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双面、大尺寸、差异化 一文读懂光伏玻璃技术发展方向

光伏原材料及辅料  来源:中航三鑫    2020/5/18 8:26:46  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:随着光伏补贴的降低和平价上网时代的到来,在持续降本的巨大压力下,近年来光伏电池和组件的技术发展日新月异,形式多种多样。但是,与光伏玻璃相关的组件技术发展方向主要是:双面双玻光伏组件、大尺寸光伏组件和差异化光伏组件。

与光伏玻璃相关的组件技术方向

1.1 双面光伏组件

双面组件是指采用了双面电池的光伏组件,可显著提高系统的发电量和降低系统的发电成本。近年来,随着制作工艺的成熟和对应成本的降低,从2018年开始国内多家大型组件企业已经进入双面组件规模化量产阶段,2019年双面组件实际产量超过15GW,双面组件产能达到25GW以上。双面发电技术已经成为光伏企业的重要发力点,正以燎原之势快速发展。

双面组件出现于2016年,截至2018年底,主要采用2.5mm+2.5mm双玻无框和有框两种封装方式。2018年底,由于2.0mm半钢化光伏玻璃量产能力的提升以及成本的明显下降,隆基和阿特斯率先大规模地开启了对于2.0mm+2.0mm双面双玻有框组件的量产,在满足强度和成本要求的情况下,大幅度降低了双面双玻组件的重量(以72片电池组件为例,双面双玻组件重量可降低5KG),逐渐赢得了市场的高度认可。因此,2019年光伏组件企业对双面组件主要采用的是2.0mm+2.0mm双玻有框的封装方式。

2019年,市面上也出现一些对双面组件新的封装方式,如1.6mm+1.6mm双玻有框和3.2mm+透明背板有框的封装方式。随着透明背板加入而产生的竞争,笔者认为双面双玻组件有必要进一步降低玻璃厚度和提升玻璃强度来增强双面双玻组件的竞争优势。

1.2 大尺寸光伏组件

光伏行业逐渐形成共识,通过增大电池尺寸或增加电池数量来大幅度增加单个光伏组件的发电功率,可以明显降低电站的系统发电成本(BOS 成本),这比提高电池效率做起来更容易、效果也更明显。

从2018年开始,隆基率先推出M6电池片(长度166.75mm),比主流M2电池片(长度156.75mm)的单片面积大了13%左右,也就意味着同样电池片数量的组件发电功率提高了13%左右。但是,中环于2019年8月召开新产品发布会,革命性地推出了M12电池片(长度210mm),比主流M2电池片(长度156.75mm)的单片面积大了80%左右。

随着中环M12电池片以及相对应的500W和600W组件的推出,由于其可以大幅度降低电站的BOS成本而引起市场的高度关注。面对M12电池组件的高功率挑战,国内外大型组件厂已经计划采取增加单个组件电池数量的方式来应对。高功率大尺寸组件的竞争格局已经逐步显现!

1.3 差异化光伏组件

出于对光伏组件不同安装环境和使用需求,终端客户对光伏组件会作出一些特殊要求,这就会出现不同类型的光伏组件,如:用于机场或机场附近的防眩光光伏组件、用于屋顶的黑色无色差光伏组件、用于海边或水面的防潮型光伏组件、用于沙漠地区的耐风沙光伏组件以及特殊尺寸的BIPV或RIPV光伏组件等。

目前差异化光伏组件的市场占比还非常小,但笔者认为随着光伏组件的成本的进一步降低、应用场景越来越广泛,市场上对于差异化光伏组件的需求一定会越来越多,这需要有与之配套的差异化或定制化光伏材料,尤其是作为光伏组件关键辅材的光伏玻璃(此处提到的差异化组件主要是和光伏玻璃的差异性相关联,不包括市场上所有类型的差异化组件类型)。

光伏玻璃的减薄方向

2.1 双玻组件的玻璃厚度选择

截至2018年,市面上对双面双玻组件主要采用的是2.5mm+2.5mm双玻有框的封装方式,而从2019年开始,双面双玻组件主要采用的是2.0mm+2.0mm双玻有框的封装方式,目前部分采用2.5mm玻璃作为双面双玻组件前后板的组件厂家也正在积极地认证2.0mm玻璃的双面双玻组件,计划尽快将2.5mm玻璃切换为2.0mm玻璃。

双面双玻组件的玻璃从2.5mm降低到2.0mm的主要原因是:2.0mm玻璃的重量降低了20%、2.0mm玻璃的成本降低了4%左右、2.0mm玻璃的机械强度也能满足组件的机械载荷要求,且供应能力也得到了保障。

目前,有些企业已经开始生产1.6mm的光伏玻璃, 同时个别组件企业也开始生产1.6mm+1.6mm双面双玻组件。随着1.6mm光伏玻璃钢化性能的提升、成本的下降以及供应能力的提升,笔者认为1.6mm+1.6mm双面双玻组件将会更多的应用于屋顶,并逐步替代现有的3.2mm的单玻常规组件。因为在重量、成本基本相同的情况下,屋顶客户会更倾向于选择质保更长久的双玻双面组件。

从双面组件的背板玻璃类型选择来看,各家组件厂为了追求更高的光伏组件双面率,目前双面组件的背板玻璃基本选择的是超白压花光伏玻璃而不是浮法玻璃,是因为在背板玻璃无需镀膜的情况下,2.0mm超白压花光伏玻璃92%左右的透过率明显高于2.0mm 浮法玻璃90%左右的透过率。但是,在未来可能存在的压花玻璃供应紧张和浮法玻璃成本优势的情况下,双面双玻组件背板玻璃类型可能会一部分转向对浮法玻璃的使用。

2.2 单玻组件的玻璃厚度选择

在2014年之前,还有较多用于欧美的72电池片的光伏组件采用的是4.0mm厚的光伏玻璃。在消除了对玻璃强度的顾虑后,出于成本、重量考虑,光伏组件基本上采用的都是3.2mm光伏玻璃,4.0mm的光伏玻璃在2014年之后便逐渐地退出了历史舞台。

在2014年左右,韩国LG了解到2.8mm厚的玻璃是玻璃行业长期以来能够进行全钢化的厚度下限后,在测试和认证完成后,韩国LG便全面采用2.8mm光伏玻璃作为其光伏组件的盖板玻璃,直到现在全球采用低于3.2mm光伏玻璃作为单玻光伏组件盖板玻璃的组件厂家依然是少数。

在2017年初,随着中航三鑫在全球首次推出2.5mm的全钢化玻璃,其各方面的机械性能直逼3.2mm钢化玻璃,让我们看到了2.5mm全钢化玻璃替代3.2mm或2.8mm光伏玻璃作为单玻组件盖板的可能性。随后便引起了海外多家知名组件企业的关注。

在美国2019年的SPI展会上,我们已经看到知名组件企业美国Sunpower和台湾URE已经展出中航三鑫2.5mm全钢化光伏玻璃的单玻组件,其中Sunpower已于2017年底便拿到了其认证。此次展会后,韩国知名组件企业便对2.5mm全钢化光伏玻璃取代单玻组件上的3.2mm光伏玻璃产生了极强的兴趣,并计划进行2.5mm全钢化光伏玻璃的测试和认证。

因此,笔者有一个大胆的预测,未来会有很大一部分的屋顶用单玻光伏组件会开始采用2.5mm全钢化玻璃作为其盖板,因为这是一个非常明确的降本和减重的方向,目前已经引起了多家知名光伏组件企业的关注。

2.3 光伏玻璃减薄对产能的影响

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由上表可见,玻璃公称厚度从3.2mm分别降到2.5mm、2.0mm和1.6mm时,目前同样窑炉的玻璃产能分别可提升17%、41%和60%。但是,随着薄玻璃成品率的提升和厚度控制得更加精准,薄玻璃的产能有望可以进一步的提升。

2.4 光伏玻璃减薄对成本的影响

随着厚度的降低和规模化的生产,变薄的光伏玻璃的制造成本和售价会出现相应明显的下降。目前,市场上2.5mm的半钢化玻璃比3.2mm的钢化玻璃价格低10~12%,2.0mm的半钢化玻璃比3.2mm的钢化玻璃的价格低12~15%。

因此,笔者认为从降本和尽快实现光伏发电全面 “平价上网” 的角度来看,光伏玻璃的减薄一定是个必然趋势。

2.5 光伏玻璃减薄对能源和环境的影响

光伏玻璃的生产是一个高能耗和有污染物排放的过程,目前全球90%以上的光伏玻璃窑炉是建在中国的。我们如果能够通过光伏玻璃的减薄来提升单个窑炉的产能用来满足更多的市场需求,反过来看就是减少了窑炉的数量,从而降低了能源的消耗和对环境的污染。

因此,笔者认为从节能、减排的角度来看,光伏玻璃的减薄是个必然趋势。

光伏玻璃的大尺寸方向

3.1 光伏玻璃的尺寸现状

长期以来,光伏组件主要是使用60片或72片的M2电池片封装而成,相应的光伏玻璃尺寸主要为长度为1.6~2.0米和宽度0.9~1.0米。

为了尽可能的提高成品率和降低成本,光伏玻璃制造企业的生产线基本上都是按照玻璃长度不超过2.2米、宽度不超过1.1米的标准来设置,如果超出这个尺寸,目前几乎大部分光伏玻璃制造企业都不能生产。

3.2 光伏玻璃的尺寸未来

随着半片、叠瓦、大尺寸电池片的兴起,光伏组件的组件尺寸设计得也越来越大、越来越杂,光伏玻璃的尺寸也随之变大、变多。

近期,M12电池的600W光伏组件设计的玻璃尺寸长度接近2300mm、宽度约1300mm,同时最新M6电池的500W光伏组件(6*14=84片电池片)设计的玻璃尺寸长度在2400mm左右、宽度1050mm左右。笔者认为未来1~3 年,大尺寸光伏玻璃的最大长度为2400mm左右、最大宽度为1300mm左右。

在BOS成本持续下降和全面实现 “平价上网” 的目标压力下,笔者认为会有越来越多的光伏组件企业参与到高功率组件的竞争中来,在2020年三季度左右就会出现超大尺寸组件的批量生产和面世。那么,作为光伏玻璃的制造企业,是否会在大尺寸玻璃的需求爆发前,做好提前准备呢?

3.3 光伏玻璃的产线改造

针对长度2400mm、宽度1300mm的大尺寸光伏玻璃,下面从几个主要的光伏玻璃生产工序来分析其改造必要性、周期和成本。

3.3.1 从压延工序分析

因为板面宽度不足原因,市场上现有的部分窑炉口压延机可能需要拓宽改造,改造周期一般在3~4 个月,成本在150万元左右/线。

3.3.2 从磨边工序分析

因为长度的磨边能力限制原因,市场上现有的绝大部分磨边机都需要更换,改造周期一般在4~5 个月,成本在150万元左右/大线。

3.3.3 从镀膜工序分析

因为镀膜辊宽度原因,市场上现有的绝大部分镀膜设备和镀膜辊都需要更换,改造周期一般在4~5 个月,成本在300万元左右/大线。

3.3.4 从钢化工序分析

因为钢化宽度限制的主要原因,市场上现有的绝大部分钢化设备都需要更换,改造周期一般在4~5 个月,成本在650万元左右/线。

3.3.5 从清洗工序分析

因为宽度限制的主要原因,市场上现有的绝大部分清晰设备都需要更换,改造周期一般在2~3 个月,成本在50万元左右/大线。

3.3.6 从堆垛工序分析

因为玻璃长度限制原因,市场上现有的绝大部分堆垛设备都需要更换,改造周期一般在2~3个月,成本在100万元左右/线。

从以上情况来看,针对大尺寸光伏玻璃的需求,笔者建议是可以改造原片线的窑炉口压延机设备,对于加工线来说,考虑到大尺寸玻璃还存在传输等多方面的影响,笔者建议有针对性地直接建设新线专门用于大尺寸光伏玻璃的生产。

光伏玻璃的差异化方向

4.1 双层镀膜高透玻璃

相较于常规的单层镀膜光伏玻璃,双层镀膜高透玻璃具有提高太阳光透过率和增强光伏玻璃的抗湿性能两大特点。

双层镀膜提高太阳光透过率的原理是:先在光伏玻璃表面分别镀上底层膜和表层膜,底层膜主要成分为二氧化硅,折射率1.44,厚度约为80nm,表层膜和常规单层镀膜一样,折射率约为1.29,厚度约为110nm。通过调节底层膜和表层膜的厚度可以进一步降低太阳光的反射率和提高红外线波段的光线透过率,从而获得比单层镀膜玻璃更高的太阳光透过率。

双层镀膜增强光伏玻璃的抗湿性能的原理是:由于底层膜是致密的二氧化硅层,可以更好地阻挡空气中水汽到达玻璃表面,较好地避免了玻璃中Na2SiO3等发生水解反应从而形成金属氢氧化物而进一步侵蚀SiO2膜层结构并最终会导致光伏玻璃的透过率下降的情况。因此,双层镀膜玻璃具有更好地适应湿热环境的性能。从权威测试机构的湿热测试报告来看,双层镀膜确实相较于单层镀膜玻璃有着更好的抗湿热性能表现。

因此,需要高功率的光伏组件或安装于较为潮湿位置如海边或水上电站用光伏组件,笔者建议可以选择双层镀膜高透玻璃。在成本和价格控制方面,双层镀膜高透玻璃较单层镀膜玻璃仅仅增加3~4%左右,具有较高的性价比。

4.2 双层镀膜无色玻璃

双层镀膜玻璃,可以通过底层膜和表层膜的厚度调节来降低紫外线和红外线波段的光线反射率,从而使得双层镀膜的外观颜色看起来非常淡,甚至可以调节到 “透明色”,因而称为 “双层镀膜无色玻璃”。

而单层镀膜玻璃对紫外线和红外线波段的光线反射率较高,因而单层镀膜玻璃的表面容易出现红紫相间的情况,整体看起来呈现为不太均匀的蓝色。

对于欧美的屋顶客户来说,其对光伏组件的外观颜色一致性的要求较高,因而部分国内外知名的组件企业开始选用双层镀膜无色玻璃作为其屋顶组件的专用光伏玻璃,尤其是黑色屋顶组件的选择更是倾向于选用双层镀膜无色玻璃。

双层镀膜无色玻璃的成本增加和双层镀膜高透玻璃基本一致。笔者相信,随着光伏组件的成本降低而带动的屋顶光伏组件的需求将进一步扩大,对于双层镀膜无色玻璃的需求一定会快速增长。

4.3 特殊应用光伏玻璃

据了解,国外部分组件企业已经朝向BIPV(建筑一体化光伏发电)或RIPV(屋顶一体化光伏发电)方向发展,此类型的组件可能需要用到特殊尺寸、特殊形状的光伏玻璃,也有可能需要在光伏玻璃的表面印刷不同类型的颜色或图案。虽然目前来看对BIPV和RIPV的应用还是非常少的,但从长远来看,BIPV或RIPV是一种必然的应用发展方向,也就是说,光伏玻璃行业也应当去考虑社会对这个方面的需求趋势。

结语

关注和找准光伏玻璃的技术发展方向对于光伏玻璃行业的健康发展具有良好的引导作用,对光伏行业的技术进步也会提供强有力的支持并起到促进作用。

投稿联系:陈女士 13693626116   QQ: 1831213786
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