硅资源开发利用现状与问题分析[摘要]随着信息技术和太阳能产业的飞速发展,全球对硅资源的需求增长迅猛,市场供不应求。

特别是硅资源中的新型代表多晶硅,其作为太阳能电池主要原料价格快速上涨。

而作为产业技术方面同国际先进水平相比,国内多晶硅生产企业在产业化方面差距则十分明显。

本文将重点研讨具有代表性的多晶硅材料,并结合硅资源中其他几种类型的资源利用,系统分析其行业结构,对预期的发展作出科学的预测。

[关键词]硅资源;发展现状;产业结构1 引言硅是生产太阳能电池的主要原材料,然而多晶硅材料的供应短缺问题在近年来却成为太阳能市场成长的最大障碍。

2006—2007年间,全球多晶硅短缺量在5000吨左右,这个缺口需要在3年之后才能够补上。

由于太阳能市场需求大增,太阳能级多晶硅的市场价格也一路高涨。

经过几年的疯狂繁荣发展后,现已出现一个剧烈调整期,在这个阶段,多晶硅市场的走势将逐步回落到一个理性价位。

本文将从此过程中市场和产业结构所发生的一系列变化入手分析现状找出问题关键,并对未来趋势加以预测。

2 硅资源产业链分析硅资源是指水晶、脉石英、石英砾石(砾石型石英)、天然硅砂等,属非金属矿藏。

随着技术的发展,硅资源的产品领域不断拓展,硅资源产业作为与人们日常生活密切相关的产业,逐步与信息产业和国防军工业等紧密相关。

据统计,2000年以来全球75亿美元的硅材料产业,带动了2500亿美元的半导体集成电路产业(其中半导体器件的95%以上、集成电路的99%以上是用硅制作的),从而进一步支撑起数以万亿美元的电子产品、计算机、通信、光纤等现代信息产业(如下图所示)。

10多年来,我国半导体制造技术取得了一些进步,硅资源产业规模也在不断地扩大。

这却引起了美国少数政要人士的紧张,并认为中国半导体工业技术的发展对美国国家安全造成了潜在威胁。

因此,美国一些政要人士主张通过各种手段,对中国不论商用还是军用的半导体制造行业均实施力所能及的限制。

限制内容包括优质硅资源和先进技术设备的出口、技术转让、硅类高科技企业的对华投资。

与此同时,日本、欧盟对我国均出台一些与硅资源产业有关的限制性政策,并纷纷加大从我国各地进口优质硅资源的力度,进一步垄断先进技术和高科技产品市场。

据悉,仅日本通过这几年的大量收购,其优质硅资源储备可支撑相关产业发展30年,为国防军工产业的发展打下了雄厚基础。

多晶硅是单质硅的一种形态。

熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格的形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。

从工业化发展来看,重心已由单晶向多晶方向发展,主要原因为:①可供应太阳能电池的头尾料越来越少;②对太阳能电池来讲,方形晶片更合算,通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料;③多晶硅的生产工艺不断取得进步,全自动浇铸炉每生产周期(50小时)可生产200公斤以上的硅锭,晶粒的尺寸达到厘米级;④由于近10年单晶硅工艺的研究与发展很快,其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产,例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极,采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米,高度达到15微米以上,快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间,单片热工序时间可在1分钟之内完成。

3 国内外现状3.1 国外市场现状高纯多晶硅的需求主要来自于下游半导体和光伏太阳能电池两大领域。

2005年,在全球多晶硅市场需求中,电子级多晶硅和太阳能级多晶硅各占半壁江山。

自2005年以来,随着光伏产业的迅猛发展,太阳能级多晶硅需求的增长速度高于半导体级多晶硅的发展,太阳能级多晶硅需求的快速增长成为推动全球硅材料市场发展的主要动力,太阳能级多晶硅产量占比不断提升,多晶硅出现了全球性短缺,价格一路上扬,2008年竟达到480美元/公斤的峰值。

虽然多晶硅现货价格目前已跌至80美元/公斤,但全球多晶硅产业的投资狂潮仍在持续。

2008年太阳能级多晶硅需求已占70%;相反,电子级多晶硅需求增长缓慢,所占比重呈现逐渐下降态势。

根据欧洲光伏产业协会(EPIA)报告预测,未来光伏组件安装市场将保持稳定增长,但由于光伏产业受各国光伏促进政策影响很大,基于产业稳定增长和更激进政策推动两种极端预测模式,2009年全球光伏组件安装市场在4620~6802MW,2010年市场则在6000~10790MW。

据此估算,2009年全球太阳能级多晶硅需求量在37000~55000吨,而2010年需求量会增加到54000~97000吨。

据了解,2008年美国多晶硅产量达到8.3 GW,同比增长81%,占全球总产量的比例高达43%。

近年来,美国光伏产业发展迅速,也带动了该国多晶硅产业的快速成长。

美国有望成为今年全球光伏市场的主力增长点。

以加利福尼亚等州为代表的美国地方政府用税收以及优惠贷款等手段鼓励可再生能源。

和欧洲市场相比较,由于发达的市场竞争机制,美国市场拥有太阳能电池组件价格低廉的优势。

首先,数据显示,在2008年的太阳能电池导入量国家排名榜上,美国已经以342MW的容量排名全球第三;其次,美国新任总统奥巴马一上任,便颁布了可再生能源计划,政府大力支持新能源产业的倾向可见一斑。

3.2 国内市场现状中国半导体硅材料行业经过40多年发展已取得相当大的进展,从事半导体硅单晶材料生产的单位约40余家。

我国半导体硅材料的产量2001—2006年增加2倍多,但由于受到多晶硅材料的制约,2006年半导体单晶硅产量反而有所下降。

在此期间,企业的规模也在逐渐壮大,目前国内半导体硅材料企业中年销售额较大的在7亿~8亿元人民币,但与国际上四大硅片厂商相比,还差得很多。

国内硅材料企业均是中小企业,存在着生产规模小、企业分散等劣势,发展壮大仍是长期的过程。

我国现在工业硅年生产能力在80万吨左右,实际生产60万吨左右,主要销往50多个国家和地区。

我国多晶硅产业虽然出现了可喜的发展势头,但同时也存在着一定的风险和隐患。

一是多晶硅产能发展规划过大。

洛阳已把多晶硅产业作为重点培育产业,硅产业的目标是建设年产3000吨多晶硅、年产6000万平方英寸IC级硅抛光片以及年产250兆瓦太阳能电池和组件项目,到“十一五”末,形成120亿元产值的规模,除洛阳外,目前国内已有10多个省市的20多家企业在酝酿或者申报多晶硅项目,所公布的设计产能将达到6万吨,超过世界产量的总和。

二是多晶硅的用量相对有限。

国内只有少数偏远地区少量使用多晶硅太阳能电池,而大量的太阳能电池及组件主要销售市场在国外。

三是国内尚未掌握多晶硅的核心技术。

目前多晶硅的核心技术仍掌握在美国、德国、日本等少数国家手中,我国太阳能厂商并没有竞争优势。

据了解,目前国外对我国采取技术封闭策略,不与中国企业合资、合作,只卖产品。

四是多晶硅成本高,利润空间较小。

据了解,2006年洛硅公司产值达2亿元,而其利润仅为400多万元。

利润与产值之比很小,其主要原因是多晶硅价格太高。

目前,在多晶硅到单晶硅的产业链中单晶硅有两种产品,一种是重量级的电路级硅片,一种是轻量级的太阳能级硅片,但不管是用哪种硅片,多晶硅的成本都占总成本的70%以上,多晶硅价格奇高,直接影响着下游生产商的利润。

4 产业结构问题分析4.1 发展趋势分析(1)太阳能级多晶硅需求持续高速增长2000年以来,光伏太阳能电池组件安装市场连续保持45%以上的增速;2008年全球光伏太阳能电池组件安装市场为5559MW,较2007年增长132%;截至2008年年底,全球光伏太阳能系统累计安装量已超过14.7GW,2008年全球太阳能电池产量为6850MW,同比2007年增长70.3%,消耗多晶硅总量超过60000吨。

(2)电子级多晶硅需求停滞不前全球半导体市场近年来增长缓慢,据半导体产业协会(SIA)数据显示,2007年全球市场销售额为2555亿美元,2008年为2553亿美元,市场出现拐点走向萎缩,月度数据显示2008年10月开始半导体产业出现大幅萎缩,受整体行业的影响,电子级多晶硅需求也将出现调整。

从2005年以来,全球电子级多晶硅需求年增长率低于8%,2008年全球电子级多晶硅需求约25000吨,年增长率低于5%。

2009年全球电子级多晶硅需求出现萎缩,而2010年电子级多晶硅需求恢复到2008年水平,保持在25000吨左右,之后几年多晶硅的需求量将进一步上升。

因为综合太阳能级和电子级多晶硅的需求,2009年全球多晶硅总需求量为61000~79000吨,2010年为79000~122000吨。

如果新建投资项目均按计划投产达产,全球多晶硅产量预计将达到161000吨,全球多晶硅市场将面临供过于求,多晶硅价格下降将是大势所趋。

既然下游半导体和光伏产业对多晶硅的需求依然存在,那么价格下跌到何时、何处才是底部?这需要从全球多晶硅行业结构和成本分析来看。

4.2 行业结构分析多晶硅产品的物流成本相对于生产成本较小,基本可以忽略不计,所以多晶硅行业呈现出全球市场一体化的特征。

近几年硅材料生产企业投资扩产动作不断,同时受利润驱动,大量新投资者进入多晶硅生产行业。

按照技术和成本差异,全球多晶硅生产厂商可划分为3类。

第一类厂商主要包括传统七大厂商,其中主要以Tokuyama、Hemlock.REC、Wacker、MEMC为代表,他们通过闭路循环或与其他化工产业形成综合利用产业链或产业网,完全实现了清洁生产,代表行业最高技术水平,在成本控制、质量稳定、清洁生产等领域具有领先优势,生产成本在25~35美元/kg,其中MEMC的流化床反应器(FBR)多晶硅成本水平非常低。

第二类厂商主要是有潜力和竞争实力的新进入者,主要包括DC Chemical、M-Setek、Elkem、Timminco、PV Crystalox,以及部分中国企业,包括洛阳中硅、徐州中能、LDK、亚洲硅业和顺大等。

此类厂商具有一定的技术实力和竞争能力,且具有进一步降低成本的潜力。

但是,产能完全上线还需要1~2年时间,尚不具备与传统厂商竞争的实力,在产能完全上线后可能达到40~50美元/kg的生产成本。

第三类厂商由于产能升级、缺乏原材料以及技术等问题,造成其成本超过80美元/kg,基本采用传统西门子法,不具备规模和技术竞争力。

随着多晶硅的价格持续向80美元/kg下滑(现货价目前已经低于100美元/kg),预计这部分厂商的供应量存在无法赢利的风险,可能会被整合或者退出市场。

然而中国国内绝大多数中小型多晶硅厂商属于这类“风险”厂商。

从多晶硅行业结构来看,虽然新进入者对传统厂商形成一定冲击,但是以传统七大厂商为主的第一类厂商具有产量高、成本低、技术领先等方面的综合优势,在多晶硅市场供过于求的形势下,多晶硅价格定价权依然掌握在传统七大厂商手中。