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硅片大尺寸抉择:15875mm全方还是166mm倒角?

发布时间:2019-07-03 22:53 来源:未知 编辑:admin

  北极星太阳能光伏网讯:在2010年之前,单晶硅片主要以对边距125mm(硅棒直径f164mm)的小尺寸硅片为主,并有少量对边距156mm(f200mm)的硅片,2010年后,156mm硅片的比例越来越大,并成为行业主流,125mm的P型硅片在2014年前后基本被淘汰,基本仅应用于一些IBC电池与HIT电池的组件。在2013年底,隆基、中环、晶龙、阳光能源、卡姆丹克5家企业联合发布了M1(156.75-f205mm)与M2(156.75-f210mm)硅片标准,在不改变组件尺寸的情况下,M2通过提升了硅片面积(提升2.2%)使组件功率提升了5Wp以上,迅速成为行业主流并稳定了数年时间,期间市场也存在着少量M4规格(161.7-f211mm)的硅片,面积比M2增加了5.7%,产品以N型双面组件为主。

  到2018年下半年,因市场竞争加剧,诸多企业再次把目光投向硅片,希望通过扩大硅片尺寸提升组件功率以获得产品竞争力。一种思路是沿着M2的推出思路,不提高组件尺寸的情况下继续提高硅片对边距,纳入考虑的尺寸包括157、157.25、157.4mm等,但获得的功率增加比较有限,另一方面增加了对生产精度的要求、还可能影响了认证兼容性(如无法满足UL的爬电距离要求)。另一种思路是是沿着125mm提升到156mm的思路把组件继续做大,如158.75mm规格的倒角硅片或全方片(f223mm),后者将硅片面积提高3%左右,使60片电池组件的功率提高了近10Wp;同时一些N型组件制造企业选择了161.7mm对边距的M4硅片;另外也有企业在准备推出166mm对边距的硅片。

  1.158.75mm边长的硅片比现有156.75mm的硅片仅长2mm,现有的全部产能都能通过技术改造升级,且技改费用合理、可承受。据了解,100MW的技改费用也可以控制在40万元以内。

  2.158.75mm边长的方形单晶硅片的面积(25,197m㎡)比现在的M2规格单晶硅片面积(24,429m㎡)大3.14%,在现在M2尺寸下,预期2019年底主流功率可以达到315~320W,那么电池片面积增大3.14%,从理论上测算带来的功率提升最大可达到10.05W,相当于两个功率档位。158.75mm可以使60版型单晶PERC组件主流功率在2019年底接近甚至达到330W。

  3.158.75mm边长的电池片封装后的光伏组件规格尺寸仅增长1.4cm,按照百分比测算相当于增加1%,且由于应用到了160μm更薄的硅片以及与之相对应的更薄的EVA,虽然光伏组件面积增大1%,组件整体总重量保持不变。

  4.生产158.75mm的方形单晶硅片拉晶体环节和硅料环节的成本有所增加,但硅片厚度从180μm降低到160μm带来的成本下降更为显著。综合测算,生产158.75mm、160μm厚度的方形单晶硅片的成本会比180μm厚度的M2硅棒成本低8分钱。

  综上,158.75mm边长、160μm厚度、224.5mm对角线的方形单晶硅片有生产成本降低、光伏组件重量不变、功率提升两档、电池端接受度高等诸多优势。

  据了解保利协鑫的铸锭单晶就是全面基于158.75mm方形尺寸,而传统规格多晶硅片也要全面升级为158.75mm。

  “微创新”的158.75mm全方单晶是否会成为行业主流或行业标准?还有另外一股声音。

  据了解,硅片做大的主要制约因素在于电池的扩散炉,在硅片尽量做大而扩散炉直径有限的背景下,有一定倒角的单晶硅片应该比全方单晶硅片有一定优势。166mm带倒角是一个不错的选择。

  2012年,当时市场上还存在着125mm单晶硅片制作的组件,使用72片电池(6′12)的光伏组件尺寸为1580′808mm,单晶组件功率约205Wp;同期156mm的60片电池组件功率约260W,尺寸1650′991mm。两种组件的开路电压分别为45.92V和38.24V,因此156mm电池片的组件串联数量更大,考虑到单块采用156mm电池组件的功率更高,因此单串组件的总功率明显高于125mm硅片的组件,承载单串组件的支架就可以做的更大,平摊到每Wp的支架与基础成本就可以有明显节省,而光伏组件、支架的安装的人工工作效率也因为单块光伏组件的功率上升而得到提升,光伏电缆的用量减少,土地的占有量也会略微节省。

  这样的节省无法通过简单的线性折算来计算,而需要建立阵列模型来具体分析,按照2012年的成本模型简单的测算结果如下表(项目地为格尔木,下同),30%的功率提升带来了与光伏组件功率相关的BOS每瓦成本0.43元,约16%的节省。

  156(.75)mm电池片也可以封装成72片(6′12)电池的组件以进一步提升组件功率,电池数量的增加使得开路电压增加、串联数量降低,单串组件的功率保持不变,但对于常见的组件两排竖装的情况,支架略微延伸斜梁的长度就可以承载72片电池组件,支架成本略有降低,这种情况对于成本较高的平单轴支架更为明显,因此平单轴跟踪系统通常都会搭配72片电池组件使用;另一方面,组件、支架的安装的人工工作效率也因功率提升而降低,中国市场对60片电池组件的偏爱主要是习惯问题,,同属亚洲的韩国、东南亚、印度等新兴市场在大型电站与工商业分布式电站基本都采用了72片电池组件来降低系统成本。

  72片电池组件在支架、电缆、汇流箱等方面可带来约1分/Wp的节省,安装方面简单按照组件数量做推算,可带来2.7分/Wp的节省。综合可以在系统端带来3.7分/Wp的BOS成本节省。

  组件尺寸在2018年又开始出现了再次变大的趋势,类似的存在着增加电池片数量或把硅片做大两种方式。可以把电池片数量从72片提高到78片(+8.3%),硅片尺寸提高到M4(边长161.7mm,+5.7%)乃至166mm(约+12%)。根据60到72片电池的变化可以发现增加电池片数量会降低组串数量,对于支架和桩基础的节省相对有限,选择增大硅片尺寸对于降低BOS成本更加有利,并且在生产可以实现、组件安装没有明显困难的情况下应尽量增大硅片尺寸,下表对采用166mm硅片的系统成本做了详细测算:

  可见在功率提升11.8%的情况下,BOS成本可节省5.48分/Wp,桩基础与支架是节省额度最大的两部分。以上测算是根据国内较低的成本结构所做的测算,如使用跟踪支架及在较高人力、土地成本的地区,BOS成本的节省还将更高。

  硅片变大可以为光伏产业带来明显的价值,有人认为,166mm单晶硅片现阶段看起来作为产线兼容的最大尺寸是相对不错的选择。针对166mm硅片/电池,治雨在其《158.75方形单晶渐成主流》文章中也表达了自己的意见,他认为,推广166mm带大倒角的尺寸规格反倒会使得自己陷入不利境地。以现有电池效率水平来看,166mm铸锭单晶全片功率将大于单晶带倒角单片功率,相对拉直单晶,铸锭单晶更容易生产全方166mm硅片。另外,方形单晶硅片对下一代组件技术更加友好。若从市场端来看,若强推166mm尺寸硅片,再叠加半片工艺,72片组件总长度增加12cm以上,可能超过安装工人搬运的舒适度,市场接受度有待观察。

  不管市场最终选择158.75mm还是166mm,大硅片是大势所趋。有人呼吁,行业主要企业应借此次机会尽快统一一个能够相对稳定多年的尺寸规格,从而减少产线改造与光伏组件认证费用上的重复投资。

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