太陽能產業產業鏈簡介
太陽能產業鏈簡介
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(FBR)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Wacker（德國）、OCI（南韓）、Hemlock、REC Silicon（挪威\美國廠）、Tokuyama（日本）、保利協鑫GCL（中國大陸）、通威\永祥、（中國大陸）東方希望（中國大陸）、特變電工（中國大陸）、大全（中國大陸）等大廠，共約佔九成以上全球產值。
多晶矽因建廠週期與需求週期常無法達到平衡，市場價格呈現劇烈波動。2008年至2020年期間，因市場嚴重供過於求，價格呈現持續下跌，在2021年，因國際能源價格快速上漲，加上中國大陸面臨限電限產壓力，上游多晶矽面臨減產，多晶矽價格反彈上漲，但隨後立即帶動中國大陸廠再次大規模擴產，使多晶矽市場於2022年底又開始下跌。
各國政府之間的貿易角力，也是造成太陽能上游不穩定之主要因素之一。2014年中國大陸對美國的進口多晶矽徵收反補貼稅與反傾銷稅，造成國內料源具有優勢。隨後，中美韓德等國之間的雙反貿易制裁措施，進一步造成市場波動。最新美國2021年通過維吾爾人權法案，要求企業禁用從中國新疆地區生產之商品，2022年美國商務部限制五家中國公司對美出口，造成太陽能上游料源供應的擾動。中國大陸廠商擴產及政府的補貼，則是過去幾年影響多晶矽市場供需長期失衡主要關鍵。
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年以來市場對單晶需求持續增加，單晶矽晶圓廠不斷擴產，多晶矽晶圓公司雖積極導入鑽石線切割之「黑矽」製程，使效率上能與單晶抗衡，然而目前市場單晶矽晶圓已超越多晶矽晶圓成為主流，占比超過九成。目前全球太陽能晶圓矽材中國大陸約佔九成以上，台灣及各國廠商幾乎已經退出市場，或是封存其產能。
太陽能電池其他耗材包括氣體、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，TOPCon (隧穿氧化層鈍化接觸電池)為目前市場主流發展趨勢，其它最後段製程技術如電極雙層列印、選擇性射極等，以及次世代電池結構如HJT（異質接面電池）與IBC (指叉式背電極太陽電池)亦有廠商積極導入。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，成本亦較多晶高，但考量最終整體投資報酬率，單晶已經成為目前市場主流。全球矽晶太陽能電池生產以中國大陸為龍頭，約佔七成以上、台灣則低於一成，其餘則包含日本、韓國及馬來西亞等國家。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。雖然目前全球產能高度仰賴在中國大陸，但是歐洲政府與廠商，正積極倡議重新復興歐洲太陽能電池製造產能，例如瑞士設備大廠Meyer Burger已宣布投入HJT電池產能，以及法國新創公司Carbon也計畫投入TOPCon與 IBC電池產能，但因成本高昂及政府支持力道較弱，成效仍有待後續觀察。
在矽晶太陽光電模組方面，其他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。目前產業發展以疊片以及雙面方式，增加光電轉化效率。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八成以上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。國內廠商在下游太陽能安裝政策趨動下，也積極增加模組產能，然主要仍以內需市場為主，全球佔比較低。
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七成左右，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。新興的鈣鈦礦太陽能電池技術在光電轉換效率上發展迅速，有逐漸追上矽晶電池的機會，但在化學分子穩定度與製程成熟度上仍需持續投入研發，未見大型廠商進入量產製程。
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。近年來隨著我國政府的太陽能安裝政策推動下，也帶動數家獨立太陽能系統廠發展，包含已興櫃的聚恆科技、開陽投控與泓德能源，以及已上市的森崴能源與雲豹能源。
台灣太陽能產業主要佈局在中游電池片領域，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2%以下。2017年開始，台灣太陽能電池產業鏈發生重組，以數家合作共組聯盟形式進行整併，並宣布進軍模組製造以及下游電站系統。新日光、昱晶、昇陽科三家上市公司合併成立聯合再生能源，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，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。2022年台灣模組銷售量，主要由聯合再生能源、元晶、友達與茂迪領先，國內市占率合計達70％以上。國內產業結構本以外銷為主，目前已轉變為外銷與內用並進。在國內內需市場幫助下，穩定電池片產能利用率，並逐步拓展海外市場。2021年起，受到產業鏈上游與鋼材與海運價格上漲，整體產業面臨成本通膨壓力，已在2022年底逐步緩解。
雖2022年全球安裝市場逐步擺脫受新冠肺炎（COVID-19）影響，並受歐洲能源危機和烏克蘭戰爭影響，全球太陽能安裝量約240GW。全球前五大市場（中、美、印、巴西、德）比重高達7成，又以中國大陸市場約佔市場四成，仍為全球最大市場。因地緣政治及能源危機壓力下，刺激區域能源獨立政策，歐盟委員會更新 REPowerEU 提案，旨在擺脫對俄羅斯天然氣的依賴，並已通過將2030年可再生能源目標提高至42.5%。由於前段國家可能再度加速政策刺激力道，使市場再次集中。2023年，全球太陽能安裝量有機會達到300GW以上。全球在受新冠狀肺炎疫情影響中逐漸恢復，例如印度市場，原受封城狀態影響，已大幅改善。中國大陸已經取消清零政策，在十四五規劃中大力支持太陽能發電下，安裝量可望再創新高。美國拜登政府通過的「降低通膨法案」(IRA)為清潔能源技術提供長期的稅收抵減，預期將大幅增加美國再生能源安裝。日本逐年縮減收購電價，但宣告了2050零碳承諾，預計未來安裝量也會維持平穩。新興市場占比小成長率卻仍高，為成長亮點，包含如：越南、南非、智利、東南亞、中東等地區，新興市場是帶動整體產業持續成長之動力來源之一。
我國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，帶動綠能產業發展為目標，並與與國際2050淨零碳排永續發展相互呼應。首先修訂「能源發展綱領」，並陸續推出許多能源政策。透過修正太陽能競標機制，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。因應台灣夏季用電高峰，擴大時間電價價差政策，透過價格機制增加電網彈性。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。並公布臺灣 2050 淨零轉型「風電/光電」關鍵戰略行動計畫，透過能源轉型策略，逐步實現 2050 淨零排放之永續社會。
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。立法院已於2019年通過《再生能源發展條例》修正案，再次確認此太陽能安裝目標，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。台灣太陽能安裝量截至2022年12月止，已累計達到10.22GW，年度安裝量為2.52GW，但若要在完成2025年太陽能裝機20GW的目標，未來每年的安裝量皆須達3GW以上，將成為帶動國內產業鏈的穩定市場。
2019年《再生能源發展條例》修正案中，引入綠電保證收購（躉購）以及電力交易制度，逐步引導綠電市場走向自由化，並規定用電大戶須設置一定裝置容量的再生能源，帶動綠電需求增加。2020年，國內首波綠電交易正式啟動。2021年，台電電力交易平台正式營運，吸引民間分散式電力資源投入電網。2023年5月立法院再次通過《再生能源發展條例》修正案，新增規定新建、增建及改建之建築物，於建築物屋頂設置太陽光電發電設備，將有助未來屋頂型太陽能光電建置。
在產業發展政策上，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。除此之外，隨著台灣太陽能產業轉向下游整合，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。
資料來源: 綠能科技產業推動中心
