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美國放行中國光伏,能給芯片制造業帶來什么啟示?

作者:劉浩然
來源:與非網eefocus
日期:2023-03-17 15:33:49
摘要:本周,一名白宮官員在一場能源會議上對媒體證實,在經歷了數月僵局后,美國終于開始放行從中國進口的光伏電池板。
關鍵詞:光伏

本周,一名白宮官員在一場能源會議上對媒體證實,在經歷了數月僵局后,美國終于開始放行從中國進口的光伏電池板。

據國內媒體援引外媒報道稱,因美方的所謂禁止強迫勞動的相關法案,自去年6月以來,有超1000批來自中國的太陽能組件在美國港口積壓,價值達數億美元。中國外交部曾作出回應:“美方以謊言為依據,制定并實施涉疆惡法,嚴重干擾中美正常光伏產品貿易,違背市場規律和國際經貿規則,損害全球光伏產業鏈供應鏈穩定和全球應對氣候變化努力,最終也必將損害自身利益。”

在休斯敦舉行的CERAWeek能源會議有官員透露:“現在有了更明確的指導,我們看到更多的貨物正在通過。”據外媒報道,過去四個月,超過900兆瓦的太陽能電池板已在美國清關,這足以為超過15萬戶家庭供電。還有報道稱,截至上個月,海關已經釋放了374批電子產品,占其扣留的1433批電子產品的四分之一以上,但沒有具體說明其中有多少屬于太陽能產品。

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揭開產業鏈,其實美國本次放行中國光伏,實在是迫不得已。

美國造不了光伏電池板?

美國的光伏市場主要依賴海外進口,本土幾乎沒有硅片和電池片的產能。根據美國官方數據顯示,2021年美國可用組件出貨量30.45GW,其中進口光伏組件22.97GW,占比75%,本土生產量僅有4.23GW,占比僅14%。進口來源地區中,49.2%的組件來自中國內地、中國臺灣、新加坡和越南,幾乎占據半壁江山。有意思的是,在中美光伏產業產生摩擦之后,有相當多的企業將產品先轉賣給東南亞國家,再轉手賣到美國,因此實際上中國的光伏產業要占美國進口量更多。那是技術原因導致美國在光伏產業不如中國嗎?

硅片是包括光伏產業在內的半導體產業的上游末端,是半導體產業的基礎。太陽能電池板從整體制造流程上來看,最難得要數硅片的制備。不過別看到硅片就想到芯片,想到芯片就要擔心被卡脖子。光伏板的晶圓純度要求要比芯片用的硅片低的多。常見的數字芯片,需要在純度為99.99999999999%(小數點后11個9)的晶圓上制備,過多的雜質會嚴重影響芯片良率。制備光伏芯片所用的硅片,分為單晶硅和多晶硅。其中單晶硅制造難度較多晶硅高的多,不過性能也更強,它所需求的單晶硅純度為99.9999%(小數點后4個9),相比之下,光伏硅片單位體積內的雜質要比芯片硅片高10000000倍。

含硅礦物質在經過高溫結晶提純后變成多晶硅。多晶硅會經過熔融、植入籽晶、生長、拉升后得到單晶硅棒,或是直接熔融狀態變成多晶硅錠。單晶硅棒或多晶硅錠在經過切片后就會得到光伏板所需的硅片。不過很多業內朋友都了解,目前中國在芯片晶圓的制備上還處于起步階段,其中12寸晶圓近乎全部依賴進口,所以技術問題絕對不會反向卡美國脖子,因此也不是美國放行中國光伏產業的主要原因。

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圖源 | CPIA

其實,討論一種產業能否成功,除了技術難度,商業化技術也是極其重要的一點,換句話說,你得壓低成本。

其實光伏板之于美國就像圓珠筆芯的滾珠之于中國。這是一個耳熟能詳的例子,中國不自己制造圓珠筆的圓珠,不是因為技術限制,而是國外已經有了成熟的生產技術,完備的產業鏈,更有極大的生產數量來攤平成本。同理,馬斯克發射的Space-X火箭也是如此,光伏也是如此。究其原因,無非是“不掙錢,看不上”。很多投資人曾表示看不上光伏產業:“沒技術含量,沒有技術壁壘,沒有技術護城河。”中國如此,美國更是如此。不過,在美國大力限制中國科技發展的當下,光伏產業也因此“逃出生天”。

中國光伏

狂卷自己,掏空美國

1954年,美國貝爾實驗室制成了第一個實用化的硅基太陽能電池。在此之后,美國始終引領全球光伏產業發展方向。直到近50年后的2001年,中國的光伏產業才開始起步。起初的國產光伏產業主要集中在組裝、配套、維修以及分銷等技術含量較低的領域,與美國長時間積累的光伏制造技術對比還望塵莫及。但轉機就在10年之內。2001年,一個無錫籍的澳大利亞歸國太陽能專業博士回國創業,開啟了中國光伏大發展的序幕。

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第一塊光伏板

圖源 | 搜狐

其實中國早在上世紀50年代就開始了單晶硅的研制,1959年就研制出了中國第一顆“3個9”單晶硅,并在一年后攻克“7個9”的單晶硅技術。不過彼時中國工業產能薄弱,單晶硅的出現并沒能帶領光伏產業的大規模發展。

時間拉回2001年,前文提到的澳大利亞博士施正榮回國創業,建立無錫尚德。那時國內僅有4家光伏廠商,且全部在應用80年代從國外引進的光伏技術,轉化率僅有10%-12%,與國際先進技術還有5個百分點的差距。施正榮利用自己熟悉的技術,不斷攻克組件、電池等環節,很快建立了第一條10兆瓦光伏產線,產能相當于此前4年中國光伏電池產量的總和。

不過那時國內光伏市場還是一片空白,產能提高反而讓公司陷入虧損。不過好在2004年德國重新修訂《可再生能源法》,讓歐洲光伏需求大爆發,大量的海外訂單讓中國光伏產業起死回生。暴漲的需求也助推了無錫尚德公司快速上市,2005年12月紐交所掛牌,第二年就助力施正榮拿下2006年中國首富寶座。2004年8月,深圳園博園光伏發電并網系統上線,填補了中國在兆瓦級并網光伏項目設計和建設上的空白,成為國內首座大型的兆瓦級并網光伏電站。

施正榮的故事講到這里還算圓滿,不過接下來就會進入國內廠商永遠繞不開的技術與“內卷”問題。2005年之后,中國光伏企業如雨后春筍般崛起,天合光能、江西塞維、河北英利先后赴美上市,不斷刷新中國新能源IPO的記錄。2007年,中國已經有11家企業赴美上市,中國一躍成為全球光伏制造強國。

中國雖然成為制造強國,但光伏在那時候還屬于國內亟待攻關的產業。上游原料、中游工藝、下游電站,大部分都在歐美手里。此外,過多企業的成立也推動硅料成本的提升,2005年多晶硅每公斤40美元,到了2008年就漲到500美元,翻了十倍還多。就是這樣的環境下,中國企業陷入了低技術領域“內卷”的困境中。后來中國光伏企業還經歷了國際多晶硅生產商的“價格狙擊”,高價簽下合同后,卻面臨硅價暴跌現狀,損失慘重,國內光伏產業大量倒閉,近乎全軍覆沒。

這次的救世主輪到中國自己。2009年3月,財政部、科技部、國家能源局聯合發布了《關于實施金太陽示范工程的通知》,預期投入100億人民幣,用財政補助的方式幫助光伏產業并網。此外,光伏產業還是一個馬太效應明顯的產業。此后,中國陸陸續續出臺多項扶持政策,助力光伏產業度過難關,并趁機打開國內市場。最終到了2012年,中國光伏裝機量達到3423.2MW,國內外需求也趨于平衡。國內光伏關鍵技術也緊跟全球第一梯隊,達到18%左右,上中下游基本實現國產化。

后來的故事,或許大家都熟悉了,制裁來了。由于中國光伏產業崛起過快,2011年中國光伏產量已經占全球的60%以上,美歐光伏有一半以上來自中國,這也導致美國光伏企業迎來倒閉潮。美政府以惡意傾銷為借口,宣布對中國光伏進行反傾銷調查,這一制裁,就到了現在。

不過這時中國的企業早已迎來全面爆發,發展的勢頭已不可阻擋。截至2021年,中國光伏裝機規模達到306GW,超過歐盟和美國的總和。全球光伏產業20強中有15個來自中國。各環節上中國的全球占比均超過65%,同時中國光伏組件相關專利數量達4089項。根據國際能源署(International Energy Agency, IEA)估計,中國企業掌控著全球太陽能制造供應鏈約80%的份額:近一半的設備,97%的太陽能硅錠和硅片都產自中國。

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圖源 | CPIA

后來拜登上臺,讓美國重返《巴黎協定》,并宣布節能減排的政策方向。節能就需要降低化石燃料,并增加可再生能源的發電比例。問題來了,光伏都在中國手里!拜登也曾簽署《降低通貨膨脹法案》,幫助光伏產業回流美國,但無力回天,全球光伏產業上下游都早已扎根中國,便捷的交易方式與業內交流讓企業不再愿意重回美國。最終,還是得依靠中國的光伏電池板,這也就是文章開頭美國放開中國光伏產業的真正原因。

總的來說,光伏的技術難度根本不是限制美國光伏產業的關鍵,中國在此次光伏博弈中,勝在工業,勝在體系,勝在產業鏈聚集的“馬太效應”上。

光伏給芯片制造產業的啟示

中國用了20年的時間,不僅建設出一套完備的光伏產業體系,還幾乎“掏空”美國,成為真正意義上的光伏“壟斷者”,也讓制裁大棒不再管用。光伏逃出生天,芯片制造呢?

縱觀中國光伏產業發展,其實起步的時候并不順利,產業鏈、市場、關鍵技術都不能自主解決,光伏能崛起,還是靠在不同領域的積累與攻堅,以及國家長遠發展觀念的政策引導。根據波特五力分析法,我們從供應商的議價能力、購買者的議價能力、潛在競爭者進入的能力、替代品的替代能力、行業內競爭者現在的競爭能力五個方向來分析兩個產業的異同。

供應商的議價能力:雖然芯片產業的最上游是設計端,其中EDA軟件幾乎被美國壟斷,光刻機被ASML壟斷,鏡頭、光刻膠以及其他半導體材料也由歐美日把控。供應商環環相扣,直接限制了中國芯片產業的發展。國內僅有中芯國際等少量廠商有能力承擔先進制程的代工任務。與芯片類似,光伏產業在2000年也面臨同樣的問題,多晶硅原材料、單晶硅制備以及電池組裝絲印工藝等都由國外廠商掌握。因此這個階段,供應商的議價能力很強。

購買者的議價能力:目前高通、英偉達、AMD、蘋果等廠商均為芯片制造產業的買方,國內也有華為海思、紫光、兆易創新等芯片設計廠商對芯片代工資源需求旺盛。不過也有像英特爾、三星、TI等知名廠商具有IDM能力,可以實現后向一體化。光伏產業的購買者,從2000年至今仍以政府、企業為主。由于光伏發電成本較高,相對其他發電模式僅能作為補充,不過隨著光伏產業繼續發展,未來購買者的議價能力還將提升。

新進入者的威脅:首先,半導體代工產業門檻極高。目前,臺積電與三星已經掌握了絕大多數代工市場。ASML等上游廠商也和它們具有深度合作,利益高度綁定。新入行者不僅要面對已有代工廠產業規模的壓制,還將應對上游設備提供方的資源供給問題。此外,根據臺積電2021年財報顯示,為了進一步鞏固自身在芯片代工領域的地位,2022年還會投資440億美元用于研發,大量投資也將進一步加大新人入行的成本。21世紀前10年,光伏也同樣為高附加值產業,彼時中國光伏電池板產量還是0,從零開始做研發,不僅需要大量資金,更需要政策的大力扶持和保駕護航。

替代品的威脅:芯片產品應用廣泛,在量子芯片真正落地之前,目前的芯片代工產業無威脅。而光伏的替代品較多,同為新能源發電,光伏還面臨著風電、核電、潮汐電、地熱電的競爭威脅。

同業競爭者的競爭程度:半導體制造壟斷現象明顯,全球僅有臺積電、三星、英特爾等廠商具有頂級先進制程的生產能力,國內則是中芯國際扛起代工大旗。在代工資源緊缺的當下,芯片代工廠之間的競爭還不算激烈。2000年的光伏產業,世界上僅有約10家光伏上市公司,總產值約590億元,還遠未形成如今的激烈競爭格局。

綜上,若用21世紀初的光伏產業與如今芯片制造產業對比,中國廠商面臨的威脅大致相同。光伏產業20年來也依舊經歷了起起落落,多次面臨內部崩盤與外部制裁的威脅,好在國內企業與政府頂住壓力,一邊努力攻關技術難題,一邊政策加大扶持,最終讓中國光伏產業得以擺脫美國制裁,公平公正的與國際廠商較量。當中國的產業技術積累到一定程度時,量變最終會轉化為質變,到時候美國對中國芯片的制裁也將無從下手。