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叠瓦电池

随着技术领跑者不断推进,对电池、组件的技术参数要求越来越高,之前主攻欧美、日本的叠瓦技术开始挑战国内应用市场。同时,N型Pert、MWT、HIT异质结等多种技术叠加的优势逐渐显现,400W以上的高效组件成了各家企业的研发重点,也当仁不让地成为光伏展会上的新宠。

随着光伏技术的进步和“领跑者”计划的深入推进,中国光伏行业开始进入高效产品比拼的时代。

国家能源局下发2019光伏发电建设管理征求意见稿,明确指出优先建设平价上网项目,以技术进步为核心来降低度电成本刻不容缓。高效组件作为光伏发电系统最为核心的部件,正与高效电池技术一起,为提升光伏系统可靠性与发电效率,降低度电成本做出贡献。

一、叠片电池结构和原理

目前,异质结电池与叠瓦组件,可谓分别是电池端与组件端高效产品的研究热点,两者叠加得到的异质结叠瓦超高效组件更是受到广泛关注。2018年5月,通威研发的新型异质结叠瓦组件正面发电输出功率高达442W,组件转换效率高达21.7%。由于异质结双面率大于90%,在正常的反射光下,双面异质结叠瓦组件高达500W,是有史以来最高的单片组件功率。

作为主流高效组件技术之一的叠片技术目前受到广泛关注。传统组件电池片之间采用汇流条连接结构,大量汇流条的使用,增加了组件内部的损耗,降低了组件转换效率,同时单片电池片的差异在串联结构下,反向电流对组件影响会增加,从而产生热斑效应而损坏组件甚至影响整个光伏系统的运转。

异质结:最具产业化潜力的下一代超高效电池技术

叠片组件利用切片技术将栅线重新设计的电池片切割成合理图形的小片,将每小片叠加排布,焊接制作成串,再经过串并联排版后层压成组件。这样使得电池以更紧密的方式互相连结,在相同的面积下,叠片组件可以放置多于常规组件13%以上的电池片,并且由于此组件结构的优化,采用无焊带设计,大大减少了组件的线损,大幅度提高了组件的输出功率。

异质结电池由于具备转换效率高、制造工艺简单、薄硅片应用、温度系数低、无光致衰减、可双面发电且双面率高等一系列优势,被誉为最具产业化潜力的下一代超高效电池技术。目前,异质结电池的研发最高效率已达26.6%,产线量产效率在23%左右,提效空间巨大。

二、叠片技术的前景

国内布局异质结技术的企业有十余家,主要有晋能、中智、汉能、钧石、通威、爱康、彩虹、国电投等。其中晋能、中智、汉能及钧石等布局较早,已建成异质结产线,规模多在百MW级;通威、爱康、彩虹等新进入的企业自去年起纷纷宣布了GW级的异质结产能布局,目前产线多在建设中。

更高效率更低损耗,叠片技术无疑将对国内的高效组件封装技术带来革命性影响。尤其在目前国内组件市场价格日渐下行的情况下,组件领域的降本提效成为必须。因此,光伏业内企业积极推进叠片组件的技术研发与大规模制造。

据亚化咨询统计,2016年至今,中国异质结项目总规划产能约达22GW,拟投资总额高达520亿元,实际已建产能约为1GW。多数企业目前仍在评估或中试阶段,还未形成大规模发展。

叠片组件目前的应用市场主要在一些高效应用场景中,如第三批领跑者中应用领跑基地和技术领跑基地中各有一个项目中标;日本一直是高效产品的市场,叠片组件在日本也有不错的应用市场。此外,叠片组件漂亮的外观非常适用于户用分布式。

叠瓦:革命性的高效组件封装技术

三、叠片技术生产企业

叠瓦组件利用切片技术将栅线重新设计的电池片切割成数片,将每小片叠加排布,用特殊的专用导电胶材料将其焊接成串,再经过串并联排版后层压成组件。这样使得电池以更紧密的方式互相连结,在相同的面积下,叠瓦组件可以放置多于常规组件13%以上的电池片,同时采用无焊带设计,减少了组件的线损,降低了电池片互联电阻,大幅提高了组件的输出功率。

1、赛拉弗

更高效率更低损耗,叠瓦技术无疑将对高效组件封装技术带来革命性影响。因此,业内企业积极推进叠瓦组件的技术研发与大规模制造,国内企业赛拉弗、东方环晟、隆基乐叶、阿特斯、通威、协鑫集成、爱康、东方日升等均有布局。

赛拉弗于2016年3月推出应用叠片技术的日食系列组件。相同60片版型的组件可以达到320W以上。Eclipse新技术和工艺还可结合现存的高效电池技术,在2017SNEC上,赛拉弗推出了两款新型日食组件,分别是搭配了黑硅与PERC工艺的组件产品,以及采用HJT电池的组件产品。

在2019 日本东京PV
EXPO展会上,多家企业展出了叠瓦产品,如下表所示。可见,此次展出的叠瓦组件多搭配单晶PERC电池片,赛拉弗和通威则同时展出搭配异质结的叠瓦组件。亚化咨询研究表明,2019年叠瓦组件产能有望达10GW。

赛拉弗日食系列于2016年5月顺利通过测试,成为全球第一家通过TUVSUD认证的采用切片叠瓦技术的高效组件,功率输出与常规组件相比提高了15%。

异质结+叠瓦:最佳CP组合

2、东方环晟

异质结技术的优势如前文所述,但异质结技术若要实现大规模发展也具有一定难点。一方面,异质结的制造成本相对较高,另一方面异质结采用常规封装技术封装时,焊带拉力的稳定性难以控制,且异质结不能采取传统晶体硅电池的高温焊接等工艺,需要低温焊接工艺和低温材料,因此封装工艺难度较高。

2017年2月,东方电气、中环股份、SunPower联手宜兴开发区四方签约,启动东方环晟高效叠片太阳能电池组件项目。据悉,该项目引进股东方SunPower独创并经北美市场验证成熟的叠片组件技术,建设21条全部应用叠片技术的单多晶组件生产线。项目总投资约50亿元,2017年底将建成730MW高效叠片太阳能电池组件产能,全部投产后将形成5GW高效叠片太阳能组件产能。第一批51MW产品已销往海外。

若异质结电池采用叠瓦技术封装,上述问题则迎刃而解。叠瓦技术采用导电胶串接电池片的方式,导电胶的低温和柔性特点,以及无焊带设计,完美地解决了焊带拉力稳定性和低温焊接的问题。此外,异质结技术可采用更薄的硅片,采用传统组件封装工艺时,焊带串接电池片难度大,且受机械应力和热应力影响,异质结电池很容易造成破片。叠瓦组件不使用焊带连接电池片,可以减少封装过程中的破片率。

3、协鑫集成

在成本控制方面,目前异质结电池的BOM成本前四项为硅片、导电银浆、靶材、制绒添加剂,银浆在异质结电池成本中占有重要比例。目前,用于叠瓦封装的异质结电池主栅线更细,未来更可以利用TCO膜导电性取消栅线,节省更多银浆成本。

协鑫集成自2014就成立了高效切片技术与高效叠片技术的专项科技研发团队,其推出的金刚高密度组件即应用了创新型的叠片技术,并在2016SNEC上开始展出。

可见,异质结电池采用叠瓦技术封装,有助于产品的成本控制,并且能够解决异质结电池采用常规封装技术时所遇到的问题。同时,异质结叠瓦组件可以实现更高功率,有效降低了度电成本。据悉,通威、爱康、东方日升等均同时布局了异质结技术与叠瓦技术。

4、其他企业

异质结叠瓦组件的痛点

此外,在2017年SNEC上,晶科、中来股份、亿晶光电、顺风、中利腾晖、隆基乐叶、Solaria等公司均展示了叠片组件产品,但现均无量产。相似的还有隆基与爱康。2018年5月25日,隆基乐叶宣布:经权威认证测试机构CGC测试,隆基乐叶研发的60尺寸型双面叠片组件正面转换效率达20.66%,突破世界纪录,成为目前全球60尺寸型双面叠片组件正面转换效率最高纪录保持者。2018年7月28日,爱康光电叠瓦组件生产线首件产品成功下线,命名为“鲲鹏”系列的叠瓦单晶组件。

虽然异质结和叠瓦技术的前途是光明的,但两者目前都还面临着一定挑战,发展道路是曲折的。

四、叠片电池组件存在问题:

对于异质结技术而言,设备初始投资较高,硅片、银浆、靶材等关键辅材成本较高,产线工艺控制和电池良率还有待提升;对于叠瓦技术而言,叠瓦专用设备初始投资及使用导电胶使得组件制造成本偏高,叠瓦工艺设备的自动化水平需进一步提升,还需控制切片工艺中的破片率,以及消除专利疑虑等。

1、技术门槛高

相信随着产业化深入,异质结和叠瓦的技术会不断完善,制造成本会不断降低,异质结叠瓦组件未来发展前景可期!

叠片电池组件的大规模量产还存在一些问题。首先,叠片组件的技术门槛较高,如何在封装过程中确保电池联结的可靠性是技术关键;

由亚化咨询主办的2019异质结与薄膜太阳电池论坛将于5月7-8日在四川成都召开。来自通威太阳能的专家将参会并作重要报告,介绍异质结叠瓦技术的开发与挑战。会议还将安排参观通威最新智能工厂与汉能成都异质结电池工厂。

2、成本高

此外,来自汉能、中威、晋能、联合再生能源、Oxford
PV、协鑫纳米、中环、中建材、神华光伏、凯盛光伏、纤纳光电、应用材料、梅耶博格、汉高、理想万里晖、捷佳创、Von
Ardenne、爱发科、美科设备、伟信新能源、中科院微电子所、PVInfoLink等的专家将参会并作重要报告。来自异质结与薄膜太阳电池产业链300位资深行业人士将参会并探讨行业最新进展。

叠片组件需额外采用新设备和材料制造,成本相对较高。据了解每瓦成本至少高出3毛钱以上。

3、专利风险高

叠片组件存在专利纠纷的风险,故组件制造商在进行研发生产时应注意规避专利风险。这也是叠片组件生产最大的风险。目前叠片技术的全球专利已经被Sunpower注册。东方环晟与Sunpower合资避免了专利风险。

五、总结

总体来说:如能避免规模过大引起专利起诉与赔偿,叠片技术只要实现了规模化的发展,成本一定会降下来,在未来会非常有竞争优势。

HIT电池

一、HIT发展背景

HIT是Heterojunction withIntrinsic
Thin-layer的缩写,意为本征薄膜异质结,因HIT已被日本三洋公司申请为注册商标,所以又被称为HJT或SHJ(Silicon
Heterojunction
solarcell)。该类型太阳能电池最早由日本三洋公司于1990年成功开发,当时转换效率可达到14.5%,后来在三洋公司的不断改进下,三洋HIT电池的转换效率于2015年已达到25.6%(2009年,三洋公司被松下收购)。迄今为止,该太阳能电池的最高效率可达26.3%,HIT技术叠加IBC技术之后的HBC电池最高效率可达26.63%。2015年三洋的HIT专利保护结束,技术壁垒消除,是我国大力发展和推广HIT技术的大好时机。

二、HIT电池优势和特点

1、高温环境下发电量高

在一天的中午时分,HIT电池的发电量比一般晶体硅太阳电池高出8-10%,双玻HIT组件的发电量高出20%以上,具有更高的用户附加值。

2、双面电池

HIT是非常好的双面电池,正面和背面基本无颜色差异,且双面率(指电池背面效率与正面效率之比)可达到90%以上,最高可达96%,背面发电的优势明显。

三、HIT电池产业化现状

2017年国内HIT电池已经形成产能1GW,但是产量有限,仅为60MW,平均转化效率为22.7%,预计2018年将迎来异质结发展元年,2018年规划产能将为2.5GW,总产能将达到3.5GW。在大规模量产方面,首屈一指的当然是日本三洋,现有产能1GW,量产效率达23%。除此之外,有较成熟HIT技术的还有松下、Keneka、Sunpreme、Solarcity、福建均石、晋能、中智、上澎等企业。

1、晋能清洁能源有限公司

晋中基地的高效异质结单晶电池组件10万千瓦项目2017年4月份投产,成为国内首条高效异质结单晶电池规模化生产线,并有望在国际上首次以接近常规晶硅组件成本的技术路线实现高效异质结单晶电池产品的量产。

另外据统计2017年晋能异质结电池出货量为4MW左右。未来三年内,晋中超高效异质结电池及组件生产基地产能将达到2GW,同时超高效异质结组件的生产成本将降至0.4美元/瓦。

2、钧石能源有限公司

钧石目前异质结电池总产能为金石能源100MW产能(前期100MW主要用于研发)以及福建钜能刚投产的500MW产能,总产能为600MW。

另外据统计2017年鈞石异质结电池总出货量为1-2MW。不过随着其500MW产能投产,其公司自我预计2018年出货量将到达100-200MW。

3、中智电力科技有限公司

2017年7月,中智与江苏省泰兴市高新区合作共同投资建设的160MW两条异质结太阳电池的生产线已建成,投入总计4亿元左右。另外据统计2017年中智异质结出货为1-2MW。

4、汉能控股集团有限公司

于2016年成立HIT事业部,专注于制造HIT整线生产线。2017年3月,汉能投资高达39.15亿元对原汉能光伏的生产线全面进行技改升级,重新建设以高效异质结太阳能电池及柔性CIGS薄膜太阳能电池为技术路线的薄膜太阳能研发制造基地。据了解目前汉能HIT电池片研发效率达23%,产能400MW。

5、深圳光远智能装备股份有限公司

2017年12月28日。由深圳光远智能装备股份有限公司生产的高速双轨串焊机GCH-2600A完成该项目第一片HIT电池焊接——标志国内HIT光伏技术获得突破,而该项目的一期120MW同日宣布投产,二期480MW计划在2018年底建成投运。全部达产后HIT系列新产品年产能达600MW。

6、江苏爱康科技股份有限公司

2018年6月16日,爱康科技宣布总投资106亿元的爱康科技异质结新一代高效太阳能电池项目落户浙江长兴,并于2018年7月28日举行了开工仪式,规划总产能5GW,项目达产后,预计年销售收入120亿元,年税收7亿元。

7、其他企业

公司HIT产业备注

Panasonic量产HIT电池鼻祖,技术储备雄厚,当前最高25.6%。

Silevo量产有优秀的Triex技术,于2016年6月被SolarCity收购

Kaneka量产刷新松下效率,以26.3位居第一%

First Solar量产薄膜老大

Solar City量产整合Panasonic与Silevo技术,为特斯拉供货。

中环股份可量产从国电光伏接收的HIT产线为研发线,在短期内无法达到大规模量产水平。产线作为中环的电池方面的技术储备保留。

上澎量产获得世行等投资,在秀洲拥有30MW生产线,主在美国市场,拟德克萨斯州分两期投产400MW。

三、HIT电池产业发展问题

1、技术门槛高

HIT电池虽然效率高,同等功率发电量高,但实际并不如厂家所吹嘘的那样发电量高15%,实际也就搞7%左右。采用本征薄膜异质结,技术门槛高。

2、成本高

这是最大的问题,目前HIT组件比普通组件价格高约近1块钱左右,即使实现了量产,预计也会比PERC高效电池高5毛钱左右。因此还未到大规模量产化的阶段。

原标题:叠瓦组件与HIT组件现状评估