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太陽能產業供應鏈

太陽能發電產業依技術可區分為矽晶、薄膜等兩大類,目前市場主流為矽晶太陽能電池,包含單晶與多晶兩種型態,共占約近九成市場;薄膜類包含:非晶矽薄膜、CdTe、CIGS、染料敏化、有機薄膜以及新興的鈣鈦礦等型太陽能電池,因轉換效率仍較低,但具有美觀、可撓且弱光環境可發電、未來成本可快速下降之潛力等特性,約佔一成以下之利基市場。

從產業鏈的角度來看,主流矽晶太陽能電池產業可劃分為上游之多晶矽材、晶錠/矽晶圓、中游之太陽能電池片、模組,以及下游之系統建置;此外,尚有周邊材料(包括玻璃、軟性基材、氣體、靶材、槳料、染料及電極材料等)及設備等相關產業;薄膜型太陽能電池製程較為簡化,僅有中游模組與下游系統產業。

一、上游:

矽材製造流程係將石英礦砂經洗選加工、電弧爐還原冶金等程序後提煉至純度約98%以上的冶金矽後,再經第二階段的高純化製程,把矽純度提升至99.9999999%(9N)以上,目前主流製程為改良西門子法,目前亦有廠商投入發展矽烷流化床改良技術,可望降低製造能耗與生產成本。目前全球矽材領導廠商主要為保利協鑫GCL(中國大陸)、OCI(南韓)、Wacker(德國)、Hemlock、REC Silicon(挪威/美國廠)、Tokuyama(日本)等國外大廠,共約佔七成以上全球產值。多晶矽價格在供需失衡下於2008年從高點開始下跌,雖隨著下游安裝量提升帶動矽材需求增加,但至2017年為止多晶矽價格仍處於低檔。2014年1月起中國大陸對美國的進口多晶矽徵收反補貼稅與反傾銷稅,造成其境內多晶矽價格高於境外。中美韓德等國之間的雙反貿易制裁措施,仍是太陽能產業鏈之不穩定因素,而中國大陸廠商擴產腳步,亦是影響多晶矽市場供需會否失衡之另一關鍵。

矽晶圓片製造流程分為多晶與單晶兩種製程,兩者在前段製程上無法直接轉換。單晶製程係將矽原料經由長晶、拉晶、切斷、研磨、切片、清洗後完成,多晶製程則不使用拉晶步驟,而使用定向鑄錠爐直接結晶,因此晶粒排列呈現不規則狀,轉換效率較差,但成本較低。矽晶圓製程技術以透過材料選擇與溫度控制提升長晶品質,以及透過切割方式朝薄型化、減少切割損耗等為發展重點。2017年以來中國大陸採取「領跑者」以及「分佈式」政策,使市場對單晶需求增加,單晶矽晶圓呈現供不應求。迫使多晶矽晶圓公司積極導入鑽石線切割之「黑矽」製程,使成本上能更進一步降低與單晶抗衡,目前已經為產業發展趨勢。目前全球太陽能晶圓矽材中國大陸約佔七成以上,台灣約佔一成左右,其餘包含日本、韓國、德國及其他國家。

太陽能電池耗材包括氣體、電極材料、靶材、漿料、玻璃、軟性基材、染料等,耗材主要發展重點在降低成本。隨著全球太陽光電生產基地移往大中華為主的亞太地區,我國在矽片切削液、銀鋁漿、鑽石切割線、EVA(樹脂材料)、背板等耗材已有廠商積極投入。

二、中游:

主流之矽晶太陽能電池片製造流程係將矽片經由蝕刻、磷擴散、製作抗反射薄膜、電極網印、燒結、測試後完成。在製程技術發展上,除了電極雙層列印、選擇性射極等技術已獲廠商採用外,最新技術如PERC(射極鈍化及背電極電池)與HJT(異質接面電池)等後段製程技術亦受廠商積極導入。矽晶太陽能電池片依據原料來源不同可分為單晶與多晶兩種,單晶電池片轉換效率較高,但採購成本亦相對較高;多晶電池片雖然轉換效率相對較低,但因上游矽片擴產較易,性價比較高,故成為目前市場主流。然因部分分散式太陽能系統需求較為高轉換效率產品,故單晶矽受轉換效率助益持續成長,多晶矽市場比重被緩步侵蝕。全球矽晶太陽能電池生產以中國大陸為龍頭,約佔六成以上、台灣則以近一成五比重居第二,其餘則包含日本、韓國及馬來西亞等國家。近因歐美對中國大陸及台灣課徵雙反稅率,部分廠商在東南亞等第三地設置產能,以規避高額稅率。

在矽晶太陽光電模組方面,原材料主要包括太陽能電池、EVA、玻璃和膠膜,其製造過程係將上述原料經檢視、焊接、串連、疊層、層壓、修邊、封邊、組框、測試、包裝後產出。由於模組生產物料及人力成本較高,中國大陸廠商以其低成本輔以政府提供低利且豐沛融資等優勢,幾乎佔全球市場比重近七成而成為全球第一大生產國,加上大陸內需規模已成為全球最大單一市場,更有利其廠商進行產能擴充以搶占市場。

薄膜型太陽能模組是在玻璃基板或其他材質基板上,經過多次薄膜沈積及雷射切割,製成金屬、半導體、透明導電等層薄膜,再經模組封裝後,直接完成模組之製作。從材料類別來看,薄膜型太陽光電模組又可區分為矽薄膜、碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)以及有機化合物之染料敏化、有機薄膜等技術。其中矽薄膜技術相對成熟,廠商已發展至多層堆疊技術,惟轉換效率成長空間相對有限;碲化鎘技術則由美商First Solar一枝獨秀,且佔全球薄膜模組市場比重近五成左右,多數後進廠商則投入轉換效率有機會與晶矽太陽光電模組一別苗頭的銅銦鎵硒,以日本商Solar Frontier為代表,不過由於製造設備隨廠商材料配方而變,生產成本仍待降低。薄膜太陽光電模組技術雖具備材料成本低之優勢,但製程設備相對昂貴,再加上因矽晶模組跌價快速而快速席捲市場,以致薄膜太陽能模組侷限應用於建築一體化、沙漠高溫等偏遠地區等利基市場。

三、下游:

太陽能產業下游為系統建置與應用,其中以安裝於地面與屋頂之太陽光電發電系統為主要應用,少數太陽光電元件則應用於路燈、交通號誌、建築外牆、救災設備及消費性產品等。目前全球太陽光電發電系統業者發展以大規模地面型發電廠為主,依靠政府的保證收購機制(FiT)為收入來源,然而在各國能源政策轉型後將以家戶、廠辦等屋頂型、分散式發電系統採以自發自用模式成為趨勢。隨著競爭加劇,系統業者除向上游供應鏈發展確保貨源以外,中游業者亦試圖跨足下游系統業務,使產業朝向上下游整合發展。

台灣太陽能產業主要佈局在中游電池片領域,全球產能約佔一成五僅次於中國大陸;台灣矽晶圓片產業亦僅次於中國大陸,但僅佔全球比重之一成。然而台灣在上游及下游產業領域較為弱勢,台灣上游唯一生產業者已退出矽材業務,下游雖有多家模組業者,但僅佔全球市場比重之3%。2017年開始,台灣太陽能電池廠紛紛宣布進軍模組製造以及下游電站系統,並以數家合作共組聯盟形式進行。2017年10月,新日光、昱晶、昇陽科三家上市公司宣布合併,宣示大力發展下游垂直整合;茂迪與碩禾攜手合資新公司生產太陽能模組;元晶與碩禾也合作建立新模組產能。這些合縱連橫策略,將改變原本台灣系統業者規模普遍較小且僅具中小型系統之現狀。有機會由國內市場開始,逐漸拓展海外企業標案市場。隨著政府宣布以綠能取代核能政策,並設定2025年全台太陽能安裝目標達20GW,將創造下游穩定出海口需求,並拉動上游業者發展。

太陽能產業景氣循環週期快速交替,2016第四季市場開始回溫,至2017年受中國大陸政策影響,市場對單晶高效電池需求熱絡,而多晶電池卻呈現供過於求狀況。2017年全球太陽能預估安裝量將超越90GW,超過年初預期。全球前四大市場(中、美、日、歐)比重高達7-8成。展望2018年,中國大陸為全球最大市場,配合其十三五計畫,每年太陽能安裝目標接近30GW,但2017年安裝超過45GW,已呈現過熱狀態,在政府調節措施下,安裝量恐下滑。美國總統川普政策偏向傳統石化能源,並通過201條款,對所有境外輸入的太陽能產品課以雙反稅率,增加了全球市場波動的風險。日本縮減收購電價,但先前排程中大型計畫將持續進行中。新興市場占比小成長率卻高,成為成長亮點,包含如:印度、南非、智利、東南亞、中東等地區。其中以印度市場可望繼續成長超過10GW,新興市場將是帶動整體產業持續成長之動力來源。

政府以非核家園及綠能為施政主軸,積極推動台灣能源轉型,並帶動綠能產業發展為目標。首先修訂「能源發展綱領」,並陸續推出許多能源政策。行政院通過「綠能科技產業創新推動方案」,結合創能、儲能、節能、智慧系統整合成為未來台灣發展再生能源的四大主軸,並規劃沙崙綠能科學城作為綠能科技創新產業生態系的發展基地。透過修正太陽能競標機制,與大幅調整太陽能與其他再生能源安裝目標容量,並完成智慧電網的逐步建設。修正電業法,使綠電優先併網調度、輸配電費優惠、直接銷售等、免備用容量、免繳電協金,刺激太陽能電力加速發展。

實際太陽能安裝目標上,政府設定「2025 再生能源發展目標」,將使台灣在2025 年達成 20GW 太陽能累積安裝量。兩年之內,則透過「太陽光電2年推動計畫」達成1.44GW的安裝量。將可確保國內太陽能產業有一定比例的穩定的內需市場,不隨著國際環境而大幅波動。除此之外,政府也成立「系統整合推動辦公室」鼓勵廠商走向國際,提出整廠出口的解決方案。除此之外,配合「新南向政策」與東南亞國家當地產業鏈結,輸出我國太陽能系統。

台灣太陽能產業將從國內市場走向海外,打造台灣自有的通路與品牌,帶動上游電池與矽晶圓產業。亦透過業界能源科技專案補助,持續鼓勵國內企業進行低碳節能產業技術研發。希冀藉由以上政策,對內提升技術優勢,對外爭取國際客戶,強化整體供應鏈能量,深化全球布局。