《光伏技术创新:单晶硅片尺寸存在变大趋势》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-03-18
  • 这些年,光伏技术一直在快速地发展,电池方面高效PERC,双面电池、黑硅等技术陆续投入大批量生产,N型与异质结技术也开始有一定市场份额;组件方面双玻、半片、多主栅、叠瓦等技术也进入大规模产业化阶段。我们再看来单晶硅片方面,除了在拉晶、切片等环节取得很多技术突破(如多次拉晶技术、金刚线切割技术等)之外,另一个值得关注的现象就是单晶硅片的尺寸存在着变大的趋势。

    在2010年之前,单晶硅片主要以对边距125mm(硅棒直径f164mm)的小尺寸硅片为主,并有少量对边距156mm(f200mm)的硅片,2010年后,156mm硅片的比例越来越大,并成为行业主流,125mm的P型硅片在2014年前后基本被淘汰,基本仅应用于一些IBC电池与HIT电池的组件。在2013年底,隆基、中环、晶龙、阳光能源、卡姆丹克5家企业联合发布了M1(156.75-f205mm)与M2(156.75-f210mm)硅片标准,在不改变组件尺寸的情况下,M2通过提升了硅片面积(提升2.2%)使组件功率提升了5Wp以上,迅速成为行业主流并稳定了数年时间,期间市场也存在着少量M4规格(161.7-f211mm)的硅片,面积比M2增加了5.7%,产品以N型双面组件为主。

    到2018年下半年,因市场竞争加剧,诸多企业再次把目光投向硅片,希望通过扩大硅片尺寸提升组件功率以获得产品竞争力。一种思路是沿着M2的推出思路,不提高组件尺寸的情况下继续提高硅片对边距,纳入考虑的尺寸包括157、157.25、157.4mm等,但获得的功率增加比较有限,另一方面增加了对生产精度的要求、还可能影响了认证兼容性(如无法满足UL的爬电距离要求)。另一种思路是是沿着125mm提升到156mm的思路把组件继续做大,如158.75mm规格的倒角硅片或全方片(f223mm),后者将硅片面积提高3%左右,使60片电池组件的功率提高了近10Wp;同时一些N型组件制造企业选择了161.7mm对边距的M4硅片;另外也有企业在准备推出166mm对边距的硅片。

    那么我们来分析一下,为什么硅片尺寸会变得越来越大呢?

    1.从生产的角度来看,电池、组件以片/块来计的生产速率(片/小时、块/小时)基本固定,提升硅片尺寸可以使单位时间产出的电池、组件功率获得提升,这样分摊到每Wp的设备、人工乃至公司的其他成本都将减少从而降低了电池和组件的制造成本,这在125mm硅片切换成156mm硅片时尤为明显。

    2.从电站系统成本的角度来看,以地面电站为例,相同效率下,因硅片尺寸增大获得的高功率的组件保持着同样的串联数量,因此单体支架上的组件功率就会相应提升,平摊到每Wp的支架、桩基的成本就将降低;在大组件对人员搬运、安装速度影响不大的情况下,按Wp计的组件、支架安装效率就会提高;由于单位方阵的容量由逆变器决定可视为固定,这样高功率组件会使汇流箱或组串逆变器的用量减少,支架用量的减少会使方阵的占地面积缩小(考虑到支架的前后间距和左右间距),同时支架与占地的减小将会使电缆的用量得到削减。根据相关测算,使用166mm硅片的425Wp组件将比使用M2硅片的380Wp组件(均为72片电池版型)节省至少5分/Wp的BOS成本,如果使用跟踪支架或是在海外人工成本较高的地区,节省的BOS成本将进一步提高。

    综合以上两点来看,在设备生产与人员搬运允许的前提下,硅片的尺寸应尽量做大,这样可以获得更多的电池组件成本与系统BOS成本节省,基于这个理由碲化镉薄膜电池代表企业FirstSolar直接把组件尺寸从第四代的1200600mm提升到20091232mm,近2.5m2的组件面积与35kg的重量应是其综合分析后得到的极限值。对于晶硅组件,也该像125mm调整到156mm一样借这次行业变更的机会调整到一个能稳定多年的更具性价比的尺寸。根据微信文章《大尺寸硅片,单晶更容易实现!》,硅片做大的主要制约因素在于电池的扩散炉,在硅片尽量做大而扩散炉直径有限的背景下,有一定倒角的单晶硅片应该比全方单晶硅片有一定优势。

    总之,硅片变大可以为光伏产业带来明显的价值,主要企业应借此次机会尽快统一一个能够相对稳定多年的尺寸规格,从而减少产线改造与组件认证费用上的重复投资,166mm单晶硅片现阶段看起来作为产线兼容的最大尺寸是相对不错的选择。

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    • 编译者:guokm
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    • “还是那个隆基!” 1月17日,隆基100GW单晶硅片及50GW单晶电池项目签约。这是光伏行业有史以来的最大单体项目。这一消息一经发布便引爆行业舆论。 企业披露数据显示,截至2022年底,隆基单晶硅片产能将达150GW、电池片产能将达60GW。不难看出,上述产能扩张,在硅片和电池片方面几乎相当于“再造一个隆基”,强者恒强的雄心毕现。 作为策动及引领行业技术变革的“单晶之王”乃至“光伏之王”,隆基用坚守、投入、技术等成功晋升光伏一体化超级企业,光伏行业也因此形成了隆基绿能领跑,通威股份、晶澳科技、晶科能源等紧追的“一超多强”格局。尽管当下光伏行业资深列强、资本豪强、黑马新秀等冲击不断,但“一超多强”格局难改,隆基仍是那个备受关注的“独角兽”。 1、“千亿”隆基 千亿,是资本市场上一个对企业充满魔力的代名词。 早在2019年8月,隆基便率先跻身成为首个千亿市值光伏企业,并在“市值最高光伏企业”持续霸屏。 行至2022,隆基或将加身另一个“千亿”标签。 根据机构预测,2022年隆基营收或将如期实现破千亿,同比增长约40%以上。尽管最终数据仍未出炉,但从各大豪强的2022年净利润预期来看,隆基呈断层式领先。   即使放眼十年周期,隆基也始终是那个“别人家的企业”,从2012~2021年,营收增长4638%。   值得注意的是,隆基业绩狂飙背后并未仅仅停留在硅片巨擘的功劳簿上,自2015年后,其单晶组件业务快速飙升,至2021年营收占比已达70%以上。   2020年,短短七年布局,隆基将全球组件出货量TOP1这一预料之中且期盼已久的桂冠成功收入囊中,并至此连续三年称霸硅片、组件“双冠王”。 而随着新扩产能的快速推进,隆基产能“护城河”仍将高高矗立。 业绩背后是其“稳健可靠、科技引领”品牌理念的践行。其中,离不开企业严苛财务管理的有利支撑。既不保守,又不冒进。作为衡量企业管理水平及财务健康的关键指标之一,合理的资产负债率可谓企业可持续发展的关键之钥。 着眼于隆基而言,2012年~2021年,其资产负债率稳定于60%以下的合理区间。这也明显由于其它光伏龙头企业。 2、光伏产业引领者 光伏茅、一哥……种种荣誉之下的核心驱动力非技术创新莫属,这也是科技企业的生命线所在。 在去年底的一场对话中,隆基绿能董事长钟宝申曾说道:“创新就是隆基生存的基本保障,如果没有技术创新就没有隆基。” 相关佐证并不难寻,甚至近十年沉浸光伏行业的业内人士都可以如数家珍。从拉晶切片技术大幅降本增效、金刚线普及,到单晶PERC技术大面积应用、PERC双面技术迭代,隆基将单晶技术、“隆基品牌”送至顶流的同时,引领中国光伏行业站至全球制高点。 在新一轮行业周期中,面对新势力、新技术的爆发式冲击,隆基选择了勇立潮头。 “在我们经营观念里面,我们一直要求要给客户提供更好的产品和方案、差异化的服务。如果大家做的都是非常相近、甚至完全一样的产品,那么企业一定是没有发展的。”钟宝申在对话中强调。 2022年11月,隆基发布全新一代光伏组件产品——Hi-MO 6,采用高效HPBC电池技术,量产最高效率可达22.8%,为全球分布式市场开拓出新的价值巅峰。 事实上,对于新电池技术路线,许多世界纪录被隆基牢握手中。从2021年至2022年,隆基连续创造14次电池转换效率世界纪录,覆盖p型TOPCon、n型TOPCon、p型HJT、n型HJT、无铟HJT等。 2022年11月19日,隆基对外宣布,该公司自主研发的硅异质结(HJT)电池转换效率达26.81%。这是全球硅电池效率的全新世界纪录,打破了尘封五年之久的由日本公司创造的26.7%纪录,也是全球光伏史上第一次由中国光伏企业创造的无任何前缀的硅电池效率世界纪录。 “如果在未来能源转型的过程当中,我们每增加1太瓦的装机量,用上了现在这个技术,它可以为全社会节省3000亿人民币,同时也会节省10%的土地面积。”在央视的访谈节目中,隆基绿能总裁李振国信心百倍。 正如十余年前的单晶之选,在光伏技术这一伟岸征程中,隆基始终执著于“第一性原理”,孤勇前行。 同行的肯定更加中肯。曾经的“光伏教父”、上迈新能源科技有限公司董事长施正荣评价道:“晶体硅电池的理论极限转换效率是29.4%,所以从这一点我们可以看到,商业化尺寸的这样一个晶体硅电池,能够做到26.81%的转化效率,跟理论极限就差3%都不到,这是一个非常重要的里程碑的意义。” 创下世界纪录只是起点,掌舵者李振国再次为隆基定下了下一个技术制高点:“两三年之内一定实现低成本量产化,并且将26.81%再次拔高至27.5%。” 李振国的笃定无疑来自于过硬的技术团队和源源不断的资金投入。2022年7月25日,被誉为“光伏大脑”的秦创原光伏创新中心·隆基中央研究院正式投用,是目前技术水平最先进的电池研发中心,旨在为下一代高效电池产业化提供研发技术支持和专利储备。 而隆基的超高研发投入在光伏行业更是有口皆碑。从2012年至2021年,隆基十年研发支出高达超百亿元,位居光伏行业榜首。   3、可持续发展的先行者 十余年来,隆基绿能坚持高强度的研发投入,带来了光伏产品成本的持续降低、全生命周期能量回收时间的大幅缩减、转换效率的提高以及使用寿命的延长。隆基绿能掀起的科技变革,使光伏度电成本大幅降低,让全球更多国家地区,尤其是发展中国家、欠发达国家和地区,能够享受可负担的清洁能源。 顺应全球碳中和趋势,隆基绿能提出了“Solar for Solar”用清洁能源制造清洁能源的理念,在生产经营中坚持绿色低碳发展,始终走在国际气候行动的前沿。在光伏行业,隆基绿能是首个设定科学减碳目标的公司,也是目前唯一同时加入气候组织三项倡议并承诺相应目标的中国企业。此外,隆基绿能在公司治理领域的表现也颇为亮眼。“让人类在实现碳中和的道路上付出的成本越来越低。”李振国曾多次强调隆基的基本使命与责任。 随后,隆基先后加入RE100、EP100、EV100和科学碳目标(SBTi),并向国际社会立下庄严承诺。作为唯一一家同时加入这四个倡议的中国企业,隆基坚定践行绿色发展目标。2021年,隆基首次按照科学碳目标(SBTi)要求提出减排目标:以2020年为基准,2030年运营范围内的温室气体排放下降60%;在2030年采购的每吨硅料、每瓦电池片和每吨玻璃的碳排放强度相比2020年下降20%。 与此同时,从2020年起隆基将社会责任报告升级为可持续发展报告。隆基绿能品牌总经理霍焱曾向媒体解释:“从2020年开始,隆基将履行社会责任的重心更加聚焦在气候变化与可持续发展领域,将‘社会责任报告’升级为‘可持续发展报告’,更加符合国家关于企业社会责任披露要求和国际ESG标准。” 隆基2021年可持续发展报告已成功通过了SGS通标的认证,领先于行业。 更令圈内圈外侧目的是,其首个“零碳工厂”即将落地。2021年在联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP15)期间,隆基宣布2023年将把保山隆基生产基地打造为隆基首个“零碳工厂”,计划通过使用100%的可再生电力、节能技改和购买CCER等抵消措施,实现运营范围内的“零碳”排放。这既是光伏行业的首个“零碳工厂”,也是“Solar for Solar”蓝图的真正落地。 刚刚过去的2022年,隆基ESG建设可谓“盆钵盈满”,也获得了诸多认可。它入选2022福布斯中国ESG50榜单、2022财富中国ESG影响力榜、2022“金责奖”年度可持续发展奖…… “到2023年底再回头来看,隆基的进步一定会比2022年更大一些。”这是钟宝申的新年愿景,同时也是关心和关怀产业进步的光伏人的共同焦点。