2021年起，顆粒硅越來越受到市場的關注。近日，保利協(xié)鑫聯(lián)手硅片龍頭中環(huán)股份，將投建10萬噸顆粒硅。

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協(xié)鑫與中環(huán)開展多方合作

4月19日晚，保利協(xié)鑫能源控股有限公司(“保利協(xié)鑫能源”)發(fā)布公告，公司已完成于開曼群島的名稱變更，公司中文名稱由“保利協(xié)鑫能源控股有限公司”更改為“協(xié)鑫科技控股有限公司”(“協(xié)鑫科技”)，變更已于2022年4月1日正式生效。

就在4月19日晚，協(xié)鑫科技發(fā)布公告，公司與協(xié)鑫集團、中環(huán)股份及TCL科技簽訂戰(zhàn)略合作框架協(xié)議書，各方擬就在內蒙古呼和浩特市投資新建光伏級和電子級硅料項目展開深入合作。

根據合作協(xié)議，各方將在呼和浩特建設10萬噸光伏級多晶硅、硅基材料綜合利用的生產及下游應用領域研發(fā)項目以及1萬噸電子級多晶硅項目。

其中，光伏級多晶硅項目總投資預計達90億元，協(xié)鑫科技或其下屬企業(yè)將持有項目合資公司60%的股權;電子級多晶硅項目總投資30億元，協(xié)鑫科技的關聯(lián)方持股60%。

公告稱，各方構建戰(zhàn)略合作伙伴關系，旨在通過密切合作，共同推動相關項目的合作，為各方創(chuàng)造更好的經濟和社會效益。

需要特別留意的是，本次合作中的光伏級多晶硅項目明確采用顆粒硅技術路線。此前，保利協(xié)鑫曾表示，為充分聚焦硅材料科技主業(yè)，回歸科技創(chuàng)新屬性，董事會建議將公司名稱更換為“協(xié)鑫科技控股有限公司”。

此前，中環(huán)股份2022年4月7日發(fā)布公告，稱公司已與內蒙古自治區(qū)和呼和浩特市達成戰(zhàn)略合作，擬在當地規(guī)劃建設12萬噸高純多晶硅、半導體單晶硅材料及配套項目以及國家級硅材料研發(fā)中心項目。

中環(huán)股份提到，本次合作將有利于公司建設內蒙古中環(huán)產業(yè)城的進程，助力其成為全球最集中的、規(guī)模效益最好的光伏新能源材料基地，支撐公司高質量發(fā)展。

協(xié)鑫科技相關負責人表示：“協(xié)鑫科技10萬噸光伏級多晶硅產能就是其中一部分，將全部建設FBR顆粒硅項目，這也是公司第二個和下游戰(zhàn)略合作伙伴展開股權合作的顆粒硅項目，充分印證了顆粒硅在下游客戶中的認可度。”

目前，協(xié)鑫科技已在江蘇徐州、四川樂山以及內蒙古包頭三大基地分別規(guī)劃建設2個10萬噸，1個30萬噸級FBR顆粒硅生產基地。其中，包頭顆粒硅項目為協(xié)鑫科技與上機數控合作投資建設。至此，加上呼和浩特新增10萬噸產能，協(xié)鑫科技FBR顆粒硅總規(guī)劃產能將達到60萬噸。

協(xié)鑫科技FBR顆粒硅3萬噸級產能目前已完全達產，徐州、樂山、包頭三地年內均有新項目投產，預計今年底其所有硅料總產能將達36萬噸，其中顆粒硅產能達30萬噸。

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協(xié)鑫與中環(huán)業(yè)績刷新歷史紀錄

協(xié)鑫2021年業(yè)績創(chuàng)新高

2022年3月28日晚間，保利協(xié)鑫能源發(fā)布2021年年度報告。

2021年，保利協(xié)鑫能源實現營業(yè)收入196.98億元，同比增長34.3%;實現毛利73.48億元，同比增長95.8%;公司擁有人應占年內利潤50.84億元，上年同期虧損56.68億元，實現有史以來最好的業(yè)績表現。

2021年，保利協(xié)鑫能源光伏材料業(yè)務實現收入166.53億元，同比增長80.5%，利潤55.34億元，實現歸母凈利潤50.84億元，為歷史最好業(yè)績。其中FBR顆粒硅貢獻突出，綜合電耗已穩(wěn)定控制在14.8kWh/kg以下，綜合蒸汽單耗為15.3kg/kg，成本大幅走低，毛利率顯著高于棒狀硅15個百分點以上。

為優(yōu)化顆粒硅各項技術指標，2021年保利協(xié)鑫能源研發(fā)投入達10.41億元，同比上漲97%，研發(fā)團隊、專利授權、科研轉化等指標直線提升，公司科技屬性增強。并且公司承諾2022年的研發(fā)投入還會不低于5%，以今年超兩百億的營收規(guī)模預測，這一數字還會繼續(xù)遠超10億元。

2022年4月20日，更名后的協(xié)鑫科技披露2022年一季度快報，公司實現營業(yè)收入69.9億元，歸母凈利潤30.3億元。這一業(yè)績相當于其2021年全年凈利潤的近60%。

協(xié)鑫科技指出，公司凈利潤顯著增長主要受益于光伏材料業(yè)務的表現改善。2022年第一季度，光伏材料業(yè)務收益約為人民幣66.8億元，綜合毛利率約46.0%。

截至第一季度，協(xié)鑫科技棒狀硅年產能為45,000公噸，顆粒硅年產能為30,000公噸， 硅片年產能為50GW。產量方面，第一季度，多晶硅產量為18,628公噸，硅片產量為11.6GW。

中環(huán)股份創(chuàng)上市以來最好年度業(yè)績

中環(huán)股份產能加速提升，產品結構優(yōu)化升級，單位產品硅料消耗率同比下降明顯。2021年，該公司的產銷規(guī)模和產品質量顯著提升。

2021 年，中環(huán)股份圍繞“半導體光伏材料全球領先戰(zhàn)略，半導體材料追趕超越戰(zhàn)略”推進。該公司發(fā)布的業(yè)績快報顯示，報告期末，該公司總資產790.02億元，較上年期末增長34.54%;歸屬于上市公司股東的所有者權益316.62億元，較上年期末增長64.85%。

2021年，中環(huán)股份實現營業(yè)總收入410.25億元，較上年同期增長115.28%;2021年拋出百億硅片擴產計劃，使其硅料需求量大增，公司全年實現歸母凈利潤40.20億元，同比增長269.14%，創(chuàng)上市以來最好年度業(yè)績。

2022年4月14日，中環(huán)股份發(fā)布2022年第一季度業(yè)績預告，公司預計實現營業(yè)收入128-138億元，同比增長71.52%-84.92%;實現歸母凈利潤12.6-13.6億元，同比增長132.71%-151.18%;實現基本每股收益0.3918-0.4229元/股，去年同期為0.1785元/股。

除業(yè)績外，中環(huán)股份的市場動作更為果敢。去年年初拋出史上最大擴產訂單，今年又豪擲206億擴產，且正式布局硅料環(huán)節(jié)，押注當前非主流顆粒硅技術。項目量產能否成功，還需時間驗證。

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當前多晶硅兩大技術路線之爭

光伏企業(yè)對最新技術的掌握程度，將決定其未來市場地位。

現階段多晶硅的生產技術主要分為兩種，分別是改良西門子法和硅烷流化床法(FBR)。

西門子法通過氣相沉積的方式生產柱狀多晶硅。硅烷流化床法是將硅烷通入以多晶硅晶種作為流化顆粒的流化床中，使硅烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多晶硅。因此，兩種生產技術所產生的硅料產品，通常被稱之為“棒狀硅”與“顆粒硅”。

表面上看，顆粒硅與傳統(tǒng)硅料最大的不同在于外形，實際卻代表了硅料行業(yè)兩條技術路線的斗爭。

改良西門子法技術較成熟、純度高、投入成本低、易擴建，成為當前硅料制備的主流工藝。根據《中國光伏產業(yè)發(fā)展路線圖》(2020年版)，我國在2020年由改良西門子法生產的多晶硅占97.2%以上的市場份額，而硅烷流化床法顆粒硅占比僅2.8%。

具體來看，改良西門子法主要分為合成、提純、還原、尾氣回收、冷氫化、后處理六大工序。此工藝具有成熟穩(wěn)定、過程簡單、設備標準化高等特點，生產出的硅料各方面質量均比較高。

西門子法工藝流程

然而，改良西門子法仍存在高耗能、工藝流程繁雜等缺點。根據中國光伏行業(yè)協(xié)會數據，能源消耗將占到改良西門子法生產成本的31%～42%。具體來看，改良西門子法主要存在以下兩個缺陷：

一是耗電量高，電費成本占總成本的30%以上。還原過程中，爐體內化學反應所需的溫度需要達到1000度以上。

二是硅棒在用于生產硅片時，需要破碎后才可以使用，生產無法實現連續(xù)性。

而與改良西門子法生產的多晶硅相比，硅烷流化床法生產的顆粒硅體積更小，僅有綠豆般大小。不僅生產工序簡單，還具備低耗能、低成本、連續(xù)生產、無需破碎等優(yōu)勢，因此，在當前“雙碳”要求背景下，顆粒硅無疑將是更為理想的多晶硅料工藝。

顆粒硅的低碳和低耗能使其具備一定的成本優(yōu)勢，同等條件下，顆粒硅的生產成本比棒狀硅低約30%。相比傳統(tǒng)工藝，FBR不僅生產技術流程更短、后處理工序更少，生產電耗較低，項目人員需求更少。

顆粒硅是采用硅烷流化床法生產出來的顆粒狀硅料，該種方法所需要的化學反應溫度只有700度左右，能耗更小，同等產量下顆粒硅的電耗比棒狀硅下降70%。

傳統(tǒng)多晶硅需要破碎、清洗后才能用于拉單晶，而顆粒硅本身體積較小，減少了破碎環(huán)節(jié)，可以直接投料拉單晶，因此也省去了破碎成本(破碎成本 1～3 元/公斤)。

顆粒硅填充性好，加料桶可以多裝 15-20%的顆粒硅，可避免大塊料堵塞的問題。

另外，顆粒硅具有球形外貌，流動性更好，便于加料。相比于傳統(tǒng)多晶硅更適合新一代連續(xù)投料直拉工藝，是大規(guī)模CCZ技術(終極直拉單晶技術)應用的必要條件，相較于傳統(tǒng)的RCZ單晶復投法，拉晶效率更高。

2010年開始，保利協(xié)鑫子公司中能硅業(yè)就開始自主研發(fā)顆粒硅技術，并通過收購海外資產，最終實現顆粒硅量產。2021年2月，保利協(xié)鑫宣布，已完全掌握顆粒硅各項成熟工藝和量產技術，正式邁入萬噸級別規(guī)模。

多晶硅兩大技術路線之爭，一時難有定論。產業(yè)下游最終選擇使用何種技術，會從成本、品質等多方面進行綜合考量，這里也不能簡單談及顆粒硅和棒狀硅中哪種產品會被市場淘汰，大概率這兩種技術將長期并存。

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顆粒硅發(fā)展過程中的問題

盡管具備諸多優(yōu)勢，顆粒硅的一些問題還是需要一些時間去解決的。

顆粒硅運用到實際中，由于“氫跳”、顆粒硅撞擊器壁等問題，會造成生產工序的中斷，同時由于生產工藝中粉末比例較高使成品率偏低，從而產生較大的額外成本。隨著后續(xù)生產工藝的改進，顆粒硅生產的問題有望得以解決。

目前市場對顆粒硅主要的質疑點之一是，其質量能否勝任更高品質硅片需求?

相對棒狀硅，顆粒硅的雜質含量略高(金屬、碳、氫含量均高于改良西門子法)，而且其填料密度高。為避免大塊料堵塞，目前企業(yè)對顆粒硅的用量用法都是摻雜的，用一部分金屬硅，再用一部分顆粒硅。另外，顆粒硅在轉化過程中還會產生很多粉料，運輸過程中也會有粉料產生，產品有被污染的風險。

正由于顆粒硅的雜質含量較高，將在一定程度上影響其在N型硅片上的大規(guī)模使用。因此，顆粒硅能否滿足下一代光伏技術N型硅片、電池片的使用，仍有待驗證。

顆粒硅產品在質量上已獲得一些進步，雜質不斷減少，其與傳統(tǒng)硅片的差距也正在不斷縮小。

針對顆粒硅在使用中出現的問題，協(xié)鑫科技也在不斷改進中。協(xié)鑫科技的顆粒硅采用獨創(chuàng)的硅烷流化床法制造，單程轉化率可達99%，減少了尾氣回收和精餾環(huán)節(jié)，反應溫度也只有改良西門子法的60%，可以連續(xù)化生產，能耗和成本都大大降低。

根據其公布的數據，協(xié)鑫科技的顆粒硅在多項雜質濃度指標上都已達到明顯優(yōu)于國標特級太陽能硅料的標準要求。

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結 語

為淘汰落后光伏產能，工信部已明確提出“光伏制造企業(yè)應采用工藝先進、節(jié)能環(huán)保、產品質量好、生產成本低的生產技術和設備”。

硅料制造環(huán)節(jié)是光伏產業(yè)鏈中能耗最高的，能耗占比高達45%。2020年5月，工信部發(fā)布《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件(2020年本》(征求意見稿)規(guī)定，新/擴建多晶硅綜合電耗不大于70千瓦時/千克。通過權威認證，協(xié)鑫科技每生產1KG顆粒硅的碳足跡數值為37KG二氧化碳當量，遠低于德國瓦克創(chuàng)造的每功能單位57.559KG二氧化碳當量的記錄。

更低的碳足跡、更低的能耗意味著更低的成本與政策支持，顆粒硅技術能很好地降低光伏全產業(yè)鏈中的能耗水平，是未來需要重點布局的主流技術方向。