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為什么166硅片是光伏全產業鏈的最優選擇?

放大字體??縮小字體 光伏產業網訊 發布日期:2019-09-27??瀏覽次數:212
核心提示:為什么166硅片是光伏全產業鏈的最優選擇?
   1.引言
  
  2019年6月份隆基在SNEC展會上正式發布了166mm邊距的M6單晶硅片和基于M6硅片的Hi-MO4高功率組件,M6硅片一經推出,便獲得行業高度關注與認可,目前隆基的Hi-MO4組件已經獲得近3GW的訂單需求,廣大一線廠家陸續跟進M6硅片并積極規劃相應組件產品,可以說M6硅片已經獲得了初步的成功。而M6規格的推出,并非基于硅片端具有這樣的制造能力,而是綜合考量了電站系統端, 電池、組件、硅片制造端的情況,經過反復調研論證后做出的決策,在天時、地利、人和的共同支持下才獲得了目前的效果,并非表面看起來這般容易。
  
  
  
  2. 產業各環節的兼容性
  
  M6規格的推出,首先考慮的就是系統端的接受度,因為沒了下游的需求上游的變動就是空談。為了節省電站BOS成本,系統端客戶有提升組件功率的需求,可接受一定程度的組件尺寸變大,因此存在做大硅片與做多硅片兩條路線,從156.75mm到158.75mm的微調因變動較小受到的阻力很小;由72片到78片的變化組件功率提升更高從而節省了更多的安裝成本,但在電站設計中也發現在相同功率提升時,大硅片帶來的高電流相比增加電池片片數帶來的高電壓,在逆變器兼容的條件下可在支架、地樁和電纜上帶來更高的節省。因此確定把單晶硅片進一步做大是在系統端有價值并為客戶廣泛認可的。
  
  再具體考察系統端的兼容性,采用M6硅片的72片電池(全電池)雙面組件重量已接近30kg,基本達到了2人便捷安裝的極限;電流方面雙面組件在背面發電增益15%的情況下峰值工作電流達到11.92A (1000W/m2,25°C),考慮一些地區的正午的輻照值會高于1000W/m2需一定余量,M6硅片也使組件工作電流達到了剛剛為雙面組件把組串電流升級到12.5A~13A的組串式逆變器的極限,集中和集散式逆變器也同樣兼容。對采用固定支架的地面電站同容量具體分析表明:采用M6硅片相對M2硅片可節省約6分/Wp的電站BOS成本,這是組件制成后可以直接獲得的價值。
  
  系統端的價值使組件廠有了制造該產品的動機,率先制造的企業會獲得產品優勢乃至獲得一定溢價,組件端設備的相對低成本使得流水線與工裝夾具改造的阻力較小。在組件成本方面,一方面邊框、玻璃、接線盒電纜、硅膠、包材等物料的成本增加低于組件功率的提升值,使得每Wp的BOS成本節省近2分錢,另一方面組件功率的提升攤薄了每W的制造成本,節省半分錢以上。因此,在組件制造過程中的電池碎片率沒有明顯提高的前提下,組件端采用M6硅片可獲得約2.5分/Wp的成本降低。
  
  電池制造環節是投資最重的環節,在組件端的需求下,設備的兼容性對于大硅片的應用仍非常重要。電池環節利用大硅片的關鍵制約因在于擴散、退火、PECVD等過程的管式爐直徑,略有一定倒角的M6硅片能夠兼容近幾年的設備,僅工裝夾具的改造成本很有限。電池片功率增加帶來的生產效率提升理論上可帶來2.5分/Wp以上的成本降低,但前提是保持相當的碎片率、良率及硅成本(硅片厚度)。從目前率先量產M6電池廠家的數據來看,基本可以確認在M6硅片上可以保持和之前M2硅片相當的效率、碎片率和良率水平,因此M6硅片在電池制造端也很好地平衡了各種綜合因素,可以說在相當長一段時間內是電池制造允許的上限。
  
  單晶長晶和切片端對M6是完全兼容的,硅片端推M6的原因就是面對電池組件端紛繁的硅片尺寸需求,希望一步到位再次統一規格(類似此前統一到M2),為整個行業統一標準,減少不必要的成本浪費。
  
  3. M6推廣成功的原因
  
  根據以上分析,M6對于產業鏈各環節有很好的兼容性并可為各環節帶來價值。在地利、人和、天時的支持下預期將取得大規模推廣的成功,形成對M2及M2+的替代效應。
  
  地利:即對現有制造環節的兼容性,從硅片到系統對于較新的產線均沒有明顯的制約,對老產線的不兼容也與新產能淘汰老產能的趨勢相符合。相對較大的改造發生在投資較低的組件端,電池端尤其在核心鍍膜設備上的兼容性非常重要,否則如該設備需要重新開發設計就會大大延緩采用M6的電池組件推出的時機。
  
  人和:M6規格可以為電站、組件、電池、硅片各環節均帶來價值,因此易于受到各方面的支持,此外隆基在業內廣泛的合作網絡與推廣能力更起到了推波助瀾的作用。
  
  天時:此次尺寸變動主要原因是在強烈的市場競爭壓力下,組件企業在2018年下半年紛紛嘗試各種不同的硅片尺寸,如157.4mm、157.8mm、158.75mm、161.7mm及166mm,設備廠、輔材廠、電站設計單位與投資者均希望有一個統一的尺寸規格以減少產品種類、提高設計兼容性,M6單晶硅片的推出順應這一需求;另外在2019年新增了大量的單晶PERC電池產能,M6的推出及其生產兼容性使這些新增產能都考慮到兼容M6乃至直接上馬M6。因此,M6規格的推出時機是非常合適的。
  
  4. M12的制約因素
  
  組件尺寸與重量:
  
  M12硅片(邊距210mm方片)相對于M6面積大幅增加了60.8%(比M2面積大80.5%),原有的72片電池版型必然是下游無法安裝應用的,于是有了與原72片M6相對應的60片M12,其有效面積(組件中的電池面積)仍增大了34%,組件重量將達到40kg左右,兩個人的搬運安裝存在困難。這樣尺寸和重量的組件安裝在跟蹤支架上后,兩者面對較強風載可能存在可靠性風險,持續風載作用下也容易出現隱裂。可以參考的是此前有企業推出過96片M2的組件,因尺寸大并未有客戶接受,而M12的組件比該產品有效面積還大了12.7%。此外對于部分情況下需要單人搬運組件的居民屋頂,60片M6的組件也已到達舒適重量的極限,M12做40片或其他片數也并不產生客戶價值。
  
  逆變器:采用M6的組件電流可估算M12組件的工作電流可達19A以上,遠超目前逆變器的組串電流,如果更改設計2路合為1路使用,則又會有一定浪費顯著抬高逆變器成本。
  
  從以上兩點可以看出M12在下游系統端并不產生價值,客戶沒有理由接受如此大的變動。
  
  電池、組件的制造端:
  
  最核心的是電池生產線完全不兼容,現有大量的PERC電池產線運行后將不可能改造為M12。電池制造各環各節均需要為M12開發設備,所開發的設備能否優化到現有的制造通量也存在很大不確定性(如鍍膜環節)。另外電池、組件生產過程中的碎片、良率、機載性能等方面均存在著很大不確定性。
  
  玻璃:
  
  通常的光伏玻璃窯爐可生產2.2~2.4米寬的玻璃,之后一切為二。考慮一定生產上的裁切余量,光伏組件用的玻璃寬度通常不超過1100mm以避免增加玻璃供應上的難度,個別小眾產品玻璃寬度也不超過1200mm。60片M12組件的寬度達到1.3m,因此使用常規產線生產將導致玻璃成本大幅增長。
  
  采用M6硅片的組件基本沿用了原有的邊框設計僅略增加B面厚度,硅片厚度可保持與現有M2相同。尺寸再增加30%很可能需要在背部增加加強桿導致與雙面電池的兼容困難,而面積比M6增大60.8%的M12硅片為了保障電池、組件的制造良率與無隱裂率其厚度勢必無法達到目前的170/180mm,接下來M6隨著規模制造的更加成熟厚度有進一步降低的趨勢,而M12尚無電池量產的時間表其薄片化也將更為困難。組件端潛在的驅動力是片數減少降低了片間隙的面積占比,但隨著各種無間隙技術的應用這一點點價值也將消失。
  
  綜合而言,在M12的應用上欠缺驅動力:系統端和組件端沒有看到價值而有很大變動和不兼容;電池端是唯一可能因應用M12而帶來一定價值的環節,但設備的性能、制造碎片率與硅片厚度的不明朗均使得該價值的具體數額有很大不確定性,電池制造商僅可能在未來新上的產能上少量試水。對于M12所期待的顛覆性電池技術HJT,實際上由于異質結昂貴的制造設備均為平板式鍍膜設備,硅片的增大就會導致平鋪的數量降低,并不存在明顯的通量價值。
  
  大致的對比就可以看出半導體與光伏行業的不同。半導體加工環節利用大硅片并不會影響輸送給封裝環節的制成品的形態,只是顯著增加了芯片數量從而獲得了更多的利潤。半導體加工環節的高產值使得利用12寸大硅片后獲得的價值遠高于光伏的電池環節,所以半導體行業有足夠的驅動力去要求更大的硅片及開發與12寸硅片匹配的制造體系。
  
  5. 總結
  
  光伏行業是一個競爭激烈的低利潤行業,電池組件制造上獲得的利潤并不支撐大的改變,166mm邊距的M6單晶硅片因其與現有制造與應用環節的高度兼容性以及能夠為各環節均帶來易兌現的價值才會在這波硅片尺寸變革的關口脫穎而出,預計將快速成為主流。規格的再次統一也是材料供應商與電站系統端所樂見的,更大尺寸的硅片因缺乏兼容性與明顯價值并不是值得考慮的方向。所以說在相當長一段時間內,166硅片是光伏全產業鏈的最優選擇。
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關鍵詞: 硅片
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