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166&210mm:光伏大硅片到底为我们节省了什么?

光伏原材料及辅料  来源:SolarWit  作者:Solarwit治雨  2019/9/11 14:01:53  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:这是一篇否定自我的文章,因为之前我并不看好大硅片带来的应用价值。在此之前,我以面积相关成本为圣条,固执的认为:仅是增大组件面积而不提升组件效率无法为产业创造价值。然而事实证明我错了,回顾我的错误,我错就错在没有详细的精算大硅片带来的成本节约,而是想当然的认为,轻易的下判断。作为致力于为光伏行业传播正确而有用信息的我,对行业如此重要的产业方向发生如此重大的认知错误,我深感惭愧。

大硅片带来的成本节约的机理比较复杂,我想这也就是为什么总是有人对大硅片节约成本的问题嗤之以鼻(包括之前的我自己),近期有幸获得了隆基166华山论剑会议的诸多报告资料,也有幸参加了中环在天津举行的210大硅片推广会,正是这些会议以及会议资料让我对大硅片带来的成本节约有了更多更深入的思考,也感谢朋友们为我提供的详尽的数据资料,使我构建出能令自己信服的精算模型。根据这个精算模型,大硅片带来成本节约的机理至少有三种:通量价值、饺皮效应、块数相关成本。让我们正式开始详尽剖析大硅片的成本节约吧。

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各种硅片尺寸的介绍对比(各种尺寸硅片面积)

M2尺寸是当前市场占据绝对主流的尺寸,在2015年由隆基&中环联手制定的尺寸标准,其边长为156.75mm,对角线长度为210mm,每张硅片的面积是24432平方毫米,当下市场占有率约为85%;G1是由晶科能源于2018年首发主推的产品尺寸,特色是边长为158.75mm的方形单晶硅片,硅片面积是25199平方毫米,比M2硅片面积大3.14%。既有产能技改最为方便,同时能实现最组件面积的最高效利用,是兼顾老产能的良好尺寸,当前市场占有率约为10%

M6是隆基股份主推的产品尺寸,预计在2019年四季度开始产业化应用,其边长为166mm、对角线直径为223,硅片面积为27412平方毫米,比M2尺寸大12.20%,得益于隆基股份强大的市场号召力,在2019年新增形成的50GW的全新电池产能均为166这一尺寸做了兼容考虑,我认为其未来市场占有率快速提升(2021年达到50%?)

M12是中环股份在8月16日首发推广的基于12英寸硅片技术的硅片,是把半导体技术应用于光伏产业的新一轮尝试,M12是边长为210mm的方形单晶硅片,硅片面积达到了44092平方毫米,比当前常规产品M2大80.47%,由于最近电池片环节刚刚完成了一轮产能个性且M12技术跨度过大,我调研的结果是产业内现有产能短期内难以通过技术改造实现对M12的兼容。硅片产业环节已经实现双寡头格局,硅片变大确实能带来成本节约,我认为伴随着下一代电池技术的产能革新的浪潮,新建产能有可能直接为210硅片设计,进而迎来大范围的普及,大硅片代表着未来产业的方向,这一点现已不用怀疑。

大硅片节约成本的三种机理分析

一、“通量价值”带来的成本节约

在大硅片、大组件带来的成本节约的机制当中,“通量价值”是最好理解的一类,也是推广大硅片过程中被提到的最多的一类。所谓“通量价值”是指大硅片带来产能提升但无需增加设备、人力和管理成本,进而使得单瓦成本降低的机理。能体现通量价值的具体产业环节有:

1、硅片制造环节:我们以M2硅片升级到M6为例,M6刚刚导入实际量产,我了解到的情况是单台炉子的产能和生产M2一致,但是M6有更大的优化空间,其单位时间生长的晶体数量会更多,未来量产优化好以后,在人员和设备数量不增加的情况下,生产M6会使得产能最多增加7%,这就意意味着人力、折旧、三项费用有潜力最高被摊低7%,毛估估在硅片环节通过导入M6的尺寸可最终使得硅片单瓦成本降低1.6分。

2、电池片制造环节:电池片的生产按照节拍来计算,例如最新一代电池产线产能是5500片/小时;倘若从生产M2变为生产M6并且生产节拍保持不变,由于硅片面积变大了12.2%,就意味着产能也增到了12.2%,而这一过程当中所需要的人力和折旧并不会发生明显变化。电池片产业环节的这一提升会使得“单瓦”成本降低1分钱。

3、组件封装环节:组件封装环节也有通量价值的效应,例如EL和功率测试仪器,均是按照节拍来计算,测试一块组件无论组件大小所需消耗的时间和人力均是一样的。但是组件环节投资成本低,折旧消耗少,通量价值在组件环节体现不明显,经测算通过通量价值在组件环节节约的成本仅为0.4分钱。

4、总结:大硅片在不增加设备、不增加人力消耗的情况下增加了现有设备的产能,进而使得单瓦组件所需要摊销的:人力、折旧、三项费用等成本相应的降低,这一成本节约机理使得那些投资成本高、产能折旧大的产业环节明显受益,这也就是为什么硅片、电池环节的成本节约明显大于组件环节的原因。

等等,讲到这里似乎有些不对的地方,按照一大帮券商和隆基股份的详细而严谨的分析资料,组件环节的成本节约是最大的,为治雨何根据“通量价值”测算组件环节节约是最少的呢?到底是谁算错了呢?

其实我们都没有算错,这所以出现如此的偏差,是因为在组件和电站环节还有其他的成本节省机理。

二、“饺皮效应”带来的成本节约

让我们做一个思想实验以方便大家更容易理解“饺皮效应”,我们假设一张饺子皮所能包下的馅儿的分量是“1”,那么我们把三张饺子皮揉在一起做成一个面积是原先三倍的大饺皮,那么这个“大饺皮”能包下的馅儿的分量是原先的多少倍呢?答案是九倍!(根据球体的表面积公式4πr²和球体体积公式(4/3)πr^3测得)。饺皮效应在组件和电站环节有诸多的体现,是大硅片带来成本节约的“最”重要机理。

1、边框的成本节约:我们按照相同的爬电距离、电池片间距、串间距测算组件尺寸,生产156.75边长72片版型组件所需要边框长度为6.01米;倘若生产166边长72版型组件,有效电池片面积增大12.2%,但是所需要的边框长度仅为6.33米,边框长度增加6.33÷6.01-1=5.3%。与之相应,边框所需要的密封胶也只需要增加5.3%的用量即可。由于边框是组件封装中成本仅次于电池的第二大材料,成本高达60元/套,所以仅边框的“饺皮”效应就给组件环节带来1.06分钱的成本节约。

2、玻璃、背板、EVA的成本节约:我们还是以M2的72版型与M6的72版型对比为例,电池片的总面积从24432mm²×72增加到了27412mm²×72增加了12.2%,但是组件所需要的玻璃、背板、EVA并没有相应的增加,经过精算分析,在爬电距离、电池串间距、汇流条间距等条件设定一致的情况下,从M2到M6所需要的玻璃、背板、EVA的面积仅需增加11.47%,这是典型的大馅儿薄皮而效应。聪明的读者这时或许会发现另外一个现象,由于从M2到M6电池片面积增加了12.2%,但组件面积只增加了11.47%,是否意味着大硅片在电池效率一致的情况下会提升组件效率呢?没错的,精算模型告诉我们,对于同样电池效率的组件,M6组件效率可比M2提升0.134%。

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仔细分析上面数据,我们甚至会惊讶的发现M6带倒角的电池片最终能实现的组件转换效率竟然略超158.75方单晶。166大硅片通过大馅儿薄皮效应提升了组件转换效率,这也是为什么其能在电站端节省成本的原因。经过我的精算分析,由于M6电池片面积增加12.2%,但是所需要的玻璃、EVA、背板等材料面积仅增加11.47%,最终使得单瓦组件成本节约0.19分钱。

3、焊带汇流条的成本节约:这两个材料也存在“饺皮效应”,电池片面积增加12.2%,但是汇流条长度仅需增加5.5%;焊带用量也仅增加5.5%。出现这样现象是因为电池片面积增加是“长和宽”两个维度共同变化,而焊带和汇流条仅需要增加“长或宽”一个维度,所以实际用量的增加仅为电池片面积增加量的平方根关系。经过我的精算模型的分析,M6组件焊带、汇流条的饺皮效应带来每瓦成本节约0.2分钱。

4、托盘和包材的成本节约:相信大家根据前面的案例对托盘和包装材料的成本节约机理能更容易理解,为了运输M6组件,托盘长度需要增加,但实际上仅需增加5.3%即可,纸箱也存在饺皮效应,但是纸箱的作用机理稍稍复杂一些,最终测算下来纸箱面积需要增加7%就可以装下大了12.2%的M6组件,由于近些年环保压力越来越大,纸浆和木材的成本越来越高,这一环节的饺皮效应给单瓦成本带来较大节约,为0.43分钱。

5、支架和桩基的成本节约:支架和桩基又是一个典型的“饺皮效应”,组件面积增加12.2%,但是支架长度只需要增加5.2%,单个子阵列的桩基数量也是相应的增加5.2%。考虑到大组件的风压载荷、动压载荷需要满足更高需求,支架强度需要适当增加,强度增加部分会使成本增加1~2%。最终测算下来,单瓦支架和桩基分别节省1.3分和2.4分,两者合计节省了3.7分钱。

6、总结:“饺皮效应”是大组件能带来成本节约的最核心机理,它体现在组件和电站的多个环节,合计给产业带来了5.58分钱的成本节约。

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其实“饺皮效应”去测算分析,我们就会轻而易举的得到一个结论:硅片越大越好,组件越大越好;但这种成本节约机理并不会这样的持续下去,因为它本质上是利用了材料的“余量价值”,例如挖掘了边框的强度余力、挖掘了支架的强度余力;倘若因组件变大我们需要加厚边框,倘若因组件变大我们需要加厚纸箱,那么这条机理就会失效。

三、“块数相关”的成本节约

所谓“块数相关成本”是指那些和组件的“块数”相关而和组件的面积大小无关的成本。此类型成本节约机理的本质也是利用了相关材料的余量价值,而且这类型成本只和块数相关,从M2升级到M6,该类型成本项下的成本几乎不增加,成本节约比例最大,下面我们就进行详细测算:

1、接线盒、灌封胶的成本节约:接线盒以及封装接线盒的灌封胶是非常典型的“块数相关成本”,由于接线盒的设计标准普遍可以承载15A甚至20A的电流,而M2组件电流仅为9.9A左右,即便是M6组件的电流最高也仅是11.2A,硅片面积的增大带来的电流增加利用了接线盒的余量价值,接线盒应用于M6组件上,成本“零”增加。与接线盒封装相关的灌封胶成本自然也就“零”增加。在接线盒余量能力以内的硅片面积增大,均不增加接线盒的成本,经测算此部分带来的组件封装环节的成本节约为0.68分钱。

2、汇流箱的成本节约:和接线盒一样,汇流箱是电站建设环节非常典型的“块数相关成本”,本质上也是在利用汇流箱电流承载能力的余量价值,我们以格尔木一个55MW电站阵列为例,如果使用M2 380瓦组件,最终需要使用360台汇流箱;而如果使用M6 425瓦组件,最终只需要使用320台汇流箱,同瓦数的电站下,汇流箱的成本节约12%。不过由于汇流箱的成本占比在电站端占比不高,节省幅度虽大,绝对值较小,可使每瓦电站节省0.3钱。

3、直流电缆的成本节约:直流电缆的成本和组件块数以及支架套数相关,我们还是以上面格尔木55MW电站为例,使用M2 380瓦组件需要144560块组件、2780套支架;而倘若我们使用M6 425瓦组件则仅需要128960块组件、2480套支架;得益于组件块数的减少和直接套数的减少,组件互联以及支架到集中逆变器所需要的电缆数量也相应减少,此部分成本节约机理给每瓦电站建设成本节约1.2分钱。

4、安装、施工的成本节约:按照隆基给出的成本测算模型,他们也把这部分当做了“块数相关”的成本节约,并认为每瓦能节约0.6分钱,对此我持有一定谨慎态度,因为这里面涉及了人的因素,工人具有自由意识,总是大硅片发挥了他们安装能力的余量价值,但相比工人也会因此诉求更高的工资回报。所以这部分最终能节省多少成本还需要在长期的实践当中、电站业主与施工方反复的讨价还价中最终测算出一个比较准确的数值,而本文处于谨慎考虑,暂时不认为M6在安装和施工环节能有成本节约。

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5、总结:个数相关的成本节约机理的特点是相关方面成本“零”增加,节省幅度大,主要节约体现在接线盒、灌封胶、汇流箱、直流电缆等多个环节,谨慎估计共计给产业带来2.18分钱的成本节约。

关于中环210产业方向的思考

本文的主体部分是测算对比M2与M6,是因为M6已经开始成熟的产业化应用,有充分的数据方便我们测算,以管窥豹,我们或许也可以通过上面的分析来预判M12 210mm大硅片的未来产业化方向。此部分没有明确的测算,仅是表达一下我的观点:

1、M12 210大硅片也会得益于“通量价值”、“饺皮效应”、“个数相关成本”等成本节约机理,而且在我的测算模型当中,结余的成本价质量也十分可观,从理论测算上,M12是完全可行的,可以切实为行业带来成本节约的。长期肯定是未来产业发展的方向。

2、短期看,M12大规模的产业化应用有困难,因为现有产能不能通过技改从156升级到210,就以丝网印刷机为例,如果要生产210硅片,丝网印刷机整线长度要增加10米,PECVD的管径也不能满足210的生产。由于210的跨步太大,需要电池产能从设计之初就要考虑而不是老产能技改。所以短期看,由于现有产能不支持并且我们刚刚完成一波Perc产能革新的浪潮,由于Perc电池片目前已经陷入了猛烈的价格战,在这样的市场环境下,电池厂商新上电池产能的动机不足,这也会阻碍近期M12的大规模普及。

3、从通量价值的角度看,大硅片有利于降低单位产能的投资成本,所以对于越是昂贵的电池设备,超大硅片能带来的成本节约效应越显著。我近期月度了多分HIT技术进展的调研纪要,感觉2~3年以后我们就可能迎来HIT技术普及的时代,或许伴随着HIT电池的普及,新一轮电池产能的革新浪潮,新建产能或许直接考虑对210的兼容,M12 210会顺势普及开来。

4、从M2到M12硅片尺寸跨步太大,从设备厂商方面了解到设备无法做到同时“有经济性”的兼容,这就导致了一个“共生”问题,156&166在设备实现上可以共生,设备可以兼容性的生产这两种规格,这对于新上产能心理压力会小一些,而对于210,一旦选择这条路,就没有回头路,因为使用210的大设备去生产M2这种小电池片会使得单瓦成本过高,不具有经济性。进而这就牵涉到产业生态的问题,终端消费者对210的认可和产能的布置必须是同步的。否则电池厂商不会轻易贸然上210的电池产能。

5、210组件的运输问题,长期看,中国的组件产出是要有70%以上出口到海外,以集装箱运输为主,我们要想保证一个内高为2.69米(高箱尺寸)集装箱高度内放下两托组件,就需要保证组件宽度<1.2米才行。所以从组件设计的角度看,组件1.2米宽已经是目前货物放置方式的极限宽度了。再宽就会导致即便高箱都放不下的尴尬情况,进而导致运输成本大增。

总结:纵使有以上分析的种种困难,我依旧看好大硅片带来的成本节约,讲问题是因为我想让大家知道,210产业推广不容易,对于有决心把这件事情做好的中环,要在产业生态上花更多心思,下更多功夫。用我总爱说的一句话:制造的问题终将不是问题,第一性原理的问题才是永远的问题。大硅片能节约成本是符合第一性原理的,至于其他那些细枝末节的事儿,相信只要假以时日必定能得到解决。中环股份8.16在天津的发布会更像是一次宣言、一响号角,他想告诉我们:未来已来,十年太久,只争朝夕,相信中环的这一次大硅片的宣告,会使我们在光伏产业革新浪潮中又一次进入了一个只争朝夕的时代。

原标题:166&210mm:光伏大硅片到底为我们节省了什么?

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