光伏产业链全方位扫描.doc

光伏产业链全方位扫描许多人提到光伏产业链，大都只想到从多晶硅到电池组件。其实，这只是太阳能光伏产业链中极小的一部分，是浮在表面的一些显而易见的环节，真正的太阳能光伏产业所涵盖的产业链要广得多。在整个光伏产业链中，除主原料链外，还有辅料链、装备链和产业服务链，本文就针对这四条“链”来进行简要的分析。一、主原料链 光伏产业链的主原料链，它也是通常意义上人们所说的狭义的光伏产业链，源头是从蕴藏在大自然中的硅石开始的。1、金属硅环节 金属硅是用大自然界蕴藏极为丰富的硅石冶炼得来的。硅石的成分是二氧化硅，也叫石英，更纯些的就是水晶。从硅石到金属硅，本质上是一个还原过程，因此要用到还原剂碳，碳有直接采用煤炭的，也有采用木炭和焦炭的，近期光伏产业中使用的碳还原剂是石油焦，原因是其杂质较纯。金属硅生产出来之后，原料链按照不同的路线继续向下游发展。目前主流的技术路线是晶体硅路线和薄膜硅路线。2、晶体硅路线环节 晶体硅太阳电池路线，是从金属硅开始，将其提纯成太阳能级的多晶硅材料，而后制作成电池的路线。从金属硅到多晶硅的提纯，又分为两个主流路线，一个是化学法，也就是目前主要应用的西门子法，它是将金属硅转变为三氯氢硅，然后再进行分馏和精馏提纯，得到高纯度的三氯氢硅后，最终还原而成；另外一个方法是物理法，目前统称为冶金法(UMG方法) ，它由金属硅直接将杂质取出而得名，硅在整个提纯过程中未发生化学反应。化学法生产的多晶硅材料纯度较高，但能耗和成本也较高，污染处理成本较大，冶金法电耗低、成本低、无污染，但目前的纯度比西门子低，不过，接近能满足光伏电池的生产需求。多晶硅生产之后，晶体硅的工艺路线就较为一致了多晶硅直接铸锭切片，制作电池，这是多晶硅电池片的工艺路线；多晶硅先拉单晶，再切片，然后制作电池，这是单晶硅电池的路线。电池片制成后，还要进行组件封装。组件封装过程中需要用到许多其他材料，如白玻璃、EVA等，这些属于辅料。通常意义的光伏产业链似乎到此为止了，但这只是巨大的光伏产业中的冰山一角。 3、薄膜硅路线环节 薄膜硅的源头也是金属硅，将其先制成硅烷气，通过气相沉积技术在薄膜衬底上形成非晶硅薄膜，制作P结（空间电荷区），最终形成薄膜电池组件。除了用硅作为薄膜外，还有用碲化镉、砷化镓、铜铟镓硒等材料作为原料的。由于大自然所蕴含的所有元素中，硅占了1/4强（27%），氧占了42%，其余的元素非常稀少，特别是碲、镉、镓、铟等，都是电子行业和航天产业的极其宝贵的元素。因此，如果这些元素被大规模用在光伏发电上，无异于焚琴煮鹤。2009年9月，美国某薄膜公司到中国内蒙号称要投资2000MW的薄膜电站，但该公司要求在中国采购碲和镉，名义上是在中国设厂生产这些电池，实际上他们真实的动机应该被打个大大的问号。当前，碲和镉在地球上极为稀缺，欧美日列强觊觎中国的这些元素已经很长时间了，如果该公司真的在中国采购制作2000MW电池所需要的相关元素，那么，即便该公司将建成电站全部送给中国，也不能弥补这些资源流失给中国造成损失的1/10。4、光伏电站 组件后的电站建设也包括不少设备，例如支架、汇流盒、电缆、逆变系统、追日系统等，这些属于装备类，本文将在之后的设备链中细说。二、辅料链 光伏产业的辅料链在光伏产业中所占的比重非常大，但却常常为人们所忽视。由于光伏最终产品涉及的辅料数量和品种较多，我们以硅片为界，将其分为硅片前和硅片后两个部分来进行分析。1、硅片前辅料 硅片前辅料主要是提纯和生产多晶硅、单晶硅所用的辅料，主要包括氯产品如盐酸、氯气、三氯氢硅等，还有氢气以及氢氯化时所用的气体、多晶硅铸锭用的氮化硅粉、惰性气体以及其它反应气体。在多晶硅铸锭时需要用到的石英坩埚、铸锭炉和单晶炉内用的石英坩锅（又分为石英陶瓷坩锅和石英玻璃坩锅）、隔热用的碳毡（分为硬毡和软毡）以及工作时需要消耗的温度传感器件，也都属于硅片前辅料。此外，在多晶硅铸锭和单晶硅拉制时，还需要用到保护气体和反应气体。2、硅片后辅料 在硅片切割过程中，要用到切割线（包括钢线、钼线、金刚砂线）、切削液、金刚砂微粉（或称碳化硅微粉）；在硅片切割后清洗时，要用到各类的碱、酸和纯净水。硅片切割后，进入电池片生产阶段，此时，除了前期对于硅片的清洗制绒需要的各类酸碱和纯水辅料外，扩散还需要用到三氯氧磷气体，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)要用到硅烷气体，电极加工要用到银浆和铝浆，这些硅片后辅材的耗损量甚至不亚于主原料硅的价值。在组件加工方面，要用到超白玻璃、EVA薄膜（近期也产生了用有机硅薄膜的新产品）、铝合金框（最近开始使用工程塑料代替），还有各种粘结剂。 在电站建设方面，则主要是电缆和支架材料，支架材料目前以钢结构为主，也有采用铝合金和工程塑料代替的。三、装备链 如果从产值上看，光伏产业价值最大、最先启动的市场，其实不是光伏电池和组件，而是装备市场。我们依然以硅片为分界线，将装备链分两个部分来看。1、硅片前所需装备 首先，金属硅的冶炼需要矿热炉和除尘设备，此外，变压器、破碎及硅石清洗设备也不可或缺，不过，由于现在中国金属硅产能处于过剩状态，这些设备的成本相对较低。 金属硅炼出来后，如果紧接着采用冶金法生产多晶硅，还需要用精炼炉进行炉外精炼。通常情况下，大多数生产厂商采用中频感应炉，一台10000KVA 的矿热炉，还需要配10 20个5T的中频感应炉。如果采用西门子法，那么需要配备精馏塔、还原炉、氢化装置、氯化装置等，这样一套装置的造价不低。不过，随着国内西门子法多晶硅生产厂商的不断增加，相关设备的国产化程度也越来越高。目前，无论是精馏塔还是还原炉，国内基本都能够生产制造；氢化装置（包括热氢化和冷氢化）和氯化装置国内厂商也可以进行生产。 如果采用冶金法，那么还有粉末冶金设备、湿法冶金装置、真空熔炼装置也是必不可少的。多晶硅提纯后，紧接着多晶硅铸锭炉、单晶炉需求量更大；除此之外，还需要配备破锭机、铸方设备、倒角抛光设备、硅片多线切割机、硅片清洗设备等。 经过简单的梳理，不难看出，光伏电池的装备需求量非常巨大。以多晶硅生产为例，到2009年底为止，中国的多晶硅总产量不到20000t，按现价产值计算，达100亿元左右，但中国多晶硅生产厂所花费的设备投入至少已经达到1000多亿元了，而这个装备市场，往往被我国许多投资者和企业家所忽视。2、硅片后所需设备 在电池生产过程中，必须配备清洗制绒设备、扩散炉、PVCED、丝网印刷机、烧结炉等电池制造装备。在组件的生产过程中，主要设备是层压机；与此同时，电池封装用玻璃的生产、EVA薄膜的生产也同样需要大量的设备。电池组件生产出来以后需要进行安装，安装需要支架。如果是地面电站，有些还要加上追日(跟踪)系统，这些属于光伏发电装备。电池组件发出的直流电要经过逆变器、控制器才能变成交流电。电池组件如果要进行并网，还要有相关装置，对电网进行相位和频率跟踪。 如果不是并网电站，而是用户端或离网型电池组件，那么，还要考虑储能系统，包括蓄电池和充放电控制系统。鉴于目前的铅酸电池在容量上和环保方面还有不少问题，因此，研究开发能够进行大容量、长寿命、高效率的储能装置，不仅是当务之急，而且也是一个潜力非常巨大的市场。四、光伏服务链 除了上述的主原料、辅料和设备外，光伏产业还有一个潜力很大的链条，那就是服务链，我们分为硬件和软件两个方面。1、光伏测试仪器设备光伏产业的服务链中，一个重要的环节是测试服务，它贯穿于所有的主生产环节，也是前期研究和开发的重要技术保证。测试服务的水平，主要取决于分析测试设备。 常规化验分析仪器对于硅材料，特别是多晶硅的生产来说是非常重要的。在高纯度的硅材料检测中，成分分析仪器包括ICP-AES（等离子体原子光谱仪）、ICP-MS（等离子体质谱仪）、GDMS（辉光放电质谱仪）、二次离子质谱仪（SIMS）等，它们用于对生产过程中硅材料的杂质成分进行测试。此外，还要用到傅立叶红外分光光度计，测试碳氧的含量。在硅材料的研究过程中，RBS（卢瑟福离子背散）测试、电子束显微技术（SEM扫描电镜、TEM透射电镜技术）、EBIC（电子束诱导电流技术）、SPM（扫描探针显微镜）、DLTS（深能级瞬态谱技术）等都是不可缺少的设备。 在电池和硅片的生产过程中，主要仪器包括：电阻率扫描测试仪、少子寿命扫描（微波光电导、激光电导、波导法等）、粒度测试、硅锭硅片探伤仪、单片光电转换效率测试仪、漏电流测试仪、组件转换效率测试仪、光度计等。长期以来，除了常规的化验分析设备外，绝大多数测试设备仪器我国还不能生产，需要依赖进口。近年来，国内检测仪器在电阻率测试、光电转换效率测试等方面已经有了一定的进展，但取得国际权威机构认证和互认的还较少。测试仪器的缺乏，成为制约中国光伏行业发展的瓶颈之一。 2、光伏技术研发服务 由于光伏产业目前还是一个幼稚的产业，无论是基础理论研究、材料研究、器件研究、器件制造工艺，还是应用研究，都还处于产业成长极初级的阶段，许多应当进行的研究都没有开始，制造工艺也还十分原始，因此，现阶段无论企业还是政府，对于研发进行足够的投入，意义都是十分巨大的。例如，“光伏电池光致衰减的机理”、“温升衰减的机理和遏制措施”、“如何廉价地大规模生产光伏电池和组件？”，“为什么光伏电池原材料的成本和数量较低，但最终成本却很高？”等，都是涉及基础材料研究和制造技术的一些深层次的课题，需要进行大量的研发工作。一旦这些研究取得突破，光伏发电的成本就有可能在目前的基础上再下降一个数量级，那时，光伏发电将不再需要任何的政府补贴，成为人类真正的光明使者和福音。3、光伏教育培训服务 由于光伏产业是一个新产业，没有现成的人力资源，因此，需要从半导体、冶金和制造业获得人才，其中，各种等级的培训是不可缺少的。从基层说起，培训技术工人上岗是目前各个企业最急需的服务。良好的培训可以大大降低企业的成本，这指的不仅是人力资源成本，更多的是生产成本和内耗。 对于中高层的技术人员，则需要进行光伏专业的本科和研究生教育。目前，国内已经有个别大学与光伏企业合作，开设了光伏相关的专业、甚至学院，但目前基本都还没有获得政府部门的正式认可。随着光伏产业的不断发展，光伏产业大军将迅速扩大，仅在中国本土的从业人员可能就要上千万之多，因此，职业教育和培训也将是一个不小的产业。4、物流服务 任何一个产业都会涉及到物流。但光伏产业对物流的需求，却往往被人们低估或忽视。以多晶硅的生产为例，生产1万t多晶硅，每年就需要进出大约3万t的货物，这还不算金属硅部分；而对于组件来说，仅仅一个100MW的光伏电站，就需要1000个40尺集装