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特写:保利协鑫颗粒硅的进击之路

近日,在无锡举行的第十二届中国(无锡)国际新能源大会暨展览会上,保利协鑫在分论坛上就《颗粒硅在直拉单晶硅中的应用》发表了演讲。

资料显示,截至今年9月,保利协鑫完成颗粒硅的销售已近5000吨,并且通过下游多家客户以及协鑫在中卫、徐州两个基地的适应和融合,保利协鑫已从除碳、除粉,包装、除氢等多方面完善了颗粒硅的应用。

会上保利协鑫指出,经过近十年的技术引进和自主研发,以及在行业内的一些标准建立的过程中,保利协鑫在颗粒硅的研发取得了一定的成绩。

针对目前的市场状况而言,颗粒硅市场的前景,在政策层面上以及终端装机预测量上已经有了很明确的预期。保利协鑫预计,未来五到十年内,可能会有年均200~300个GW左右的市场容量。在这样的前提下,加上整个行业的技术发展,随着单晶技术在行业内占比越来越高,为了不断提高行业里面单晶的产能和产量,满足下游的需求,保利协鑫认为以颗粒硅本身的特性,可以完美的满足产业发展的大趋势。

在报告中,保利协鑫表示,颗粒硅是多晶硅行业领域非常具有潜力的竞争者,甚至是替代者。在此基础上精进相关生产工艺是必要的。

两大硅料的生产方法对比

目前市场上生产硅料主要以两种方法为主,一是西门子法工艺,另外一个是硅烷流化床法(FBR)。前者生产出来的硅料以棒状硅、块状硅为主,后者则以颗粒硅、颗粒状多晶硅为主。

就生产的稳定性而言,西门子法经过多年的发展,工艺成熟稳定,过程简单可控,设备标准化,容易复制和扩大。保利协鑫能源下的中能硅业是早年应用西门子法的行业先锋,其在新疆新建的多晶硅厂在单厂产能、产品质量上都有成熟的工艺保障。

然而西门子法存在一定缺陷,尤为突出的就是西门子法在生产过程中耗费大量的能量。据保利协鑫介绍,利用西门子法需要在高达一千多度的温度下进行生产,过程中耗电升温,在电能消耗的同时,大量的热能也跟着散失,极大地增加了生产成本。其次,西门子法生产出来的棒状硅需要在破碎后才能在后续单晶拉制、多晶铸造晶体的过程中使用,破碎过程相当麻烦,同时还容易引入杂质。另外,西门子法生产的块状硅料在填充方面也具有较大的缺陷,难以自动填充,加大了工艺成本。

硅烷流化床法(FBR)较西门子法而言,所具有的优势极大地降低了工艺成本。首先硅烷流化床法(FBR)的一大优势就是有接近90%的转化率,提高了原材料的利用率。

硅烷流化床法(FBR)的工艺耗电量低,可以连续生产,据实验室测算,流化床法的直接耗电量只有西门子法的10%,综合电耗仅为西门子法的1/3、1/2到60%不等,综合节电量至少有1/3。区别于西门子法的破碎工艺,流化床法生产的颗粒硅不需要破碎可直接使用,避免过多杂质的引入,颗粒硅本身的特性也使得它能填补硅块间的空隙,提高坩埚装填量,从而提高拉晶产出。

综上对比,流化床法生产颗粒硅会在未来的很长一段时间内,成为市场生产硅料的主流技术。据保利协鑫介绍,颗粒硅流动性好,可以用机器自动填料和连续自动加料,在业界逐渐掌握连续直拉技术的前提下,几乎是连续直拉单晶工艺唯一好用的硅料。

颗粒硅的内在品质

上游多晶硅的材料生产,在后续的拉晶和切片的电池环境中应用,对材料的品质要求相当之高,包含对总金属含量的要求、拉晶环节对亏损含量的要求等。

流化床法从最开始技术的引进到再利用的过程,设备不断改造、工艺不断提升,这些对颗粒硅的内在品质都有明显的提升。根据保利协鑫报告中的介绍,对于金属含量而言,颗粒硅的铅含量水平目前已经达到了小于十五个PB的水平。颗粒料和块状料从级别上来对比,颗粒料已经能够对应到多晶块状料国际的特级水平。

在生产过程中,流化床法能提供最好的规格的产品占所有产能的百分之八十左右,为后续提升少子寿命提高了保障。拉晶环节,颗粒硅也使得破损率水平降低到了0.05%,提升了整体拉晶的成活率。

从客户角度而言,客户方面的衡量指标主要在整体的成晶率、整磅率,以及在循环段中每一次成晶率的情况来看,颗粒硅和块状料已经达到了非常相近的水平。这也就意味着流化床法已经在各方面上优于西门子法,在目前以及未来的大规模应用中占据优势。

颗粒硅未来的发展趋势

目前单晶拉棒技术正在从多次装料拉晶(RCZ)向连续拉晶(CCz)过渡。CCZ需要高品质颗粒状多晶硅原料,颗粒硅与连续拉晶技术匹配才能发挥最完美的工艺水平。CCZ的推广对中国光伏级多晶硅生产格局有着深远的影响。

据业内人士介绍,CCZ可有效降低单晶拉棒的时间、坩埚成本和能耗,并且CCZ产出晶棒电阻率更加均匀、分布更窄,品质更高。此外,单晶拉棒生产的自动化与智能化有利于提高产能,并优化晶体生长过程的一致性。

整体而言,行业内不断精进生产颗粒硅的工艺是未来硅料发展,单晶拉棒技术优化的趋势。业内人士强调,“单多晶之争”是伴随行业发展的一大重要话题,两大产品线的综合成本和发电效率直接影响着相关产品的市场占有率。根据测算,单晶技术路线制造的光伏电池组件,具有更高的光电转换效率,但以单晶为原材料的各类光伏产品价格较高。凭借工艺优势胜出的颗粒硅必然是未来单晶材料成本降低的重要推手。

“降本增效”是光伏行业发展的永恒课题,10月18日,保利协鑫四川乐山颗粒硅项目正式开工建设,高调布局颗粒硅,保利协鑫似乎为光伏行业的降本增效又开拓了一条广阔的道路。

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