1, Demanda final fotovoltaica: la demanda de capacidad instalada fotovoltaica es fuerte y la demanda de polisilicio se invierte según la previsión de capacidad instalada
1.1. Consumo de polisilicio: el mundoEl volumen de consumo aumenta constantemente, principalmente para la generación de energía fotovoltaica.
En los últimos diez años, la crisis mundialpolisilicioel consumo ha seguido aumentando y la proporción de China ha seguido expandiéndose, liderada por la industria fotovoltaica. De 2012 a 2021, el consumo mundial de polisilicio mostró en general una tendencia ascendente, pasando de 237.000 toneladas a aproximadamente 653.000 toneladas. En 2018, se introdujo la nueva política fotovoltaica 531 de China, que redujo claramente la tasa de subsidio para la generación de energía fotovoltaica. La capacidad fotovoltaica recién instalada cayó un 18% interanual y la demanda de polisilicio se vio afectada. Desde 2019, el estado ha introducido una serie de políticas para promover la paridad de red de la energía fotovoltaica. Con el rápido desarrollo de la industria fotovoltaica, la demanda de polisilicio también ha entrado en un período de rápido crecimiento. Durante este período, la proporción del consumo de polisilicio de China en el consumo mundial total siguió aumentando, del 61,5% en 2012 al 93,9% en 2021, principalmente debido al rápido desarrollo de la industria fotovoltaica de China. Desde la perspectiva del patrón de consumo global de diferentes tipos de polisilicio en 2021, los materiales de silicio utilizados para células fotovoltaicas representarán al menos el 94%, de los cuales el polisilicio de grado solar y el silicio granular representarán el 91% y el 3%, respectivamente, mientras que el polisilicio de grado solar y el silicio granular representarán el 91% y el 3%, respectivamente. El polisilicio de grado electrónico que se puede utilizar para chips representa el 94%. La proporción es del 6%, lo que demuestra que la demanda actual de polisilicio está dominada por la energía fotovoltaica. Se espera que con el calentamiento de la política de doble carbono, la demanda de capacidad instalada fotovoltaica se fortalezca y el consumo y la proporción de polisilicio de grado solar sigan aumentando.
1.2. Oblea de silicio: la oblea de silicio monocristalino ocupa la corriente principal y la tecnología continua de Czochralski se desarrolla rápidamente
El eslabón directo del polisilicio son las obleas de silicio, y China actualmente domina el mercado mundial de obleas de silicio. De 2012 a 2021, la capacidad y la producción de obleas de silicio a nivel mundial y chino continuaron aumentando, y la industria fotovoltaica continuó en auge. Las obleas de silicio sirven como puente que conecta los materiales de silicio y las baterías, y no suponen una carga para la capacidad de producción, por lo que siguen atrayendo a un gran número de empresas para entrar en la industria. En 2021, los fabricantes chinos de obleas de silicio se habían expandido significativamenteproduccióncapacidad a 213,5 GW de producción, lo que impulsó que la producción mundial de obleas de silicio aumentara a 215,4 GW. Según la capacidad de producción existente y recientemente aumentada en China, se espera que la tasa de crecimiento anual se mantenga entre el 15% y el 25% en los próximos años, y que la producción de obleas de China seguirá manteniendo una posición dominante absoluta en el mundo.
El silicio policristalino se puede convertir en lingotes de silicio policristalino o varillas de silicio monocristalino. El proceso de producción de lingotes de silicio policristalino incluye principalmente el método de fundición y el método de fusión directa. En la actualidad, el segundo tipo es el método principal y la tasa de pérdidas se mantiene básicamente en alrededor del 5%. El método de fundición consiste principalmente en fundir primero el material de silicio en el crisol y luego fundirlo en otro crisol precalentado para enfriarlo. Al controlar la velocidad de enfriamiento, el lingote de silicio policristalino se funde mediante la tecnología de solidificación direccional. El proceso de fusión en caliente del método de fusión directa es el mismo que el del método de fundición, en el que el polisilicio se funde directamente en el crisol primero, pero el paso de enfriamiento es diferente del método de fundición. Aunque los dos métodos son de naturaleza muy similar, el método de fusión directa solo necesita un crisol y el producto de polisilicio producido es de buena calidad, lo que favorece el crecimiento de lingotes de silicio policristalino con mejor orientación, y el proceso de crecimiento es fácil de automatizar, lo que puede hacer que la posición interna del cristal reduzca el error. En la actualidad, las empresas líderes en la industria de materiales para energía solar generalmente utilizan el método de fusión directa para fabricar lingotes de silicio policristalino, y los contenidos de carbono y oxígeno son relativamente bajos y se controlan por debajo de 10 ppm y 16 ppm. En el futuro, la producción de lingotes de silicio policristalino seguirá estando dominada por el método de fusión directa y la tasa de pérdida se mantendrá en torno al 5% dentro de cinco años.
La producción de varillas de silicio monocristalino se basa principalmente en el método Czochralski, complementado con el método de fusión en zona de suspensión vertical, y los productos producidos por ambos tienen diferentes usos. El método Czochralski utiliza la resistencia del grafito para calentar silicio policristalino en un crisol de cuarzo de alta pureza en un sistema térmico de tubo recto para fundirlo, luego insertar el cristal semilla en la superficie de la masa fundida para fusionarlo y rotar el cristal semilla mientras se invierte el crisol. , el cristal semilla se eleva lentamente hacia arriba y el silicio monocristalino se obtiene mediante procesos de siembra, amplificación, torneado de hombros, crecimiento de igual diámetro y acabado. El método de fusión de zona flotante vertical se refiere a fijar el material policristalino columnar de alta pureza en la cámara del horno, mover la bobina de metal lentamente a lo largo de la dirección longitudinal del policristalino y pasar a través del policristalino columnar, y pasar una corriente de radiofrecuencia de alta potencia en el metal. Bobina para fabricar Parte del interior de la bobina del pilar policristalino se funde y, después de mover la bobina, la masa fundida se recristaliza para formar un solo cristal. Debido a los diferentes procesos de producción, existen diferencias en los equipos de producción, los costos de producción y la calidad del producto. En la actualidad, los productos obtenidos por el método de fusión por zonas tienen una alta pureza y pueden utilizarse para la fabricación de dispositivos semiconductores, mientras que el método Czochralski puede cumplir las condiciones para producir silicio monocristalino para células fotovoltaicas y tiene un coste menor, por lo que es el método convencional. En 2021, la cuota de mercado del método de tracción directa es de aproximadamente el 85% y se espera que aumente ligeramente en los próximos años. Se prevé que las cuotas de mercado en 2025 y 2030 sean del 87% y el 90% respectivamente. En términos de silicio monocristalino de fusión distrital, la concentración industrial de silicio monocristalino de fusión distrital es relativamente alta en el mundo. adquisición), TOPSIL (Dinamarca). En el futuro, la escala de producción de silicio monocristalino fundido no aumentará significativamente. La razón es que las tecnologías relacionadas de China están relativamente atrasadas en comparación con Japón y Alemania, especialmente la capacidad de los equipos de calentamiento de alta frecuencia y las condiciones del proceso de cristalización. La tecnología del monocristal de silicio fundido en un área de gran diámetro requiere que las empresas chinas continúen explorando por sí mismas.
El método Czochralski se puede dividir en tecnología de extracción continua de cristales (CCZ) y tecnología de extracción repetida de cristales (RCZ). En la actualidad, el método principal en la industria es RCZ, que se encuentra en la etapa de transición de RCZ a CCZ. Los pasos de extracción y alimentación de monocristal de RZC son independientes entre sí. Antes de cada extracción, el lingote de monocristal debe enfriarse y retirarse en la cámara de compuerta, mientras que CCZ puede realizar la alimentación y la fusión mientras se extrae. RCZ es relativamente maduro y hay poco margen para mejoras tecnológicas en el futuro; mientras que CCZ tiene las ventajas de reducción de costos y mejora de la eficiencia, y se encuentra en una etapa de rápido desarrollo. En términos de costo, en comparación con RCZ, que demora aproximadamente 8 horas antes de que se extraiga una sola varilla, CCZ puede mejorar en gran medida la eficiencia de producción, reducir el costo del crisol y el consumo de energía al eliminar este paso. La producción total de un solo horno es más de un 20% mayor que la de RCZ. El costo de producción es más de un 10% menor que el de RCZ. En términos de eficiencia, CCZ puede completar el trefilado de 8 a 10 varillas de silicio monocristalino dentro del ciclo de vida del crisol (250 horas), mientras que RCZ solo puede completar alrededor de 4, y la eficiencia de producción se puede aumentar en un 100-150 %. . En términos de calidad, CCZ tiene una resistividad más uniforme, un menor contenido de oxígeno y una acumulación más lenta de impurezas metálicas, por lo que es más adecuado para la preparación de obleas de silicio monocristalino tipo n, que también se encuentran en un período de rápido desarrollo. En la actualidad, algunas empresas chinas han anunciado que tienen tecnología CCZ, y la ruta de las obleas de silicio monocristalino tipo CCZ-n de silicio granular ha sido básicamente clara, e incluso han comenzado a utilizar materiales 100% de silicio granular. . En el futuro, CCZ básicamente reemplazará a RCZ, pero requerirá cierto proceso.
El proceso de producción de obleas de silicio monocristalino se divide en cuatro pasos: extraer, rebanar, rebanar, limpiar y clasificar. La aparición del método de corte con hilo de diamante ha reducido en gran medida la tasa de pérdida por corte. El proceso de extracción de cristales se ha descrito anteriormente. El proceso de corte incluye operaciones de truncamiento, escuadrado y achaflanado. Cortar consiste en utilizar una máquina cortadora para cortar el silicio columnar en obleas de silicio. La limpieza y la clasificación son los pasos finales en la producción de obleas de silicio. El método de corte con alambre de diamante tiene ventajas obvias sobre el método tradicional de corte con alambre de mortero, lo que se refleja principalmente en el corto consumo de tiempo y las bajas pérdidas. La velocidad del hilo de diamante es cinco veces mayor que la del corte tradicional. Por ejemplo, para el corte de una sola oblea, el corte tradicional con alambre de mortero demora aproximadamente 10 horas y el corte con alambre de diamante solo demora aproximadamente 2 horas. La pérdida por corte con hilo de diamante también es relativamente pequeña y la capa de daño causada por el corte con hilo de diamante es menor que la del corte con hilo de mortero, lo que favorece el corte de obleas de silicio más delgadas. En los últimos años, para reducir las pérdidas de corte y los costos de producción, las empresas han recurrido a métodos de corte con hilo de diamante y el diámetro de las barras colectoras de hilo de diamante es cada vez menor. En 2021, el diámetro de la barra colectora de hilo de diamante será de 43 a 56 μm, y el diámetro de la barra colectora de hilo de diamante utilizada para las obleas de silicio monocristalino disminuirá considerablemente y seguirá disminuyendo. Se estima que en 2025 y 2030, los diámetros de las barras colectoras de hilo de diamante utilizadas para cortar obleas de silicio monocristalino serán de 36 μm y 33 μm, respectivamente, y los diámetros de las barras colectoras de hilo de diamante utilizadas para cortar obleas de silicio policristalino serán de 51 μm. y 51 µm, respectivamente. Esto se debe a que hay muchos defectos e impurezas en las obleas de silicio policristalino y los cables delgados son propensos a romperse. Por lo tanto, el diámetro de la barra colectora de hilo de diamante utilizada para el corte de obleas de silicio policristalino es mayor que el de las obleas de silicio monocristalino y, a medida que la participación de mercado de las obleas de silicio policristalino disminuye gradualmente, se utiliza para la reducción del diámetro del silicio policristalino. Las barras de alambre cortadas por rodajas se han ralentizado.
En la actualidad, las obleas de silicio se dividen principalmente en dos tipos: obleas de silicio policristalino y obleas de silicio monocristalino. Las obleas de silicio monocristalino tienen las ventajas de una larga vida útil y una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica. Las obleas de silicio policristalino están compuestas de granos de cristal con diferentes orientaciones del plano cristalino, mientras que las obleas de silicio monocristalino están hechas de silicio policristalino como materia prima y tienen la misma orientación del plano cristalino. En apariencia, las obleas de silicio policristalino y las obleas de silicio monocristalino son azul-negro y negro-marrón. Dado que los dos están cortados de lingotes de silicio policristalino y varillas de silicio monocristalino, respectivamente, las formas son cuadradas y casi cuadradas. La vida útil de las obleas de silicio policristalino y de las obleas de silicio monocristalino es de unos 20 años. Si el método de embalaje y el entorno de uso son adecuados, la vida útil puede alcanzar más de 25 años. En términos generales, la vida útil de las obleas de silicio monocristalino es ligeramente mayor que la de las obleas de silicio policristalino. Además, las obleas de silicio monocristalino también tienen una eficiencia de conversión fotoeléctrica ligeramente mejor y su densidad de dislocación e impurezas metálicas son mucho más pequeñas que las de las obleas de silicio policristalino. El efecto combinado de varios factores hace que la vida útil de los portadores minoritarios de los monocristales sea decenas de veces mayor que la de las obleas de silicio policristalino. Mostrando así la ventaja de la eficiencia de conversión. En 2021, la mayor eficiencia de conversión de las obleas de silicio policristalino rondará el 21%, y la de las obleas de silicio monocristalino alcanzará hasta el 24,2%.
Además de una larga vida útil y una alta eficiencia de conversión, las obleas de silicio monocristalino también tienen la ventaja de adelgazarse, lo que favorece la reducción del consumo de silicio y los costos de las obleas de silicio, pero preste atención al aumento de la tasa de fragmentación. El adelgazamiento de las obleas de silicio ayuda a reducir los costos de fabricación, y el proceso de corte actual puede satisfacer completamente las necesidades de adelgazamiento, pero el espesor de las obleas de silicio también debe satisfacer las necesidades de la fabricación de componentes y células posteriores. En general, el espesor de las obleas de silicio ha ido disminuyendo en los últimos años, y el espesor de las obleas de silicio policristalino es significativamente mayor que el de las obleas de silicio monocristalino. Las obleas de silicio monocristalino se dividen a su vez en obleas de silicio de tipo n y obleas de silicio de tipo p, mientras que las obleas de silicio de tipo n incluyen principalmente el uso de baterías TOPCon y el uso de baterías HJT. En 2021, el espesor medio de las obleas de silicio policristalino es de 178 μm y la falta de demanda en el futuro hará que sigan adelgazando. Por lo tanto, se predice que el espesor disminuirá ligeramente de 2022 a 2024, y se mantendrá en aproximadamente 170 μm después de 2025; El espesor promedio de las obleas de silicio monocristalino de tipo p es de aproximadamente 170 μm, y se espera que caiga a 155 μm y 140 μm en 2025 y 2030. Entre las obleas de silicio monocristalino de tipo n, el espesor de las obleas de silicio utilizadas para las células HJT es de aproximadamente 150 μm, y el espesor promedio de las obleas de silicio tipo n utilizadas para las celdas TOPCon es de 165 μm. 135 µm.
Además, la producción de obleas de silicio policristalino consume más silicio que las obleas de silicio monocristalino, pero los pasos de producción son relativamente simples, lo que aporta ventajas de costos a las obleas de silicio policristalino. El silicio policristalino, como materia prima común para las obleas de silicio policristalino y las obleas de silicio monocristalino, tiene un consumo diferente en la producción de las dos, lo que se debe a las diferencias en la pureza y los pasos de producción de las dos. En 2021, el consumo de silicio del lingote policristalino es de 1,10 kg/kg. Se espera que la limitada inversión en investigación y desarrollo dé lugar a pequeños cambios en el futuro. El consumo de silicio de la varilla de tracción es de 1,066 kg/kg y hay cierto margen de optimización. Se espera que sea de 1,05 kg/kg y 1,043 kg/kg en 2025 y 2030, respectivamente. En el proceso de extracción de monocristal, la reducción del consumo de silicio de la varilla de extracción se puede lograr reduciendo la pérdida de limpieza y trituración, controlando estrictamente el entorno de producción, reduciendo la proporción de imprimaciones, mejorando el control de precisión y optimizando la clasificación. y tecnología de procesamiento de materiales de silicio degradados. Aunque el consumo de silicio de las obleas de silicio policristalino es alto, el costo de producción de las obleas de silicio policristalino es relativamente alto porque los lingotes de silicio policristalino se producen mediante fundición de lingotes por fusión en caliente, mientras que los lingotes de silicio monocristalino generalmente se producen mediante crecimiento lento en hornos monocristalinos de Czochralski. que consume energía relativamente alta. Bajo. En 2021, el coste de producción medio de las obleas de silicio monocristalino será de aproximadamente 0,673 yuanes/W, y el de las obleas de silicio policristalino será de 0,66 yuanes/W.
A medida que disminuye el espesor de la oblea de silicio y disminuye el diámetro de la barra colectora de hilo de diamante, aumentará la producción de varillas/lingotes de silicio de igual diámetro por kilogramo, y el número de varillas de silicio monocristalino del mismo peso será mayor que eso. de lingotes de silicio policristalino. En términos de potencia, la potencia utilizada por cada oblea de silicio varía según el tipo y tamaño. En 2021, la producción de barras cuadradas monocristalinas tipo p de 166 mm de tamaño es de aproximadamente 64 piezas por kilogramo, y la producción de lingotes cuadrados policristalinos es de aproximadamente 59 piezas. Entre las obleas de silicio monocristalino tipo p, la producción de varillas cuadradas monocristalinas de tamaño 158,75 mm es de aproximadamente 70 piezas por kilogramo, la producción de varillas cuadradas monocristalinas de tamaño tipo p de 182 mm es de aproximadamente 53 piezas por kilogramo, y la producción de p -Las varillas monocristalinas de 210 mm de tamaño por kilogramo son aproximadamente 53 piezas. La producción de la barra cuadrada es de unas 40 piezas. De 2022 a 2030, el continuo adelgazamiento de las obleas de silicio conducirá sin duda a un aumento en el número de barras/lingotes de silicio del mismo volumen. El diámetro más pequeño de la barra colectora de alambre de diamante y el tamaño de partícula medio también ayudarán a reducir las pérdidas de corte, aumentando así la cantidad de obleas producidas. cantidad. Se estima que en 2025 y 2030, la producción de varillas cuadradas monocristalinas de tamaño 166 mm tipo p será de aproximadamente 71 y 78 piezas por kilogramo, y la producción de lingotes cuadrados policristalinos será de aproximadamente 62 y 62 piezas, lo que se debe a la baja demanda del mercado. proporción de obleas de silicio policristalino Es difícil provocar un progreso tecnológico significativo. Existen diferencias en el poder de los diferentes tipos y tamaños de obleas de silicio. Según los datos del anuncio, la potencia promedio de las obleas de silicio de 158,75 mm es de aproximadamente 5,8 W/pieza, la potencia promedio de las obleas de silicio de 166 mm es de aproximadamente 6,25 W/pieza y la potencia promedio de las obleas de silicio de 182 mm es de aproximadamente 6,25 W/pieza . La potencia promedio de la oblea de silicio de tamaño es de aproximadamente 7,49 W/pieza, y la potencia promedio de la oblea de silicio de tamaño 210 mm es de aproximadamente 10 W/pieza.
En los últimos años, las obleas de silicio se han desarrollado gradualmente hacia el gran tamaño, y el gran tamaño favorece el aumento de la potencia de un solo chip, diluyendo así el costo de las células sin silicio. Sin embargo, el ajuste del tamaño de las obleas de silicio también debe considerar cuestiones de estandarización y coincidencia ascendentes y descendentes, especialmente la carga y los problemas de alta corriente. En la actualidad, existen dos bandos en el mercado con respecto a la dirección futura del desarrollo del tamaño de las obleas de silicio, a saber, el tamaño de 182 mm y el tamaño de 210 mm. La propuesta de 182 mm proviene principalmente de la perspectiva de la integración vertical de la industria, basada en la consideración de la instalación y transporte de células fotovoltaicas, la potencia y eficiencia de los módulos y la sinergia entre upstream y downstream; mientras que 210 mm se considera principalmente desde la perspectiva del costo de producción y el costo del sistema. La producción de obleas de silicio de 210 mm aumentó en más del 15% en el proceso de estirado de varillas en un solo horno, el costo de producción de la batería posterior se redujo en aproximadamente 0,02 yuanes/W y el costo total de construcción de la central eléctrica se redujo en aproximadamente 0,1 yuanes/W. w. En los próximos años se espera que se vayan eliminando paulatinamente las obleas de silicio con un tamaño inferior a 166 mm; Los problemas de coincidencia ascendentes y descendentes de las obleas de silicio de 210 mm se resolverán gradualmente de manera efectiva y el costo se convertirá en un factor más importante que afectará la inversión y la producción de las empresas. Por tanto, aumentará la cuota de mercado de las obleas de silicio de 210 mm. Aumento constante; La oblea de silicio de 182 mm se convertirá en el tamaño principal del mercado en virtud de sus ventajas en la producción integrada verticalmente, pero con el gran desarrollo de la tecnología de aplicación de oblea de silicio de 210 mm, el tamaño de 182 mm le dejará paso. Además, es difícil que las obleas de silicio de mayor tamaño se utilicen ampliamente en el mercado en los próximos años, porque el costo de mano de obra y el riesgo de instalación de las obleas de silicio de gran tamaño aumentarán considerablemente, lo que es difícil de compensar con el Ahorro en costos de producción y costos de sistema. . En 2021, los tamaños de obleas de silicio en el mercado incluyen 156,75 mm, 157 mm, 158,75 mm, 166 mm, 182 mm, 210 mm, etc. Entre ellos, el tamaño de 158,75 mm y 166 mm representó el 50% del total, y el tamaño de 156,75 mm. disminuyó al 5%, que se sustituirá gradualmente en el futuro; 166 mm es la solución de mayor tamaño que se puede actualizar para la línea de producción de baterías existente, que será el tamaño más grande de los últimos dos años. En términos de tamaño de la transición, se espera que la cuota de mercado sea inferior al 2% en 2030; el tamaño combinado de 182 mm y 210 mm representará el 45% en 2021 y la participación de mercado aumentará rápidamente en el futuro. Se espera que la cuota de mercado total en 2030 supere el 98%.
En los últimos años, la cuota de mercado del silicio monocristalino ha seguido aumentando y ha ocupado la posición principal en el mercado. De 2012 a 2021, la proporción de silicio monocristalino aumentó de menos del 20% al 93,3%, un aumento significativo. En 2018, las obleas de silicio en el mercado son principalmente obleas de silicio policristalino, que representan más del 50%. La razón principal es que las ventajas técnicas de las obleas de silicio monocristalino no pueden compensar las desventajas de costes. Desde 2019, dado que la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las obleas de silicio monocristalino ha superado significativamente la de las obleas de silicio policristalino y el costo de producción de las obleas de silicio monocristalino ha seguido disminuyendo con el progreso tecnológico, la participación de mercado de las obleas de silicio monocristalino ha seguido aumentando, convirtiéndose en la corriente principal en el mercado. producto. Se espera que la proporción de obleas de silicio monocristalino alcance aproximadamente el 96 % en 2025, y que la cuota de mercado de las obleas de silicio monocristalino alcance el 97,7 % en 2030. (Fuente del informe: Future Think Tank)
1.3. Baterías: las baterías PERC dominan el mercado y el desarrollo de baterías tipo n aumenta la calidad del producto
El eslabón intermedio de la cadena de la industria fotovoltaica incluye células fotovoltaicas y módulos de células fotovoltaicas. El procesamiento de obleas de silicio para convertirlas en células es el paso más importante para realizar la conversión fotoeléctrica. Se necesitan unos siete pasos para procesar una célula convencional a partir de una oblea de silicio. Primero, coloque la oblea de silicio en ácido fluorhídrico para producir una estructura de gamuza similar a una pirámide en su superficie, reduciendo así la reflectividad de la luz solar y aumentando la absorción de luz; el segundo es que el fósforo se difunde en la superficie de un lado de la oblea de silicio para formar una unión PN y su calidad afecta directamente la eficiencia de la celda; el tercero es eliminar la unión PN formada en el costado de la oblea de silicio durante la etapa de difusión para evitar un cortocircuito de la celda; Se recubre una capa de película de nitruro de silicio en el lado donde se forma la unión PN para reducir el reflejo de la luz y al mismo tiempo aumentar la eficiencia; el quinto es imprimir electrodos metálicos en la parte delantera y trasera de la oblea de silicio para recoger los portadores minoritarios generados por la energía fotovoltaica; El circuito impreso en la etapa de impresión se sinteriza y se forma, y se integra con la oblea de silicio, es decir, la celda; finalmente se clasifican las celdas con diferentes eficiencias.
Las células de silicio cristalino generalmente se fabrican con obleas de silicio como sustratos y se pueden dividir en células de tipo p y células de tipo n según el tipo de obleas de silicio. Entre ellas, las células de tipo n tienen una mayor eficiencia de conversión y están reemplazando gradualmente a las células de tipo p en los últimos años. Las obleas de silicio de tipo P se fabrican dopando silicio con boro, y las obleas de silicio de tipo n están hechas de fósforo. Por lo tanto, la concentración del elemento boro en la oblea de silicio tipo n es menor, inhibiendo así la unión de complejos de boro-oxígeno, mejorando la vida útil del portador minoritario del material de silicio y, al mismo tiempo, no hay atenuación fotoinducida. en la batería. Además, los portadores minoritarios de tipo n son huecos, los portadores minoritarios de tipo p son electrones y la sección transversal de captura de la mayoría de los átomos de impureza para los huecos es más pequeña que la de los electrones. Por lo tanto, la vida útil del portador minoritario de la celda tipo n es mayor y la tasa de conversión fotoeléctrica es mayor. Según datos de laboratorio, el límite superior de la eficiencia de conversión de las células tipo p es del 24,5% y la eficiencia de conversión de las células tipo n es de hasta el 28,7%, por lo que las células tipo n representan la dirección de desarrollo de la tecnología futura. En 2021, las células de tipo n (incluidas principalmente las células de heterounión y las células TOPCon) tienen costos relativamente altos y la escala de producción en masa aún es pequeña. La cuota de mercado actual es de aproximadamente el 3%, que es básicamente la misma que en 2020.
En 2021, la eficiencia de conversión de las celdas tipo n mejorará significativamente y se espera que haya más espacio para el progreso tecnológico en los próximos cinco años. En 2021, la producción a gran escala de células monocristalinas tipo p utilizará tecnología PERC y la eficiencia de conversión promedio alcanzará el 23,1%, un aumento de 0,3 puntos porcentuales en comparación con 2020; la eficiencia de conversión de las células de silicio negro policristalino que utilizan tecnología PERC alcanzará el 21,0% en comparación con 2020. Aumento anual de 0,2 puntos porcentuales; la mejora de la eficiencia de las células de silicio negro policristalino convencional no es fuerte, la eficiencia de conversión en 2021 será de aproximadamente el 19,5%, solo 0,1 puntos porcentuales más, y el espacio de mejora de la eficiencia futura es limitado; la eficiencia de conversión promedio de las células PERC monocristalinas en lingote es del 22,4%, que es 0,7 puntos porcentuales menor que la de las células PERC monocristalinas; la eficiencia de conversión promedio de las celdas TOPCon tipo n alcanza el 24 %, y la eficiencia de conversión promedio de las celdas de heterounión alcanza el 24,2 %, las cuales han mejorado enormemente en comparación con 2020, y la eficiencia de conversión promedio de las celdas IBC alcanza el 24,2 %. Con el desarrollo de la tecnología en el futuro, las tecnologías de baterías como TBC y HBC también pueden seguir avanzando. En el futuro, con la reducción de los costos de producción y la mejora del rendimiento, las baterías tipo n serán una de las principales direcciones de desarrollo de la tecnología de baterías.
Desde la perspectiva de la ruta de la tecnología de baterías, la actualización iterativa de la tecnología de baterías ha pasado principalmente por BSF, PERC, TOPCon basado en la mejora de PERC y HJT, una nueva tecnología que subvierte PERC; TOPCon se puede combinar aún más con IBC para formar TBC, y HJT también se puede combinar con IBC para convertirse en HBC. Las células monocristalinas de tipo P utilizan principalmente tecnología PERC, las células policristalinas de tipo p incluyen células de silicio negro policristalino y células monocristalinas de lingote, estas últimas se refieren a la adición de cristales semilla monocristalinos sobre la base del proceso de lingote policristalino convencional, solidificación direccional. Después de eso, un Se forma un lingote de silicio cuadrado y se fabrica una oblea de silicio mezclada con monocristal y policristalino mediante una serie de procesos de procesamiento. Debido a que utiliza esencialmente una ruta de preparación policristalina, se incluye en la categoría de células policristalinas de tipo p. Las células de tipo n incluyen principalmente células monocristalinas TOPCon, células monocristalinas HJT y células monocristalinas IBC. En 2021, las nuevas líneas de producción en masa seguirán estando dominadas por las líneas de producción de células PERC, y la cuota de mercado de las células PERC aumentará aún más hasta el 91,2%. Dado que la demanda de productos para proyectos domésticos y de exteriores se ha concentrado en productos de alta eficiencia, la participación de mercado de las baterías BSF caerá del 8,8% al 5% en 2021.
1.4. Módulos: el costo de las celdas representa la mayor parte y la potencia de los módulos depende de las celdas.
Los pasos de producción de los módulos fotovoltaicos incluyen principalmente la interconexión y laminación de las células, y las células representan una parte importante del coste total del módulo. Dado que la corriente y el voltaje de una sola celda son muy pequeños, las celdas deben estar interconectadas a través de barras colectoras. Aquí, se conectan en serie para aumentar el voltaje y luego se conectan en paralelo para obtener alta corriente, y luego el vidrio fotovoltaico, EVA o POE, la hoja de batería, EVA o POE, la hoja posterior se sellan y se prensan con calor en un orden determinado. , y finalmente protegido por marco de aluminio y borde sellador de silicona. Desde la perspectiva de la composición de los costos de producción de los componentes, el costo de los materiales representa el 75% y ocupa la posición principal, seguido por los costos de fabricación, los costos de rendimiento y los costos laborales. El costo de los materiales está liderado por el costo de las celdas. Según anuncios de muchas empresas, las células representan alrededor de 2/3 del coste total de los módulos fotovoltaicos.
Los módulos fotovoltaicos suelen dividirse según el tipo, tamaño y cantidad de células. Existen diferencias en la potencia de los diferentes módulos, pero todos se encuentran en la etapa ascendente. La potencia es un indicador clave de los módulos fotovoltaicos y representa la capacidad del módulo para convertir la energía solar en electricidad. Se puede ver en las estadísticas de potencia de diferentes tipos de módulos fotovoltaicos que cuando el tamaño y el número de celdas en el módulo son los mismos, la potencia del módulo es monocristal tipo n > monocristal tipo p > policristalino; Cuanto mayor sea el tamaño y la cantidad, mayor será la potencia del módulo; para los módulos monocristalinos TOPCon y los módulos de heterounión de la misma especificación, la potencia de estos últimos es mayor que la de los primeros. Según las previsiones de la CPIA, la potencia de los módulos aumentará entre 5 y 10 W al año en los próximos años. Además, el embalaje del módulo provocará una cierta pérdida de energía, que incluye principalmente pérdida óptica y eléctrica. El primero se debe a la transmitancia y el desajuste óptico de los materiales de embalaje como el vidrio fotovoltaico y el EVA, y el segundo se refiere principalmente al uso de células solares en serie. La pérdida del circuito causada por la resistencia de la cinta de soldadura y la propia barra colectora, y la pérdida por desajuste de corriente causada por la conexión en paralelo de las celdas, la pérdida de potencia total de las dos representa aproximadamente el 8%.
1.5. Capacidad instalada fotovoltaica: las políticas de varios países obviamente están impulsadas y hay un enorme espacio para nueva capacidad instalada en el futuro.
Básicamente, el mundo ha llegado a un consenso sobre emisiones netas cero en el marco del objetivo de protección ambiental, y la economía de los proyectos fotovoltaicos superpuestos ha ido surgiendo gradualmente. Los países están explorando activamente el desarrollo de la generación de energía renovable. En los últimos años, países de todo el mundo se han comprometido a reducir las emisiones de carbono. La mayoría de los principales emisores de gases de efecto invernadero han formulado objetivos correspondientes en materia de energía renovable, y la capacidad instalada de energía renovable es enorme. Basándose en el objetivo de control de temperatura de 1,5 ℃, IRENA predice que la capacidad mundial instalada de energía renovable alcanzará los 10,8 TW en 2030. Además, según datos de WOODMac, el coste nivelado de la electricidad (LCOE) de la generación de energía solar en China, India, Estados Unidos y otros países ya es inferior a la energía fósil más barata y seguirá disminuyendo en el futuro. La promoción activa de políticas en varios países y la economía de la generación de energía fotovoltaica han llevado a un aumento constante de la capacidad instalada acumulada de energía fotovoltaica en el mundo y en China en los últimos años. De 2012 a 2021, la capacidad instalada acumulada de energía fotovoltaica en el mundo aumentará de 104,3 GW a 849,5 GW, y la capacidad instalada acumulada de energía fotovoltaica en China aumentará de 6,7 GW a 307 GW, un aumento de más de 44 veces. Además, la capacidad fotovoltaica recientemente instalada en China representa más del 20% de la capacidad instalada total del mundo. En 2021, la capacidad fotovoltaica recién instalada en China será de 53 GW, lo que representa aproximadamente el 40 % de la capacidad recién instalada del mundo. Esto se debe principalmente a la distribución abundante y uniforme de los recursos de energía ligera en China, el bien desarrollado upstream y downstream y el fuerte apoyo de las políticas nacionales. Durante este período, China ha desempeñado un papel enorme en la generación de energía fotovoltaica y la capacidad instalada acumulada ha representado menos del 6,5%. saltó al 36,14%.
Sobre la base del análisis anterior, la CPIA ha proporcionado la previsión de un nuevo aumento de las instalaciones fotovoltaicas de 2022 a 2030 en todo el mundo. Se estima que en condiciones tanto optimistas como conservadoras, la nueva capacidad instalada global en 2030 será de 366 y 315 GW respectivamente, y la capacidad recién instalada de China será de 128,105 GW. A continuación pronosticaremos la demanda de polisilicio en función de la escala de capacidad recién instalada cada año.
1.6. Previsión de la demanda de polisilicio para aplicaciones fotovoltaicas
De 2022 a 2030, según el pronóstico de la CPIA para el nuevo aumento global de instalaciones fotovoltaicas en escenarios tanto optimistas como conservadores, se puede predecir la demanda de polisilicio para aplicaciones fotovoltaicas. Las células son un paso clave para realizar la conversión fotoeléctrica, y las obleas de silicio son la materia prima básica de las células y el flujo directo del polisilicio, por lo que son una parte importante de la previsión de la demanda de polisilicio. El número ponderado de piezas por kilogramo de varillas y lingotes de silicio se puede calcular a partir del número de piezas por kilogramo y la cuota de mercado de varillas y lingotes de silicio. Luego, de acuerdo con la potencia y la participación de mercado de las obleas de silicio de diferentes tamaños, se puede obtener la potencia ponderada de las obleas de silicio y luego se puede estimar el número requerido de obleas de silicio de acuerdo con la capacidad fotovoltaica recién instalada. A continuación, el peso de las barras y lingotes de silicio requeridos se puede obtener de acuerdo con la relación cuantitativa entre el número de obleas de silicio y el número ponderado de barras y lingotes de silicio por kilogramo. Además, combinado con el consumo ponderado de silicio de las varillas/lingotes de silicio, finalmente se puede satisfacer la demanda de polisilicio para la capacidad fotovoltaica recién instalada. Según los resultados previstos, la demanda mundial de polisilicio para nuevas instalaciones fotovoltaicas en los últimos cinco años seguirá aumentando, alcanzando un máximo en 2027 y luego disminuyendo ligeramente en los próximos tres años. Se estima que en condiciones optimistas y conservadoras en 2025, la demanda global anual de polisilicio para instalaciones fotovoltaicas será de 1.108.900 toneladas y 907.800 toneladas respectivamente, y la demanda global de polisilicio para aplicaciones fotovoltaicas en 2030 será de 1.042.100 toneladas en condiciones optimistas y conservadoras. . , 896.900 toneladas. Según Chinaproporción de la capacidad instalada fotovoltaica mundial,La demanda china de polisilicio para uso fotovoltaico en 2025Se espera que sea de 369.600 toneladas y 302.600 toneladas respectivamente en condiciones optimistas y conservadoras, y de 739.300 toneladas y 605.200 toneladas en el extranjero, respectivamente.
2, Demanda final de semiconductores: la escala es mucho menor que la demanda en el campo fotovoltaico y se puede esperar un crecimiento futuro.
Además de fabricar células fotovoltaicas, el polisilicio también se puede utilizar como materia prima para fabricar chips y se utiliza en el campo de los semiconductores, que puede subdividirse en fabricación de automóviles, electrónica industrial, comunicaciones electrónicas, electrodomésticos y otros campos. El proceso desde el polisilicio hasta el chip se divide principalmente en tres pasos. Primero, el polisilicio se transforma en lingotes de silicio monocristalino y luego se corta en finas obleas de silicio. Las obleas de silicio se producen mediante una serie de operaciones de esmerilado, biselado y pulido. , que es la materia prima básica de la fábrica de semiconductores. Finalmente, la oblea de silicio se corta y se graba con láser en varias estructuras de circuitos para fabricar productos de chips con determinadas características. Las obleas de silicio comunes incluyen principalmente obleas pulidas, obleas epitaxiales y obleas SOI. La oblea pulida es un material de producción de chips con alta planitud que se obtiene puliendo la oblea de silicio para eliminar la capa dañada en la superficie, que puede usarse directamente para fabricar chips, obleas epitaxiales y obleas de silicio SOI. Las obleas epitaxiales se obtienen mediante crecimiento epitaxial de obleas pulidas, mientras que las obleas de silicio SOI se fabrican mediante unión o implantación de iones sobre sustratos de obleas pulidas, y el proceso de preparación es relativamente difícil.
A través de la demanda de polisilicio en el campo de los semiconductores en 2021, combinada con el pronóstico de la agencia sobre la tasa de crecimiento de la industria de los semiconductores en los próximos años, se puede estimar aproximadamente la demanda de polisilicio en el campo de los semiconductores de 2022 a 2025. En 2021, la producción mundial de polisilicio de grado electrónico representará aproximadamente el 6% de la producción total de polisilicio, y el polisilicio de grado solar y el silicio granular representarán aproximadamente el 94%. La mayor parte del polisilicio de grado electrónico se utiliza en el campo de los semiconductores, y otros polisilicios se utilizan básicamente en la industria fotovoltaica. . Por tanto, se puede suponer que la cantidad de polisilicio utilizada en la industria de los semiconductores en 2021 será de unas 37.000 toneladas. Además, según la futura tasa de crecimiento compuesto de la industria de semiconductores predicha por FortuneBusiness Insights, la demanda de polisilicio para uso de semiconductores aumentará a una tasa anual del 8,6% de 2022 a 2025. Se estima que en 2025, la demanda de El polisilicio en el campo de los semiconductores rondará las 51.500 toneladas. (Fuente del informe: Future Think Tank)
3, Importación y exportación de polisilicio: las importaciones superan con creces las exportaciones, y Alemania y Malasia representan una proporción mayor
En 2021, alrededor del 18,63% de la demanda de polisilicio de China provendrá de importaciones, y la escala de las importaciones supera con creces la escala de las exportaciones. De 2017 a 2021, el patrón de importación y exportación de polisilicio está dominado por las importaciones, lo que puede deberse a la fuerte demanda descendente de la industria fotovoltaica que se ha desarrollado rápidamente en los últimos años, y su demanda de polisilicio representa más del 94% del demanda total; Además, la empresa aún no domina la tecnología de producción de polisilicio de alta pureza de grado electrónico, por lo que parte del polisilicio requerido por la industria de circuitos integrados aún debe depender de las importaciones. Según los datos de la Subdivisión de la Industria del Silicio, el volumen de importaciones siguió disminuyendo en 2019 y 2020. La razón fundamental del descenso de las importaciones de polisilicio en 2019 fue el aumento sustancial de la capacidad de producción, que pasó de 388.000 toneladas en 2018 a 452.000 toneladas. en 2019. Al mismo tiempo, OCI, REC, HANWHA Algunas empresas extranjeras, como algunas empresas extranjeras, se han retirado de la industria del polisilicio debido a pérdidas, por lo que la dependencia de las importaciones de polisilicio es mucho menor; Aunque la capacidad de producción no aumentó en 2020, el impacto de la epidemia provocó retrasos en la construcción de proyectos fotovoltaicos y el número de pedidos de polisilicio disminuyó en el mismo período. En 2021, el mercado fotovoltaico de China se desarrollará rápidamente y el consumo aparente de polisilicio alcanzará las 613.000 toneladas, lo que impulsará una recuperación del volumen de importaciones. En los últimos cinco años, el volumen neto de importación de polisilicio de China ha estado entre 90.000 y 140.000 toneladas, de las cuales alrededor de 103.800 toneladas en 2021. Se espera que el volumen neto de importación de polisilicio de China se mantenga en alrededor de 100.000 toneladas por año de 2022 a 2025.
Las importaciones de polisilicio de China provienen principalmente de Alemania, Malasia, Japón y Taiwán, China, y las importaciones totales de estos cuatro países representarán el 90,51% en 2021. Alrededor del 45% de las importaciones de polisilicio de China provienen de Alemania, el 26% de Malasia. el 13,5% de Japón y el 6% de Taiwán. Alemania posee el gigante mundial del polisilicio WACKER, que es la mayor fuente de polisilicio en el extranjero y representa el 12,7% de la capacidad de producción mundial total en 2021; Malasia tiene una gran cantidad de líneas de producción de polisilicio de la empresa OCI de Corea del Sur, que se origina a partir de la línea de producción original en Malasia de TOKUYAMA, una empresa japonesa adquirida por OCI. Hay fábricas y algunas fábricas que la OCI trasladó de Corea del Sur a Malasia. El motivo de la reubicación es que Malasia proporciona espacio gratuito para las fábricas y el costo de la electricidad es un tercio menor que el de Corea del Sur; Japón, Taiwán y China tienen TOKUYAMA, GET y otras empresas que ocupan una gran parte de la producción de polisilicio. un lugar. En 2021, la producción de polisilicio será de 492.000 toneladas, mientras que la capacidad fotovoltaica recién instalada y la demanda de producción de chips serán de 206.400 toneladas y 1.500 toneladas respectivamente, y las 284.100 toneladas restantes se utilizarán principalmente para el procesamiento posterior y se exportarán al extranjero. En los eslabones posteriores del polisilicio se exportan principalmente obleas, células y módulos de silicio, entre los que destaca especialmente la exportación de módulos. En 2021, se instalaron 4.640 millones de obleas de silicio y 3.200 millones de células fotovoltaicas.exportadode China, con una exportación total de 22,6GW y 10,3GW respectivamente, y la exportación de módulos fotovoltaicos es de 98,5GW, con muy pocas importaciones. En términos de composición del valor de las exportaciones, las exportaciones de módulos en 2021 alcanzarán los 24.610 millones de dólares, lo que representa el 86%, seguidas de las obleas de silicio y las baterías. En 2021, la producción mundial de obleas de silicio, células fotovoltaicas y módulos fotovoltaicos alcanzará el 97,3%, 85,1% y 82,3%, respectivamente. Se espera que la industria fotovoltaica mundial continúe concentrándose en China dentro de los próximos tres años, y que el volumen de producción y exportación de cada eslabón será considerable. Por lo tanto, se estima que de 2022 a 2025, la cantidad de polisilicio utilizado para procesar y producir productos transformadores y exportado al extranjero aumentará gradualmente. Se estima restando la producción extranjera de la demanda de polisilicio en el extranjero. Se estima que en 2025, el polisilicio producido mediante su procesamiento en productos transformadores exportará 583.000 toneladas a países extranjeros desde China.
4, Resumen y perspectivas
La demanda mundial de polisilicio se concentra principalmente en el campo fotovoltaico y la demanda en el campo de los semiconductores no es de un orden de magnitud. La demanda de polisilicio está impulsada por las instalaciones fotovoltaicas, y paulatinamente se transmite al polisilicio a través del enlace módulos fotovoltaicos-célula-oblea, generando demanda del mismo. En el futuro, con la expansión de la capacidad instalada fotovoltaica mundial, la demanda de polisilicio es en general optimista. De manera optimista, las instalaciones fotovoltaicas recientemente aumentadas en China y el extranjero que causarán la demanda de polisilicio en 2025 serán de 36,96 GW y 73,93 GW respectivamente, y la demanda en condiciones conservadoras también alcanzará 30,24 GW y 60,49 GW respectivamente. En 2021, la oferta y la demanda mundial de polisilicio serán escasas, lo que provocará altos precios mundiales del polisilicio. Esta situación puede continuar hasta 2022 y pasar gradualmente a una etapa de suministro flojo después de 2023. En la segunda mitad de 2020, el impacto de la epidemia comenzó a debilitarse y la expansión de la producción posterior impulsó la demanda de polisilicio, y algunas empresas líderes planearon para ampliar la producción. Sin embargo, el ciclo expansivo de más de un año y medio resultó en la liberación de capacidad de producción a finales de 2021 y 2022, lo que resultó en un aumento del 4,24% en 2021. Hay un déficit de oferta de 10.000 toneladas, por lo que los precios han subido. bruscamente. Se prevé que en 2022, en las condiciones optimistas y conservadoras de la capacidad instalada fotovoltaica, la brecha entre la oferta y la demanda será de -156.500 toneladas y 2.400 toneladas respectivamente, y la oferta general seguirá siendo relativamente escasa. En 2023 y en adelante, los nuevos proyectos que comenzaron a construirse a finales de 2021 y principios de 2022 comenzarán la producción y lograrán un aumento de la capacidad de producción. La oferta y la demanda se relajarán gradualmente y los precios pueden verse bajo presión a la baja. En el seguimiento, se debe prestar atención al impacto de la guerra ruso-ucraniana en el patrón energético global, que puede cambiar el plan global para la capacidad fotovoltaica recién instalada, lo que afectará la demanda de polisilicio.
(Este artículo es sólo para referencia de los clientes de UrbanMines y no representa ningún consejo de inversión）