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这才是HJT降本之基础

光伏系统工程  来源:摩尔光伏  作者:吴龙海  2019/10/14 9:08:47  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:一、土建结构

光伏企业一般采用钢结构厂房,优点是施工周期短、成本低廉,其缺点是占地面积较大。很多项目落地所在地方规划条件有容积率限制,有时也可以考虑多层重载钢混工业厂房或改造原有工业厂房,除造价较高外,其优点是生产要素布置密度高,比如某1GW HJT生产线,三层结构,占地面积4000平方米,建筑面积12000平方米,1、2层主要安装洁净室,作为生产区域,3层作为动力层,放置空调机组、废气洗涤塔等动力设施。

(来源:微信公众号“摩尔光伏”ID:molepv)

HJT核心工艺设备PECVD和PVD较重,需要根据其荷载结果确定合理载荷量,如楼板每平方米承载1吨。为降低土建成本,尽量避免地下施工,但根据消防、废水处理的需要,仍然有一定地下水池开挖工作量。特别的,洁净车间地下需要规划大型地下管沟,方便走管及人员检修,除主要用于布置废水管线以外,也可布置部分气体、化学品、纯水、真空等管线,同时也可起到紧急排污作用,如出现化学品、水管爆裂,生产人员可将泄漏化学品或水驱赶至该地下管沟,再由外抽走处理。

HJT生产需要硅烷、磷烷、砷烷、氨水、氢气、双氧水五种甲类化学品以及其它若干酸碱类化学品、气体,一般配置两个独立的甲类库,一个用于三个烷类和氢气,另一个用于存放化学品和气体,甲类库安全间距最少25米,做好消防、安全设计,必要时可设置防爆墙,规范安全生产流程。

二、洁净室的结构

HJT生产线为追求产品良率,普遍采用千级(ISO6)洁净室,因此使用MAU+FFU是主流方式,其特点是洁净室上方有一个静压风层。一种简单的节约运行成本方法是使用PTFEHEPA替代传统的玻纤HEPA,空气阻力低,节能40%。若使用PTFEHEPA,MAU的风机额定压力也可选低。

光伏行业由于工艺设备,常采用大开间即ballroom的洁净室结构,为降低整个暖通成本,也可采用baychase结构,即工艺设备置于万级(ISO7)洁净区域,俗称"灰区"或"维修区",与硅片接触的"生产区"设置成千级区域。为方便PECVD开腔PM的需要,"灰区"内也可设置可移动式微环境工作罩(mini environment),配置按需使用的排风装置,从而大大减轻PECVD工艺设备对厂务环境的要求,降低生产成本。

湿法黑硅设备建议放入一个单独的区域,因为有酸、碱性化学品挥发出腐蚀类气体,此处应该严格控制化学台对厂务排风的需求。有的公司单台设备要求4000立方米/小时的排风非常不合理,应尽量降低到常规的2000-2500立方米/小时以下,因为排出多少风,就需要新风系统补充多少风,这对24小时连续生产的HJT生产线是一个严重负担,并加大厂务设施的建设投入和生产成本。一种简单的方法是为化学台配置localwetscrubber,如果localwetscrubber排放的气体经高灵敏度专用气体传感器未侦测到危险浓度,应允许向该车间排放,进入车间内洁净风循环,超标则向厂务端排放。或使用带活性炭的HEPA,该合格排风可排至静压风层;前述PTFEHEPA对轻微酸碱环境也有较佳抗腐蚀能力,特别是针对B离子有较强吸附作用,而环境中的B元素,比如刻蚀Al常用的BCl3,玷污N型单晶硅片,形成B-O复合体,是降低发电效率的一个污染因素。

不同区域的洁净车间可执行不同的温湿度、正压控制目标。比如PECVD"灰区"开腔PM时,腔内残留高能聚合物迅速与空气中的水分发生水解反应产生酸雾,腐蚀设备和车间,可通过调低该区域的湿度减轻危害;湿法设备"灰区"可实现对外界正压,对洁净室其它区域负压的压差控制策略,减轻其酸碱化学品因饱和蒸气压自挥发造成的扩散,降低厂务端排风负荷;PECVD、PVD所使用的干泵可单独放置在一个靠外的房间,可做简易净化和温控,无需除湿措施(除湿成本远高于温控成本),对主体洁净室的污染大幅减轻的同时,降低了整个洁净室的热负荷,大大减轻整个暖通系统的运行成本。

三、冷冻站

厂务设施的核心是冷冻站,负责全厂的冷热水供应,单机耗电量甚至超过PECVD和PVD等核心工艺设备,对冰水机组的设计、选型尤为重要。下图是冷冻站效率图,节能突出的冷冻站给HJT工厂带来的成本降低效果是显著的。

由于变频技术的大量引入,厂务经理无需太复杂的暖通计算能力,就能确定冰水机组主要规格。笔者建议暖通参数选取当地气候条件、360天工作日、过去十年极端气温(最高、最低),南方地区加强考虑除湿冷负荷,以及台风天气造成的低气压波动,北方地区则注意加强加湿。冬季或过渡季节合适气温下一般使用冷却塔直接给PCW散热,尽量减少冰水机组的工作负荷。

下图是由上到下分别是磁悬浮机(红色)、普通交流变频离心机、普通定频离心机在横坐标轴代表不同负荷百分比下的机组能效COP图,我们可以很清楚的看到,磁悬浮机的IPLV要比普通螺杆机或离心机(IPLV=5.5-7.5)省电50%。

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以下是两个采用新技术全变频冷冻站项目的关键参数对比表,其中A项目使用变频离心冷水机组,B项目使用磁悬浮离心冷水机组。我们可以看到B项目的综合COP(8.04)明显高于A项目的4.23,尽管目前国内采购磁悬浮离心冷水机组的价格几乎是普通离心机的一倍,但针对像HJT这样大规模工厂,考虑到气温多变、生产负荷也多变的情况下,选择高效的磁悬浮机回报周期快,大幅降低暖通成本在综合成本(COO)中的比重。

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四、PSA

变压吸附制氮(PSA)最早是由中国人在上个世纪70年代发明的一种简单有效的空分技术,美国最强大的F22战斗机也利用PSA装置小巧的优点,为其飞行员提供氧气(PSA也可制氧)。在HJT工厂,存在大量使用氮气用于驱动气缸、隔膜阀,或隔离氧气防止氧化如氮气柜等并不与生产介质(单晶硅片)直接接触的场合,而这些地方没必要使用传统液氮气化制出的99.999%氮气。通过统计细分我们可以发现,HJT工厂不需要5N氮气的场合高达60%以上,再加上自2018年初开始国内液氮市场价格节节攀升,使用PSA自行制氮成为降低HJT工厂气动成本的一种重要举措。

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上表是常州比太科技有限公司为其某客户设计的对比表,我们可以看出,PSA节约43%的综合成本,降本效果明显。

PSA的缺点是出气质量不像液氮气化那样稳定,因此采购中一般采用4N规格,从而能确保99.95%以上的出气质量。如果需要更加稳定的出气质量,甚至全替代液氮气化装置,可使用国产钯管纯化器,一般可提升进气1~3个数量级,这种做法在相近的LED行业早已普及。需要注意的是,HJT生产工艺对碳污染敏感,可能会跟硅片直接接触的氮气,比如PECVD腔内吹扫,不使用加碳纯化的纯化器或活性炭过滤器。

五、背压阀和倍压阀

背压阀使用一种弹簧结构,对水管线进行恒压控制,当水压超过设定压力时,水流径扩大,反之缩小,从而机械性保持供水压力均衡。实践表明,HJT生产线所使用的纯水站向多台化学台供应纯水时,某一台化学台开始用水,供水主管线压力因水不可压缩造成压力剧减,影响其它化学台用水。在一般使用等程设计和变频控制的基础上,在各化学台纯水供水管的hookup点增加一个背压阀,有利于主管线水压稳定,变相减少回流,减轻纯水站负担。

倍压阀,又叫增压阀,是一种机械阀,用于气体管线上,比如CDA和氮气,在总流量守恒的前提下,可实现对输入气压增倍2倍、4倍或更多偶数倍增压,因此特别适宜用于具备需要高压的使用点,比如气缸驱动开腔。如果CDA系统主管道5kgf/cm2,使用2倍倍压阀,出口即可实现10kgf/cm2压力,生产实践中一般在倍压阀后增加小型缓冲气罐和稳压阀实现可靠的高压CDA供应。因此局部的、少量的需要高压CDA的场合,仍然可以使用标准规格6.9kgf/cm2的空压机。行业经验统计表明每降低CDA系统主管压力1kgf/cm2,节能7%。要知道,在空压系统的全部成本里面,空压机采购成本仅占5%,而运行成本(电力消耗)高达90%以上,其它2-3%是维修成本,节能7%意味着每年可新买一台高排气量的空压机。

六、总结

厂务系统的节能降本范围非常广阔,比如有工厂使用液氮汽化器的冷凝水回流至冷却塔降低其水温,废水热回收、CDA热回收、地源热泵、能源塔(一般适合南方地区)、废气风管热管热回收、热回收新风空调等等成熟方案和技术,在HJT工厂建设过程中,需要经验丰富的厂务人员,与设计院、机电安装施工单位相结合,依据项目现场的实际情况,进行精心设计、优化,从而确保HJT工厂自设计之始就处于行业内领先地位,达到有利降低产品生产运营成本的目的。

原标题:这,才是HJT降本之基础

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