计,预计 2022 年硅料新增产能 36 万吨、硅片新增产能 170GW、电池片新增和升级产能 100GW、光伏组件新增产能 130GW。不考虑提前备货、运输、调试、安装等因素,粗略估计光伏设备领域需求量有望超过 570 亿元,呈现高度景气状态。
不过,面对潜力如此巨大的行业,又怎么少得了逐利的资本?
多晶硅生产环节属于高投入、高技术、高载能行业,前两年光伏产业需求量大幅增加带动产业链上下游的产能迅速扩张。但从增长速度上看,硅料产能增长相对较慢,中下游产品出口量增长迅速,导致上游硅料产能和产量增幅均无法满足中下游市场需求,上下游结构性供需失衡,引起硅料价格大涨。
而造成这一涨价现象的直接原因是部分企业为追逐利润故意营造多晶硅、硅片严重短缺的假象,助推中间贸易商、产业链各环节囤积居奇、哄抬物价。
目前硅料市场仍处于供应极度短缺的局面,各硅料企业订单尚未执行完毕就被要求新签订单锁量,被催单交货的情况只增不减,光伏组件供应端频繁出现违约、毁约现象。
根据中国有色金属工业协会硅业分会的数据,今年7月初国内单晶复投料价格区间在28.8万元/吨-30万元/吨,成交均价为29.16万元/吨。
从光伏产业链来看,硅料、硅片、电池片和组件各个环节的盈利状况虽相对分化但明显受益。今年上半年硅料、硅片企业在涨价背景下赚得“盆满钵满”,硅片、电池、组件企业也吹到涨价东风并纷纷加入。据悉,今年上半年我国多晶硅料产量为22.7万吨,同比增长10.7%。而同期,我国硅片、电池片、光伏组件这三个环节增幅均超30%。硅料价格上涨,影响了整个光伏产业链。带动硅片、组件等整个光伏产业链价格上涨,导致下游组件端的成本压力爆棚。
在此格局下,市场只会呈现两种景象。一种是下游企业因资金能力不足导致减产,需求萎缩;另一种是由于上游企业扩产激进,产能在未来过度释放,新的失衡在产业链上出现。
马歇尔在《经济学原理》中曾说:“在短期里,需求是影响价格的决定性因素;而在长期里,供给是影响价格的决定因素。”
当前我国硅料已经国产化,受国外硅料的价格波动较小,加之近两年国内政策也在大力扶持光伏产业,因此这次周期性的价格上涨所引起的市场冲突或许会在不久后化解,不过剩下这段时间还需要下游企业继续承压。
光伏产业以半导体为基,不管是硅料或是功率半导体抑或是降本增效的第三代半导体,对于光伏而言,与半导体产业同步进步,因此他们的发展必然不是孤立的。
光伏硅片现在的发展趋势是向半导体的大尺寸、高纯度、高工艺水平看齐;而光伏作为一个竞争格局相对成熟的行业,产业结构、供需关系、发展路线也可以给予半导体崛起一定的指导作用。因此光伏与半导体的路线终会形成交汇,二者的协同效应一定会在更多的环节释放出来,产生巨大的促进作用。
除此之外,太阳能、LED(发光二极管)以及封装测试业在逐步发展,给半导体支撑业提供了一个技术阶梯,使这些企业在不同的技术层面上能够找到市场的发展点,并积累了宝贵的量产经验。这些量产经验,以及量产技术、管理经验和资金的积累,对于发展集成电路产业是非常有利的。
在未来很长一段时间内,光伏依然将是炙手可热的领域,而半导体与光伏定会协同发展。值得注意的是,除了优点相互借鉴外,光伏产业也应该借鉴半导体产业链的不足,从光伏产业链全生命周期的角度考虑问题,提前布局相关半导体设备及材料,在自给自足的基础上确保光伏产业按照绿色高质量的要求发展。
 

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(来源: 半导体产业导报 )

标签:电能仪表,高频电刀,照度计

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