光伏产业链全方位扫描

 

许多人提到光伏的产业链，大都想到从多晶硅到电池组件。其实，这些只是太阳能光伏产业链中的极少一部分，只是浮在表面的一些显而易见的环节，而真正的太阳能光伏产业所涵盖的产业链，要广得多。多晶硅到组件，其实只是光伏产业链的主原料链中的一部分，除了主原料链外，还有辅料链，装备链和产业服务链。本文就针对四条链来进行一个简要的分析。

 一、 主原料链：

  

                       图1：光伏产业链的主原料链

 这个主原料链就是通常人们所说的光伏产业链。源头是从蕴藏在大自然的硅石开始。而原料链的第一个环节就是金属硅的冶炼。

1.1 金属硅环节

金属硅是用大自然界蕴藏极为丰富的硅石来冶炼的。硅石的成分是二氧化硅，也叫石英，纯些的就是水晶。从硅石到硅本质上是一个还原过程，因此还要用到还原剂碳，碳有直接用煤炭的，也有用木炭和焦炭的，近期光伏则主要用的是石油焦，原因其杂质较纯。

金属硅出来之后，原料链按照不同的路线开始分叉。目前主流的技术路线是晶体硅的路线，而薄膜硅是另外一条路线。

1.2 晶体硅路线环节

晶体硅光伏电池路线，是从金属硅开始，得到更纯的太阳能级的多晶硅，然后制作成电池的路线。对于从金属硅到多晶硅的提纯，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，它是将金属硅先转变为三氯氢硅，然后再进行分馏和精馏提纯，得到高纯度的三氯氢硅后，再还原而成。

另外一个方法，是物理法，目前统称为冶金法。它是直接对金属硅通过一些手段将杂质取出而得名。因为硅在整个提纯过程中未发生化学反应而得名。

化学法的纯度较高，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，但目前的纯度还比西门子略低一些。但生产光伏电池已经不存在问题了。

多晶硅之后，晶体硅的工艺就比较一致，从多晶硅直接铸锭切片，然后制作电池；这就是多晶硅电池片的路线。从多晶硅先拉单晶，再切片，然后制作电池，这就是单晶硅电池的路线。

电池片制得后，就是组件封装。组件封装其实也包括许多材料，如白玻璃，EVA等，但那些属于辅料，将在后面叙述。

通常意义的光伏产业链就似乎到此为止了，其实，这只是光伏产业这个大冰山中露出的一角。

1.3 薄膜硅路线环节

薄膜硅的源头，也是采用金属硅，先制成硅烷气，然后通过气相沉积技术在薄膜衬底上形成非晶硅薄膜，之后制作PN结，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、和铜铟镓硒（）等材料作为原料的。由于大自然所蕴含的所有元素中，硅占了四分之一多（27%），另外氧占了42%，因此，其余的元素很少。尤其是碲、镉、镓、铟等，都是电子行业和航天产业的极其宝贵的元素，如果用在光伏发电这样大规模的场合，无异于焚琴煮鹤。

2009年9月某美国薄膜公司到中国内蒙号称要投资2000MW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，但这里面的真实动机，就值得好好地打个大问号。因为碲和镉目前在世界上已经极为稀缺，欧美日列强觊觎中国的这些元素已经很长时间了。如果该公司在中国采购2000MW电池所需要的相关元素，那么，届时，即便将该电站全部送给中国，可能也不及这些资源流失所给中国造成的损失的什一。

1.4 光伏电站

组件后的电站也包括不少东西，例如支架、汇流盒、电缆、逆变、追日系统、等，这些属于装备类，将在后面的设备链中细说。

 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，因此，这里以硅片为界，分为硅片前和硅片后两个部分。

2.1 硅片前辅料

主要是提纯和生产多晶硅、单晶硅所用的辅料。包括：氯产品如盐酸、氯气、三氯氢硅等，氢气以及氢氯化所用的气体，多晶硅铸锭用的氮化硅粉，惰性气体，以及其它反应气体。

在多晶硅铸锭时用到的石英坩埚，铸锭炉和单晶炉内用的石英坩埚（又分为石英陶瓷坩埚和石英玻璃坩埚），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。

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。

2.2 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外需要各类酸碱和纯水辅料外，扩散还需要用到三氯氧磷气体，PECVD要用到硅烷气体，电极加工要用到银浆和铝浆，这些辅材的消耗量甚至不亚于主原料硅的价值。

在组件加工方面，要用到白玻璃，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，分两部分来看。

3.1 硅片前装备

首先，金属硅的冶炼需要矿热炉，还有除尘设备；此外变压器和破碎及硅石清洗设备也是免不了的，不过，由于金属硅产能现在中国是过剩的，因此，这些设备目前还算便宜。

金属硅炼出来后，如果后面采用冶金法生产多晶硅，还需要用精炼炉进行炉外精炼。通常采用中频感应炉比较多，一台10000KVA的矿热炉，可能要配到10到20个5T标准铁容的中频感应炉。

如果采用西门子法，那么，精馏塔、还原炉，氢化装置，氯化装置，这样一套装置造价不菲。随着国内的西门子法多晶硅厂的增加，相关设备国产化的程度也越来越高，现在，无论是精馏塔还是还原炉，已经都有国产的了，氢化装置（包括热氢化和冷氢化）和氯化装置也已经有了。

如果采用冶金法，那么，粉末冶金设备，湿法冶金装置、真空熔炼装置是少不了的。

多晶硅出来后，多晶硅的铸锭炉、单晶炉需求量更大，接着是破锭机、铸方设备、倒角抛光设备，硅片多线切割机、硅片清洗设备，等。

可以看到，以上的装备量是非常巨大的。以多晶硅为例，到2009年底为止，中国的多晶硅总产量不到20000吨，按现价产值计算，还不到100亿人民币的产值，但中国在多晶硅厂所花费的设备投入至少已经1000多个亿下去了。而这个装备市场，却是被我国许多投资者和企业家所忽视的。

3.2 硅片后设备

电池生产的清洗制绒设备，扩散炉、PVCED、丝印机、烧结炉，有了这些，才能生产出太阳能电池片。然后，层压机是将生产组件的主要设备，但是，玻璃的生产，EVA薄膜的生产，也同样需要大量的设备。

组件出来后，要安装在支架上。如果是地面电站，还要加上追日（跟踪）系统，这些也属于光伏发电装备了。

组件出来的直流电要经过逆变器、控制器才能变成交流电，如果要并网的话，还要有同期装置，对电网进行相位和频率跟踪才能并网。

按目前的行情，组件价格大约是每瓦12元左右，而系统的造价大约每瓦为6~8元。也就是说，一个100MW的电站，系统地造价大约为6~8个亿人民币。如果按照总书记在纽约的承诺，2020年新能源发电达到15%，而其中只要有40%是光伏的话，年新增至少要达到1000GW，那么，设备价格即便降低一个数量级，按每瓦1元计，也将达到1万亿元人民币/年，因此，如果大规模上光伏电站的话，组件后的系统装备的市场也不可忽视。

如果不是并网电站，而是用户端或离网型，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，就是服务链。服务链我们分为硬件和软件两方面。

4.1 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。测试服务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，主要取决于测试分析设备。

对于硅材料的生产来说，测试仪器包括，常规化验分析仪器，这在硅材料、尤其是多晶硅的生产是非常重要的。对于高纯度的硅材料，成份分析仪器有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（SIMS），均需要用来进行生产过程中的硅材料的杂质成份测试。此外，还有傅立叶红外分光光度计，用来测试碳氧的含量。

而对于硅材料的研究方面来说，还有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（扫描探针显微学）、DLTS（深能级瞬态谱技术）、等，都是光伏材料研究不可缺少的设备。

对于电池和硅片的生产，则主要有：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，测试设备出了常规的化验分析设备外，绝大多数仪器我国还不能生产，还需要依赖进口。近年来，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，也是中国光伏行业不能快速发展的一个瓶颈之一。

4.2 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，无论从基础理论研究、材料研究还是器件研究、器件制造工艺，以及应用研究，都还处于一个产业成长期的极初级阶段，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，无论从企业还是从政府，对于研发进行足够的投入，都是意义十分巨大的。

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，为什么光伏电池的原材料的成本和数量较低，但最终成本却很高？这些都是涉及到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。而一旦这些研究取得突破，那么，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，光伏发电的普及将不再需要任何的补贴，而真正成为人类的光明使者和福音。

4.3 光伏教育培训服务

光伏产业由于是一个新产业，因此，没有现成的人力资源。需要从半导体、冶金和制造业获得人才。但无论如何，各种等级的培训是不可缺少的。

从基层说起，技术工人的培训上岗，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，不仅是人力资源成本，更多的是生产成本和浪费的减少。

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，中国已经有个别大学与光伏企业合作，开立了光伏方面的专业、甚至学院，但获得政府部门正式认可的还没有。

随着光伏产业的发展，光伏产业大军将迅速扩大，最终仅中国的从业人员可能就要上千万之多，因此，职业教育和培训，也是一个不小的产业。

4.4 物流服务

任何一个产业都会涉及到物流。但是，光伏产业对物流的需求，却往往被人低估。

已多晶硅的生产为例，一万吨多晶硅，每年就需要进出大约三万吨的货物。更不谈金属硅了。而对于组件来说，仅仅一个100MW的光伏电站，就需要1000个40尺的集装箱车辆进行运输成品，而原料则更多。而电站的安装，支架的运输量要比电池组件大五倍左右，也就是需要5000个大型货车进行运输。

如果按照胡总书记的新能源的15%的目标，每年光伏发电装机量将达到1000GW，那么，将需要50万辆货车来运送光伏组件和支架，这还没有包括前段的中间产品。因此，光伏产业对于物流的需求，将接近钢铁和煤炭对于运输的需求。

 五、结语

以上，对于光伏产业链做了一个简单的描述。希望对于那些对光伏产业有兴趣的人能够从中得到一些有益的东西。现在的光伏产业还很年轻和幼稚，离成熟还很远，而这也正是这个行业的魅力所在。

现在纵横四海和历史，能够找到像光伏产业这样，产业链如此之长、增长率如此之高、成长期如此之长、市场潜力如此之巨大的产业，不去说上下五千年，至少上下二百年，您能否找出第二个来？

                         

 

                                                     文章来源：史博士的BLOG http://blog.sina.com.cn/bradley