編者按:低投入、高產(chǎn)出、易擴張的組件封裝環(huán)節(jié)高效技術(shù)有望快速普及,其中“雙面雙玻組件”表現(xiàn)將最為突出。雙面+半片+MBB技術(shù)疊加后功率增益10~25W,發(fā)電量增益5%~30%,相同安裝條件下,最高可令度電成本下降超過20%。預(yù)計雙面雙玻組件市占率將快速提升,光伏玻璃企業(yè)最直接受益;此外,高效產(chǎn)能占比較高的電池組件企業(yè)也將有一定優(yōu)勢。
報告要點
行業(yè)觀點
光伏發(fā)電跑步邁向平價上網(wǎng)時代,低投入、高產(chǎn)出、易擴張的組件封裝環(huán)節(jié)高效技術(shù)有望快速普及,其中“雙面雙玻組件”表現(xiàn)將最為突出。
中國光伏531新政后國家指標(biāo)縮減、補貼下降,隨之而來的全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品跌價令系統(tǒng)安裝成本快速下降至4元/W以內(nèi),原先預(yù)期的2020年國內(nèi)部分地區(qū)具備無需國家補貼實現(xiàn)平價上網(wǎng)的目標(biāo)提前兩年得到實現(xiàn)。
短期內(nèi)安裝成本的大幅下降,很大程度上壓縮了產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的利潤空間,但隨著各項降本提效技術(shù)的普及應(yīng)用,產(chǎn)業(yè)鏈利潤水平將逐步恢復(fù)到合理水平,其中,技術(shù)成熟易擴張、新增資本開支低、降低度電成本效果突出的“組件端”高效技術(shù)有望迎來快速普及。
所謂高效組件技術(shù),我們將其定義為:在既有的電池片效率前提下,在組件封裝環(huán)節(jié),使用不同工藝來提升組件輸出功率或增加其全生命周期中單瓦發(fā)電量的技術(shù)手段,主要包括:雙面/雙玻、半片、多主柵(MBB)、疊瓦等(部分需要電池片環(huán)節(jié)工藝配合)。近期,雙面技術(shù)拿下第三批領(lǐng)跑者50%以上中標(biāo)規(guī)模,半片/疊瓦也初露鋒芒。
功率/發(fā)電量增益顯著,且能夠多項技術(shù)疊加使用,度電成本降幅貢獻最高可達20%。
雙面電池組件技術(shù)憑借背面發(fā)電取得5%~30%發(fā)電量增益;半片電池組件降低75%內(nèi)阻損耗實現(xiàn)功率增益5~10W;多主柵電池電極電阻與電極遮擋同步降低,降低銀耗量的同時功率提升5~10W;疊瓦組件無主柵無焊帶設(shè)計增加可放置電池片數(shù)量13%,功率提升15~20W。
除疊瓦外,上述各項高效組件工藝還能互相疊加使用,且能夠同比例放大電池片環(huán)節(jié)PERC、HIT、黑硅等高效工藝的提效效果,因此對基礎(chǔ)功率較高的單晶組件,使用高效組件技術(shù)后的功率增益也更大。
雙面+半片+MBB技術(shù)疊加后功率增益10~25W,發(fā)電量增益5%~30%,相同安裝條件下,最高可令度電成本下降超過20%。
投資建議
預(yù)計雙面雙玻組件市占率將快速提升,光伏玻璃企業(yè)最直接受益,重點推薦:信義光能,關(guān)注:福萊特玻璃;此外,高效產(chǎn)能占比較高的電池組件企業(yè)也將有一定優(yōu)勢,關(guān)注:隆基股份、林洋能源、通威股份。
風(fēng)險提示
政策變動風(fēng)險;技術(shù)可靠性風(fēng)險;產(chǎn)業(yè)投資收縮導(dǎo)致技術(shù)進步放緩風(fēng)險。
1高效組件技術(shù)加速平價上網(wǎng)進程
新政后光伏平價訴求強烈,高效組件技術(shù)將迎來快速普
531新政后,光伏建設(shè)指標(biāo)受嚴(yán)控,且電價及補貼再次下調(diào)。CPIA最新數(shù)據(jù)顯示,2018年1~7月份光伏累計新增裝機31.27GW,其中分布式約15.4GW,地面電站約15.9GW,預(yù)計全年新增裝機40GW左右,同比降幅達到25%左右。
近日能源局就加快推進風(fēng)電、光伏平價上網(wǎng)發(fā)出重要通知,預(yù)計從2019年起,無國家補貼的平價項目將成為國內(nèi)終端需求的重要支撐。
在項目中標(biāo)電價屢創(chuàng)新低的背景下,光伏產(chǎn)業(yè)降低度電成本的訴求前所未有的強烈,其中技術(shù)發(fā)展成熟、新增資本開支低、降本效果突出的“組件端”高效技術(shù)有望加速普及。
下圖是我們在2017年下半年預(yù)期的光伏系統(tǒng)建造成本下降路徑,即系統(tǒng)成本在三年內(nèi)降低約30%至4元/W,其中組件約2元/W,然而在531政策的影響下,近期多個第三批領(lǐng)跑者項目EPC中標(biāo)價格低于4元/W,即在部分項目上,2020年的成本目標(biāo)已提前兩年實現(xiàn)。
雖然短期的EPC價格大幅下降很大程度上是壓縮了產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的利潤空間(甚至造成部分企業(yè)虧損),但隨著各項降本提效技術(shù)的普及應(yīng)用,在安裝成本不變甚至繼續(xù)下降的過程中,產(chǎn)業(yè)鏈利潤水平將逐步恢復(fù)到合理水平。
光伏制造產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均有各自提升發(fā)電效率的不同手段:在硅料、長晶切片環(huán)節(jié)主要通過物理方式提升材料純度;電池片環(huán)節(jié)則通過各種鍍膜、摻雜工藝提升效率;組件環(huán)節(jié)則通過各種不同的封裝工藝在既有的電池片效率前提下,盡量提升組件的輸出功率或增加組件全生命周期內(nèi)的單瓦發(fā)電量。
組件封裝的環(huán)節(jié)提效工藝應(yīng)用,通常對新增資本開支和技術(shù)難度的要求較上游各環(huán)節(jié)都要相對更低,因此更易于普及推廣。唯一的障礙在于通常會改變組件外觀,需要一定時間來培養(yǎng)終端用戶的接受度,但在降本訴求日益強烈的背景下,用戶對新事物的接受速度正在加快。
雙面技術(shù)成為第三批應(yīng)用領(lǐng)跑者新寵,半片/疊瓦等技術(shù)初露鋒芒。在八大基地38個項目招標(biāo)中,投標(biāo)企業(yè)共計54次申報雙面技術(shù),雙面技術(shù)合計中標(biāo)2.58GW,占比52%,其中PERC+雙面1.45GW,P型雙面100MW,雙面+半片200MW,N型雙面831MW。半片技術(shù)中標(biāo)2個項目合計200MW,中標(biāo)企業(yè)中廣核太陽能;疊瓦技術(shù)中標(biāo)1個項目(與雙面共同中標(biāo)100MW,按平均分配估算疊瓦技術(shù)中標(biāo)50MW),中標(biāo)企業(yè)國家電投。
高效組件技術(shù)可降低度電成本0.1元/kWh以上,降幅超20%
高效組件技術(shù)增效提質(zhì)。雙玻、雙面、半片、MBB等技術(shù)不僅是增效降本的有效途徑,同時還可提升組件性能與壽命,提高電站質(zhì)量與穩(wěn)定性。隨著531新政后行業(yè)降本需求愈加急迫,企業(yè)對高效組件技術(shù)的研究、投入及掌握程度逐步提升,均已具備一定量產(chǎn)能力。
相互疊加,大有可為。目前已成熟或即將成熟的高效組件技術(shù)之間還可以相互疊加,比如:雙面、半片與MBB技術(shù)的兼容性非常強。
高效組件技術(shù)的疊加可以進一步放大轉(zhuǎn)換率提升帶來的功率增加。在PERC電池上疊加半片技術(shù)的功率增益達到5~10W,在PERC+半片電池基礎(chǔ)上疊加MBB技術(shù)的功率增益擴大到5~15W。此外,由于單晶組件基礎(chǔ)功率更高,使用高效組件技術(shù)后功率增益大于多晶組件。
降本邏輯:功率提升降低BOS成本,或發(fā)電量增加攤薄度電成本(降低分子+提升分母)。光伏電站初始投資成本可分為:1) 組件成本,占比約50%;2) 與功率有關(guān)的BOS成本,如土地、支架、人工等,占比約20%;3) 與功率無關(guān)的BOS成本,如逆變器、升壓設(shè)備,占比約30%。因此,組件功率的提升可以通過攤薄BOS成本來實現(xiàn)系統(tǒng)單位投資的降低。
測算顯示,60片組件的功率每提高15W,普通電站、山地電站、水面電站BOS成本分別可節(jié)省0.09元/W、0.11元/W、0.135元/W。據(jù)此假設(shè)普通電站所用組件功率每增加5W,系統(tǒng)投資下降0.03元/W,以此疊加,則半片、MBB等高效組件技術(shù)5~20W的功率提升可使系統(tǒng)投資下降0.03~0.12元/W。
降本測算1:半片、MBB、疊片技術(shù)。高效組件技術(shù)提高組件功率的同時,組件成本會有一定增幅。為明確高效組件技術(shù)對度電成本的影響,我們對功率增益與組件成本變動對度電成本的影響做敏感性測算。測算中假設(shè)基礎(chǔ)初始投資(常規(guī)技術(shù))5元/W,利用小時數(shù)1200h。測算顯示,組件功率每增加5W,組件成本容忍度提升0.03元/W。
1)半片技術(shù):在組件成本不變的情況下,半片電池功率增加5~10W對應(yīng)度電成本降幅0.5%~1%,最低可到0.532元/kWh;
2)MBB技術(shù):MBB節(jié)省銀漿用量帶動電池成本下降0.24元/片,據(jù)此假設(shè)組件端成本下降0.05元/W,則MBB技術(shù)5~10W的功率增益對應(yīng)度電成本降幅1.3%~1.8%,最低可到0.528元/kWh。
3)疊瓦技術(shù):由于產(chǎn)線改動較大、新增設(shè)備較多,疊瓦技術(shù)與半片及MBB技術(shù)相比組件端成本增長更大,故雖然其功率增益較大,度電成本降幅并不突出。
降本測算2:雙面技術(shù):雙面雙玻電池組件技術(shù)工藝簡單、量產(chǎn)難度低、發(fā)電量增益可達5%~30%且成本基本無增加,在高效組件技術(shù)中降本能力最強,不疊加其他技術(shù)也不使用追蹤系統(tǒng)的情況下,雙面發(fā)電技術(shù)5%~30%的發(fā)電量增幅可使度電成本下降0.02~0.1元/kWh,最低達到0.438元/kWh,降本幅度3.8%~18.5%。
降本測算3:雙面+其他技術(shù):同樣假設(shè)普通電站所用組件功率每增加5W,系統(tǒng)投資下降0.03元/W。
1)雙面+半片:功率增加5~10W,發(fā)電量增益5%~30%,成本基本不變的情況下,度電成本最低可到0.434元/kWh,降低0.023~0.104元/kWh,降幅4.3%~19.3%。
2)雙面+MBB:功率增加5~10W,發(fā)電量增益5%~30%,節(jié)省銀漿使組件端成本下降約0.05元/W的情況下,度電成本最低可到0.43元/kWh,降低0.027~0.107元/kWh,降幅5%~20%。
3)雙面+半片+MBB:功率增加10~20W,發(fā)電量增益5%~30%,組件端成本下降約0.05元/W的情況下,度電成本最低可達到0.427元/kWh,降低0.03~0.11元/kWh,降幅5.5%~20.6%。
廠商積極投建高效組件及配套電池片產(chǎn)能,市占率將快速上
根據(jù)TaiyangNews統(tǒng)計,全球2017年雙面、半片、MBB、疊片電池產(chǎn)能分別為4GW、11.8GW、2.4GW、1.75GW,預(yù)計2018年將增加至8GW、28GW、3.5GW、3.5GW。
市場份額將持續(xù)上升。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會2018年最新發(fā)布的《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖(2017年版)》,各項技術(shù)將憑借高性價比及技術(shù)成熟度的提高迅速提升市占率:
雙面電池組件:隨著農(nóng)光互補、水光互補等新型光伏應(yīng)用的擴大,雙面發(fā)電組件將逐步打開市場,目前趨勢已初步顯現(xiàn),預(yù)計市場份額將由2017年的2%上升至2020年20%及2025年40%;
半片電池組件份額提升迅速,疊片電池組件占比較小,未來仍以全片電池組件為主流:半片電池組件市場份額將由2017年的1%上升至2020年18%及2025年30%;疊片電池組件市場份額將由2017年的0.5%上升至2020年3%及2025年5%;2025年,全片電池組件市場份額仍將保持在65%以上。
多主柵電池組件:2017年5BB成為主流,市場份額由2016年10%提升至60%。隨著工藝成熟及設(shè)備升級,MBB將迅速占領(lǐng)市場,份額將由2017年的2%上升至2020年40%及2025年70%;
主流廠商紛紛升級、投建高效電池組件產(chǎn)能。半片電池組件的主要生產(chǎn)企業(yè)包括天合、阿特斯、晶科等;疊瓦組件受專利保護限制,僅有環(huán)晟和賽拉佛生產(chǎn)。目前,隆基、協(xié)鑫、通威、中來、晶澳、晶科、天合、英利等大廠正在積極跟進。
2雙玻單面組件
各項性能優(yōu),適用范圍
雙玻組件由兩塊鋼化玻璃、EVA膠膜和太陽能電池片經(jīng)過層壓機高溫層壓組成復(fù)合層。它包括由上至下依次設(shè)置的鋼化玻璃層、材料層(PVB、PO、EVA或離子聚合物)、單晶或多晶電池組層、材料層、鋼化玻璃層。
各項性能均改善,適用范圍顯著擴大。由于雙玻組件采用雙玻璃壓制而成,其耐候性、發(fā)電效率都優(yōu)于傳統(tǒng)組件,尤其是對于分布在濕度較高、酸雨或鹽霧較大地區(qū)的光伏電站、農(nóng)業(yè)大棚光伏電站、大風(fēng)沙地區(qū)光伏電站,雙玻組件優(yōu)勢更加顯著:
透水率為零,衰減率、效率、壽命同步優(yōu)化。單玻組件的背板材料是一種有機材料,水汽可以穿透背板導(dǎo)致EVA樹脂快速降解,其分解產(chǎn)物含醋酸,醋酸會腐蝕光伏電池上的銀柵線、匯流帶等,使組件的發(fā)電效率逐年下降。而玻璃的零透水率使組件的電量損耗減少,發(fā)電效率提升,衰減率下降約0.2個百分點,壽命延長5年達到30年左右。
機械性能良好,發(fā)電穩(wěn)定可靠。玻璃的耐磨性、絕緣性、防水性以及承載力都優(yōu)于背板,減少組件局部隱裂等問題,使組件發(fā)電更穩(wěn)定可靠。此外,雙玻組件的防火等級由傳統(tǒng)組件的C級升到A級,防火性能顯著提高。
熱容量大,減少熱斑效應(yīng)。雙玻組件自身的熱容量較大,與普通組件相比其溫升速率較小,更不易受冷熱沖擊的影響。且玻璃與背板的熱擴散系數(shù)相差7倍以上,采用雙玻組件可以很好地解決組件散熱問題,減少熱斑損傷。
無鋁框設(shè)計,有效解決PID。雙玻組件采用無框設(shè)計,沒有鋁框便無法建立導(dǎo)致PID發(fā)生的電場,大大降低了發(fā)生PID衰減的可能性。
衰減低壽命長,發(fā)電量增幅超20%
雙玻組件憑借更低衰減率可使發(fā)電量增長3%左右,但玻璃替代背板后透光量增加帶來功率損失,因此雙玻組件綜合發(fā)電量增益約1%:
增益:低衰減率貢獻發(fā)電量增幅3%。由于雙玻組件的衰減率比單玻組件降低約0.2個百分點,相同發(fā)電條件下,雙玻組件的發(fā)電量較之傳統(tǒng)組件會提高3%。
損失:透光量增加,損失功率2%。由于EVA膠膜是透明的,沒有白色的背板反射電池片間的漏光,使得在電池中產(chǎn)生光電效應(yīng)的光量因透光較高而降低,組件會有至少2%以上的功率損失。而使用白色EVA做后側(cè)的封裝材料會出現(xiàn)白色EVA溢膠遮擋電池片的現(xiàn)象,無法完美解決功率損耗問題。此外,雙玻組件的封邊方式會影響抗水器的功能,失去鋁框保護后對風(fēng)壓的耐受度也會受到一定影響。
量產(chǎn)難度低,組件成本基本無增加
由于雙玻組件的特殊結(jié)構(gòu)和材料組合,在生產(chǎn)過程中需要對現(xiàn)有生產(chǎn)線進行簡單改造,并對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中的一些環(huán)節(jié)加強管控。雖然雙玻組件可采取無金屬邊框設(shè)計,但無鋁框雙玻組件穩(wěn)定性較差,易損毀。雙玻組件成本有常規(guī)組件基本持平。
投資:采購專業(yè)層疊設(shè)備。層疊工序中,由于玻璃厚度減為2.5mm后剛性較差,玻璃搬運、翻轉(zhuǎn)都需要采購設(shè)備來完成;
投資:層壓機改造。層壓工序中,傳統(tǒng)下層加熱層壓機會令層壓時間延長,使產(chǎn)能和生產(chǎn)效率降低,因此必須對現(xiàn)有的層壓機進行改造。
成本增加:玻璃替代背板,成本增加0.027元/W。背板均價15元/㎡,光伏玻璃均價20元/㎡,按60片電池組件尺寸1650mm*992mm、組件功率300MW測算,增加組件成本約0.027元/W。
降本:無金屬邊框設(shè)計,降低組件成本約0.05元/W。雙玻組件可采用無金屬邊框設(shè)計,免接地,安裝更快捷,節(jié)省人力成本,有效降低度電成本;使用過程中減少邊緣積灰,降低日常維護保養(yǎng)成本。鋁框成本占組件非硅成本的21%,而組件非硅成本占總成本33%,因此鋁框大約占總成本的7%。初步估算,無框設(shè)計使雙玻組件的非硅成本下降約$0.05/W。但無鋁框組件易損毀。
降本:適配1500V系統(tǒng),降低組件成本約0.2元/W。在硬件配置上,雙玻組件能滿足1500V系統(tǒng)電壓設(shè)計,與1000V系統(tǒng)相比,因為串?dāng)?shù)減少,直流端線損也更少,可將發(fā)電效率提升0.2%。此外,1500V對應(yīng)的逆變器擴容至2MW,大容量逆變器價格比普通逆變器略低,可以使初始成本減少約0.2元/W。
3雙面電池組件
紅外光可穿透降低工作溫度,雙面受光可垂直安裝
雙面電池背面采用鋁漿印刷與正面類似的細柵格,背面由全鋁層覆蓋改為局部鋁層。背面的入射光可由未被Al層遮擋的區(qū)域進入電池,實現(xiàn)雙面光電轉(zhuǎn)換功能,相當(dāng)于增加了電池受光面積, 從而增加發(fā)電量。與單面雙玻組件類似,雙面發(fā)電組件背面也采用玻璃或透明背板進行封裝,優(yōu)化組件性能的同時增加背面透光量。
與單面雙玻組件相比,雙面雙玻組件在零透水率、優(yōu)良機械性能、少熱斑損傷、低PID概率等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,性能與適用性進一步加強:
工作溫度低,降低功率損失。溫度會對太陽能晶硅電池的開路電壓、短路電流、峰值功率等參數(shù)產(chǎn)生影響,溫度升高1℃,峰值功率損失0.35% ~ 0.45%。雙面電池的背面是高透光的SiNx材料,紅外光線可以穿透電池,不被電池吸收,正常工作下的溫度較常規(guī)組件低5~9℃,減少功率損失。
可垂直安裝,適用范圍增廣。在理想的安裝傾角、距地高度以及地面反射率下,雙面發(fā)電組件能夠充分利用環(huán)境中的反射光和散射光發(fā)電。因此,除傳統(tǒng)安裝方式外,雙面發(fā)電組件還可以垂直安裝,適用于圍欄、太陽能幕墻、高速公路隔音墻、采光型農(nóng)業(yè)大棚等場合。
雙面發(fā)電,發(fā)電量增益5%~30%
系統(tǒng)層面,發(fā)電量增益5%~30%。雙面電站系統(tǒng)的性能主要受系統(tǒng)設(shè)計及安裝環(huán)境的影響。在同等標(biāo)稱峰值功率、安裝地點的情況下,雙面發(fā)電組件發(fā)電量增益15%~20%;增加組件高度及地面反照率后增益可達30%;使用斜單軸或追蹤設(shè)備后增益甚至可達50%以上。
電池背面效率略低于正面,背面透光導(dǎo)致正面效率略降:由于激光開孔點仍然需要柵格來疏導(dǎo)光生電流,故電池背面大部分區(qū)域仍覆蓋了Al/Ag漿,且鋁柵格導(dǎo)電性不如銀柵格,故鋁柵線較寬,背面覆蓋率高達30%~40%,因此背面可吸收光線的區(qū)域有限,轉(zhuǎn)化效率(10%~15%)明顯低于正面(20%以上)。同時,由于背面由全Al層改為局部覆蓋,透光量增加,電池正面效率可能會下降0.2-0.5%。
發(fā)電增益受反射背景、組件朝向、安裝角度、離地高度的影響:雙面發(fā)電組件安裝角度可從0°到90°,角度越大較常規(guī)組件發(fā)電量增益越多;配合跟蹤軸等追蹤設(shè)備后發(fā)電量增加顯著;背景顏色越淺,背景反射率越高,發(fā)電量提升越多;離地高度越高,組件與地面之間的空間越大,則組件背面可接收的周圍反射面越大,發(fā)電量越多。
量產(chǎn)無難度,產(chǎn)線改造幾乎“免費”
應(yīng)用雙面發(fā)電技術(shù)需要在電池、組件及系統(tǒng)層面均作出相應(yīng)調(diào)整。綜合來看,產(chǎn)線改造簡單、量產(chǎn)難度低、電池與組件端幾乎都沒有成本的增加:
1)電池層面,單面轉(zhuǎn)雙面所需額外投入幾乎可以忽略不計:可量產(chǎn)電池結(jié)構(gòu)包括HJT、PERT、PERC。IBC電池具備雙面性但尚未實現(xiàn)量產(chǎn)。
p-PERC雙面電池:幾乎免費的雙面發(fā)電紅利。p-PERC技術(shù)路線是雙面技術(shù)中最熱門的選項。工藝方面,PERC產(chǎn)線轉(zhuǎn)入雙面結(jié)構(gòu)只需將全鋁背場改為局部鋁背場,把背面鋁漿全覆蓋改為用鋁漿在背面印刷與正面類似的細柵格,并對鈍化膜中的氮化硅膜層及激光開孔部分做一些優(yōu)化。設(shè)備方面,需提高背面電極柵格印刷設(shè)備及激光設(shè)備的精度。發(fā)電增益方面,p-PERC雙面因子僅60%-80%,略低于其他技術(shù)路線,主要是因為鋁柵格導(dǎo)電性不如銀柵格,故背面柵線較寬,覆蓋率高達30%-40%,但鋁漿價格遠低于銀漿,可有效控制成本。成本增加方面,改造難度低,產(chǎn)線更新只需2個月左右,成本增加僅2 cent/W,與其他電池技術(shù)所需的升級相比幾乎可以忽略不計。產(chǎn)能方面,基本每家PERC電池或組件廠商都在評估或投入雙面技術(shù),目前具備p-PERC雙面電池組件產(chǎn)能的企業(yè)主要包括晶澳、隆基、天合光能、SolarWorld等。
n-PERT雙面電池:成本與發(fā)電量同時增加。工藝方面,與PERC相比,PERT不需要氧化鋁及激光處理,但多了一道背面硼擴散工序,形成背表面全覆蓋,以降低電池的背面接觸電阻和復(fù)合速率,其成本與氧化鋁類似。擴散方式包括常規(guī)擴散、低壓擴散和共擴散。成本方面,n-PERT電池與晶硅無關(guān)的部分成本與p-PERC基本相同,但N型硅片價格較P型高出約10%,且n-PERT雙面電池涉及兩次結(jié)節(jié),銀漿消耗量也近乎翻倍,故其制造成本也比p-PERC高出近20%。發(fā)電增益方面,由于銀柵線導(dǎo)電能力強,印刷寬度較鋁柵線更窄,故背面電極遮蓋率顯著降低,因此雙面因子超過90%,發(fā)電量增益顯著提高。產(chǎn)能方面,生產(chǎn)企業(yè)較多,包括中來、英利、天合、林洋等。
其他技術(shù)路線: HJT生產(chǎn)工藝已不同于常規(guī)晶硅電池技術(shù),需薄膜技術(shù)支持,所需設(shè)備也大不相同;p-PERT作為p-PERC的替代方案,推廣范圍及產(chǎn)能均不大;n-PERC尚處在研究中,目前無廠家量產(chǎn)
2)組件層面,成本基本無增加。雙面組件相對常規(guī)組件改動不大,主要為背板材料更換為玻璃或透明背板。此外,接線盒設(shè)計改進、交聯(lián)方案及串焊機優(yōu)化可使效益最大化,功率檢測及標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)化有利于雙面組件推廣:
雙玻結(jié)構(gòu),壽命延長提高玻璃價格容忍度:雙玻組件質(zhì)保30年,壽命的延長可攤薄背面玻璃成本,使組件對玻璃價格的容忍度略高于透明背板,且目前薄玻璃價格走低。短板是重量比較重。
透明背板,產(chǎn)線無需改動但透光率較低:與玻璃相比,透明背板重量減輕,散熱較好,適用于高溫地區(qū),且?guī)缀醪恍韪膭釉挟a(chǎn)線。但透明背板透光率(80%~90%)低于玻璃(90%以上),且在惡劣環(huán)境中,有機材料背板長期使用會導(dǎo)致透明度因老化而降低,進而影響發(fā)電。此外,雖然透明背板價格與2.5mm半鋼化玻璃類似,但考慮鋁框后成本略高于雙玻。
性能及推廣優(yōu)化的其他措施:交聯(lián)環(huán)節(jié)串焊機需針對電池的加溫及冷卻稍加優(yōu)化;優(yōu)化接線盒設(shè)計,移到邊角位置以減少組件遮擋;雙面發(fā)電組件優(yōu)勢難量化,需設(shè)置明確的功率檢測及標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)。目前,用于雙面裝置的IEC標(biāo)準(zhǔn)已進入審核階段,預(yù)計2018年內(nèi)即將發(fā)布,與目前組件售價與峰值功率掛鉤的體系不同,雙面組件售價或?qū)⑴c度電指標(biāo)掛鉤。
4半片電池組件
電流減半降低工作溫度,特殊串并結(jié)構(gòu)減少遮擋損
半片電池技術(shù)使用激光切割法沿著垂直于電池主柵線的方向?qū)?biāo)準(zhǔn)規(guī)格電池片(156mmx156mm)切成相同的兩個半片電池片(156x78mm)后進行焊接串聯(lián)。為了與整片電池構(gòu)成的組件在電氣參數(shù)上一致,應(yīng)在組件內(nèi)部進行電池片的串并聯(lián)。一種可能的連接方式為:每20片半片串聯(lián),與另外一串20個半片并聯(lián),再整體與第二個這種并聯(lián)體串聯(lián),再與第三串串聯(lián),仍舊使用三個旁路二極管。
由于太陽能晶硅電池電壓與面積無關(guān),而功率與面積成正比,因此半片電池與整片電池相比電壓不變,功率減半,電流減半。
兼顧支架與土地利用率的同時,減少遮擋造成的發(fā)電量損失。常規(guī)光伏組件安裝在光伏電站上進行組件陣列排布時,通常有縱向排布與橫向排布兩種方式??v向排布組件的優(yōu)點是安裝方便、支架利用率高、占地面積較小,缺點是在早晚陰影、灰塵、水漬、積雪等造成遮擋時,縱向排布的組件發(fā)電量損失比橫向組件更多。半片組件憑借其特殊的并串結(jié)構(gòu),可以使組件在縱向排布提高支架與土地利用率的同時減少陰影遮擋造成的發(fā)電量損失。
工作溫度下降,熱斑幾率降低。由于減少了內(nèi)部電流和內(nèi)損耗,組件及接線盒的工作溫度下降,熱斑幾率及整個組件的損毀風(fēng)險也大大降低。在組件戶外工作狀態(tài)下,半片組件自身溫度比常規(guī)整片組件溫度低1.6℃左右。晶科能源半片組件的熱斑溫度比同版型整片電池組件的溫度低約25℃,可有效降低組件的熱斑損傷。
電阻損耗減少75%,功率增加5~10W
電流減半,電阻損耗降低,功率提升5~10W。將電池片切半進行焊接串聯(lián),使得其電流降為原來的1/2,因此其電阻損耗就下降到原來的25%(P=I²R)。得益于損耗功率的降低,填充因子與轉(zhuǎn)換效率有所提升,比同版型120片組件功率提升5-10W(+2%~4%)甚至更高。
工作溫度低,減少溫升帶來的功率損耗。半片組件戶外工作溫度比常規(guī)組件低1.6℃左右,按照組件功率溫度系數(shù)-0.42%/℃計算,同等條件下半片組件比整片組件功率輸出高0.672%(按普通組件功率280W的估算,功率提高1.88W)。
量產(chǎn)難度不大,組件端成本微增
與多主柵及疊片電池等組件技術(shù)相比,半片組件技術(shù)較容易控制,制作工序上需增加電池切片環(huán)節(jié)、串焊需求加倍,其中串焊過程與常規(guī)電池基本相同,切半環(huán)節(jié)有許多供應(yīng)商提供解決方案:
激光切劃+機械切割。這個工藝需要用激光對電池進行切劃,然后用機械手段將電池切割成兩片。能提供實現(xiàn)該工藝的工具的代表廠商包括德國的Innolas和英國的ASM。
熱激光分離。這種工藝使用激光沿著過中間點的細線加熱電池,然后迅速冷卻該區(qū)域,使電池在熱張力的作用下裂開。該工藝的提供者表示這種方法能在切口處實現(xiàn)更高質(zhì)量的電池邊緣。提供熱激光分離工具的廠商有3D Micromac。
目前電池廠商尚未直接生產(chǎn)半電池,故電池廠商成本基本無變化,成本增加主要由組件廠商承擔(dān)。半片電池組件與常規(guī)組件相同,均采用鋼化玻璃、EVA和TPE(TPT、EPE)背板等材料進行封裝,但電池的切片、輔料、人工、折舊等費用略有增加,組件端成本微增:
外觀缺陷電池可再利用,但電池片損耗、組件殘次品率升高。由于半片電池將常規(guī)電池切半后使用,故外觀受損范圍較小的缺陷電池可實現(xiàn)再利用。然而晶體硅電池十分脆弱,切半過程增加電池片損毀;半片電池在組件中的串聯(lián)過程也更加復(fù)雜、精細化、接頭更多,電池破裂的概率增加。不過,半切電池成品率約95%,領(lǐng)先的半切公司如REC及阿特斯陽光電力甚至可做到更高,目前串焊工藝也較為成熟,故此項導(dǎo)致的成本增幅并不大。
增加組件廠商電池切割成本:由于電池廠商尚未直接生產(chǎn)半電池,故電池切割的成本、切割過程中電池片的損毀需要組件廠商承擔(dān)。
串焊設(shè)備需求與工時加倍。半片組件只需在串焊前將標(biāo)準(zhǔn)電池片對半切開,全程全自動裂片與傳輸,在組件生產(chǎn)環(huán)節(jié),對串焊機稍加改造即可實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。但是由于電池片數(shù)量增加一倍,故同等產(chǎn)能半片組件串焊機設(shè)備需求增加一倍,電池串聯(lián)焊接的時間也加倍。
采用三分體接線盒。由于層疊時焊接接頭的數(shù)量增多,為增加組件發(fā)電可靠性采取分體接線盒設(shè)計,常規(guī)組件的1個接線盒變?yōu)槿煮w接線盒。
5多主柵電池組件
技術(shù)逐漸成熟,組件可靠性提
從金屬電極遮擋電池減少有效受光面積,以及柵線材料銀價格較高的角度考慮,柵線應(yīng)越細越好。然而,柵線越細、導(dǎo)電橫截面積越小、電阻損失越大。此外,組件內(nèi)電池片之間由焊帶與主柵相連,柵線的改動還涉及焊接工藝變化,因此柵線的設(shè)計需要在遮光、導(dǎo)電性及成本之間取得平衡。
近年來,隨著硅片尺寸變大、網(wǎng)印技術(shù)改進、硅片成本下降導(dǎo)致正極銀漿成本占比增加,多主柵技術(shù)難度越來越小而性價比日漸提升,多主柵(Multi-Busbar,MBB)甚至無主柵電池的市占率逐步提升,2017年起部分大廠開始推出多主柵電池片,預(yù)計未來將逐步成為主流。
組件可靠性提升。由于柵線密度增大,間隔小,即使電池片出現(xiàn)隱裂、碎片,多主柵電池功損率也會減少,仍能繼續(xù)保持較好的發(fā)電表現(xiàn)。同時,焊接后焊帶在電池片上的分布更為均勻,分散了電池片封裝應(yīng)力,從而提升了電池片的機械性能。
降電極電阻與遮擋,組件功率提升5-10%
多主柵電池片大多采用9/12條柵線設(shè)計,增加了柵線對電流的收集能力,同時有效地降低了組件工作溫度,提高組件長期發(fā)電性能,組件效率可提高2.5%,功率可提升5-10W:
電池內(nèi)柵線密化,電阻損耗降低。雖然電極變細使串聯(lián)電阻提高,但多主柵技術(shù)通過增加?xùn)啪€的數(shù)量,將柵線密化,減小了發(fā)射區(qū)橫向電阻;通過增加?xùn)啪€橫截面積(減小柵線寬度,增加?xùn)啪€高度),減小了導(dǎo)線電阻。每條主柵線承載的電流變少,電流在細柵上的路徑變短,功率損耗得到有效降低。
有效受光面積增大。更細更窄的主柵設(shè)計有效地減少了遮光面積,有效受光面積增大。多主柵電池與5BB電池相比遮光面積大約減少3%。
圓形焊帶的二次光反射效應(yīng)增加電池光的吸收利用率。使用傳統(tǒng)扁平/方型焊帶時,焊帶上方的入射光基本被反射損失掉,而圓形焊帶上方的入射光經(jīng)過玻璃二次反射可被電池片有效吸收利用,從而提高光生載流子的收集率。
量產(chǎn)難度稍高,銀漿消耗量減少成本下
與傳統(tǒng)光伏電池片制造和組件封裝相比,多主柵技術(shù)不需要額外的步驟就可以完成主柵電池/組件封裝。其技術(shù)難點主要在于電池片分選、組件串焊、組件疊層三個方面,尤其是串焊過程中焊接對準(zhǔn)和焊接牢度挑戰(zhàn)較大。
電池串聯(lián)為組件的過程中,需用焊帶將一塊電池片的主柵線與另一塊電池片的背面焊接。主柵數(shù)量增加的同時,互聯(lián)條寬度也需要做得更多、更細,焊接難度極大地增加,傳統(tǒng)電池互聯(lián)技術(shù)難以滿足制作要求,需要有新的互聯(lián)技術(shù):
焊接法:最接近傳統(tǒng)電池互聯(lián)技術(shù),在用設(shè)備升級改造即可實現(xiàn)。依然采用涂錫焊帶在熱焊接條件下實現(xiàn)電池片間的互聯(lián),焊帶寬度下降到一定程度后截面制作為圓形。焊接法接近傳統(tǒng)互聯(lián)技術(shù),在用設(shè)備升級改造即可用于多主柵組件生產(chǎn)。缺點在于良率可能降低,且高溫過程導(dǎo)致其與異質(zhì)結(jié)(HJT)電池技術(shù)、薄片技術(shù)不兼容。焊接法的代表廠商為Schmid公司。
低溫合金法:不需要印刷主柵,但成本較高。將18根甚至更多表面涂覆有低溫合金的圓形銅線鋪設(shè)于聚合物薄膜上,再和聚合物薄膜一起鋪設(shè)于電池片上。表面低溫合金會在層壓過程中融化,并將電池片與金屬線互聯(lián)。雖然該技術(shù)不需印刷主柵,節(jié)省了銀漿成本,但由于引入高價低溫合金材料及聚合物薄膜等配套封裝材料,制造成本相對較高。典型代表為MeryerBurger公司的SmartWire技術(shù)。
導(dǎo)電膠法:扁平狀互聯(lián)條遮光面積大,技術(shù)成熟度差。先將導(dǎo)電膠膜裁成條狀并貼在電池片兩面對應(yīng)主柵的位置,再將互聯(lián)條置于導(dǎo)電膠膜上,并通過約200℃的熱層壓過程將互聯(lián)條和電池片層壓在一起。導(dǎo)電膠的上膠方式包括膠膜、印刷、點膠到電池片或涂在互聯(lián)條上,各類方式的制程溫度都比較低,可以和HJT及薄片技術(shù)兼容。缺點在于導(dǎo)電膠對接觸面積要求較高,互聯(lián)條需為扁平狀/長方形,遮光面積較大且允許的主柵數(shù)量有限。典型代表為Hitachi公司的CF技術(shù)。
預(yù)制互聯(lián)網(wǎng)格法:采用彈性的金屬網(wǎng)格代替?zhèn)鹘y(tǒng)的互聯(lián)條。特指GTAT的Merlin技術(shù)。采用彈性金屬網(wǎng)格代替條形互聯(lián)條。金屬網(wǎng)采用銅線匯流,浮動連接線維持金屬網(wǎng)形狀,與電池片互聯(lián)方式包括熱焊接、低溫合金連接或?qū)щ娔z連接。
電池成本:銀漿消耗下降,但需要新的網(wǎng)版。由于多主柵電池經(jīng)過重新設(shè)計,柵線數(shù)量增多,密度增大,因此需要更換新的工藝與裝置。在電池制造環(huán)節(jié),對成本的影響主要來自銀漿消耗量以及新裝置的采購與調(diào)整。
銀漿消耗下降,帶動電池片每片成本節(jié)省0.24元。由于柵線變細,電極銀漿消耗量下降,12BB相比5BB銀漿消耗至少可節(jié)省30%以上。目前,5BB電池片正銀耗量約為110mg/片,12BB正銀耗量約為70mg/片,僅在銀漿環(huán)節(jié),多主柵電池片每片成本即可節(jié)省0.24元,直接帶動電池成本的下降。按每片電池4.5W估算降本幅度0.5元/W。
柵線寬度受制于網(wǎng)印工藝,需要新的網(wǎng)版。多主柵技術(shù)在電池制造環(huán)節(jié)依然采用絲網(wǎng)印刷工藝,但由于柵線的寬度受制于網(wǎng)印的工藝,因此需要新的網(wǎng)版。
組件層面:需搭配自動匯流焊接設(shè)備。在組件制作環(huán)節(jié),多主柵技術(shù)基本上不需要增加額外的步驟就可以完成組件封裝,但由于柵線焊點太多,手動焊接效率太慢,因此多主柵組件生產(chǎn)必須要搭配自動匯流焊接設(shè)備,以滿足產(chǎn)能需求。疊層操作環(huán)節(jié)需要將電池串被放置在玻璃上,除此之外,使用15Cu線進行電池串互連及后續(xù)組件層壓時,不需要對現(xiàn)有工藝進行大幅修改,也不會產(chǎn)生額外費用。
6疊片電池組件
采用無主柵設(shè)計,電池交疊互聯(lián)無焊帶
疊片電池組件技術(shù)將電池片切割為4-5份小片,再將電池正反表面的邊緣區(qū)域制備成主柵,然后使前一片電池的前表面邊緣與下一片電池的背表面邊緣互聯(lián)。這樣的設(shè)計使得電池片以更加緊密的方式互相連接,電池間縫隙降到最低,邊緣甚至稍微重疊。疊片組件技術(shù)采用整體無主柵設(shè)計,通過一種類似導(dǎo)電膠的方式將電池以串并聯(lián)結(jié)構(gòu)緊密排布,省去了焊帶焊接。
疊片技術(shù)采用無主柵設(shè)計,降內(nèi)耗提功率的同時大幅度降低了反向電流對組件產(chǎn)生熱斑效應(yīng)的影響,提高了組件的機械性能。
解決熱斑問題,抗裂能力增強。由于疊片組件獨特的排列方式,降低了焊帶電阻對組件功率的影響,保證了組件封裝過程中的最小功率損失,降低了反向電流對于組件產(chǎn)生熱斑效應(yīng)的影響。疊瓦組件特有的柔性連接,可以最大程度地減少由于組件運輸與現(xiàn)場安裝可能帶來的電池片隱裂,控制隱裂延展
性能及推廣優(yōu)化的其他措施:交聯(lián)環(huán)節(jié)串焊機需針對電池的加溫及冷卻稍加優(yōu)化;優(yōu)化接線盒設(shè)計,移到邊角位置以減少組件遮擋;雙面發(fā)電組件優(yōu)勢難量化,需設(shè)置明確的功率檢測及標(biāo)稱標(biāo)準(zhǔn)。目前,用于雙面裝置的IEC標(biāo)準(zhǔn)已進入審核階段,預(yù)計2018年內(nèi)即將發(fā)布,與目前組件售價與峰值功率掛鉤的體系不同,雙面組件售價或?qū)⑴c度電指標(biāo)掛鉤。
可放電池片數(shù)量增加13%,組件功率可提升15-20%
疊片技術(shù)通過交疊電池小片,實現(xiàn)無電池片間距,在同樣面積下可以放置更多的電池片,從而有效擴大了電池片受光面積,發(fā)電增益可達18.5%,組件效率可提升到18.81%,遠高于半片、多主柵等組件技術(shù):
密度大,省空間,同版型組件可放置電池片數(shù)量增加13%。2017年主流的疊瓦版型是將1片常規(guī)尺寸的電池片(156mm邊長)切成5小片,34小片串聯(lián)成為一串,2串串聯(lián)后再并聯(lián)形成一個組件。組件中,電池片總面積相當(dāng)于68片156mm×156mm電池,組件面積相當(dāng)于60片156mm×156mm電池的版型,其尺寸為1623mm×1048mm×40mm,即同版型組件中電池片數(shù)量增加13.3%。
采用無主柵設(shè)計,減少金屬柵線遮光面積。疊片電池的無主柵設(shè)計減少了金屬柵線遮光面積,提高組件輸出功率。
串并結(jié)構(gòu)減少內(nèi)阻,降低遮光影響。疊片組件特殊的串并結(jié)構(gòu)降低了組件內(nèi)阻與內(nèi)部功耗。并聯(lián)電路設(shè)計使疊瓦組件功率下降與陰影遮蔽面積呈線性關(guān)系,與其它常規(guī)組件相比在部分遮光的條件下表現(xiàn)更好。
量產(chǎn)難度較大,改變了傳統(tǒng)的組件焊接技術(shù)
疊瓦組件的導(dǎo)入大幅度地改變了傳統(tǒng)的組件焊接技術(shù),使得量產(chǎn)難度增大。主要包括四個方面的改進:電池片電極設(shè)計的改進;激光切片以及切片后的測試與分選;小片點膠焊接;導(dǎo)電膠代替金屬焊帶。
電極設(shè)計:無主柵設(shè)計使得小片的測試與分選較為困難。小片電池的邊緣成為主柵位置,為該種小片的測試與分選帶來了困難。目前國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)切片后不再進行分選。雖然整片進行了分選,但是整片內(nèi)的效率不均勻性也會造成小片的功率差,為后續(xù)的組件封裝帶來功率下降的風(fēng)險,這種情況對多晶硅電池片尤其明顯。
激光切片:切片問題會影響組件的收益率。激光切片雖然已經(jīng)是十分成熟的技術(shù),但是激光切片所造成的邊緣損傷、邊緣短路、碎片等仍舊是十分重要的,影響著這種組件的收益率,對多晶組件尤為明顯。
焊接技術(shù):需加入特有的疊瓦流程。硅片疊焊的工藝包括:切片—涂膠—疊片—固化—匯流條焊接—排版—覆膜—層壓,加入了特有的疊瓦流程,需采購專用的全自動疊瓦串焊機,使得單位面積下可以疊放更多的太陽能電池片。此外,電池片之間必須緊密連接,電池在生產(chǎn)過程中要非常平整,組件封裝有一定的難度,需要采用新設(shè)備和材料。
導(dǎo)電膠:電池片生產(chǎn)的關(guān)鍵材料,完美替代品尚未出現(xiàn)。疊片技術(shù)采用無焊帶設(shè)計,焊接材料包括導(dǎo)電膠、導(dǎo)電膠膜。導(dǎo)電膠膜具有更高的玻璃轉(zhuǎn)化點(Tg),降低了因組件溫度變化而帶來的應(yīng)力變化。導(dǎo)電膠的Tg低得多,長期使用后可靠性下降,但其金屬含量比導(dǎo)電膠膜高很多。綜合來看導(dǎo)電膠略勝一籌,但目前尚未找到完美的疊瓦焊接材料的解決方案。
導(dǎo)電膠固化溫度不能過高,相當(dāng)于層壓溫度(150℃以下),故只能使用低溫導(dǎo)電銀漿。其中,60~80%wt的導(dǎo)電粒子提供導(dǎo)電特性,20~40%wt的聚合物基體提供導(dǎo)電粒子的載體、固化方式、粘接強度、耐老化特性等。導(dǎo)電粒子一般為銀離子,有機硅是比較全面的一種聚合物基體,其他聚合物基體還包括:丙烯酸脂體系;環(huán)氧體系;有機氟體系。此外,涂膠方式分為絲網(wǎng)印刷、螺桿點膠、噴射點膠。
成本方面,由于疊片組件改變了傳統(tǒng)的焊接技術(shù),在生產(chǎn)過程中需要采購額外的串焊設(shè)備,增加了生產(chǎn)成本。但是疊片組件在分選環(huán)節(jié)大大減少了生產(chǎn)時間和成本;疊片組件舍棄了傳統(tǒng)的焊帶技術(shù),大幅節(jié)省了BOM成本。疊片技術(shù)適用于超薄電池片(100~120um),未來可有效節(jié)約硅成本。
投資建議
預(yù)計雙面雙玻組件市占率將快速提升,光伏玻璃企業(yè)最直接受益,重點推薦:信義光能,關(guān)注:福萊特玻璃;此外,高效產(chǎn)能占比較高的電池組件企業(yè)也將有一定優(yōu)勢,關(guān)注:隆基股份、林洋能源、通威股份。
風(fēng)險提示
政策風(fēng)險:盡管光伏發(fā)電成本已臨近平價上網(wǎng),正逐漸擺脫對政策扶持和政府補貼的依賴,但作為電源,尤其是占比越來越大的情況下,不可能徹底擺脫政策的監(jiān)管,若中國或海外國家政府對清潔能源態(tài)度發(fā)生重大轉(zhuǎn)變,則仍可能面臨一定的政策風(fēng)險。
技術(shù)可靠性風(fēng)險:新工藝、新技術(shù)在推廣應(yīng)用初期,如果因為種種原因?qū)е聭?yīng)用效果遠不及預(yù)期,甚至造成損失,可能嚴(yán)重影響該項新技術(shù)未來的應(yīng)用前景。
產(chǎn)業(yè)投資收縮導(dǎo)致技術(shù)進步放緩風(fēng)險:目前光伏行業(yè)處于相對景氣低谷階段,如景氣復(fù)蘇不及預(yù)期,導(dǎo)致企業(yè)大幅縮減甚至停止擴產(chǎn)或工藝升級相關(guān)的資本開支,則可能導(dǎo)致預(yù)期的技術(shù)進步速度放緩。
原標(biāo)題:新趨勢:半片/疊瓦/MBB/雙面等高效光伏組件全介紹