相比芯片产业,光伏电池板的技术难度较低,产业利润不足,在美国对华半导体领域制裁的大背景下,显得格外“冷清”。不过最近有消息称美国将对中国光伏产业“放行”,美国卡脖子卡到自己了?

本周,一名白宫官员在一场能源会议上对媒体证实,在经历了数月僵局后,美国终于开始放行从中国进口的光伏电池板。

据国内媒体援引外媒报道称,因美方的所谓禁止强迫劳动的相关法案,自去年6月以来,有超1000批来自中国的太阳能组件在美国港口积压,价值达数亿美元。中国外交部曾作出回应:“美方以谎言为依据,制定并实施涉疆恶法,严重干扰中美正常光伏产品贸易,违背市场规律和国际经贸规则,损害全球光伏产业链供应链稳定和全球应对气候变化努力,最终也必将损害自身利益。”

在休斯敦举行的CERAWeek能源会议有官员透露:“现在有了更明确的指导,我们看到更多的货物正在通过。”据外媒报道,过去四个月,超过900兆瓦的太阳能电池板已在美国清关,这足以为超过15万户家庭供电。还有报道称,截至上个月,海关已经释放了374批电子产品,占其扣留的1433批电子产品的四分之一以上,但没有具体说明其中有多少属于太阳能产品。

图源:互联网、自制

揭开产业链,其实美国本次放行中国光伏,实在是迫不得已。

美国造不了光伏电池板?

图源:向阳能源

美国的光伏市场主要依赖海外进口,本土几乎没有硅片和电池片的产能。根据美国官方数据显示,2021年美国可用组件出货量30.45GW,其中进口光伏组件22.97GW,占比75%,本土生产量仅有4.23GW,占比仅14%。进口来源地区中,49.2%的组件来自中国内地、中国台湾、新加坡和越南,几乎占据半壁江山。有意思的是,在中美光伏产业产生摩擦之后,有相当多的企业将产品先转卖给东南亚国家,再转手卖到美国,因此实际上中国的光伏产业要占美国进口量更多。那是技术原因导致美国在光伏产业不如中国吗?

硅片是包括光伏产业在内的半导体产业的上游末端,是半导体产业的基础。太阳能电池板从整体制造流程上来看,最难得要数硅片的制备。不过别看到硅片就想到芯片,想到芯片就要担心被卡脖子。光伏板的晶圆纯度要求要比芯片用的硅片低的多。常见的数字芯片,需要在纯度为99.99999999999%(小数点后11个9)的晶圆上制备,过多的杂质会严重影响芯片良率。制备光伏芯片所用的硅片,分为单晶硅和多晶硅。其中单晶硅制造难度较多晶硅高的多,不过性能也更强,它所需求的单晶硅纯度为99.9999%(小数点后4个9),相比之下,光伏硅片单位体积内的杂质要比芯片硅片高10000000倍。

含硅矿物质在经过高温结晶提纯后变成多晶硅。多晶硅会经过熔融、植入籽晶、生长、拉升后得到单晶硅棒,或是直接熔融状态变成多晶硅锭。单晶硅棒或多晶硅锭在经过切片后就会得到光伏板所需的硅片。不过很多业内朋友都了解,目前中国在芯片晶圆的制备上还处于起步阶段,其中12寸晶圆近乎全部依赖进口,所以技术问题绝对不会反向卡美国脖子,因此也不是美国放行中国光伏产业的主要原因。

图源:CPIA

其实,讨论一种产业能否成功,除了技术难度,商业化技术也是极其重要的一点,换句话说,你得压低成本。

其实光伏板之于美国就像圆珠笔芯的滚珠之于中国。这是一个耳熟能详的例子,中国不自己制造圆珠笔的圆珠,不是因为技术限制,而是国外已经有了成熟的生产技术,完备的产业链,更有极大的生产数量来摊平成本。同理,马斯克发射的Space-X火箭也是如此,光伏也是如此。究其原因,无非是“不挣钱,看不上”。很多投资人曾表示看不上光伏产业:“没技术含量,没有技术壁垒,没有技术护城河。”中国如此,美国更是如此。不过,在美国大力限制中国科技发展的当下,光伏产业也因此“逃出生天”。

中国光伏,狂卷自己,掏空美国

第一块光伏板 图源:搜狐

1954年,美国贝尔实验室制成了第一个实用化的硅基太阳能电池。在此之后,美国始终引领全球光伏产业发展方向。直到近50年后的2001年,中国的光伏产业才开始起步。起初的国产光伏产业主要集中在组装、配套、维修以及分销等技术含量较低的领域,与美国长时间积累的光伏制造技术对比还望尘莫及。但转机就在10年之内。2001年,一个无锡籍的澳大利亚归国太阳能专业博士回国创业,开启了中国光伏大发展的序幕。

其实中国早在上世纪50年代就开始了单晶硅的研制,1959年就研制出了中国第一颗“3个9”单晶硅,并在一年后攻克“7个9”的单晶硅技术。不过彼时中国工业产能薄弱,单晶硅的出现并没能带领光伏产业的大规模发展。

时间拉回2001年,前文提到的澳大利亚博士施正荣回国创业,建立无锡尚德。那时国内仅有4家光伏厂商,且全部在应用80年代从国外引进的光伏技术,转化率仅有10%-12%,与国际先进技术还有5个百分点的差距。施正荣利用自己熟悉的技术,不断攻克组件、电池等环节,很快建立了第一条10兆瓦光伏产线,产能相当于此前4年中国光伏电池产量的总和。

不过那时国内光伏市场还是一片空白,产能提高反而让公司陷入亏损。不过好在2004年德国重新修订《可再生能源法》,让欧洲光伏需求大爆发,大量的海外订单让中国光伏产业起死回生。暴涨的需求也助推了无锡尚德公司快速上市,2005年12月纽交所挂牌,第二年就助力施正荣拿下2006年中国首富宝座。2004年8月,深圳园博园光伏发电并网系统上线,填补了中国在兆瓦级并网光伏项目设计和建设上的空白,成为国内首座大型的兆瓦级并网光伏电站。

施正荣的故事讲到这里还算圆满,不过接下来就会进入国内厂商永远绕不开的技术与“内卷”问题。2005年之后,中国光伏企业如雨后春笋般崛起,天合光能、江西塞维、河北英利先后赴美上市,不断刷新中国新能源IPO的记录。2007年,中国已经有11家企业赴美上市,中国一跃成为全球光伏制造强国。

中国虽然成为制造强国,但光伏在那时候还属于国内亟待攻关的产业。上游原料、中游工艺、下游电站,大部分都在欧美手里。此外,过多企业的成立也推动硅料成本的提升,2005年多晶硅每公斤40美元,到了2008年就涨到500美元,翻了十倍还多。就是这样的环境下,中国企业陷入了低技术领域“内卷”的困境中。后来中国光伏企业还经历了国际多晶硅生产商的“价格狙击”,高价签下合同后,却面临硅价暴跌现状,损失惨重,国内光伏产业大量倒闭,近乎全军覆没。

这次的救世主轮到中国自己。2009年3月,财政部、科技部、国家能源局联合发布了《关于实施金太阳示范工程的通知》,预期投入100亿人民币,用财政补助的方式帮助光伏产业并网。此外,光伏产业还是一个马太效应明显的产业。此后,中国陆陆续续出台多项扶持政策,助力光伏产业度过难关,并趁机打开国内市场。最终到了2012年,中国光伏装机量达到3423.2MW,国内外需求也趋于平衡。国内光伏关键技术也紧跟全球第一梯队,达到18%左右,上中下游基本实现国产化。

后来的故事,或许大家都熟悉了,制裁来了。由于中国光伏产业崛起过快,2011年中国光伏产量已经占全球的60%以上,美欧光伏有一半以上来自中国,这也导致美国光伏企业迎来倒闭潮。美政府以恶意倾销为借口,宣布对中国光伏进行反倾销调查,这一制裁,就到了现在。

不过这时中国的企业早已迎来全面爆发,发展的势头已不可阻挡。截至2021年,中国光伏装机规模达到306GW,超过欧盟和美国的总和。全球光伏产业20强中有15个来自中国。各环节上中国的全球占比均超过65%,同时中国光伏组件相关专利数量达4089项。根据国际能源署(International Energy Agency, IEA)估计,中国企业掌控着全球太阳能制造供应链约80%的份额:近一半的设备,97%的太阳能硅锭和硅片都产自中国。

图源:CPIA

后来拜登上台,让美国重返《巴黎协定》,并宣布节能减排的政策方向。节能就需要降低化石燃料,并增加可再生能源的发电比例。问题来了,光伏都在中国手里!拜登也曾签署《降低通货膨胀法案》,帮助光伏产业回流美国,但无力回天,全球光伏产业上下游都早已扎根中国,便捷的交易方式与业内交流让企业不再愿意重回美国。最终,还是得依靠中国的光伏电池板,这也就是文章开头美国放开中国光伏产业的真正原因。

总的来说,光伏的技术难度根本不是限制美国光伏产业的关键,中国在此次光伏博弈中,胜在工业,胜在体系,胜在产业链聚集的“马太效应”上。

光伏给芯片制造产业的启示

中国用了20年的时间,不仅建设出一套完备的光伏产业体系,还几乎“掏空”美国,成为真正意义上的光伏“垄断者”,也让制裁大棒不再管用。光伏逃出生天,芯片制造呢?

纵观中国光伏产业发展,其实起步的时候并不顺利,产业链、市场、关键技术都不能自主解决,光伏能崛起,还是靠在不同领域的积累与攻坚,以及国家长远发展观念的政策引导。根据波特五力分析法,我们从供应商的议价能力、购买者的议价能力、潜在竞争者进入的能力、替代品的替代能力、行业内竞争者现在的竞争能力五个方向来分析两个产业的异同。

供应商的议价能力:虽然芯片产业的最上游是设计端,其中EDA软件几乎被美国垄断,光刻机被ASML垄断,镜头、光刻胶以及其他半导体材料也由欧美日把控。供应商环环相扣,直接限制了中国芯片产业的发展。国内仅有中芯国际等少量厂商有能力承担先进制程的代工任务。与芯片类似,光伏产业在2000年也面临同样的问题,多晶硅原材料、单晶硅制备以及电池组装丝印工艺等都由国外厂商掌握。因此这个阶段,供应商的议价能力很强。

购买者的议价能力:目前高通、英伟达、AMD、苹果等厂商均为芯片制造产业的买方,国内也有华为海思、紫光、兆易创新等芯片设计厂商对芯片代工资源需求旺盛。不过也有像英特尔、三星、TI等知名厂商具有IDM能力,可以实现后向一体化。光伏产业的购买者,从2000年至今仍以政府、企业为主。由于光伏发电成本较高,相对其他发电模式仅能作为补充,不过随着光伏产业继续发展,未来购买者的议价能力还将提升。

新进入者的威胁:首先,半导体代工产业门槛极高。目前,台积电与三星已经掌握了绝大多数代工市场。ASML等上游厂商也和它们具有深度合作,利益高度绑定。新入行者不仅要面对已有代工厂产业规模的压制,还将应对上游设备提供方的资源供给问题。此外,根据台积电2021年财报显示,为了进一步巩固自身在芯片代工领域的地位,2022年还会投资440亿美元用于研发,大量投资也将进一步加大新人入行的成本。21世纪前10年,光伏也同样为高附加值产业,彼时中国光伏电池板产量还是0,从零开始做研发,不仅需要大量资金,更需要政策的大力扶持和保驾护航。

替代品的威胁:芯片产品应用广泛,在量子芯片真正落地之前,目前的芯片代工产业无威胁。而光伏的替代品较多,同为新能源发电,光伏还面临着风电、核电、潮汐电、地热电的竞争威胁。

同业竞争者的竞争程度:半导体制造垄断现象明显,全球仅有台积电、三星、英特尔等厂商具有顶级先进制程的生产能力,国内则是中芯国际扛起代工大旗。在代工资源紧缺的当下,芯片代工厂之间的竞争还不算激烈。2000年的光伏产业,世界上仅有约10家光伏上市公司,总产值约590亿元,还远未形成如今的激烈竞争格局。

综上,若用21世纪初的光伏产业与如今芯片制造产业对比,中国厂商面临的威胁大致相同。光伏产业20年来也依旧经历了起起落落,多次面临内部崩盘与外部制裁的威胁,好在国内企业与政府顶住压力,一边努力攻关技术难题,一边政策加大扶持,最终让中国光伏产业得以摆脱美国制裁,公平公正的与国际厂商较量。当中国的产业技术积累到一定程度时,量变最终会转化为质变,到时候美国对中国芯片的制裁也将无从下手。