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近两年光伏最热门话题之一当属硅片尺寸之争,毋庸置疑的是,大尺寸硅片成为行业发展趋势。今日我们将结合硅片尺寸发展历程、当下各硅片尺寸对比等,与各位同仁分享中节能太阳能科技(镇江)有限公司(以下简称中节能太阳能镇江)在大硅片尺寸组件上的探索。
一、大尺寸已成行业趋势
(a)硅片尺寸发展历程
硅片尺寸经历了三次主要的变革:第一阶段1981年-2012年,硅片尺寸以100mm、125mm为主;第二阶段2012年-2015年,以156mm(M0)、156.75mm(M2)为主;第三阶段2018年以来,出现了158.75mm(G1)、161.7mm(M4)、163mm、166mm(M6)、210mm(G12)等更大尺寸硅片。
(b)大尺寸快速普及
自2018年以来,硅片尺寸快速迭代,18年晶科率先推出G1硅片,19年韩华、隆基、中环相继推出M4、M6、G12硅片,大硅片迅速成为市场新宠,并成为改造、新建车间的基本前提。
一方面,平价上网迫在眉睫。
根据IRENA最新统计,全球光伏发电平均度电成本仍高于传统化石燃料(图1.1),光伏装机容量仍需财政补贴才能实现稳量增长,截止2018年底中国财政补贴累计拖欠2000亿元(包含风电和生物质发电),因而2018年以来相继出台了《关于推进风电、光伏发电无补贴平价上网项目建设的工作方案(征求意见稿)》《关于完善光伏发电上网电价机制有关问题的通知》《关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》等相关文件以促进光伏平价上网。美国、法国、德国也相继出台各项政策以推动光伏平价上网。
图1.1不同发电度电成本对比(来源IRENA,2019.11)
另一方面,高功率组件可有效降低度电成本,但存在诸多限制。
第一,高效电池技术的应用可显著提升组件功率,但近年量产的多晶PERC、铸锭单晶PERC、单晶PERC等效率增速逐年降低,因而降本空间越来越小(图1.2);同时高效电池需进行多种技术优化及叠加,以单晶PERC电池为例,从23%提至24%,量产成本反而可能增高(图1.3)。
图1.2 各类型电池技术平均转换效率(来源CPIA数据整理)
图1.3 单晶PERC电池效率提升路线(来源隆基公开报告)
第二,高效组件技术百家齐放,目前仅多主栅半片技术实现大规模化量产,虽然提升组件功率10-15W,但是产生的收益仍无法满足市场降本需求。
组件提效技术主要包括:半片、反光膜、多主栅、叠瓦、三角焊带拼片、多主栅叠瓦等技术。半片及反光膜技术升级简单、已普及量产,但提效有限,两者叠加后可提升8-9W;多主栅叠加半片技术可提升组件功率10-15W,处于快速扩张中;叠瓦技术可提升组件功率20W以上,但技术门槛高、投资成本高、封装损失高、专利风险及设备成熟度有待提高等限制了大规模应用;三角拼片、多主栅叠瓦可提升组件功率25W以上,正处于实验或小规模量产阶段,设备稳定性、技术可靠性及市场接受度有待进一步验证。
图1.4不同组件技术提效对比(来源英利公开报告)
第三,电池成本快速降低、非硅成本占比越来越高。图1.5展现了组件成本结构的变迁历史,2010年电池成本占比高达91%、非硅成本占9%,2018年电池成本占比降至49%、非硅成本则增至51%。同时由于非硅材料成本已趋于极限,因而降低单瓦材料封装成本可有效降低组件成本,从而促进光伏发电平价上网。
图1.5 不同年份组件成本对比(来源SolarWit公众号)
正是基于以上原因,同时大尺寸硅片具有独特优势:一是兼容性好,与多主栅半片、叠瓦、拼片等组件技术兼容;二是大幅提升组件功率12W-100W,显著降低电池及组件端制造及非硅成本,同时有效降低电站系统投入和度电成本。因而迅速成为市场主流。
根据CPIA最新预测,2022年大尺寸硅片将完全占据市场、M2硅片将退出历史(图1.6),同时2019年IEC TC82/WG8会议在原156.75mm基础上新增158.75mm、166mm两种大尺寸硅片作为行业推荐使用标准尺寸。
图1.6 2019-2025 年不同尺寸硅片市场占比变化趋势(来源CPIA)
二、大尺寸硅片路线之抉择
上文已经阐述大尺寸硅片的应用可降低度电成本、大规模普及势在必行,那么是否硅片尺寸是否越大越好?大尺寸会带来哪些机遇和挑战?哪种尺寸会成为行业主流?接下来我们将从半导体、收益对比、供应链、量产、可靠性、系统端等角度分析。
半导体行业12英寸主流、18英寸已初见端倪
众所周知,光伏硅片与半导体硅片技术极为相似,早期光伏硅片尺寸标准主要源自半导体硅片行业。在摩尔定律的驱动下,半导体行业硅片尺寸从初始的4英寸发展到主流的12英寸。1980年代4英寸占主流,1990年代是6英寸占主流,2000年代8英寸占主流,目前主流的12英寸硅片预计在2022年达到市场份额的峰值,后续将朝着18英寸过渡。
图2.1 半导体硅片尺寸变化趋势(来源上海交通大学公开报告)
但是半导体硅片技术与光伏硅片技术仍存在一定差异性。一方面,半导体硅片在摩尔定律驱动下每18个月芯片数量增加一倍,制造成本越来越高,因而硅片尺寸扩大、单片芯片数量增加是降低成本的必由之路。而光伏硅片尺寸增大是由于硅片价格的大幅下跌、平价上网压力、其它降本技术乏力所共同推动的。另一方面,半导体硅片需切割成n个芯片、单独封装使用,而光伏领域则是将n个硅片串联后封装使用。
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10月11日,中节能太阳能发布公告称,公司本次可转债募集资金不超过人民币491,428.57万元(含本数),扣除发行费用后的净额将全部用于光伏电站项目建设及补充流动资金,具体情况如下:(一)察布查尔县25万千瓦/100万千瓦时电化学储能+100万千瓦市场化并网光伏发电项目(一期30万千瓦)察布查尔县25万千
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