中国光伏20年:江湖风云录(一)

【中国光伏20年:江湖风云录(一)】套用每年回顾行业的习惯用语:对于多晶硅-光伏行业来说,2020年是不平凡的一年。无意间回想才发现,这“不平凡”我竟已不经意间写了10年。“不平凡”不是简单地写作习惯和照搬套用,而是中国的多晶硅-光伏行业在短短20年时间里的风云变幻、沉浮轮转。

套用每年回顾行业的习惯用语:对于多晶硅-光伏行业来说,2020年是不平凡的一年。无意间回想才发现,这“不平凡”我竟已不经意间写了10年。“不平凡”不是简单地写作习惯和照搬套用,而是中国的多晶硅-光伏行业在短短20年时间里的风云变幻、沉浮轮转。

值此“十三五”收官、“十四五”启动的关键节点,站在“两个一百年”的交汇关口,回望行业的发展历程,在兴替得失间,希望能够为下一段路途积蓄稳健前行的力量。

在江苏徐州博物馆,展出着距今已有2000年的汉代石刻《伏羲捧日》。石刻生动展示了4000年前先民对太阳的敬畏。自古,人类对于带来光明和温暖的太阳就怀有无限崇拜,太阳被赋予了丰富的想象成为神话故事的核心,后羿射日、夸父逐日、太阳神阿波罗等,不胜枚举。

太阳向地球源源不断地输送丰富、洁净的能源,人类对太阳能的利用也有着非常悠久的历史。早在周代,我国人民就能采用凹面镜的聚焦性向日取火——这是我国乃至世界上对太阳能最早的使用。《周礼·秋官司寇》中有“司烜氏掌以夫燧取明火于日”的记载;《淮南子·天文训》中有“故阳燧见日,则燃而为火”;《论衡》中有“验日阳燧,火从天来”,“遂”即“阳燧”,《古今注》中提到,“阳燧,以铜为之,形如镜,照物则影倒,向日则火生。”阳燧就是古代的太阳灶。西晋时代,有人利用凸透镜的聚焦特性,把冰削磨成凸透镜,以之取火。但由于古代科学技术的发展水平十分低下,在人类社会相当长的一个历史时期内,太阳能除了用作取火外,始终处于自然利用的初级阶段,主要用以晾晒对象。《种树说》中提到,收藏麦子“宜烈日中乘热而收,用苍耳叶或麻叶碎杂其中,则免化蛾。”在医疗方面,《黄帝内经》和《本草纲目》记载着公元前3世纪~5世纪就掌握的日光疗法。《洗冤集录》中写到,“验尸骨伤损处,用糟醋泼罨尸首,于露天以新油伞覆,欲见处迎日隔伞看,痕印见。”让光线通过油伞,使有利观察的射线充分集中,这与现代医学上用紫外线检查伤痕的原理相同。在军事方面,公元前3世纪,希腊科学家阿基米德利用许多磨亮的金属盾牌,聚集阳光烧毁了攻击西西里岛东部西拉修斯港的一支罗马舰队,为保卫家园立下了赫赫战功。

这是古代利用太阳能的概貌。进入现代,人类开始了将太阳能作为能源和动力的探索。

在太阳内部,进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应,并不断向宇宙空间辐射出巨大能量。太阳内部的热核反应足以维持6×1010年之久,相对人类历史的有限年代而言,可以说是取之不尽、用之不竭的宝贵能源。地面上的太阳辐射,会随时间、地理纬度、气候而变化,虽然实际可利用量较低,但可利用的资源仍远远大于满足现在人类全部能耗及2100年后规划的能源利用量。就全球而言,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或者日照总时数最大,是世界上太阳能资源最丰富的地区。

将太阳光能直接转化为电能、合理开发太阳能资源对于解决能源危机、缓解气候变化具有重要影响。在上世纪末,就有专家估计,21世ji是可再生能源的世纪、太阳能的世纪。“如果实施强化可再生能源的发展战略,到21世ji中叶,可再生能源可占世界电力市场的3/5、燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中,太阳能处于突出位置。”美国的马蒂奇博士曾经在能源替代趋势的研究结果中表明,太阳能在21世ji将进入快速发展的阶段,并在2050年达到30%的比例,仅次于核能;到21世ji末,将取代核能成为第一位的能源。如今看到这个“预言”,感叹良多,感悟更多。

我国是世界上太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时,年辐射量在5000兆焦/平方米以上。北纬36°以北地区,除东北北部、东部以外,年平均日照时数都在2600小时以上,而锡林浩特、呼和浩特、银川、西宁、拉萨一线以西北的内陆地区,年平均日照时数更是超过3000小时,是中国日照最多的地区,发展光伏发电的优质条件可谓得天独厚。

虽然我国是名副其实的太阳能资源大国,但在光伏发电行业却起步甚晚。

光伏产业链包括上游硅料、硅片环节,中游电池片、电池组件环节和下游的应用系统环节。从全球范围来看,产业链上、中、下游环节所涉及企业数量依次大幅增加,光伏市场产业链呈金字塔结构。其中,上游的多晶硅材料是信息产业和太阳能电池产业的基础原材料,由石英砂加工的冶金级硅精炼而来,用于制造基于晶体硅的电池组件。石英砂是自然界中最常见、应用最广泛的非金属矿物原料。我国石英砂矿藏种类多样、储量丰富,但受制于高纯石英砂制备技术被发达国家垄断并限制出口,很长一段时间以来,我国石英砂的提纯和规模化开采都处在非常艰难的探索阶段。相应地,硅料的生产也因产业起始端的制约而难以自主,更何况到本世纪初,多晶硅材料制备都因技术和市场受制于人而“一头在外”。产业链的中游,是相对门槛较低、规模效应凸显的电池片及电池组件制备,我国虽然起步较晚,但却在较短时间内产生了较大的国际影响力。与上游相对应,则是国内难以维系的光伏应用市场。近年来,中国成为全球装机量最大的国家,但即便如此,和庞大的生产能力相比,应用环节的健康发展仍然任重道远。

20年,和其他在计划经济时期得到国家大力扶持,甚至有外国专家指路而发展起来的行业不同,中国的多晶硅-光伏行业在成长的道路上少了学习和青春的温柔过渡,有的是历尽世事、饱经沧桑的历练和捶打。

从无人问津的冷门行业到资本竞逐的价值热土,从政策荒芜的偏僻一隅到“大力”支持的朝阳产业,从不计后果的“疯狂试错”到辗转腾挪地艰难求生,从对外依赖的被动无助到自主研发……这近20年的“吸睛”经历,中国多晶硅-光伏行业给人“横空出世”之感,但梳理发展历程不难发现,在国家国防科工、资源能源产业发展的“隐线”里,始终不乏其重要的影响。

一、缘起:光伏诞生(19世纪~20世纪60年代)

1839年,法国物理学家贝克勒尔首次发现光生伏特效应。1883年,通过使用硒镀在一个薄层的黄金上面来形成发电设备——太阳能电池。这历时近半个世纪的研发成果,效率只有1%,而这微不足道的1%,造就了光伏行业今日发展。

1.初识光伏

现代人利用太阳能的历史可以追溯到400年前。1615年、1878年,太阳能抽水泵和太阳能印刷机相继在法国诞生。据了解,目前可知的最早有关光伏发现的资料记录于1839年,亚历山大·贝克勒尔以金属电极放置于电解溶液中展开研究,发现了物质进入介质后,在光线下会产生微小电流,于是被称为光生伏特效应。

1873年,英国工程师史密斯在测试水中的电报电缆材料时,发现了硒的光电导性。

1877年,W.G.亚当斯和R.E.戴伊在凝固的硒上观察到光伏效应,并发表了一篇关于硒电池的论文,标题为《The action of light on selenium(光在硒中的行为效应)》。论文发表在《Proceedings of the Royal Society(英国皇家学会学报)》,A25,113论文集。

1882年,托马斯·爱迪生电力试验获得成功,并建成了世界上第一座发电厂,开启了电力行业的发展历程。

1883年,查尔斯·弗瑞兹开发出通过使用硒镀在一个薄层的黄金上面来形成发电设备——发出小于1%的效率的太阳能电池。后来,人们就把能够产生光生伏特效应的器件称为光伏器件。虽然,弗瑞兹希望太阳能电池可以和爱迪生的火力发电厂竞争,但转换效率过低,实用性欠缺。同年,太阳能摩托被制造出来,据说可以驱动一台1.6马力的往复式发动机,但是这些动力装置都以聚光的方式采集阳光,发动机功率小、造价昂贵、实用价值不大。

1887年,“电磁波之父”海因里希·赫兹研究了紫外线光导性,发现了光电效应。次年,世界上第一个太阳能电池专利被授予。在这几年间,世界上第一个基于外光电效应太阳能电池问世,相关专利也接踵而至。

1904年,德国物理学家霍尔瓦克斯发现铜与氧化亚铜结合在一起具有光敏特性,并制造出半导体太阳能电池。

1905年,爱因斯坦将论文《关于光的产生和转化的一个推测性观点》邮寄给德国的《物理年鉴》,这是当时国际物理学界声望最高的杂志。16年后,爱因斯坦因此获得了诺贝尔物理学奖。

1916年,波兰科学家杨·柴可夫斯基通过偶然的机会,不小心将原本应该插入墨水瓶的钢笔放到了正熔融锡的坩埚中,发现失误赶紧把笔拔出时,他发现笔头上竟然挂了一条细细的锡丝线。于是,他将钢笔头换成毛细管再次演练这个提拉方法,经过研究证实,用这样的方法拉出的单晶金属直径1毫米、长可达150厘米。1918年,他将发明经过进行分析总结并公开发表,这种生长单晶体金属的提拉法也日益推广开来,成为提纯锡、铅、锌等金属的重要方法。

第一次世界大战的孕育和开始,对光伏行业造成了较大影响,但也使人民看到了以石油为代表的能源作为现代军事、工业、经济和社会的血液的重要作用。

1932年,奥德博尔特和斯托拉在硒hua镉中发现光电效应,硒hua镉至今还是仍在使用的光电材料。

1935年、1946年,安东·H·拉姆和罗素·奥尔相继获得“光电器件”和“光敏感设备”的专利。

硅市焦点:

■ 硅作为光伏产品重要的原材料,未来供应情况、价格走势备受光伏行业的关注,对光伏企业未来的生产运营和盈利情况影响重大。国内工业硅产能及供需状况如何,工业硅现有价格及未来走势如何?

■ 2021年工业硅面临怎样的新机遇与新挑战?国外疫情弥漫,出口贸易受阻,国外市场需求缺口如何填补,全球硅市供需格局如何演变?

■ 在低碳环保的大背景下硅产业未来发展趋势如何,“十四五”规划中能源结构变革对硅产业发展有何重大影响?

■ 我国有机硅发展存在哪些不足之处?

新技术如何助推国产硅片迭代进程?

■ 中美贸易摩擦,疫情全球肆虐,半导体产业迎来新变局,半导体产业正在发生第三次大规模转移?

■ 碳化硅半导体如何在新基建领域应用,未来发展趋势如何?

■ 2020年光伏相关股票大幅上涨,2021年是否还有红利?

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