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降本增效大背景下,為何越來越多巨頭選擇異質結?

中國電力網發布時間:2022-11-17 09:04:53

降本增效是光伏行業可持續發展的關鍵,隨著持續的效率提升和成本降低壓力,光伏電池和組件技術快速更新迭代。目前來看,PERC電池性價比頗高,但隨著其效率挖掘潛力逐步接近極限,若想要再大突破,顯然是難上加難。因此,要進一步推動降本增效,在競價市場占領一席之地,勢必要尋求更高效率的電池組件技術。

從行業層面看,研究指出,光伏發電技術路線將于今年開啟由P型向N型迭代的趨勢。異質結(HJT)電池作為最具希望的N型代表,極限效率有望超30%,不僅能與IBC和鈣鈦礦等形成疊層電池,還具有高效率、高可靠性、可雙面發電、低溫工藝制程、薄硅片應用、溫度特性好、無LID與PID效應等優點,受到國內外眾多光伏企業密切關注。

頭部企業爭先布局

光伏技術迭代史,是一部長江后浪推前浪、創新-淘汰-升級-再創新不斷循環的歷史。它既殘酷又迷人,每輪技術革命都會重塑原有競爭格局,催生出新的行業龍頭。

光伏新一輪顛覆性技術變革將發生在電池環節,異質結由此站上風口,成為最受追捧的下一代N型電池熱門技術路線之一。行業新軍、傳統巨頭紛紛入局,大大加速了異質結的降本提效和產業化進程。

縱觀國內,從早期的愛康、國家電投、晉能集團、中智電力、彩虹集團,到后來陸續有山煤國際、東方日升、通威等越來越多的企業躋身異質結陣營。

據《全球光伏》統計,目前有超過20家企業已布局異質結,現有產能規劃已達71.9GW,電池量產轉換效率早已突破25%。

此前,華晟新能源加速推進10GW產能擴張,隆基多次打破異質結電池光電轉換效率世界紀錄,異質結憑借其技術優勢獲得多方青睞及海量資本加持。

數據顯示,Wind異質結電池指數兩年內累計漲幅高達230%。以復權后股價計算,該指數成分股之一、異質結設備企業邁為股份(300751.SZ)自上市以來股價大漲超過25倍。該公司8月26日的1小時投資者電話會議,吸引了779位機構投資者參與,火爆程度可見一斑。

放眼海外,此前,在Intersolar期間,光伏組件集成制造商REC Group推出了其最新組件產品--Alpha Pure-R戶用異質結組件。

REC產品Alpha Pure-R系列采用異質結(HJT)電池、G12大尺寸組件設計,將提供410Wp、420Wp和430Wp的三種輸出功率,功率保證期各為25年。組件重21.5公斤,尺寸為1730x1118x30mm,REC計劃于8月在其新加坡工廠開始生產,這將使REC的Alpha產品線產能實現翻倍,從600MW增至1.2GW。

不過,近期REC突然宣布,準備向美國市場出貨TOPCon了。REC即將向美國市場出貨的TOPCon組件型號是“N-Peak 3 Black”系列,標稱輸出功率400W,并采用n型TOPCon技術,報道稱已在新加坡工廠生產,計劃于2023年1月發貨。這一變化發生在其創新的REC Alpha Pure-R異質結組件開始生產兩個月后。

但業內人士也提到,REC的TOPCon技術是在PERC產線升級改造的。通過在N型電池工藝的基礎上研發出的隧穿氧化層鈍化接觸技術,可基于現有PERC產線升級改造。但是TOPCon電池背面收光較差,其良率普遍在95%以下,量產難度很高,成本也較高。

此外,TOPCon的缺點是工序太過繁雜。PERC的工序基本在9個;TOPCon在PERC的基礎上多了3個環節左右,共約12道工序,主要是增加在制結這一環節。

工藝繁雜是TOPCon的痛點,且目前技術路線并不統一,多條技術路線并行。主要有三種,第一種是LPCVD 制備多晶硅膜結合傳統的全擴散工藝;第二種是LPCVD 制備多晶硅膜結合擴硼及離子注入磷工藝;第三種是PECVD 制備多晶硅膜并原位摻雜工藝。目前雖以PECVD為主,但是成膜速度慢等問題仍然是痛點。工藝繁雜會帶來良率的劣勢,再加之增加的工序技術路線并不統一且難度較大。導致TOPCon整體良率在93-95%;而PERC電池良率在97-98%之間。

異質結相比于PERC和TOPCon工藝步驟少,僅有四步,分別為:制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO薄膜沉積、電極金屬化。理論而言,工藝步驟少,可以提高產品良率以及節約部分生產成本,所以在這方面HJT是優于TOPCon的。

顯而易見,同為第二代電池技術,TOPCon技術由于可以在傳統的PERC產線上改造,而異質結技術最大的優勢是其可實現的高效率、更高的雙面率和更好的與鈣鈦礦疊層可能。

異質結成本及應用價值優勢明顯

對于我國新能源發展而言,光伏發電無疑是最重要的一環。而聚焦至光伏產業內部,提高發電效率、降低成本,始終是決定產業命脈的核心。

當下,隨著技術的不斷發展,光伏產業似乎又來到了新的拐點?,F在行業普遍認為,光伏的第三次技術變革最有可能發生在電池片領域,PERC電池是目前光伏產業的主流電池技術。

為突破產業瓶頸,市場開始呼喚功率更高的光伏新技術。8月18日,科技部、發改委、能源局等九部委發布《科技支撐碳達峰碳中和方案》,指出要重點“研發高效硅基光伏電池”。

所謂“硅基光伏電池”,一般包括P型電池與N型電池兩種。前者制作工藝簡單,設備建設成本較低,一直以來都是性價比最高的電池技術路線。不論是上一代主流的鋁背場電池(BSF),還是當下正充當市場主力的PERC電池,均屬P型電池序列。但另一面,目前P型電池已逼近其理論上的發電效率極限,降本增效的空間所剩無幾。

市場上足以替代P型電池成為市場主流的,便是N型電池。其技術路線多且清晰,發展相對成熟,各類技術的光電轉化效率均已超過24%,應用潛力巨大,商業化空間十分可觀。

目前,N型電池的主要種類包括三種,即TOPCon、IBC以及異質結。在行業看來,未來的光伏市場主流,大概率會從這三種技術中產生。

行業人士分析,在這三種技術中,前期生產壁壘最低的就是TOPCon。該技術的最大特點是生產線無需另造,只需改造現有的PERC產線即可,前期投產成本低。但它的光電轉化效率較低,目前的實驗室極限是26%(ISE,雙面接觸),優于PERC,低于異質結和IBC。此外,TOPCon的工序太過復雜——尋常的光伏電池一般只需經過9道生產工序,而TOPCon的工序高達12~13道,大大提升了量產難度,良品率也因此極難把握。

至于IBC電池,是目前所有電池技術中發電效率最優的一種,實驗室極限效率已經能達到26.63%。但工藝也最不成熟,加工成本極高,生產設備昂貴,距離商業化還很遙遠。

對比之下,異質結電池的表現更符合市場要求,被認為是最有希望成為下一代主流電池的技術路線。根據CPIA公布的實證數據,目前,異質結電池相比P型電池,在發電量上具備絕對優勢,每千瓦發電量可增益6-10%。其實驗室最高光電轉換效率在26.5%左右,高于PERC和TOPCon電池,且工序最少,僅有4道,生產步驟可控性強,良品率最高。

發展前景不容小覷

目前異質結技術已從探索準備期進入到發展期,一些已入局異質結技術賽道的光伏企業正在積極擴大生產規模,規?;a正在推動異質結設備投資和材料價格降低,行業案例數據亦有印證。

據某項目上的數據顯示,異質結雙面組件與PERC雙面組件相比,每瓦收益率提高7.5% ,與PERC單面組件相比,每瓦收益率提高14.4%。因此,綜合考慮發電量和成本,異質結產品已具備電站應用價值(目前異質結LCOE和PERC組件基本接近)。

而隨著設備和材料國產化實現成本大幅降低,產品供應量和市場的增大,異質結電池成本有望到2023年達到0.65元/M。

行業專家表示,低溫度系數、低衰減、高轉化效率、工藝簡單等,是N型異質結技術最主要的優勢。異質結電池的結構決定了可以天然雙面發電,工藝流程只有清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、導電膜沉積、絲印固化四個環節,相比8道工序的PERC電池大大簡化。在技術延伸上,隨著異質結技術的逐漸成熟,未來有望成為一種平臺型技術,與鈣鈦礦結合形成疊層電池。

REC Group首席執行官Jan Enno Bicker稱,未來的研發工作將完全集中在異質結技術上。

“我們知道這是未來幾年一項最具潛力的技術,可以真正改善功率密度,令組件效率越來越高?!?/p>

Bicker表示:“REC Alpha Pure-R在尺寸、重量、功率輸出和操作方面確實達到了最佳狀態。通過這種新組件,我們再次成功的在更加緊湊的組件中實現了更高的功率,讓業主能夠實現更高的能源獨立性并為全球能源轉型作出貢獻?!?同時,為了提升產品的可持續性,該系列產品沒有使用鉛,這符合RoHS標準,對環境影響較小。REC Alpha Pure是市面上極少數的無鉛太陽能組件之一。

值得關注的是,據CPIA此前估算,假設2021-2025年全球裝機量分別為170、225、270、300、330GW,假設異質結滲透率2021-2025年分別為5%、12%、26%、42%、60%。由此可見,異質結市場前景不容小覷。

推動技術迭代,開發出更高功率、更高效率、更高發電量的光伏組件產品,始終是光伏企業滿足終端市場需求的關鍵。未來,將有更多優秀企業繼續堅持以創新為驅動,進一步加大研發投入異質結產品,實現現有技術及產品更新迭代之余,開發更多新技術和新產品,同步完善光伏電池片、光伏組件及相關產品產能布局,滿足更廣泛的市場需求,加快推進碳中和發展進程。


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