多晶硅降本关键在于新技术，颗粒硅优势显著2021 年全球多晶硅总产量约为 60 万吨，其中太阳能级多晶硅占 95%以上。多晶硅属于资本和技术密集性行业，资产周转率低，产品同质化程度高，生产成本受折旧、物料单耗（硅粉、电耗、蒸汽、水等）以及要素价格影响大。多晶硅企业的核心竞争力在于技术，产能新、规模大、电价低的成熟硅料产能牢牢占据着行业优势地位。目前行业内有两种主流的生产路线，即改良西门子法制取棒状硅和硅烷流化床法制取颗粒硅。我们基于理想情况测算，相较于棒状硅，颗粒硅在生产成本、应用价值和碳减排价值上分别具有 11.6、3.2、2.7 元/kg 的优势，未来发展空间广阔。
改良西门子法依靠规模优势、低价生产要素降本空间有限改良西门子法已是成熟技术，近年发展重心主要在于精细化管理，从而实现节能减排和提高产品质量。改良西门子法由于自身工艺特点，导致能耗水平较高，如还原环节一次转化率仅 12%、反应温度高达 1100℃、尾气成分复杂且难分离等。2021 年改良西门子法生产多晶硅的平均综合电耗约63kWh/kg-Si，如果未来电价上涨，改良西门子法的生产成本对电价波动更敏感。我们认为随着国产化红利、规模效应和低电价红利被充分挖掘，改良西门子法的成本下降空间有限，头部硅料企业成本曲线趋同。
硅烷流化床法具备 11.6 元/kg 的成本优势，降本幅度达 23.2%硅烷流化床法自研发至今已有 50 余年历史，其制取颗粒硅的优势在于，可以连续生产、反应效率高达 95%+、反应温度约 600-800℃，目前协鑫科技生产颗粒硅电耗约 14.8kWh/kg-Si，相较改良西门子法下降 76.5%。针对其余环节成本，相较于改良西门子法，硅烷流化床法额外增加了内衬和蒸汽成本，同时节约了硅芯和人工成本，根据我们的测算，在当前要素价格下，其综合成本相较改良西门子法降低 11.6 元/kg，降本幅度达 23.2%。过去，颗粒硅的规模化生产面临金属杂质、氢跳等技术瓶颈，目前行业内已通过研发内衬材料、改进拉棒方式等途径缓解。
颗粒硅使用比例不再受限，或为下游创造 5.9 元/kg-Si 的附加价值 此前由于颗粒硅工艺未完全成熟，在下游应用中存在金属杂质、氢跳等问题，限制了颗粒硅的使用比例。但随着颗粒硅生产艺改进，使用颗粒硅不仅不会增加拉棒环节的非硅成本，并且可以通过节约加料时间、增加初始装料量等方式提高单炉产出，并省去破碎成本，合计增益 3.2 元/kg。再考虑潜在的碳减排价值，每生产 1kg 颗粒硅相较改良西门子法减少碳排放 44.8kg，按照国内和欧盟的碳价分别对应 2.7 和 15.6 元/kg，如果后期欧盟碳边境税开始执行，颗粒硅的溢价能力会进一步提升。
多晶硅供需格局一年内逆转，壁垒利润或将助力颗粒硅穿越周期 伴随光伏产业链整体降本增效，光伏发电经济性逐步提升，在全球双碳目标驱动及政治危机推高能源价格的背景下，光伏下游装机需求持续旺盛，根据IRENA 数据，我们预计 2025 年全球光伏新增装机达 421.2GW，对应多晶硅需求约 149.0 万吨。同时，2021 年以来硅料的高价格吸引了大量厂家扩产，除了通威股份、协鑫科技、大全能源、新特能源、亚洲硅业、东方希望六大传统巨头外，还有大量新进入者纷纷宣布入局。考虑供需情况，我们预计未来 1 年内硅料的供需情况将彻底逆转，硅料的定价机制将重新回到边际产能定价时代，而颗粒硅或凭借上述技术壁垒可享受更高的盈利空间。
一、硅料：流程型精细化工业，技术壁垒较高
1.1 硅料是流程型行业，品质是基础，成本是核心
多晶硅是光伏产业的基础，多晶硅生产是以纯度为 98%~99.5%的工业硅为原料，经过一系列化学反应提纯至 99.9999%以上的高纯多晶硅，然后用于下游拉制单晶或者铸锭，最终加工成可以发电的电池组件。多晶硅是工业应用中纯度最高的物质之一，其纯度以主体物质的含量多少来表示，通常用几个 N(Nine)表示，太阳能级多晶硅纯度在 6N~9N，即99.9999%~99.9999999%。多晶硅纯度对太阳能电池的能量转换效率有非常重要的影响，随着新一代 N 型电池的推广，对多晶硅纯度的要求也在持续提升。
根据硅业分会数据，2021 年全球多晶硅总产量约约 59 万吨，其中半导体级多晶硅需求约 3万吨，太阳能级多晶硅已占到硅料总需求的 95%以上。目前多晶硅主要的生产工艺是改良西门子法，西门子法自 1950 年代被开发以来，已经发展到第三代，始终是多晶硅最主流的生产工艺，份额占比达 95%以上，光伏硅料具备大宗商品属性，高品质是基本要求，成本是硅料企业竞争的关键。
1.2 资本和技术密集性行业，竞争格局好从投资回报角度看，硅料属于资本和技术密集性行业，资产周转率低，正常年份固定资产周转率低于 1，项目投资回报主要取决于盈利能力和财务杠杆。
价格方面，硅料是同质化原材料，合格品不会有明显差价，但次品不得不折价出售，低质量产品甚至根本无法使用，此外，目前单晶料占比达到市场总需求的 90%以上，因此单晶料的比例也对产品综合售价有显著影响；成本方面，多晶硅的折旧成本较高，现金成本主要取决于物料单耗（硅粉、电耗、蒸汽、水等）以及要素价格。
因此，硅料企业的技术能力是最重要的竞争力，对硅料的相对售价和物料单耗都有决定性的影响，要素价格尤其是能源价格也是拉开成本差距的重要因素，过去 5 年里，产能新、规模大、电价低的成熟硅料产能牢牢占据着行业优势地位。
目前有两类主流的生产多晶硅方式，分别是改良西门子法制取棒状硅和硅烷流化床法制取颗粒硅。根据 CPIA 数据，2021 年改良西门子法市占率约 95%。
多晶硅生产是精细重化工行业，产品品质受工艺、设备、环境控制等多个因素影响，工艺点繁多，新进入者很难快速掌握成熟工艺，事实上，多晶硅的供应历来呈现稳定的寡头垄断格局，2005 年以前海外的 7 大硅料企业把持行业近 30 年，2014 年以后，突破了冷氢化技术的四大国内龙头稳步提升份额。只有在 2 次价格泡沫期间（2006-2010 年和 2021 年至今），出现了大量新进入者。我们根据公司公告汇总，2021 年国内前 5 大硅料企业产能的市占率达到 66%，远高于下游的市场集中度，且过去三年稳步提升。
2021 年，硅料行业形成了协鑫科技、通威股份、大全能源、新特能源四大龙头并驾齐驱的局面，市占率分别为 20%、14%、12%、11%，其中协鑫科技约 22%的产能为颗粒硅，其余为棒状硅。追赶者中东方希望、亚洲硅业还保持着一定竞争力，但在成本和品质上与第一集团存在些许差距。
二、改良西门子法：目前主流路径，降本空间有限
2.1 改良西门子法生产原理：高温低得率，能耗高，配套装置多
目前第三代改良西门子法仍然是多晶硅生产的主流工艺，其原理是利用高温硅芯（硅棒）作为载体，气化的三氯氢硅（SiHCl3）和氢气（H2）在硅芯表面、1050~1100℃下发生还原反应（气相沉积反应），生成晶体硅沉积在硅芯表面，反应副产物或未发生反应的原料从底部排出，经回收、分离、提纯后，重新返回相应生产工序中，当发热体生长至一定尺寸时，停炉将多晶硅料取出。
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