約85%，這是目前主流多晶硅制備技術(shù)路線——采用GCL西門子法（改良西門子法）制備棒狀硅的市場占有率。
但在去年，多晶硅的另一條制備技術(shù)路線——采用硅烷流化床法生產(chǎn)FBR顆粒硅，呈現(xiàn)出強(qiáng)勁增長勢頭。
其中，位于江蘇徐州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的協(xié)鑫科技控股有限公司（以下簡稱協(xié)鑫科技）表現(xiàn)十分搶眼。2022年，該公司生產(chǎn)的顆粒硅較2021年同期增長537.3%，目前在硅料市場中的占比從個(gè)位數(shù)迅速飆升到15%左右。
對(duì)于顆粒硅的優(yōu)勢，協(xié)鑫科技助理副總裁宋昊認(rèn)為，顆粒硅成本低是最表象最基礎(chǔ)的競爭優(yōu)勢，顆粒硅從碳足跡上帶來的貢獻(xiàn)和影響其實(shí)更大。用經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行衡量，如果使用去年顆粒硅的生產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，自愿減排協(xié)議的交易價(jià)格進(jìn)行測算，顆粒硅所帶來的經(jīng)濟(jì)收益實(shí)際上大于減少的行業(yè)成本。
放眼未來，協(xié)鑫科技也為光伏行業(yè)發(fā)展做了很多準(zhǔn)備。宋昊介紹：“協(xié)鑫科技正在做兩件事，其一是CCZ（連續(xù)提拉法）應(yīng)用，因?yàn)轭w粒硅的形態(tài)變化提供了更多的技術(shù)可能性，所以協(xié)鑫科技在拉晶環(huán)節(jié)上做了更多的研發(fā)；其二是鈣鈦礦的研發(fā)，相對(duì)于晶硅，鈣鈦礦可以節(jié)約很大一部分材料成本，并且在效率與便攜性能上有較大的優(yōu)勢，所以無論是學(xué)術(shù)界還是從產(chǎn)業(yè)界，都認(rèn)為鈣鈦礦是一個(gè)明確的發(fā)展方向。協(xié)鑫科技現(xiàn)已經(jīng)將鈣鈦礦16%以上的量產(chǎn)效率，今年在100MW的中試線上大概率可以看到18%以上轉(zhuǎn)換效率的1米×2米甚至更大尺寸的鈣鈦礦的組件。”
一、多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)：改良西門子法與硅烷流化床法的工藝比較
目前多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)主要有兩種，即改良西門子法對(duì)應(yīng)的棒狀硅，硅烷流化床法對(duì)應(yīng)的顆粒硅。
1、改良西門子法工藝
改良西門子法工藝采用三氯氫硅作原料氣，用鐘罩式還原爐（化學(xué)氣相沉積法（CVD）還原爐），爐里倒插上一根根硅芯，再蓋上大鐘罩。三氯氫硅通過管道導(dǎo)入還原爐，在高溫高壓的爐內(nèi)（二十幾個(gè)大氣壓），硅芯高溫后導(dǎo)電加上催化劑催化，三氯氫硅熱分解產(chǎn)生硅單質(zhì)，沉積在吸附力很強(qiáng)的硅芯上，慢慢長成硅棒。
爐內(nèi)還有幾種平行化學(xué)反應(yīng)，生成二氯二氫硅、氯化氫、氫氣等。還原罐里各種氣體被抽出分離，分別送回化工過程或還原爐循環(huán)（改良西門子冷氫化法閉環(huán)生產(chǎn)基本無排放，節(jié)能降耗環(huán)保）。還原爐里硅棒都長成了。斷電、斷氣，降溫冷卻8小時(shí)，橫梁吊起冷卻后的鐘罩，露出柱樣的硅棒。
保利協(xié)鑫的全資子公司中能硅業(yè)，最早在國內(nèi)探索西門子法生產(chǎn)多晶硅。曾經(jīng)是西門子法的領(lǐng)先者。
技術(shù)頻繁迭代的重資產(chǎn)行業(yè)存在這樣的問題，后來者沒有歷史包袱，可以輕裝上陣，導(dǎo)致后來者居上。
2、西門子法優(yōu)劣勢
西門子法工藝成熟穩(wěn)定，過程可控，設(shè)備標(biāo)化，容易復(fù)制和擴(kuò)大。生產(chǎn)的硅料質(zhì)量好致密度高，一直是全球多晶硅料生產(chǎn)的主要方法，市場占比極高。
但是，作為成熟工藝，西門子法在現(xiàn)有改良的基礎(chǔ)上繼續(xù)提升的空間不大，其主要有兩方面的問題：
（1）高能耗，西門子法多晶硅每公斤耗電大約60度，先進(jìn)水平也能低到45度，這樣每噸西門子多晶硅耗電5、6萬度。
（2）需要破碎后，才能在后續(xù)單晶拉制或多晶鑄造晶體的過程中使用。破碎方式人工原始，帶入雜質(zhì)的可能性更大。
3、硅烷流化床法的工藝
流化床把細(xì)小的硅顆粒種子鋪在有氣孔的床層上，從下面通入氣態(tài)硅化合物（硅烷或三氯氫硅）和其它反應(yīng)氣，氣流把硅種吹到飄浮半漂浮的流化狀態(tài)，加熱和受到催化的硅化合物氣體分解或與其它氣體反應(yīng)，生成的硅單質(zhì)沉積在浮動(dòng)的硅種上，慢慢長成較大的硅粒，幾毫米到厘米級(jí)別都有，大點(diǎn)的顆粒掉入搜集斗，再由出料管送出流化床反應(yīng)器。
流化床法幾乎與西門子法同時(shí)誕生在上世紀(jì)60年代，主要是針對(duì)西門子法生產(chǎn)間斷、能耗高、硅料需多次破碎、塊狀料不方便自動(dòng)裝填等問題，提供的另一個(gè)解決方向。
流化床法工藝簡單，連續(xù)生產(chǎn)低能耗，技術(shù)和裝置壁壘高，尤其是光伏硅料需要的大型生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)。
協(xié)鑫科技在2017年完成對(duì)美國SunEdison的收購，從SunEdison手里收購MEMC硅烷流化床技術(shù)、CCZ連續(xù)直拉單晶技術(shù)和資產(chǎn)。
借助SunEdison的研發(fā)和技術(shù)，又經(jīng)過了四五年的研發(fā)迭代，才形成目前的規(guī)?；a(chǎn)。
目前，流化床法規(guī)?；虡I(yè)運(yùn)行，僅見于MEMC Solar，REC Silicon公司的美國工廠、REC Silicon與陜西天宏的合資企業(yè)天宏瑞科硅材料在陜西榆林的工廠，顆粒硅產(chǎn)能為1.8萬噸。目前新增在建產(chǎn)能8萬噸，總計(jì)9.8萬噸。
4、兩種工藝各環(huán)節(jié)對(duì)比
改良西門子法工藝成熟，棒狀硅品質(zhì)較高，但是成本下降空間有限。顆粒硅，工藝簡潔，技術(shù)在不斷迭代，調(diào)氫等問題通過工藝解決。目前的顆粒硅基本可以用于生產(chǎn)N型硅片。
二、協(xié)鑫科技：持續(xù)投入見成效
江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司是協(xié)鑫科技光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地。廠區(qū)內(nèi)，閃耀著金屬光澤的硅烷反應(yīng)塔高聳林立，身披藍(lán)色外衣的流化床裝置發(fā)出陣陣低鳴聲。
流化床是孕育顆粒硅的溫床。在這里，硅烷氣、氫氣以及硅籽晶在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成綠豆大小的顆粒硅。
出于保密需要，協(xié)鑫科技組建了完全獨(dú)立于改良西門子法之外的“秘密工廠”。協(xié)鑫科技助理副總裁宋昊回憶，公司百來人組成扁平化的科研團(tuán)隊(duì)，在這個(gè)“科研特區(qū)”，從人事、供應(yīng)鏈、設(shè)計(jì)，到設(shè)備運(yùn)營、安裝以及專家、工程師待遇，均“與眾不同”。
2011年，第一代流化床第一次開車，顆粒硅分廠上下滿懷期望，目標(biāo)連續(xù)開車180天。
半個(gè)月后，意外出現(xiàn)了：生成的顆粒硅大若西瓜，將進(jìn)料口徹底堵死了。“跌跌撞撞”堅(jiān)持了一年多后，團(tuán)隊(duì)決定放棄此前的技術(shù)工藝。
調(diào)整工藝后，開車時(shí)間延長到了68天。但新的問題又來了——熱量傳不進(jìn)去，產(chǎn)量不到目標(biāo)產(chǎn)能的1/10，且成本非常高。
改進(jìn)加熱方式后，采用第三代技術(shù)工藝的流化床一次最長開車時(shí)間延長到了89天。
雖然離目標(biāo)還有不小的差距，但正如蘭天石評(píng)價(jià)的：“就像竹筍在土下長了3年，在沒有出頭的時(shí)候，其實(shí)根已經(jīng)非常深了。”
轉(zhuǎn)眼到了2016年，顆粒硅依然箭在弦上，公司內(nèi)部有了雜音。朱共山不為所動(dòng)，篤定繼續(xù)加大投入。同時(shí)，他動(dòng)員所有高管勒緊腰帶過日子——工資砍半，獎(jiǎng)金停發(fā)。但研發(fā)費(fèi)用一分不少，研發(fā)人員工資和獎(jiǎng)金一分不欠。
又過了3年，協(xié)鑫科技顆粒硅產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)超過180天長周期穩(wěn)定運(yùn)行。
雖然開車時(shí)長、產(chǎn)量達(dá)標(biāo)了，但顆粒硅品質(zhì)還很不穩(wěn)定，總金屬雜質(zhì)含量曾一度高達(dá)上百ppbw（十億分之一，為以質(zhì)量計(jì)數(shù)的濃度），且伴有“掛灰”“氫跳”等多個(gè)行業(yè)難題。
2019年，蘭天石接棒，將顆粒硅從科研并入生產(chǎn)進(jìn)行常態(tài)化管理。
終于在2020年，協(xié)鑫科技生產(chǎn)的顆粒硅被一步推向客戶并獲得實(shí)證，截至目前，總金屬含量低于1ppbw的產(chǎn)品比例已超過85%。
十年磨一劍。2011年至今，協(xié)鑫科技在顆粒硅研發(fā)及中試裝置上已累計(jì)投入100多億元。下一步他們要面對(duì)的，是即將到來的N型太陽能電池技術(shù)更迭浪潮。
三、協(xié)鑫科技具備的綜合競爭優(yōu)勢
1、成本上顆粒硅投資額、綜合電耗、人工成本更低。
根據(jù)2022年年報(bào)數(shù)據(jù)，2022 年多晶硅行業(yè)平均綜合電耗為 60 kWh/kg-Si，蒸汽耗量均值為 15.0 kg/kg-Si，人均產(chǎn)出量為 58 噸/（人 · 年）。
顆粒硅的 FBR 生產(chǎn)工藝由于流程更短、后處理工序更少、占地空間更小，其投資額約為 7.2億元/萬噸，綜合電耗可優(yōu)化至 13.8 kWh/kg-Si，蒸汽耗量 15.3kg/kg-Si，人均產(chǎn)出量為 133 噸/（人 · 年）。
按此計(jì)算，F(xiàn)BR 顆粒硅的生產(chǎn)工藝較改良西門子法棒狀硅其投資額下降約 28%、綜合電耗降低約 77%、人均產(chǎn)出量提升約 29%。
徐州的顆粒硅產(chǎn)線，模塊投入較早。根據(jù)2022年年報(bào)公布，徐州基地顆粒硅生產(chǎn)綜合電價(jià)為0.65元/kwH。
2023年2月，公司徐州基地顆粒硅生產(chǎn)現(xiàn)金成本37.2913元╱kg，製造成本43.73元╱kg，低于同行業(yè)競企的成本。
樂山和包頭的產(chǎn)線進(jìn)入滿產(chǎn)不久，產(chǎn)線還在爬坡和調(diào)試。一季度協(xié)鑫未公布樂山和包頭的成本數(shù)據(jù)。
樂山和包頭的電價(jià)遠(yuǎn)低于徐州的電價(jià)，等產(chǎn)線穩(wěn)定后，顆粒硅的生產(chǎn)成本有望繼續(xù)下降。根據(jù)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)目前協(xié)鑫的顆粒硅成本處于最低的位置，后續(xù)有望繼續(xù)下降。
2、品質(zhì)超預(yù)期提升，徐州、樂山和包頭三基地聯(lián)動(dòng)，賽馬式競爭，產(chǎn)品提升迅速提升?？蓾M足N型硅片的使用。
根據(jù)公司今年一季度公布的品質(zhì)提升曲線數(shù)據(jù)，產(chǎn)品飛速迭代。
隨著顆粒硅有效產(chǎn)出的增加，品質(zhì)迅速提升：顆粒硅總金屬含量＜3ppbw，產(chǎn)品比例由22年一季度的18.3%，提升至22年四季度的80.3%，一季度已提升至96%?？偨饘俸卡Q1ppbw，產(chǎn)品比例已超過75%，完全滿足n型時(shí)代需求。
根據(jù)最新的紀(jì)要，到今年五月份，總金屬含量≦1ppbw，產(chǎn)品比例已達(dá)到99%。在總金屬含量0.5ppbw以下，仍有50%的顆粒硅達(dá)到要求。為N型時(shí)代的到來，做好了準(zhǔn)備。
3、采用特殊的營銷策略，助力顆粒硅迅速搶占市場，滿產(chǎn)滿銷。
協(xié)鑫在今年上半年單月產(chǎn)能達(dá)到2萬端，還有逐月還有增量。
采用適當(dāng)?shù)蛢r(jià)策略，在硅料價(jià)格處于高位及下降過程中，始終保持比棒狀硅的致密料低10元/公斤，迅速搶占市場份額，保持滿產(chǎn)滿銷。
硅料作為工業(yè)大宗商品，顆粒硅作為新一代產(chǎn)品，最初在產(chǎn)線大規(guī)模應(yīng)用，有一定的難度。
協(xié)鑫建設(shè)兩個(gè)全顆粒產(chǎn)線的示范項(xiàng)目：徐州光伏5GW顆粒硅單晶示范應(yīng)用項(xiàng)目和寧夏協(xié)鑫光伏5GW顆粒硅N型單晶示范項(xiàng)目。
一方面，通過示范項(xiàng)目不斷迭代，提升顆粒硅品質(zhì)。另外一方面，加大下游客戶的接受度。CCZ與顆粒硅適配應(yīng)用，未來示范項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)將完全開放給市場。
2022年以隆基、中環(huán)、上機(jī)、晶澳等頭部硅片廠商，不斷加大對(duì)顆粒硅的采購比例。
截止至一季度，由于顆粒硅的產(chǎn)能有限，顆粒硅基本用于摻雜使用，摻雜比例在15%~20%。
部分客戶的采購比例達(dá)到了每月硅料采購量的50%以上，這個(gè)對(duì)于上游供應(yīng)商而言，比例已經(jīng)非常高了。截止至目前，顆粒硅市場占有率為15%。
4、能源消耗低，創(chuàng)國內(nèi)外最低硅料碳足跡，提升組件未來競爭力。
顆粒硅于 2021 年獲得法國國家能源署頒發(fā)的碳足跡認(rèn)證證書。每千克顆粒硅碳排放量在 37 千克 CO2，打破了瓦克此前創(chuàng)下的每功能單位 57.559 千克 CO2 當(dāng)量的全球記錄，創(chuàng)下國內(nèi)外最低硅料碳足跡紀(jì)錄。
基于顆粒硅較為明顯的低碳屬性，使用顆粒狀生產(chǎn)的大尺寸 PERC 組件已獲法國碳足跡認(rèn)證，碳足跡平均值為 400—450 千克 CO2/千瓦，較未使用顆粒硅的同型號(hào)組件產(chǎn)品碳排放平均值降低 28%，具有較為明顯的低碳屬性。
未來碳交易趨于成熟后，顆粒硅生產(chǎn)的組件更具備競爭優(yōu)勢。
5、顆粒硅+CCZ工藝或?qū)⒂行嵘Мa(chǎn)能與效率
顆粒硅形似球狀，2mm 左右粒徑，具有良好的流動(dòng)性、填充性，可以直接拉晶使用，能填補(bǔ)硅塊空隙，提高坩堝裝填量，從而提高拉晶產(chǎn)出。
同時(shí)，顆粒硅大小形狀比較均勻，熔化時(shí)對(duì)拉晶爐熱場擾動(dòng)小，具有單次投料量多，熔化效率高，免破碎等多重優(yōu)勢，是未來大規(guī)模應(yīng)用CCZ技術(shù)（即連續(xù)直拉單晶硅技術(shù)）的必要條件。
也就是為未來連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，大幅提高下游的生產(chǎn)效率，而降低成本。2022 年年報(bào)的數(shù)據(jù)，公司 CCZ 單臺(tái)拉晶爐單產(chǎn)可達(dá)到 185 千克/天，已實(shí)現(xiàn) 200 兆瓦的中試產(chǎn)能。
6、儲(chǔ)備研發(fā)新一代光伏技術(shù)鈣鈦礦電池。
協(xié)鑫科技子公司昆山協(xié)鑫光電材料有限公司（協(xié)鑫）1mx2m的全球最大尺寸鈣鈦礦組件已經(jīng)下線，公司已具有大面積組件綜合研發(fā)生產(chǎn)能力。
當(dāng)前公司大面積鈣鈦礦組件光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)16%，2023年底有望突破18%。
原標(biāo)題：顆粒硅產(chǎn)業(yè)，協(xié)鑫科技如何“擁科技為王”？
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