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光伏大硅片来袭,单多晶谁更有优势?

2019/9/4 9:38:27      点击:

一、序言

产能过剩叠加531新政,导致行业竞争进入白热化。驱使光伏行业更急迫的采取新技术、新方法降低度电成本、提高产品竞争力。

组件功率,是产品竞争力的直观表现,所以,组件功率之争,就成为了企业之间综合能力竞争的代表性指标。组件功率由面积和效率两个关键性指标决定,如下公式所示:

组件功率 =组件面积×组件效率

过去行业持续在做的主要工作是逐渐提升转换效率,但提升效率的难度相对较大,因此近期主要企业也纷纷打起了“面积”的主意,通过提高面积增加组件功率,从而降低电站端的系统成本,于是我们就看到了各种尺寸(边距)的硅片纷纷出炉: 157.4、158.75、161.7、166 (单位:毫米),等等。

其中最大的尺寸166毫米声势也最大,媒体也给出了“铸锭大硅片将绝地反击”等相关报道,认为单晶不方便做大硅片、或者说在大硅片上单晶竞争不过铸锭。

这个判断成立吗?之前貌似行业中没有任何人提出过质疑。为此,近期我们走访了行业中的多位专家,进行调研。调研的结果却出乎意料: 单晶做大硅片,并不困难,甚至比多晶更有优势。


二、成本分析

单晶也好、铸锭也好,想把硅片尺寸做大一点,都能够做到,都不存在没有能力做到的问题。问题的关键在于,从现在的M2硅片往更大的硅片走,谁的成本更低。

分析谁的成本更低,无非就是分析拉棒/铸锭、切片、电池、组件这四个环节。下面我们逐一分析。为了说明方便,下面我们以单晶和铸锭都从M2硅片切换到166硅片为例。

1、拉棒/铸锭

(1)直拉工艺

图一是当前主流单晶厂家的热场示意图及关键尺寸,由于其关键部件“热屏”的内径留有较大的余量,单晶厂家只需做微小调整(改造费用极小),就可以将单晶直径从215扩大到240毫米。

图一?? 单晶热场示意图

240毫米的原始棒子直径,最后可以切出多大的硅片?240滚磨之后余下235毫米,235毫米除以根号2,等于166。也就是:单晶在长晶端不做任何改造的情况下,就可以做出对边距为166毫米的全方片。

如果不做全方片而是带圆角硅片的话,则可以做出直径为235的很多类型硅片,估计边距190都不存在问题(参照M4的状况。备注:M4=161.7×Ф211),即使严格一点,硅片的四角空白比例和M2保持一致,也可以做到175边距。

原始棒子出来之后,还要切方滚磨。大约两三年前,直拉单晶技术有一项重大改变并未引起同行们的注意,那就是:单晶棒子切方设备,已经从原来的矩阵式切方设备(4乘4矩阵,16只单晶一起切方),改为单支切方。在这个新技术之下,改变所切方棒的对边距是非常容易的,改造费用完全可以忽略。

(2)铸锭工艺

铸锭想把硅片尺寸从M2切换到166,是否需要改造成本呢?已经有人给出了答案,见“光伏新闻”吕东先生的文章《铸锭2019或将绝地反击,大尺寸硅片+类单晶将双管齐下》,相关内容可表达成图二,该图是当前主流铸锭热场的示意图及关键尺寸。

图二? 铸锭炉使用碳碳材料替换石墨材料,以节省改造成本

根据文章,铸锭从M2切换到166是要花费一定成本的:要更换护板和加热器。

再来看切方滚磨,铸锭的切方,只能使用矩阵式切方设备,硅片尺寸变大带来的切换成本不会比直拉单晶更小。

综上,第一步的对比(M2 -> 166),单晶占得先机。

(3)预测下一步的博弈

如果在166上没有分出胜负,有人要做更大的硅片,比如176的,结果又如何呢?

单晶想从166升级到176,前文已经说过,不用花费任何成本,直接可以做到175(与M2等效的带圆角硅片)。如果还要从176做到更大,比如186、甚至200,很简单,更换热屏。换一个开口更大的热屏就可以了,其他没有任何成本。一套热屏的价格,不过是3万元左右。

铸锭想从166升级到176,石墨改碳碳材料的挖掘潜力已经没有了,整套热场大部分都要更换,代价不小。

因此,结论是:从166往更大做,单晶优势更加明显。

当然,我们也注意到,7×156/6=182、7 × 156/5=218、6 × 156/5=187,这是铸锭可以走的捷径,即:G7热场,按G6或G5切小锭,就可以获得对边距182或218的大硅片,不用花费任何成本;G6热场按G5切小锭,可获得187边距的硅片。

但是,这里有两个问题,第一,单晶在对边距增大方面,可以低成本或无成本地做到无级变速,即:按任意幅度增加边距。铸锭却不能做到无成本或低成本地无级变速。第二,边距从156一下子迈进到182、187、218,组件尺寸增大太多,客户的接受度如何,是一个问题。其实,硅片从156加大到166所导致的组件尺寸变大,客户是否接受,就已经要打一个问号了。

(4)技术难度

有人可能会产生疑问,以上比较,只讨论了单晶与铸锭谁的切换成本更高。但切换完了之后呢?工艺、热场的改变,会引起生产难度的改变,良率会发生变化。运行成本不一样了吧?

这样说吧,单晶是在热场整体架构不变的情况下,做出些微调整,因此,难度、良率方面的变化几乎可以忽略。而铸锭热场变大了,本质上是热场向升级方向走,就像从G7迈向G8,这个难度显然比单晶大很多。

这里补充一个信息,主流光伏单晶厂家的热场,现在已经是28吋。而28吋热场,在某些特殊行业,是能够拉直径380毫米单晶的!虽然那是在一种很特殊的状况下,但也说明了直拉工艺在长大单晶方面的能力是充足的。

(5)成本

业界认为单晶硅片做大之后,成本会增加很多。但其实这是一个误区,我们的调研结果是成本增加不大,原因在于,单晶拉更大直径之后,成本虽然略有上升,但单位时间的产出是增加的,可以抵消一部分成本增加。如果考察单位硅片面积的成本,则几乎不怎么增加成本。

2、切片

在切片环节,单晶和铸锭基本没啥差异。就不讨论了。

需要说明的是,现在市面上的切片机、包括单晶厂家的切片机,切对边距190毫米的硅片,都是没有问题的。这里不是大硅片的瓶颈。

3、电池、组件

一般认为,电池和组件环节,对于单晶和铸锭来说,在从M2改造成166的过程当中,所遇到的难题是基本相同的,可以视为两者无差异,因而不需要讨论这个环节。

但是,此次调研发现了一个非常有意思的因素,使单晶在电池环节相对多晶具有明显优势,关键点就在扩散环节,具体见图三。

图三 ?电池扩散炉内部空间使用示意图

扩散炉允许硅片“容身”的空间是有限的,我们把这个空间限制抽象为一个圆,是完全合理的。如图中红色圆圈所示:硅片不可以超出这个圆圈,否则就会与扩散炉管壁发生磕碰。

在图三中,铸锭硅片把空间用尽的做法,就是让对角线抵满红色圆圈;同理,单晶硅片需要把对角圆弧部分贴住红色圆圈。从示意图可以看出,因为单晶硅片对角圆弧的存在,单晶硅片可以选择比铸锭硅片的对边距更大。也就是,在图形上看,单晶硅片永远可以把铸锭硅片包围起来;面积谁更大,就不言而喻了。还可以设想一下,即便是铸锭厂家费尽辛苦与上游供应商一起开发出了炉管内径更大的扩散炉,单晶厂家不但可以坐享其成,而且因为倒角的存在还是能轻松超越多晶的硅片尺寸。


三、最后结论

单晶做大硅片, 技术完全可行、成本更可控,难度低于铸锭路线 ,在更大尺寸的硅片竞争中处于优势。