颗粒硅行业分析：低成本+渗透率提升的细分硅料赛道
（报告出品方/作者：天风证券，孙潇雅）
1.应用端：颗粒硅可实现30-40%比例掺杂，预计未来可实现50%比例掺杂
1.1 产品指标：目前协鑫和天宏两家颗粒硅已满足太阳能硅料特级国家标准
颗粒硅在金属杂质，碳氢氧含量，施受主浓度上均已达太阳能硅料特级国标要求。国家质量标准要求多晶硅产品首先满足体杂、表杂金属含量，以避免了重金属杂质形成的强复合中心对电池片电学性能的致命影响。其次，碳、氧浓度的满足让颗粒硅能减少二次缺陷的引入且有利于后续的生产控制。从目前数据来看，保利协鑫、天宏的颗粒硅碳浓度在0.4ppma以下，总金属杂质平均浓度在10ppbw以下，满足对应特级太阳能硅料国家要求。
与电子I级西门子法多晶硅产品相比，颗粒硅的金属杂质和碳含量上限仍有一定差距：颗粒硅体杂和表杂水平上限在10-15ppbw左右，而电子I级多晶硅产品则在7ppbw以内，高于颗粒硅。同样的差距也存在于碳含量，如颗粒硅碳含量上限约0.4ppma，电子I级多晶硅产品要求在0.02ppma以内；以上对比表明颗粒硅质量较西门子法电子I级多晶硅产品标准仍有一定差距。
1.2 下游使用：拉晶过程中掺杂使用，比例30-40%
颗粒硅主要作为复投料掺杂使用：目前颗粒硅在总用料中成熟掺杂占比约为30-40%。掺杂比例过高会引起摩擦成粉现象，影响大规模生产的成晶率问题；此外颗粒硅还存在氢跳问题，具体指颗粒硅表面吸附氢气，未充分加热的情况下接触硅液引起的溅硅，可能污染硅棒使其成晶率降低；上述问题未来有望通过改变投料方式和调整热场控制得到解决。
颗粒硅掺杂可提升装填效率。掺杂50%颗粒硅与完全使用块装料相比，装填时间可节省41％，同时增加29％的装填量，即相同时间内装填效率提升一倍以上。
保利协鑫与晶澳签订颗粒硅采购长单：晶澳将于未来5年向协鑫采购总计14.58万吨颗粒硅，颗粒硅进一步获得下游客户的认可。
保利协鑫与下游客户陆续签订采购长单：保利协鑫与隆基、中环、上机、晶澳、双良等下游客户签订硅料采购长单，总供应量68.46万吨，年均供应量22.82万吨；其中，隆基、中环、双良采购产品中明确包含颗粒硅产品，晶澳将于未来5年向协鑫采购总计14.58万吨颗粒硅；而上机则将与保利协鑫共建30万吨颗粒硅产能。下游客户长单采购表明了颗粒硅进一步获得认可。
1.3 22年颗粒硅潜在市场需求有望达22万吨
颗粒硅行业总市场：以2022年全球光伏装机量220GW+1.15倍容配比+每GW组件需硅料0.285万吨+颗粒硅掺杂比例占30％测算，颗粒硅潜在总市场规模约22万吨。同时随着未来颗粒硅生产技术和使用方法的进步，可以预期颗粒硅未来掺杂比例将有望提高到50%，若2022年达到则颗粒硅行业潜在总市场有望达到36万吨。
2.成本端：低还原电耗带来成本优势，预计未来颗粒硅生产成本可降至25元/kg以内
2.1 颗粒硅&西门子法工艺流程比较
成本差异主要由工艺流程不同导致，颗粒硅较西门子法的不同之处主要在硅烷制备及还原环节。改良西门子法的还原原料为三氯氢硅，在1100度的条件下与氢气在还原炉里反应，生成高纯多晶硅，单次转换效率约为18-25%。硅烷流化床法的还原原料为硅烷，因此需要增加硅烷制备步骤，后续硅烷气在700度的条件下加热分解，生成高纯多晶，单次转换效率在95％以上。
2.2 颗粒硅单位生产成本约32元/kg，较优秀西门子法低22％，电力成本为差距主要原因
工艺流程不同带来成本差异。据保利协鑫公告，当前颗粒硅生产成本较同等条件下的西门子法降低30%左右，而二线西门子法成本较一线高8%左右，因此可大致推断协鑫颗粒硅成本较优秀西门子法低22%左右，大致在32元/kg（优秀西门子法在41元/kg）。假设电价0.25元/kWh，单位人工成本&折旧年限相同，其他材料&其他费用比西门子法优秀水平高8%，则颗粒硅的单位电力、人工和折旧成本分别为4.5、1.5、4.4元/kg，较西门子法的11.6、2.9、6.3元/kg分别低61％、48％、29％。颗粒硅单位电力成本较西门子法低约7元/kg，是造成二者成本差距最主要的原因。
颗粒硅单位成本中综合电耗较改良西门子法低70％：综合电耗为生产单位多晶硅产品所耗用的全部电力。目前已实现的量产硅烷硫化床法的综合电耗普遍在18-20kwh/kg-Si（协鑫已降至18以下） ，较西门子法生产多晶硅的平均综合电耗 66.5 kWh/kg-Si低约70%。其中还原电耗低是造成硅烷硫化床法综合电耗低的主要原因。
颗粒硅单位产品还原电耗远低于改良西门子法：目前颗粒硅的还原电耗在3-9KWh/kg-Si，大幅低于西门子法的平均还原电耗49KWh/kg-Si。西门子法还原过程中，三氯氢硅的还原温度在1100℃+单次还原效率在20％左右，造成加热所需能耗高+物料多次循环、精馏，电耗处于较高水平。而硅烷热分解沉积的单次转化效率在95％以上，且反应温度低于800℃，带来了电耗的下降。（报告来源：未来智库）
2.3 较低Capex使颗粒硅单位折旧成本较改良西门子法低29％
颗粒硅的单位投资强度低：以2020年新疆大全和四川永祥的数据为例，改良西门子法的capex约8亿元/万吨。而颗粒硅单位投资额每万吨约7亿元。
较少的精馏装置、还原设备和较低占地面积是颗粒硅capex低的主要原因。精馏装置方面，受硅烷流化床法原料制备时副反应较少影响，颗粒硅所需精馏装置约1.1套/万吨，较西门子法的3.1套/万吨大幅降低。还原装置方面，而颗粒硅所需流化床最新为3台/万吨，西门子法则需要还原炉17.1台/万吨。主要由于硫化床单台产能在3000吨/年以上，远高于西门子法还原炉单台产能650吨/年，规模效应带来投资额下降。此外，颗粒硅转化率高，装置占地面积不到西门子法的60%，也是其投资额低的原因之一。
2.4 未来颗粒硅生产成本有望下降至25元/kg以下，还将低于西门子法成本
颗粒硅未来生产成本可达24元/kg：随着颗粒硅的能耗节约，生产设备进步，智能化生产水平提高，预期未来颗粒硅单位生产成本中的电耗将下降至10kwh/kg，蒸汽将下降至20kg/kg-Si，单位折旧随着规模扩大、capex的减少将下降至2元/kg，单位产量直接人工由于自动化+规模效应下降至0.8元/kg。并且随着未来耗材和能源价格的变动，预期生产成本能够达到25元/kg以下。而目前西门子法的成本目标为20-30-40元/kg，即未来生产成本有望下降至30元/kg。从这个维度看，在未来较长一段时间范围内，两种技术的成本均会下降，而颗粒硅的生产成本还将低于西门子法。
3.供给端：协鑫产能加速放量+专利壁垒难破，预计将使行业中期保持较优竞争格局
3.1 随保利协鑫新增产能投产，22年底全国颗粒硅产能将达到23.8万吨
此前颗粒硅产能仅有保利协鑫的1万吨（11月10日新增2万吨投产）和陕西天宏的1.8万吨，22年随协鑫徐州3万吨+乐山一期10万吨+包头一期6万吨新增产能投产，预计22年国内颗粒硅有效产能可达9万吨。至22年底，全国颗粒硅产能有望达23.8万元/吨（协鑫21万吨+天宏1.8万吨），推动行业渗透率提升。
3.2 专利壁垒将使行业维持以协鑫和天宏为主的较优竞争格局
专利壁垒决定了颗粒硅行业短期内难以再有新的竞争者：硅烷流化床工艺的技术难点主要存在于硅烷在流化床内加热分解制硅阶段，需解决粉尘，污染，加热和内衬等问题。目前的解决方案已被REC(陕西天宏有授权)和协鑫(收购MEMC获得)申请专利，其他企业难以绕过上述专利进行量产。因此预计颗粒硅专利的保护期限是未来中期内颗粒硅良好竞争格局的决定性因素
报告节选：
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
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