光伏材料技术革命不期而至，颗粒硅有多牛

科技日报记者 张晔 实习生 季天宇

投资减少30%，生产电耗降低65%，人员降低30%……

3月8日，保利协鑫发布公告称，该公司硅烷流化床法（FBR）颗粒硅1万吨项目投产后，经过生产运营及下游客户使用实证，颗粒硅各项指标再获新突破。头尾寿命、尾碳、成晶率、单产、转换效率均领先行业水准。

该公告发布后，引起资本市场和光伏产业界高度关注。

目前，光伏发电的上游原材料主要是改良西门子法制备多晶硅，FBR法颗粒硅问世后，有业内专家判断，颗粒硅有望引来多晶硅制造的一场颠覆性的技术革命。那么FBR法颗粒硅究竟是一个什么样的工艺和产品？它与传统多晶硅有什么不同？它又为何能异军突起？

（颗粒硅）

光伏产业链“拥硅为王”

众所周知，光伏产业链有着一条明确而清晰的产业链，分别是硅料、硅片、电池片、组件、应用系统五大环节。其中，硅料和硅片处于光伏产业链上游。

硅料环节不仅制造及研发门槛高，而且资金投入极大。同时，硅料的价格和质量对光伏发电的成本和效率也起着至关重要的作用。

近年来，光伏行业发展势头越来越猛，2020年我国光伏新增装机规模48.2GW，同比增长60%。在终端市场带动和国家法规的倒逼下，一方面上游的硅料供不应求，另一方面各家原料企业都在研发硅料新工艺。在这一背景下，颗粒硅逐渐走入人们视线。

硅料即多晶硅，光伏产业需要的多晶硅纯度达99．9999％以上。目前，世界上绝大部分厂家生产的硅料，均采用传统的改良西门子法，这是最为成熟、应用最广泛的工艺技术。

“改良西门子法主要原理是，把石英砂放在电炉中冶炼还原得到99%并制成工业硅粉，再与四氯化硅和氢气反应得到三氯氢硅，经过精馏、提纯、高温还原、尾气回收等一系列工艺流程，最终产出棒状多晶硅。” 保利协鑫研究院副院长、江苏中能硅业副总裁蒋立民介绍说。

（柱状多晶硅）

FBR法颗粒硅也是多晶硅，但与西门子法多晶硅相比，颗粒硅看起来仅有绿豆般大小。自2010年开始，中能硅业便开始自主研发颗粒硅技术，并通过收购海外资产助力，最终实现颗粒硅量产。

“保利协鑫颗粒硅采用独创的硅烷流化床法制造，将原料三氯氢硅歧化制得硅烷，硅烷在流化床中进行分解反应制得颗粒状多晶硅，单程转化率可达99%，减少了尾气回收和精馏环节，反应温度也只有西门子的60%，可以连续化生产，能耗和成本都大大降低。”蒋立民告诉记者。

据介绍，下游硅片厂家拿到传统多晶硅后，还需要破碎、清洗然后用于拉单晶，而颗粒硅不需要破碎和清洗，可以直接投料拉单晶，而且流动性好，相比于传统多晶硅更适合新一代连续投料直拉工艺。

碳中和对光伏产业链提出更高要求

早在多年前，光伏产业链登陆国内之时，就有声音质疑光伏产业链能耗高，造成的污染和温室气体排放高于发电收益。

随着完全的自主技术进步和实践检验，这种质疑声音已经逐渐消失。但是，硅料和硅片制造环节的能耗依然较高，这不仅制约光伏发电成本降低，也对我国“碳达峰、碳中和”目标的实现带来影响。

据业内人士介绍，目前光伏产业链中能耗最高的是多晶硅环节，占比达45%。2020年5月，国家工信部发布《光伏制造行业规范条件（2020年本》（征求意见稿），该规范规定，新/扩建多晶硅综合电耗不大于70 千瓦时/千克。

“根据我们实测，FBR法颗粒硅综合电耗仅为18千瓦时/千克，远低于行业规范。”蒋立民说。

我国已承诺，到2030年风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上，这将带动大批光伏发电项目投建运营。根据工信部规范要求，记者沿着FBR法颗粒硅和改良西门子法多晶硅的生产流程，分别对二者生产的晶硅组件，在整个光伏产业链的路径进行碳足迹溯源，可以看出，仅硅料环节1吉瓦FBR法颗粒硅可减排13万吨CO2，较西门子法降低74%，从整个产业链来看，1吉瓦组件至少可降低CO2排放量47.7%。

（沙漠中的光伏电站）