在双碳的背景下，“光伏”一词充斥在各类文章中。对于光伏产业而言，组件成本决定发电成本，而发电成本的持续走低是光伏产业的核心竞争优势。笔者尝试用通俗易懂的方式介绍光伏产业如何降本以及中国式的“野蛮生长”。
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光伏工作原理
光伏，是光生伏特的简称。利用半导体材料（主要是多晶硅）的光生伏特效应将太阳能转化为直流电能的设备就是常说的太阳能光伏系统。
普通的半导体是不能发电的，需要在半导体材料中掺入某些元素（磷或硼等）形成半导体PN结。太阳光照射半导体PN结，会在PN结的两边形成电压，将太阳能转换为电能。
图片来源：网络公开图片02
光伏的分类
最常用的分类方法是按照材料进行划分，主要分为：晶硅电池、薄膜电池、新概念电池三大类。
上述三类光伏电池的具体概念和区别较为繁琐，笔者不一一列示。读者只需要知道晶硅电池是光伏电池的绝对主流。因此本文中所述光伏电池，均指晶硅电池。
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光伏产业链介绍
光伏产业链很长，主要包括上游的多晶硅料、中游的硅片和电池片、下游的组件。
简而言之，硅料环节就是如何从沙子中提取出高纯硅料；硅片环节就是将高纯硅料投入拉晶炉中融化并拉制高纯硅棒，并对高纯硅棒进行切片获得硅片；电池片环节就是对硅片进行加工（掺杂硼磷等元素，制作PN结）获得电池片；组件环节就是对电池片进行封装获得电池组件。
图片来源：网络公开图片上述产业链的每一个环节都对光伏组件成本和光伏发电成本的降低至关重要，每一个环节的每一次技术进步和一分一厘的成本降低都凝结了一代又一代中国工程师大量的汗水和心血，这也是中国光伏产业最值得大书特书之处。
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光伏产业如何降本
先上结论，再讲细节。重点就是下面两张图。
数据来源：产业链调研数据，兴证资管，区间为2012年至2018年
如上图所示：
在2012-2015年第一轮降本周期中，多晶硅料环节价格下跌对光伏组件成本下降贡献度约为10%（蓝色部分），硅片环节价格下跌（含拉晶、切片和硅片厚度下降，红色和灰色部分）对光伏组件成本下降贡献度约为18+47=65%，电池片环节发电效率（黄色部分）提升对光伏组件成本下降贡献度约为25%；
在2015-2018年第二轮降本周期中，多晶硅料环节价格下跌对光伏组件成本下降贡献度约为30%（蓝色部分），硅片环节价格下跌（含拉晶、切片和硅片厚度下降，红色和灰色部分）对光伏组件成本下降贡献度约为27+24=51%，电池片环节发电效率（黄色部分）提升对光伏组件成本下降贡献度约为19%。
综合来看，在上两轮的成本下降周期中，硅片环节（含拉晶、切片和硅片厚度下降）的降本是主要贡献，多晶硅料环节和电池片环节的降本是次要贡献。
（1）多晶硅料如何降本
多晶硅料的第一个高光时刻是2007-2008年，彼时欧洲和中国都以高额补贴刺激光伏装机，此举导致光伏上游原料多晶硅需求大幅提升。由于生产工艺和设备的壁垒极高，彼时的多晶硅料仅有欧美少数企业供应。在需求的拉动下，多晶硅料均价曾经达到350美元/kg （约2200元/kg），其峰值达到475美元/kg（约3500元/kg），成为光伏产业发展史的第一个泡沫。
数据来源：产业链调研数据，兴证资管，区间为2002年1月至2017年1月
巨大的利润空间刺激各类企业涌入多晶硅料生产领域，在彼时多晶硅淘金热潮中就囊括了后来成为多晶硅寡头的永祥能源（通威股份旗下）、大全能源、新特能源（特变电工旗下）和协鑫能源（协鑫集团旗下）。怀揣着美好梦想的诸多企业进入多晶硅生产领域，他们认为光伏未来需求将在全球范围遍地开花，由此将带来多晶硅料需求量指数级提升。他们竞相以高价抢购生产设备和工艺技术包，却不曾预知未来将会有怎样惨烈的价格厮杀。
随着2008年金融危机的蔓延，各国对光伏补贴下降，全球光伏装机需求断崖式下滑。多晶硅价格开始一泻千里，价格泡沫破灭如此之快让人始料未及，不计其数的多晶硅生产企业倒闭。
2008年至今，需求和供给的不断反复导致了多晶硅料价格的起起伏伏，之后依然经历了多轮价格战。少数几家极具韧性的中国企业通过不断的工艺改良和技术进步，争取到了万里挑一的生存机会。一代又一代的中国工程师终于将曾经被认为中国企业无法突破的、技术和工艺壁垒极高的精细化工品多晶硅成本一降再降，甚至降到了40-50元/kg的白菜价。在此价格下，欧美多晶硅料生产企业大多被挤出市场，光伏级多晶硅生产已经被中国企业所垄断。
如今，因为各项技术和工艺已经接近物理极限，所以多晶硅料环节的技术进步和成本降低趋缓。
（2）硅片如何降本
毫无疑问，硅片环节是光伏产业过去20年中最耀眼的那颗星，因为该环节贡献了绝大部分组件降本空间。硅片环节主要分为拉晶和切片两个细分领域。拉晶就是将高纯多晶硅料投入拉晶炉中融化并拉制高纯单晶硅棒，切片就是对单晶硅棒进行切片获得单晶硅片。
A、拉晶
拉晶环节主要成本是电力。除了将生产基地搬迁至西北部等电价便宜的地区之外，硅片企业琢磨最多的就是如何提升拉晶效率。他们的办法就是将拉晶炉做的越来越大，拉制的单晶硅棒也越来越粗，这带来两个好处：一是对电力的利用率提升，单位能耗降低；二是硅棒越来越粗，导致圆硅片越来越大，将圆硅片分割为方片的损耗越来越低。
下面这张图展示的是硅棒直径的变化里程，从最早的100mm逐步提升至后来的166mm和182mm，最新的炉型已经提升至210mm。越来越大的拉晶炉降低了硅棒的单位能耗，并导致拉晶环节的单位成本持续降低。
图片来源：网络公开图片如今，因拉制的晶棒直径接近物理极限，所以未来拉晶环节的技术进步和成本降低趋缓。
B、切片
切片环节很简单，跟将胡萝卜切片没什么两样。因为硅片的厚度对发电没有影响，所以切片环节追求的是将既定尺寸的硅棒切出尽可能多的硅片。即，硅片切得越薄，出片量就越高，单片成本就越低，这就是所谓的薄片化。
为了追求薄片化，主要的技术革新体现在切割线材质和切割工艺的演进上。过去是用金刚线去替代碳钢线，未来还会用钨丝去替代现在的金刚线。在此进程中，切割线径越来越细，损耗也越来越小，硅片也越切越薄，同等尺寸的硅棒出片量也越来越高。
随着切割线材质和切割工艺的不断进步，硅片厚度从最开始的500um逐渐降低至现在的130um。简单理解，同等规格的硅棒出片量提升3.8倍（500/130=3.8）。随着出片量大幅提升，单位硅片成本也大幅下降。
未来，切片环节还有一定技术进步空间（由钨丝线替代金刚线，切割线径越来越小，损耗越来越低，硅片越来越薄）。但，过薄的硅片容易导致碎片率提升，且对后续电池片加工造成较大难度，所以未来继续薄片化的空间也不算太大，通常认为切到100um以下困难重重。
（3）电池片如何提效
经过前面的论述，读者已经知道硅料和硅片在过去20年的光伏降本中起到关键作用。但，无论是硅料还是硅片，都已经接近各自物理极限，未来降低成本速度越来越慢。直接降本的路径（硅料、硅片降本）基本走到了尽头，未来继续降本则只能依靠电池片发电效率提升来实现。这是光伏产业未来继续降本的唯一路径，别无他法。
现在流行的perc电池片，其发电效率为23%，在物理尺寸不变的前提下假定未来某种新型电池片的发电效率为30%，即意味着发电量提升30%（30/23-1=30%），由此反推其单位成本下降了30%。所以，电池片发电效率提升对光伏降本意义重大。
数据来源：产业链调研数据，兴证资管
在单晶硅片领域的成就，促使硅片企业成为过去20年中的光伏王者。那么下一个光伏新王将在电池片领域诞生。当前，各路资本对即将到来的新型高效电池片技术虎视眈眈。
（4）组件影响较小
组件就是对电池片进行简单的封装，该领域技术进步空间不大，对此环节不详细论述。
（5）光伏降本综述
过去，光伏行业主要依靠硅料和硅片环节的产出效率提升来直接降本；未来，光伏行业唯一能依赖的只有电池片环节的发电效率提升。发电效率提升将降低全产业链的单位成本，新型高效电池片技术是光伏产业未来的重中之重。
05
下一个“野蛮生长”的行业是谁？
历经20多年，因效率和成本优势，中国光伏产业垄断全球，成为中国先进制造的重要名片。大浪淘沙沙去尽，沙尽之时见真金。残酷的市场竞争催生了一批极具韧性的中国光伏企业，他们在刀刀见红的市场拼杀中顽强生存了下来。其背后是一代又一代中国工程师对每一次技术创新孜孜不断的追求，对每一个环节、每一道工序的精益求精，对成本一分一厘的精细化管控。中国光伏产业的“野蛮生长”，是一部典型的科技企业不断追求技术进步、成本持续迭代的进步史。其背后是中国式的“野蛮生长”所造就持续进步、持续迭代的产业竞争优势，并依此横扫全球！
读者不禁要问，下一个代表中国先进制造的“野蛮生长”行业是谁？笔者认为国产智能汽车一马当先。
传统汽车产业是历时一百多年的产业，其统治者主要是德系和日系。传统车企顽固、守旧又封闭（当然，在一百多年前，他们也曾经以革命性的创新颠覆了马车）。之前，任何试图对传统汽车产业进行的改进和优化都遭遇了失败。终于，借着当下电动化和智能化的浪潮，以华为、理想、小鹏、蔚来、极氪为代表的中国造车新势力开始对传统汽车产业进行大幅度的变革和重构。他们以消费电子的视角重新审视汽车产业，产品研发加速迭代，新型应用层出不穷。电气化的动力系统既敏捷又环保，智能座舱将汽车改造成大号移动终端，智能驾驶解放双手并开启全新的乘驾体验。
旧王朝轰然倒塌，新王朝冉冉升起！
易俊丰
兴证资管公募业务部
权益投资经理
工学学士，管理学硕士。16年研究经验，注重将行业成长性和供应瓶颈相结合，找出价格和成本弹性最大的高成长性品种，擅长新能源、汽车、机械等领域的投资。先后就职于中金公司、东海基金、光大证券、长江证券，历任汽车行业、机械行业、电力设备行业、新能源行业分析师，年金投资经理。
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