一、重点分析
1.0光伏生产流程
1.1单晶硅VS多晶硅
单晶硅:
①晶胞排是有序的
②单晶硅是通过拉单晶的方式形成晶棒(直拉法)
③单晶硅导电能力强,光电转换效率高,单晶硅光电转换效率一般在17%~25%左右
④单晶硅电池只能做成准正方形(四边都是圆弧状)
多晶硅:
①晶胞排是无序的
②制造方法方面,多晶硅一般是直接把硅料倒入坩埚中融化,然后再冷却而成
③多晶硅效率在15%以下
④多晶硅是正方形
⑤多晶硅可以制作成单晶硅
⑥生产成本比单晶硅高
⑦多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短
1.2硅片尺寸
G开头的是正方片
M开头的是倒角片,也就是正方片切掉四个角
M2(.75mm):标准尺寸
M4(.7mm)
M6(mm):标准尺寸
M12G12(mm):中环股份主推
①硅片的标准尺寸,现阶段推荐为:.75mm,.75mm和.00mm。其它尺寸为非标尺寸,可以由供需双方协商采用。
②在小于mm尺寸的范围内,规定硅片尺寸相对于在.75mm基础上的增加量为1mm的倍数。比如.75mm,.75mm,.75mm,等等,避免.0mm,.5mm等。
③在大于mm尺寸范围内,规定硅片尺寸相对于在.00mm基础上的增加量为1mm的倍数。比如.00mm,.00mm,.00mm,等等,避免.75mm,.5mm等。
1.mm硅片VSmm硅片
硅片:隆基、晶科、晶澳、阿特斯、江苏润阳悦达、江苏中宇光伏、潞安太阳能这七家为代表
硅片:中环股份,晶盛机电(向中环股份供应加工设备60亿)
硅片优点:
①硅片尺寸的不断变大可为下游各环节带来诸多方面的降本增效,大硅片降本主要来源于“通量”及“面积周长增幅不一致”带来的降本效应。
通量:硅片变大后产能增加,而相应的设备、人力等无需增加带来的降本效应。在电池环节,电池产线生产速率以片计算,当硅片面积变大后,电池产能相应增加,带来人工、折旧、三项费用等的摊薄,M12相比M2电池可节约0.08元/W,降幅25.6%。组件环节类似,产能增加带来人工折旧的摊薄。
面积增大:主要体现在组件端及终端电站,即硅片和组件尺寸变大后,边框、焊带等的用量相应增加,但增幅小于尺寸面积增幅,而由此可带来每瓦成本的节省。该效应主要体现在组件端的边框、焊带,以及终端电站的支架等。
②无论是N型电池技术,还是和钙钛矿叠加,未来都以为标准
硅片缺点(=硅片优点):
①、现有产能不能通过技改从升级到,同时Perc电池片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力不足,所以短期看,硅片大规模的产业化应用暂时无法实现。适合新厂扩产购买新设备使用硅片。
总结:一个力争当下,一个着眼未来.可以说,这两个是一个力争当下,一个着眼未来,并没有好坏之分,顺应历史潮流终将被时代吸纳。未来将随着大硅片的广泛应用有望带领推动光伏行业新一轮的革新浪潮。.6.30中环股份G12已突破39GW,今年规划G12为54G
1.4半导体硅片VS光伏硅片
两者用的都是单晶硅
光伏硅片
①对纯度、曲翘度等参数要求较低,所制造过程相对简单。以单晶硅电池片为例,
第一步是切方磨圆,先按照尺寸要求将单晶硅棒切割成方棒,然后将方棒的四角磨圆。第二步是酸洗,主要是为了除去单晶方棒的表面杂质。
第三步是切片,先将清洗完毕后的方棒与工板粘贴。然后将工板放在切片机上,按照已经设定好的工艺参数进行切割。最后将单晶硅片清洗干净监测表面光滑度,电阻率等参数。
半导体硅片
半导体硅片比光伏硅片的要求更高。首先,半导体行业使用的硅片全部为单晶硅,目的是为了保证硅片每个位臵的相同电学特性。在形状和尺寸上,光伏用单晶硅片是正方形,主要有边长mm,mm,mm的种类。而半导体用单晶硅片是圆型,硅片直径有mm(6寸晶圆),mm(8寸晶圆)和mm(12寸晶圆)尺寸。在纯度方面,光伏用单晶硅片的纯度要求硅含量为4N-6N之间(99.99%-99.%),但是半导体用单晶硅片在9N(99.999%)-11N(99.9%)左右,纯度要求最低是光伏单晶硅片的倍,因此半导体硅片纯度比光伏硅片要求高很多。在外观方面,半导体用硅片在表面的平整度,光滑度和洁净程度要比光伏用硅片的要求高。纯度是光伏用单晶硅片和半导体用单晶硅片的最大不同。
1.5N形电池VSP形电池
未来是N形电池的天下
1.6N-PERTVSHIT/HJT电池(异质结电池)VSTOPConVSIBC
1.6.1N-PERT
①是一种典型的双面电池,双面太阳电池是指硅片的正面和反面都可以接受光照并能产生光生电压和电流的太阳电池,是P-PERC技术的改进型
②N-PERT可实现量产,技术难度容易,设备投资较少。但是与双面P-PERC相比没有性价比优势,已经证明为不经济的技术路线。
1.6.2HIT=HJT=异质结
通过增加一层非晶硅异质结来提高VOC开路电压,从而提高电池片的转换效率
异质结优点:
①纯异质结电池实验室转换效率已超过25%。叠加IBC技术成为HBC电池,转换率提高到26%如果HIT结合在之前说的钙钛矿薄膜电池的话,可以得到28%的实验室转换效率。
②具备生产流程较短、温度系数良好、基本无光衰、双面率高等多方面优点。
异质结缺点:
①电池生产设备与常规晶硅电池路线不兼容。如果光伏企业选择了异质结技术,无法通过改造现有的电池生产线实现新技术的量产,只能投资建设一条全新的生产线,导致企业在初期推广中的投资成本过高
②国产化程度较低。没有可靠的国产化设备,成本自然很难下降。
据了解,目前,异质结生产设备占异质结生产成本的大头。以核心装备PECVD为例,一直以来,该设备的主要生产厂家是德国企业梅耶博格等国外企业,这无疑增加了国内企业推广异质结技术的压力。
国内布局异质结整线的设备企业包括捷佳伟创、迈为股份、钧石能源以及金辰股份。这将在很大程度上降低异质结产线的初始投资门槛,为异质结成为光伏企业扩产的主流选择打下坚实基础
1.6.3TOPCON
在N型电池工艺的基础上研发出的隧穿氧化层钝化接触技术优点
①TOPCon与现有PERC产线兼容性好。够很好地与现有的产线兼容。从现在主流的PERC产能,也可以切换为TOPCon产线。相比异质结需要产线全部重建,TOPCon路线更容易被现有电池厂接受。
②该技术可以极大地降低背面的表面复合和金属复合,因此大幅度的提升N型电池的VOC和转换效率。
缺点:
①是TOPCon电池背面收光较差,量产难度很高
1.6.4IBC
优点:①效率最高,可以达到24%以上
缺点:①技术难度极高,设备投资高,成本高,国内尚未实现量产
HIT电池与其他电池技术对比
TOPCon具有理论极限最高效率,可惜背面收光太差
目前HIT和TOPCon二选一,行业还没完全一面倒,大家拭目而待吧,不要被市场带节奏。
1.7BAPVVSBIPV
BIPV,是一体式的,不可分离,既是建材,亦是光伏组件,功能与结构上是二者的完美结合的(结构上应遵循“建筑材料”相关规范与技术要求,并非简单地机械化地“绑在一起”,而是高度集中一体化);直BIPV应有的样子如下图所示,建材标准,光伏属性。
而BAPV,是分体式的,可分开使用,光伏组件还是光伏组件,可拆解下来,依然可以当光伏组件使用。如下图所示的均不应该称作BIPV,应归属BAPV范畴。
二、产业链分析
光伏组件成本构成
光伏产业链构成
将产业链分七个部分
①光伏硅料:掌控产业上游
②光伏硅片:单晶硅全面替代多晶硅
③光伏电池:技术持续迭代,快速进步
④光伏组件:太阳能发电的根基
⑤光伏辅材:别小看我
⑥光伏逆变器:光电上网的最后一块拼图
⑦光伏发电站:产业的终端
多晶硅材料是以工业硅为原料,它是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料,
多晶料不等于多晶硅(片)。
从全球范围看,目前多晶硅产业正在持续向国内转移,且疫情加速了这一过程。
可以看到,作为上游的硅料对终端影响越来越小的重要趋势。这主要受益于加工技术持续进步带来的生产成本持续下降。
硅料目前主流的工艺是改良西门子法,该路线产品形态为棒状硅,年采用此方法生产出的棒状硅约占全国总产量的97.2%。
优势:大规模量产,技术成熟。
劣势:巨费电,容易产生杂质。
现在有一种正在突破的工艺是流化床颗粒硅。
优势:比西门子法工艺省电在三分之二左右,纯度很高。
劣势:目前没法大规模量产,小批量供货可以,纯度高。
虽说长期看硅料价格明显下降,但自年开始出现一轮极为疯狂的上涨。短短半年时间,多晶硅价格上涨数倍,从85元/公斤飙升至超过元/公斤。最新情况如下:
造成如今局面的原因比较复杂。
①不能排除部分企业存在惜售、抬价等不良行为。
②上游产能不足也客观存在。受*策影响,下游企业为尽快占据市场份额,头部企业在快速进行产能扩张,确实存在抢下订单,占据上游产能的现象。相对应的,上游供应端的产能扩张必然滞后,且硅料的扩产周期本来就比下游更长,这进一步加剧了供需错配,助长了短缺。
硅片其形状、大小与薄厚取决于生产工艺与下游产品设计需求。硅片进一步加工即是晶硅电池片,而电池片经排列、封装并与其它辅材组合后即是太阳能电池板,光伏系统最小有效发电单位。
硅片生产流程如下:
光伏硅片目前有单晶与多晶两种产品形态,但两者存在代差。
单晶硅替代多晶硅的原因:
①单晶硅品质、电学性能、机械性能等方面优良,且光电转换效率更佳
②单晶硅生产成本迅速下降+PERC电池为代表的新一代电池技术,光电转换效率快速提高。
单晶硅崛起走势图:
硅片未来的目标是持续降低生产成本。降低成本的方案如下:
①做大单片尺寸。大尺寸硅片的发电效率更高。当前光伏硅片有5种主流尺寸,分别为.75mm、.75mm、mm、mm、mm。大尺寸化正在加快。.75mm与.75mm规格正在被快速淘汰,mm成为主流,mm和mm产能也在持续提升,快速进入市场。
简略地说,硅片下游的电池/太阳能组件的生产速率比较固定,与硅片尺寸关系不大。
若硅片面积增大意味着单位时间生产出来的电池/组件的总功率更高,相应的每瓦生产成本就会被摊薄。其次,部分辅材,如接线盒、灌封胶、汇流箱、直流电缆等,用量与电池片面积无关,仅与电池块数有关。同转换效率下,大尺寸电池片对这些辅材的消耗也比小尺寸低,这进一步降低了非硅成本。
这一系列优势积累下来,就是终端利润的提高,预估每瓦毛利可提升近0.1元。
另外,生产与切片过程中的硅料损耗,也会导致生产成本的增加,如何降低生产过程中的耗硅量同样重要。
硅片减薄:从产业发展趋势看,硅片厚度下降是另一个长期趋势
切片减损:刀锋损失是硅料切割过程中主要的损耗来源。新一代的金刚线切割技术较传统切割法,有切割速度快、良品率高、单片损耗低等一系列优点。高水平的切割技术同样有助于硅片进一步减薄与增大,能够协助改进硅片产品设计,进而降低生产成本。
可以看到,目前光伏产业上游的发展路线十分清晰,一切围绕降本展开。
光伏电池,是一种利用太阳能发电的半导体薄片。只要满足一定光照条件,电池片就可以产生电流。
光伏电池加工如下图:
电池片是决定组件整体性能的核心因素。
光伏组件最重要的指标:发电功率。电池片的光电转换率,直接决定了组件的整体发电功率。
光伏电池片的现有技术路线多且复杂,除了主流的单晶硅PERC电池,使用上一代电池技术的BSF电池也有一定用量,而新一代N型电池同样在快速崛起,被认为有望接替PERC电池成为下一代主流产品。
在半导体硅中掺入其它元素,增加大量自由电子,使半导体主要靠电子导电,此类产品称为电子型半导体,或称为N型半导体。使用此类半导体的光伏电池即为N型电池。
目前主流光伏电池:单晶PERC产品
优点:
①生产工艺成熟,产能高,
②光电转换效率可达23%,
缺点:
①效率已经逼近24.5%的理论极限,未来优化空间非常有限
N型电池是行业内相对比较成熟,是未来最为清晰的技术路线。N型电池细分路线很多,普遍的转化效率已经超过平均24%的水平,潜力巨大,未来商业化空间十分可观。目前主要的N型电池可分为:TOPCon、HJT以及IBC三大类。
1、TOPCon
①理论光电转换效率极高,达到28.7%,已经逼近晶硅极限(29.43%),明显优于PERC(24.5%)和HJT(27.5%)。不考虑理论值,TOPCon电池目前的量产平均效率也有24%,高于主流电池产品。
②对生产线要求不高,可基于现有的PERC生产线升级而来,对前期投资更加友好,且能提高现有生产线的应用周期。
①TOPCon路线生产工艺尚未定型且非常复杂,
②加工工序多达12~13道,远高于PERC电池的9道。这导致产品的良品率比较低,且复杂的生产工艺还推高了生产成本。这些因素作用之下,限制了TOPCon电池的进一步量产。
2、HJT电池=异质结电池=HIT=HDT=SHJ电池
①HJT电池的平均光电转换效率约在24%左右,明显高于PERC电池,可以有效提高发电量,摊薄发电成本。
②HJT电池加工流程仅有四步,更少的工艺步骤对提升良品率十分有用。
①HJT生产成本过高。当前HJT电池成本相较PERC电池要高出约30%,一是由于对原材料要求高,消耗也比较大;二则是因为生产设备和现有设备不兼容,必须重新建设生产线导致极大地推高了前期成本;三是产品加工工艺也比较复杂。
PS:异质结电池最早的开发者是日本三洋公司,但该公司之后将HIT注册为了商标,使得其它企业不能随意使用这一缩写指代异质结电池。这也是为何异质结电池的叫法比较多的原因。
3、IBC电池
①转换效率最高的技术路线。
①其生产工艺非常复杂,加工成本极高,生产设备昂贵。这使得IBC电池在商业化时,面临的困难远大于其它技术路线。
除了传统的晶硅电池,目前还有存在一条完全不同的光伏电池技术路线——薄膜型太阳能电池。
薄膜型太阳能电池的发电原理与晶硅电池相同,但应用的是一种由硫化镉、砷化镓等非硅材料制备成的微米量级厚度的光伏材料。由于这种材料的基本产品形态为一层薄膜,故得名薄膜电池。
薄膜太阳能电池
①具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合等特点。
①但由于仍处于研发的早期阶段,薄膜电池当前的转换效率并不高,能够实现商品化的碲化镉薄膜电池与铜铟镓硒薄膜电池,组件的实验室效率也仅有19.5%和16%~17%,甚至不如已经濒临淘汰的BSF电池,发电能力明显不足。而转换效率比较高的技术路线则存在成本过于昂贵,生产难度太大等一系列问题。这些因素叠加,导致薄膜电池在商业化上的困难较大。