1. Polükristallilise räni tööstusahel: tootmisprotsess on keeruline ja allavoolu keskendutakse fotogalvaanilistele pooljuhtidele
Polükristallilist räni toodetakse peamiselt tööstuslikust ränist, kloorist ja vesinikust ning see asub fotogalvaanika- ja pooljuhtide tööstusahelate ülesvoolu. CPIA andmete kohaselt on maailmas praegu enimkasutatav polükristallilise räni tootmismeetod modifitseeritud Siemensi meetod, välja arvatud Hiinas, kus üle 95% polükristallilisest ränist toodetakse modifitseeritud Siemensi meetodil. Polükristallilise räni valmistamise protsessis Siemensi täiustatud meetodil segatakse kõigepealt kloorgaas vesinikgaasiga, et tekitada vesinikkloriidi, ja seejärel reageerib see pärast tööstusliku räni purustamist ja jahvatamist ränipulbriga, et tekitada triklorosilaani, mida seejärel vesinikgaasiga redutseeritakse, et tekitada polükristallilist räni. Polükristallilist räni saab sulatada ja jahutada, et valmistada polükristallilisi räni valuplokke, ja monokristallilist räni saab toota ka Czochralski või tsoonsulatusmeetodil. Võrreldes polükristallilise räniga koosneb monokristalliline räni sama kristallilise orientatsiooniga kristalliteradest, seega on sellel parem elektrijuhtivus ja muundamise efektiivsus. Nii polükristallilisi räni valuplokke kui ka monokristallilisi räni vardaid saab edasi lõigata ja töödelda räniplaatideks ja -elementideks, mis omakorda saavad fotogalvaaniliste moodulite võtmeosadeks ja mida kasutatakse fotogalvaanika valdkonnas. Lisaks saab monokristallilisi ränivahvleid korduva lihvimise, poleerimise, epitaksia, puhastamise ja muude protsesside abil valmistada ka ränivahvliteks, mida saab kasutada pooljuhtide elektroonikaseadmete substraadimaterjalina.
Polüsilikooni lisandite sisaldus on rangelt nõutav ning tööstusharule on iseloomulikud suured kapitaliinvesteeringud ja kõrged tehnilised tõkked. Kuna polüsilikooni puhtus mõjutab oluliselt monokristallilise räni tõmbamisprotsessi, on puhtusnõuded äärmiselt ranged. Polüsilikooni minimaalne puhtus on 99,9999% ja kõrgeim on lõpmatult lähedal 100% -le. Lisaks esitavad Hiina riiklikud standardid selged nõuded lisandite sisaldusele ning selle põhjal jaotatakse polüsilikoon I, II ja III klassi, millest boori, fosfori, hapniku ja süsiniku sisaldus on oluline võrdlusindeks. "Polüsilikooni tööstusele juurdepääsu tingimused" sätestavad, et ettevõtetel peab olema usaldusväärne kvaliteedikontrolli ja -juhtimise süsteem ning tootestandardid peavad rangelt vastama riiklikele standarditele; Lisaks nõuavad juurdepääsutingimused ka polükristallilise räni tootmisettevõtete, näiteks päikeseenergia ja elektroonikakvaliteediga polükristallilise räni tootmise ulatust ja energiatarbimist. Projekti ulatus on vastavalt üle 3000 tonni aastas ja 1000 tonni aastas ning uute ehitus-, rekonstrueerimis- ja laiendusprojektide investeeringute minimaalne kapitalisuhtarv ei tohi olla alla 30%, seega on polükristalliline räni kapitalimahukas tööstusharu. CPIA statistika kohaselt on 2021. aastal kasutusele võetud 10 000-tonnise polükristallilise räni tootmisliini seadmete investeerimiskulud veidi suurenenud 103 miljoni jüaanini kt kohta. Põhjuseks on lahtiste metallmaterjalide hinna tõus. Eeldatakse, et tulevikus suurenevad investeerimiskulud tootmisseadmete tehnoloogia arenguga ja monomeeride arv väheneb suuruse suurenedes. Määruste kohaselt peaks päikeseenergia ja elektroonikakvaliteediga Czochralski redutseerimise polükristallilise räni energiatarve olema vastavalt alla 60 kWh/kg ja 100 kWh/kg ning energiatarbimise näitajate nõuded on suhteliselt ranged. Polükristallilise räni tootmine kuulub tavaliselt keemiatööstuse valdkonda. Tootmisprotsess on suhteliselt keeruline ning tehniliste marsruutide, seadmete valiku, kasutuselevõtu ja käitamise lävi on kõrge. Tootmisprotsess hõlmab paljusid keerulisi keemilisi reaktsioone ja juhtimissõlmede arv on üle 1000. Uutel tulijatel on keeruline küpset käsitööd kiiresti omandada. Seetõttu on polükristallilise räni tootmistööstuses suured kapitali- ja tehnilised takistused, mis soodustavad ka polükristallilise räni tootjate ranget tehnilist optimeerimist protsessivoo, pakendamise ja transpordiprotsessi osas.
2. Polükristallilise räni klassifikatsioon: puhtus määrab kasutuse ja päikeseenergia klass on peamine
Polükristalliline räni, mis on elementaarse räni vorm, koosneb erineva kristallorientatsiooniga kristalliteradest ja mida puhastatakse peamiselt tööstusliku räni töötlemise teel. Polükristallilise räni välimus on hall metallikläige ja sulamistemperatuur on umbes 1410 ℃. See on toatemperatuuril inaktiivne ja sulas olekus aktiivsem. Polükristallilise räni omab pooljuhtivaid omadusi ning on äärmiselt oluline ja suurepärane pooljuhtmaterjal, kuid väike kogus lisandeid võib selle juhtivust oluliselt mõjutada. Polükristallilise räni klassifitseerimismeetodeid on palju. Lisaks eespool nimetatud Hiina riiklike standardite kohasele klassifitseerimisele tutvustatakse siin veel kolme olulist klassifitseerimismeetodit. Erinevate puhtusnõuete ja kasutusviiside kohaselt saab polükristallilise räni jagada päikeseenergial kasutatavaks polükristalliliseks räniks ja elektroonikakvaliteediga polükristalliliseks räniks. Päikeseenergial kasutatavat polükristallilise räni kasutatakse peamiselt fotogalvaaniliste elementide tootmisel, elektroonikakvaliteediga polükristallilise räni aga laialdaselt integraallülituste tööstuses kiipide ja muu toodangu toorainena. Päikeseenergial kasutatava polükristallilise räni puhtusaste on 6–8 N, st lisandite kogusisaldus peab olema alla 10⁻⁶ ja polükristallilise räni puhtusaste peab ulatuma vähemalt 99,9999%-ni. Elektroonilise kvaliteediga polükristallilise räni puhtusnõuded on rangemad, minimaalselt 9 N ja praegu maksimaalselt 12 N. Elektroonilise kvaliteediga polükristallilise räni tootmine on suhteliselt keeruline. Hiina ettevõtteid, kes on omandanud elektroonilise kvaliteediga polükristallilise räni tootmistehnoloogia, on vähe ja nad on endiselt suhteliselt impordist sõltuvad. Praegu on päikeseenergial kasutatava polükristallilise räni toodang palju suurem kui elektroonilise kvaliteediga polükristallilise räni toodang, kusjuures esimene on umbes 13,8 korda suurem kui viimane.
Ränimaterjali dopeerivate lisandite ja juhtivuse tüübi erinevuse järgi saab selle jagada P-tüüpi ja N-tüüpi. Kui räni on legeeritud aktseptorsete lisanditega, nagu boor, alumiinium, gallium jne, domineerib see aukjuhtivuses ja on P-tüüpi. Kui räni on legeeritud doonorsete lisanditega, nagu fosfor, arseen, antimon jne, domineerib see elektronjuhtivuses ja on N-tüüpi. P-tüüpi akude hulka kuuluvad peamiselt BSF-akud ja PERC-akud. 2021. aastal moodustavad PERC-akud enam kui 91% ülemaailmsest turust ja BSF-akud kaovad. Ajavahemikul, mil PERC asendas BSF-i, tõusis P-tüüpi elementide konversioonitõhusus vähem kui 20%-lt enam kui 23%-le, mis läheneb teoreetilisele ülempiirile 24,5%, samas kui N-tüüpi elementide teoreetiline ülempiir on 28,7% ja N-tüüpi elementidel on kõrge konversioonitõhusus. Tänu kõrgele bifakaalsuhtarvule ja madalale temperatuurikoefitsiendile on ettevõtted hakanud N-tüüpi akude masstootmisliine kasutusele võtma. CPIA prognoosi kohaselt suureneb N-tüüpi akude osakaal 2022. aastaks märkimisväärselt 3%-lt 13,4%-le. Järgmise viie aasta jooksul on oodata N-tüüpi akude üleminekut P-tüüpi akudele. Erineva pinnakvaliteedi järgi saab selle jagada tihedaks materjaliks, lillkapsamaterjaliks ja korallmaterjaliks. Tiheda materjali pinnal on madalaim nõgususaste, alla 5 mm, värvianomaaliaid pole, oksüdatsioonivahekihti pole ja hind on kõrgeim; Lillkapsamaterjali pinnal on mõõdukas nõgususaste, 5–20 mm, ristlõige on mõõdukas ja hind on keskmises hinnaklassis; samas kui korallmaterjali pinnal on tõsisem nõgusus, sügavus on üle 20 mm, ristlõige on lahtine ja hind on madalaim. Tihedat materjali kasutatakse peamiselt monokristallilise räni tõmbamiseks, samas kui lillkapsamaterjali ja korallmaterjali kasutatakse peamiselt polükristalliliste räniplaatide valmistamiseks. Ettevõtete igapäevases tootmises saab tihedasse materjali legeerida vähemalt 30% lillkapsamaterjaliga, et saada monokristalliline räni. Toorainekulusid saab kokku hoida, kuid lillkapsamaterjali kasutamine vähendab teatud määral kristallide tõmbamise efektiivsust. Ettevõtted peavad pärast kahe kaalumist valima sobiva legeerimissuhte. Hiljuti on tiheda materjali ja lillkapsamaterjali hinnavahe põhimõtteliselt stabiliseerunud 3 RMB/kg juures. Kui hinnavahet veelgi suurendatakse, võivad ettevõtted kaaluda monokristallilise räni tõmbamisel rohkem lillkapsamaterjali legeerimist.
3. Protsess: Siemensi meetod vallutab peavoolu ja energiatarbimisest saab tehnoloogiliste muutuste võti
Polüsikooni tootmisprotsess jaguneb laias laastus kaheks etapiks. Esimeses etapis reageerib tööstuslik ränipulber veevaba vesinikkloriidiga, saades triklorosilaani ja vesinikku. Pärast korduvat destilleerimist ja puhastamist saadakse gaasiline triklorosilaan, diklorodihüdrosilikoon ja silaan; teises etapis redutseeritakse eespool nimetatud kõrge puhtusastmega gaas kristalliliseks räniks ning redutseerimisetapp erineb modifitseeritud Siemensi meetodis ja silaani keevkihtmeetodis. Täiustatud Siemensi meetodil on küps tootmistehnoloogia ja kõrge tootekvaliteet ning see on praegu kõige laialdasemalt kasutatav tootmistehnoloogia. Traditsiooniline Siemensi tootmismeetod on kloori ja vesiniku kasutamine veevaba vesinikkloriidi, vesinikkloriidi ja pulbrilise tööstusliku räni sünteesimiseks teatud temperatuuril triklorosilaani sünteesimiseks ning seejärel triklorosilaani eraldamine, rektifitseerimine ja puhastamine. Räni läbib termilise redutseerimisreaktsiooni vesiniku redutseerimisahjus, saades räni südamikule sadestatud elementaarse räni. Selle põhjal on täiustatud Siemensi protsess varustatud ka tugiprotsessiga, mis võimaldab ringlusse võtta suures koguses tootmisprotsessis tekkivaid kõrvalsaadusi, nagu vesinik, vesinikkloriid ja ränitetrakloriid, mis hõlmab peamiselt redutseeriva jääkgaasi eraldamist ja ränitetrakloriidi taaskasutamise tehnoloogiat. Heitgaasis olev vesinik, vesinikkloriid, triklorosilaan ja ränitetrakloriid eraldatakse kuiva eraldamise teel. Vesinikku ja vesinikkloriidi saab taaskasutada sünteesiks ja puhastamiseks triklorosilaaniga ning triklorosilaan suunatakse otse termilise redutseerimise käigus ringlusse. Puhastamine toimub ahjus ja ränitetrakloriid hüdrogeenitakse, et saada triklorosilaani, mida saab puhastamiseks kasutada. Seda etappi nimetatakse ka külmhüdrogeenimiseks. Suletud ahelaga tootmise realiseerimisega saavad ettevõtted oluliselt vähendada tooraine ja elektri tarbimist, säästes seeläbi tõhusalt tootmiskulusid.
Hiinas Siemensi täiustatud meetodil polükristallilise räni tootmise kulud hõlmavad toorainet, energiatarbimist, amortisatsiooni, töötlemiskulusid jne. Tööstuse tehnoloogiline areng on kulusid märkimisväärselt alandanud. Toorained on peamiselt tööstuslik räni ja triklorosilaan, energiatarbimine hõlmab elektrit ja auru ning töötlemiskulud tootmisseadmete kontrolli- ja remondikulusid. Baichuan Yingfu polükristallilise räni tootmiskulude statistika kohaselt 2022. aasta juuni alguse seisuga on toorained suurim kuluartikkel, moodustades 41% kogukulust, millest tööstuslik räni on peamine räni allikas. Tööstuses tavaliselt kasutatav räni ühiku tarbimine kajastab räni kogust, mis tarbitakse kõrge puhtusastmega ränitoodete ühiku kohta. Arvutusmeetod on kõigi räni sisaldavate materjalide, näiteks allhanke korras tööstusliku ränipulbri ja triklorosilaani, teisendamine puhtaks räniks ning seejärel allhanke korras toodetud klorosilaani lahutamine vastavalt räni sisalduse suhtest saadud puhta räni kogusele. CPIA andmete kohaselt langeb räni tarbimine 2021. aastal 0,01 kg/kg-Si võrra 1,09 kg/kg-Si-ni. Eeldatakse, et külmhüdrogeenimise ja kõrvalsaaduste ringlussevõtu täiustamisega väheneb see 2030. aastaks 1,07 kg/kg-ni. kg-Si. Mittetäieliku statistika kohaselt on viie suurima Hiina polükristallilise räni tööstuse ettevõtte räni tarbimine madalam kui tööstusharu keskmine. On teada, et kaks neist tarbivad 2021. aastal vastavalt 1,08 kg/kg-Si ja 1,05 kg/kg-Si. Teine suurim osakaal on energiatarbimine, moodustades kokku 32%, millest elekter moodustab 30% kogukulust, mis näitab, et elektri hind ja efektiivsus on polükristallilise räni tootmisel endiselt olulised tegurid. Kaks peamist energiatõhususe mõõtmise näitajat on üldine energiatarbimine ja energiatarbimise vähendamine. Energiatarbimise vähendamine viitab triklorosilaani ja vesiniku redutseerimise protsessile kõrge puhtusastmega ränimaterjali saamiseks. Energiatarve hõlmab ränisüdamiku eelsoojendamist ja sadestamist, soojuse säilitamist, lõppventilatsiooni ja muud protsessi energiatarbimist. 2021. aastal väheneb polükristallilise räni tootmise keskmine energiatarve tänu tehnoloogia arengule ja energia igakülgsele kasutamisele aastaga 5,3%, ulatudes 63 kWh/kg-Si-ni, ja keskmine energiatarve väheneb aastaga 6,1%, ulatudes 46 kWh/kg-Si-ni, mis eeldatavasti väheneb tulevikus veelgi. Lisaks on oluline kuluartikkel ka amortisatsioon, moodustades 17%. Väärib märkimist, et Baichuan Yingfu andmete kohaselt oli polükristallilise räni tootmise kogukulu 2022. aasta juuni alguses umbes 55 816 jüaani/tonn, polükristallilise räni keskmine hind turul oli umbes 260 000 jüaani/tonn ja brutomarginaal oli koguni 70% või rohkem, seega meelitas see ligi suurt hulka ettevõtteid investeerima polükristallilise räni tootmisvõimsuse ehitamisse.
Polükristallilise räni tootjatel on kulude vähendamiseks kaks võimalust: üks on toorainekulude vähendamine ja teine energiatarbimise vähendamine. Tooraine osas saavad tootjad toorainekulusid vähendada, sõlmides tööstusliku räni tootjatega pikaajalisi koostöölepinguid või luues integreeritud üles- ja allavoolu tootmisvõimsuse. Näiteks polükristallilise räni tootmistehased tuginevad põhimõtteliselt oma tööstusliku räni tarnimisele. Elektrienergia tarbimise osas saavad tootjad elektrikulusid vähendada madalate elektrihindade ja energiatarbimise põhjaliku parandamise abil. Ligikaudu 70% üldisest elektritarbimisest moodustab elektritarbimise vähendamine ja vähendamine on ka võtmeelement kõrge puhtusastmega kristallilise räni tootmisel. Seetõttu on suurem osa polükristallilise räni tootmisvõimsusest Hiinas koondunud madalate elektrihindadega piirkondadesse, nagu Xinjiang, Sise-Mongoolia, Sichuan ja Yunnan. Kahe süsiniku poliitika edenemisega on aga keeruline saada suures koguses odavaid energiaressursse. Seetõttu on energiatarbimise vähendamine tänapäeval teostatavam kulude vähendamise viis. Praegu on redutseerimisenergia tarbimise vähendamiseks kõige tõhusam viis suurendada räni südamike arvu redutseerimisahjus, laiendades seeläbi ühe seadme toodangut. Praegu on Hiinas peamised redutseerimisahjude tüübid 36 paari vardaid, 40 paari vardaid ja 48 paari vardaid. Ahju tüüpi on täiustatud 60 paari ja 72 paari vardaid, kuid samal ajal esitab see ka kõrgemaid nõudeid ettevõtete tootmistehnoloogia tasemele.
Võrreldes täiustatud Siemensi meetodiga on silaanfluidiseeritud voodimeetodil kolm eelist: väike energiatarve, kõrge kristallide tõmbamise väljundvõimsus ja kolmas eelis on see, et seda on soodsam kombineerida täiustatud CCZ pideva Czochralski tehnoloogiaga. Ränitööstuse haru andmetel on silaanfluidiseeritud voodimeetodi üldine energiatarve 33,33% täiustatud Siemensi meetodi omast ja energiatarbimise vähenemine on 10% täiustatud Siemensi meetodi omast. Silaanfluidiseeritud voodimeetodil on märkimisväärsed energiatarbimise eelised. Kristallide tõmbamise osas võivad granuleeritud räni füüsikalised omadused hõlbustada kvartsist tiigli täielikku täitmist monokristallilise räni tõmbamisvarda lülis. Polükristalliline räni ja granuleeritud räni võivad suurendada ühe ahju tiigli laadimisvõimsust 29%, vähendades samal ajal laadimisaega 41%, parandades oluliselt monokristallilise räni tõmbamise efektiivsust. Lisaks on granuleeritud ränil väike läbimõõt ja hea voolavus, mis sobib paremini CCZ pideva Czochralski meetodi jaoks. Praegu on kesk- ja alaosas monokristallide tõmbamise peamine tehnoloogia RCZ-monokristallide ümbervalamise meetod, mis seisneb kristalli uuesti söötmises ja tõmbamises pärast monokristalli räni varda tõmbamist. Tõmbamine toimub samaaegselt, mis säästab monokristalli räni varda jahutusaega ja suurendab tootmise efektiivsust. CCZ pideva Czochralski meetodi kiire areng suurendab ka granuleeritud räni nõudlust. Kuigi granuleeritud ränil on mõningaid puudusi, näiteks hõõrdumisest tekkiv suurem ränipulbri kogus, suur pindala ja saasteainete kerge adsorptsioon ning vesiniku ühinemine vesinikuks sulamise ajal, mis põhjustab kergesti nihkeid, on asjaomaste granuleeritud räni ettevõtete viimaste teadaannete kohaselt neid probleeme lahendatud ja tehtud on teatavaid edusamme.
Silaani keevkihtprotsess on Euroopas ja Ameerika Ühendriikides küps ning pärast Hiina ettevõtete tulekut on see alles lapsekingades. Juba 1980. aastatel hakkasid välismaised granuleeritud räni, mida esindasid REC ja MEMC, uurima granuleeritud räni tootmist ja realiseerisid suuremahulise tootmise. Nende hulgas ulatus REC granuleeritud räni kogutootmisvõimsus 2010. aastal 10 500 tonnini aastas ja võrreldes sama perioodi Siemensi konkurentidega oli sellel vähemalt 2–3 USA dollarit/kg kulueelis. Monokristallide tõmbamise vajaduste tõttu ettevõtte granuleeritud räni tootmine seiskus ja lõpuks lõpetas tootmise ning pöördus Hiinaga ühisettevõtte poole, et luua granuleeritud räni tootmisega tegelev tootmisettevõte.
4. Toorained: Tööstuslik räni on peamine tooraine ja tarnimine suudab rahuldada polükristallilise räni laienemise vajadusi
Tööstuslik räni on polükristallilise räni tootmise peamine tooraine. Eeldatakse, et Hiina tööstusliku räni toodang kasvab aastatel 2022–2025 pidevalt. Aastatel 2010–2021 on Hiina tööstusliku räni tootmine laienemisjärgus, kusjuures tootmisvõimsuse ja toodangu keskmine aastane kasvumäär ulatub vastavalt 7,4% ja 8,6%-ni. SMM-i andmete kohaselt on äsja suurenenudtööstusliku räni tootmisvõimsusHiinas on see 2022. ja 2023. aastal vastavalt 890 000 tonni ja 1,065 miljonit tonni. Eeldades, et tööstusliku räni ettevõtted säilitavad tulevikus tootmisvõimsuse rakendusastme ja tegevusmäära umbes 60%, on Hiina äsja suurenenudtootmisvõimsuse suurendamine aastatel 2022 ja 2023 toob kaasa toodangu suurenemise vastavalt 320 000 tonni ja 383 000 tonni võrra. GFCI hinnangulHiina tööstusliku räni tootmisvõimsus aastatel 22/23/24/25 on umbes 5,90/697/6,71/6,5 miljonit tonni, mis vastab 3,55/391/4,18/4,38 miljonile tonnile.
Ülejäänud kahe tööstusliku räni tootmise allavoolu valdkonna kasvutempo on suhteliselt aeglane ning Hiina tööstusliku räni tootmine suudab põhimõtteliselt katta polükristallilise räni tootmise. 2021. aastal on Hiina tööstusliku räni tootmisvõimsus 5,385 miljonit tonni, mis vastab 3,213 miljoni tonni toodangule, millest polükristallilise räni, orgaanilise räni ja alumiiniumisulamite tarbimine moodustab vastavalt 623 000 tonni, 898 000 tonni ja 649 000 tonni. Lisaks kasutatakse ekspordiks ligi 780 000 tonni toodangut. 2021. aastal moodustab polükristallilise räni, orgaanilise räni ja alumiiniumisulamite tarbimine vastavalt 19%, 28% ja 20% tööstuslikust ränist. Aastatel 2022–2025 peaks orgaanilise räni tootmise kasvumäär jääma umbes 10% juurde ja alumiiniumisulamite tootmise kasvumäär on alla 5%. Seetõttu usume, et tööstusliku räni kogus, mida saab aastatel 2022–2025 polükristallilise räni tootmiseks kasutada, on suhteliselt piisav, mis suudab täielikult rahuldada polükristallilise räni tootmisvajadused.
5. Polükristallilise räni tarnimine:Hiinaomab domineerivat positsiooni ja tootmine koondub järk-järgult juhtivate ettevõtete kätte
Viimastel aastatel on polükristallilise räni tootmine maailmas aasta-aastalt suurenenud ning järk-järgult koondunud Hiinasse. Aastatel 2017–2021 on polükristallilise räni aastane toodang maailmas tõusnud 432 000 tonnilt 631 000 tonnile, kusjuures kiireim kasv oli 2021. aastal, mil kasvumäär oli 21,11%. Sel perioodil koondus ülemaailmne polükristallilise räni tootmine järk-järgult Hiinasse ning Hiina polükristallilise räni tootmise osakaal suurenes 56,02%-lt 2017. aastal 80,03%-le 2021. aastal. Võrreldes kümmet suurimat polükristallilise räni tootmisvõimsusega ettevõtet aastatel 2010 ja 2021, võib leida, et Hiina ettevõtete arv on suurenenud 4-lt 8-le ning mõnede Ameerika ja Korea ettevõtete tootmisvõimsuse osakaal on märkimisväärselt langenud, langedes välja esikümnest, näiteks HEMOLOCK, OCI, REC ja MEMC. Tööstusharu kontsentratsioon on märkimisväärselt suurenenud ning tööstusharu kümne suurima ettevõtte kogutootmisvõimsus on suurenenud 57,7%-lt 90,3%-le. 2021. aastal moodustas viis Hiina ettevõtet üle 10% tootmisvõimsusest, moodustades kokku 65,7%. Polükristallilise räni tööstuse järkjärgulisel ülekandmisel Hiinasse on kolm peamist põhjust. Esiteks on Hiina polükristallilise räni tootjatel märkimisväärsed eelised tooraine, elektri ja tööjõukulude osas. Töötajate palgad on madalamad kui välisriikides, seega on üldised tootmiskulud Hiinas palju madalamad kui välisriikides ja langevad jätkuvalt tehnoloogia arenguga; teiseks paraneb pidevalt Hiina polükristalliliste räni toodete kvaliteet, millest enamik on päikeseenergia kvaliteedi esmaklassilisel tasemel ja üksikud arenenud ettevõtted vastavad puhtusnõuetele. Läbimurdeid on tehtud kõrgema elektroonilise kvaliteediga polükristallilise räni tootmistehnoloogias, mis järk-järgult toob kaasa kodumaise elektroonilise kvaliteediga polükristallilise räni asendamise impordiga ning Hiina juhtivad ettevõtted edendavad aktiivselt elektroonilise kvaliteediga polükristalliliste räni projektide ehitamist. Räniplaatide tootmismaht Hiinas moodustab üle 95% kogu maailma toodangust, mis on järk-järgult suurendanud Hiina polükristallilise räni isemajandamise määra, mis on teatud määral pigistanud välismaiste polükristalliliste räniettevõtete turgu.
Aastatel 2017–2021 kasvab Hiina polükristallilise räni aastane toodang pidevalt, peamiselt energiaallikate poolest rikastes piirkondades, nagu Xinjiang, Sise-Mongoolia ja Sichuan. 2021. aastal suureneb Hiina polükristallilise räni tootmine 392 000 tonnilt 505 000 tonnini, mis on 28,83% suurenemine. Tootmisvõimsuse osas on Hiina polükristallilise räni tootmisvõimsus üldiselt tõusutrendis olnud, kuid 2020. aastal on see mõnede tootjate sulgemise tõttu langenud. Lisaks on Hiina polükristallilise räni ettevõtete tootmisvõimsuse rakendusmäär alates 2018. aastast pidevalt kasvanud ning 2021. aastal ulatub see 97,12%-ni. Provintside lõikes on Hiina polükristallilise räni tootmine 2021. aastal koondunud peamiselt madalate elektrihindadega piirkondadesse, nagu Xinjiang, Sise-Mongoolia ja Sichuan. Xinjiangi toodang on 270 400 tonni, mis moodustab üle poole Hiina kogutoodangust.
Hiina polükristallilise räni tööstust iseloomustab kõrge kontsentratsiooniaste, CR6 väärtusega 77%, ja tulevikus on oodata edasist tõusutrendi. Polükristallilise räni tootmine on suure kapitalimahuga ja kõrgete tehniliste takistustega tööstusharu. Projekti ehitus- ja tootmistsükkel on tavaliselt kaks aastat või rohkem. Uutel tootjatel on tööstusharusse sisenemine keeruline. Järgmise kolme aasta jooksul teadaolevalt kavandatud laienemise ja uute projektide põhjal otsustades jätkavad tööstusharu oligopoolsed tootjad oma tootmisvõimsuse laiendamist tänu oma tehnoloogiale ja mastaabieelistele ning nende monopoolne positsioon kasvab jätkuvalt.
Hinnanguliselt kasvab Hiina polükristallilise räni pakkumine aastatel 2022–2025 järsult ning polükristallilise räni tootmine ulatub 2025. aastal 1,194 miljoni tonnini, mis soodustab ülemaailmse polükristallilise räni tootmise ulatuse laienemist. 2021. aastal, kuna polükristallilise räni hind Hiinas järsult tõusis, investeerisid suured tootjad uute tootmisliinide ehitamisse ja samal ajal meelitasid tööstusesse uusi tootjaid. Kuna polükristallilise räni projektid võtavad ehitamisest tootmiseni aega vähemalt poolteist kuni kaks aastat, valmivad uued ehitised 2021. aastal. Tootmisvõimsus võetakse üldiselt kasutusele 2022. ja 2023. aasta teisel poolel. See on väga kooskõlas suurte tootjate praegu väljakuulutatud uute projektiplaanidega. Uued tootmisvõimsused aastatel 2022–2025 koonduvad peamiselt aastatesse 2022 ja 2023. Pärast seda, kui polükristallilise räni pakkumine ja nõudlus ning hind järk-järgult stabiliseeruvad, stabiliseerub järk-järgult ka tööstusharu kogutootmisvõimsus. See tähendab, et tootmisvõimsuse kasvutempo järk-järgult väheneb. Lisaks on polükristallilise räni tootvate ettevõtete tootmisvõimsuse rakendusmäär viimase kahe aasta jooksul püsinud kõrgel tasemel, kuid uute projektide tootmisvõimsuse suurendamine võtab aega ja uute tulijate jaoks on vaja protsessi, et omandada asjakohane ettevalmistustehnoloogia. Seetõttu on uute polükristallilise räni projektide tootmisvõimsuse rakendusmäär järgmistel aastatel madal. Sellest lähtuvalt saab ennustada polükristallilise räni tootmist aastatel 2022–2025 ning polükristallilise räni tootmine 2025. aastal peaks olema umbes 1,194 miljonit tonni.
Välismaise tootmisvõimsuse kontsentratsioon on suhteliselt kõrge ning järgmise kolme aasta tootmise kasvumäär ja -kiirus ei ole nii kõrged kui Hiinas. Välismaine polükristallilise räni tootmisvõimsus on koondunud peamiselt nelja juhtiva ettevõtte kätte ning ülejäänud on peamiselt väikese tootmisvõimsusega. Tootmisvõimsuse osas hõivab Wacker Chem poole välismaisest polükristallilise räni tootmisvõimsusest. Tema tehastes Saksamaal ja Ameerika Ühendriikides on tootmisvõimsused vastavalt 60 000 tonni ja 20 000 tonni. Ülemaailmse polükristallilise räni tootmisvõimsuse järsk laienemine 2022. aastal ja hiljem võib kaasa tuua ülepakkumise pärast muret ning ettevõte on endiselt ooteseisundis ega ole plaaninud uut tootmisvõimsust lisada. Lõuna-Korea polükristallilise räni hiiglane OCI kolib järk-järgult oma päikeseenergial kasutatava polükristallilise räni tootmisliini Malaisiasse, säilitades samal ajal Hiinas asuva algse elektroonikakvaliteediga polükristallilise räni tootmisliini, mille tootmismaht peaks 2022. aastaks ulatuma 5000 tonnini. OCI tootmisvõimsus Malaisias ulatub 2020. ja 2021. aastal 27 000 tonnini ja 30 000 tonnini, saavutades madalad energiatarbimise kulud ja vältides Hiina kõrgeid polükristallilise räni tariife Ameerika Ühendriikides ja Lõuna-Koreas. Ettevõte plaanib toota 95 000 tonni, kuid alguskuupäev on ebaselge. Järgmise nelja aasta jooksul peaks see suurenema 5000 tonnini aastas. Norra ettevõttel REC on kaks tootmisbaasi Washingtoni osariigis ja Montanas USAs, mille aastane tootmisvõimsus on 18 000 tonni päikeseenergial kasutatavat polükristallilise räni ja 2000 tonni elektroonikakvaliteediga polükristallilise räni. Sügavas finantsraskuses olev REC otsustas tootmise peatada ning seejärel, 2021. aasta polükristallilise räni hinna buumi ergutusel, otsustas ettevõte taaskäivitada 18 000 tonni projektide tootmise Washingtoni osariigis ja 2000 tonni Montanas 2023. aasta lõpuks ning suudab tootmisvõimsuse suurendamise lõpule viia 2024. aastal. Hemlock on Ameerika Ühendriikide suurim polükristallilise räni tootja, mis on spetsialiseerunud kõrge puhtusastmega elektroonikakvaliteediga polükristallilisele ränile. Kõrgtehnoloogilised tootmistõkked raskendavad ettevõtte toodete asendamist turul. Koos asjaoluga, et ettevõte ei plaani mõne aasta jooksul uusi projekte ehitada, eeldatakse, et ettevõtte tootmisvõimsus on aastatel 2022–2025. Aastane toodang jääb 18 000 tonni juurde. Lisaks on 2021. aastal lisaks neljale ülalmainitud ettevõttele ka teiste ettevõtete uus tootmisvõimsus 5000 tonni. Kuna kõigi ettevõtete tootmisplaanidest puudub arusaamine, eeldatakse siin, et uus tootmisvõimsus on aastatel 2022–2025 5000 tonni aastas.
Välismaise tootmisvõimsuse kohaselt hinnatakse, et polükristallilise räni tootmine välismaal 2025. aastal on umbes 176 000 tonni, eeldades, et välismaise polükristallilise räni tootmisvõimsuse rakendusaste jääb samaks. Pärast polükristallilise räni hinna järsku tõusu 2021. aastal on Hiina ettevõtted tootmist suurendanud ja laiendanud. Seevastu välismaised ettevõtted on uute projektide plaanides ettevaatlikumad. Selle põhjuseks on asjaolu, et polükristallilise räni tööstuses domineerib juba Hiina ja tootmise pime suurendamine võib kaasa tuua kahjumit. Kulude poolelt on energiatarbimine polükristallilise räni maksumuse suurim komponent, seega on elektri hind väga oluline ning Xinjiangil, Sise-Mongoolial, Sichuanil ja teistel piirkondadel on ilmsed eelised. Nõudluse poolelt moodustab Hiina räniplaatide tootmine polükristallilise räni otsese allavooluna üle 99% maailma kogutoodangust. Polükristallilise räni allavoolu tööstus on peamiselt koondunud Hiinasse. Toodetud polükristallilise räni hind on madal, transpordikulud on madalad ja nõudlus on täielikult tagatud. Teiseks on Hiina kehtestanud Ameerika Ühendriikidest ja Lõuna-Koreast pärit päikeseenergiakvaliteediga polükristallilise räni impordile suhteliselt kõrged dumpinguvastased tariifid, mis on oluliselt pärssinud Ameerika Ühendriikidest ja Lõuna-Koreast pärit polükristallilise räni tarbimist. Uute projektide ehitamisel tuleb olla ettevaatlik; lisaks on Hiina välismaised polükristallilise räni ettevõtted viimastel aastatel tariifide mõju tõttu aeglaselt arenenud ning mõned tootmisliinid on vähenenud või isegi suletud ning nende osakaal ülemaailmses toodangus on aasta-aastalt vähenenud, seega ei ole need võrreldavad polükristallilise räni hindade tõusuga 2021. aastal, kuna Hiina ettevõtte suure kasumi juures ei ole finantstingimused piisavad, et toetada tootmisvõimsuse kiiret ja ulatuslikku laiendamist.
Hiina ja välismaiste polükristallilise räni tootmise vastavate prognooside põhjal aastatel 2022–2025 saab kokku võtta ülemaailmse polükristallilise räni tootmise prognoositava väärtuse. Hinnanguliselt ulatub ülemaailmne polükristallilise räni tootmine 2025. aastal 1,371 miljoni tonnini. Polükristallilise räni tootmise prognoositava väärtuse kohaselt on Hiina osakaal ülemaailmses osakaalus ligikaudne. Eeldatakse, et Hiina osakaal suureneb järk-järgult aastatel 2022–2025 ja ületab 2025. aastal 87%.
6. Kokkuvõte ja väljavaated
Polükristalliline räni asub tööstuslikust ränist allavoolu ja kogu fotogalvaanika- ja pooljuhtide tööstuse ahelast ülesvoolu ning selle staatus on väga oluline. Fotogalvaanika tööstuse ahel on üldiselt polükristalliline räni-räni vahvel-element-moodul-fotogalvaanika paigaldatud võimsus ning pooljuhtide tööstuse ahel on üldiselt polükristalliline räni-monokristalliline räni vahvel-räni vahvel-kiip. Erinevatel kasutusaladel on polükristallilise räni puhtusele erinevad nõuded. Fotogalvaanika tööstus kasutab peamiselt päikeseenergial kasutatavat polükristallilise räni ja pooljuhtide tööstus elektroonikakvaliteediga polükristallilise räni. Esimese puhtusvahemik on 6N-8N, teine aga nõuab puhtust 9N või rohkem.
Aastaid on polükristallilise räni peamine tootmisprotsess kogu maailmas olnud täiustatud Siemensi meetod. Viimastel aastatel on mõned ettevõtted aktiivselt uurinud odavamat silaanfluidiseeritud voodimeetodit, mis võib mõjutada tootmismustrit. Modifitseeritud Siemensi meetodil toodetud vardakujulisel polükristallilise ränil on kõrge energiatarve, kõrge hind ja kõrge puhtusaste, samas kui silaanfluidiseeritud voodimeetodil toodetud granuleeritud ränil on madal energiatarve, madal hind ja suhteliselt madal puhtusaste. Mõned Hiina ettevõtted on mõistnud granuleeritud räni masstootmist ja tehnoloogiat, mis võimaldab granuleeritud räni kasutada polükristallilise räni saamiseks, kuid seda pole laialdaselt propageeritud. See, kas granuleeritud räni suudab tulevikus esimest asendada, sõltub sellest, kas kulueelis suudab katta kvaliteedipuuduse, järgnevate rakenduste mõjust ja silaani ohutuse paranemisest. Viimastel aastatel on polükristallilise räni globaalne tootmine aasta-aastalt suurenenud ja koondub järk-järgult Hiinasse. Aastatel 2017–2021 suureneb polükristallilise räni globaalne aastane toodang 432 000 tonnilt 631 000 tonnini, kusjuures kiireim kasv on 2021. aastal. Selle perioodi jooksul koondus globaalne polükristallilise räni tootmine järk-järgult üha enam Hiinasse ning Hiina osakaal polükristallilise räni tootmises suurenes 56,02%-lt 2017. aastal 80,03%-le 2021. aastal. Aastatel 2022–2025 algab polükristallilise räni pakkumine ulatuslikus kasvus. Hinnanguliselt on polükristallilise räni tootmine Hiinas 2025. aastal 1,194 miljonit tonni ja välismaine toodang 176 000 tonnini. Seega on polükristallilise räni globaalne toodang 2025. aastal umbes 1,37 miljonit tonni.
(See artikkel on mõeldud ainult UrbanMinesi klientidele ja ei kujuta endast investeerimisnõustamist)