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光伏步入全面竞价时代,铸锭单晶产品有望加冕“新人王”

   日期:2019-05-27     来源:索比光伏网    浏览:2810    评论:0    
铸锭单晶、区熔单晶挑战直拉单晶

谁是新世界的王者?


2月27日晚,协鑫数据显示:铸锭单晶电池平均效率已达21.85%,距离业内平均P型直拉单晶PERC电池效率仅差0.3%,而成本则低10%,同时单台炉子产能较单晶炉提升一倍。

在全行业都在向“平价上网”进行最后冲刺的当下,任何能够降本增效的技术,都牵动着产业敏感的神经,何况铸锭单晶技术是从基础材料上作出改变的“本质”变化。

铸锭单晶是利用单晶硅为籽晶,通过铸锭炉生长的铸造单晶,这项技术并不算是新工艺,也不是协鑫首创。在2010年前后引起了一段时间的热潮,以凤凰光伏为代表的一批企业开始大规模推广铸锭单晶技术,市场上又将其称为“类单晶”技术。

但在当时,单晶本身市场份额就很小,同时组件价格也远较现在高,因此类单晶技术带来的成本下降和相比多晶带来的效率提升并没有引起行业特别重视,同时铸锭单晶在当时不够成熟,高效分布也就是可以用作单晶的比率较低,不超过30%,整锭能用的硅片不多。

而当时又没有黑硅技术,单晶多晶设备不同,对于同时具有单多晶特征的中间层,没有办法处理。

尔后,2011年光伏产业“寒冬”随即而来,许多企业在生存压力下也没办法继续研发,铸锭单晶技术进展因而停滞。

随着中国政府制定了光伏发展政策,市场回暖,协鑫、晶科、旭阳雷迪等企业又在持续推动这项降本技术的发展。赛维LDK、阿特斯、荣德、环太完成了前期的技术储备。不完全统计,至少20家铸锭厂家已经或准备开启铸造单晶的生产,技术交流活跃。中国科学院院士、硅材料国家重点实验室主任杨德仁在《铸造单晶硅材料的生长和缺陷控制》报告中指出,铸锭单晶将在今后的一两年开始大规模应用,成为对市场有重大影响的差异化产品。

根据协鑫集成公布的最新进展,铸锭单晶拖尾、EL、光衰以及三类片的分布等问题已经逐步解决,尾部低效的分布大量减少,高效分布比例可达70%以上。成功的关键在于采用了新的籽晶铺设方式以及独创的铺设晶向。近期杨德仁院士在报告中对技术进步给予了肯定。

三分天下 铸锭、区熔挑战直拉单晶地位

近年来直拉单晶增长迅猛,从2016年19%增长至2018年的46%,根据分析机构PV Infolink预测,到2023年,单晶组件市场份额将达到71%,占三分之二强。而从铸锭单晶的发展趋势来看,单晶系所占的比例可能会更加“激进”,除保留多晶黑硅和薄膜一部分市场之外,更多开展进一步细分技术领域的PK。

除铸锭单晶向直拉单晶发起挑战外,光伏产业越来越激烈的高效电池军备竞赛也对硅片材料提出了新要求。能做到更高效率和减少衰减的区熔单晶也会在未来加入“战团”,夹击直拉单晶。


在一段时间内,技术路线之争从来都是只有一位王者胜出,其它路线或许存在,但却要忍受失败者去瓜分二八定律中的“二”,占据小部分利润。

相比常规单晶技术,结合协鑫公布的鑫单晶数据,铸锭单晶有几个优势:

1、成本优势。根据协鑫集成发布的一份报告,鑫单晶比直拉单晶成本每片降低0.4元。但应该指出的是,随着电池效率上升、组件价格下降在电站投资中占比减少、配套高效技术叠加效应等综合因素,因此在业主选择组件时应该综合考虑整体BOS成本和最终的LCOE成本,所以除此之外,接下来还要再分析铸锭单晶组件的实际发电能力相对直拉单晶如何。以常规多晶组件为例,生产工艺较单晶更为复杂,除了原材料能降低成本之外,其它环节都或持平或略高于直拉单晶组件,因此转向黑硅做高效已经成了唯一出路。

2、铸锭单晶组件采光面积更大,相比直拉单晶电池片八角结构,正方形的铸锭单晶可以充分利用组件表面积,以158.75mm的硅片尺寸为例,比211圆棒,带倒角的158.75单晶硅片增加0.8%的受光面积,比156mm硅片大2%。

3、但直拉单晶还面临着衰减的问题,目前业内领先的单晶企业宣布单晶PERC电池可以通过镀嫁等工艺控制首年衰减小于2%。而铸锭单晶则因其工艺,衰减和多晶相似,含氧量比单晶低40%左右,比直拉单晶低0.5%以上。这里是根据协鑫公布的数据做的测算,据协鑫公司,公司正在做实证基地进行比较,未来有数据积累时将定期放出对比数据。



成本计算

谁能打开平价新世界的大门?

铸锭单晶的成熟,也给了市场一个最简单的计算成本的方法,不同于以往单多晶功率差距较大,这次在几乎同一个起跑线上,我们来计算下我们可以计算下铸锭单晶和直拉单晶在度电成本方面的表现:

首先计算直拉单晶/铸锭单晶同样面积效率比:

21.85/22.15≈1.01373

电池效率比乘以组件面积比:

101.373%*(1-0.08)=100.56%

如果是按156硅片计算:

101.373%*(1-0.2)=99.34554%

可以看出,到这里,二者单块组件发电能力已经差不多了,甚至没有采用大硅片的直拉单晶组件发电能力略低于铸锭单晶。

再加上算上首年衰减(直拉单晶2%,铸锭单晶1.5%):

直拉单晶:100.56%*(1-2%)=98.05%

156mm直拉单晶:99.34554%*(1-2%)=97.35%

铸锭单晶:98.5%

所以,可以看出,同样158.75mm的72片的单块铸锭单晶组件和直拉单晶组件相比,功率高约2W,实际发电能力低约0.5%;156直拉单晶功率低约2.6W,实际发电能力低1.1%。

我们来计算下成本,目前铸锭单晶硅片价格比直拉单晶硅片低0.4元,一块组件72片低28.8元,以400W计算,每瓦成本下降7.2分钱。

与此同时,由于铸锭单晶实际功率数据高0.5%,因此业主可以节约相应的组件成本,以100MW的电站,组件2元/W计算,可以节约100万元,相当于又给电站BOS成本节约了1分钱/W。同时在施工方面,节约相应的土地、人工,除组件外的非技术成本也相应降低,可以进一步降低成本。

更为重要的是,2019年是光伏全面竞价上网的元年,业内揣测最终中标补贴价格将在6分钱/度左右,而如果原本计划做平价的项目参与竞争,局面可能更加惨烈。那么铸锭单晶以同样甚至更高的发电能力,8-9分钱/W的BOS成本下降,将成为项目是否能够竞价成功的决定性因素。

领跑者的推动成就了效率更高的直拉单晶急速发展,但在全面竞价时代,或许铸锭单晶将成为未来数年中的王者。

浑水、清水、超纯水

铸锭在左,区熔在右

一位有多年研发经验的前尚德科研人员告诉笔者:“简而言之,单晶像清水,更容易变浑浊,而多晶本来就是浑水,所以虽然初始效率较低,但受外界影响较小。”

当铸锭单晶将“浑水”变清后,清水的压力随之而来。业内也在致力于解决单晶组件“清水”容易变浑的问题,一个重要方向就是“超纯水”——区熔单晶。

区熔法又称Fz法,即悬浮区熔法。利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区,再熔接单晶籽晶。区熔法是极高纯硅单晶生产的首选技术,由于不用坩埚,避免了来自坩埚的污染,而且还可以利用悬浮区熔进行多次提纯,所以单晶的纯度高,同时Fz单晶的氧含量比直拉硅单晶(见半导体硅材料)的氧含量低2~3个数量级,很好解决光衰问题。

但区熔单晶的工艺比直拉单晶困难得多,目前国内走在最前面的是中环股份。目前中环股份区熔硅单晶抛光片产量全球第三,国内第一。对于现有直拉单晶大厂来说,转向区熔法涉及设备全面改造,因此目前处理单晶的衰减多以掺镓替代掺硼为主,避免硼氧复合的出现。

随着组件效率和价格的变化,以及领跑者项目推动,让直拉单晶的性价比在2015年达到阈值,开始进入快速增长期,而未来随着材料成本在整个系统中占比进一步降低,或许在不远的一段时间内,随着以直拉单晶为基础的光伏电池为提升性能而增加成本和区熔法成本的进一步下降,区熔法的“阈值”也将来临,届时同铸锭单晶一起瓜分大部分单晶市场。

但一个不确定因素还在超薄硅片环节,以前多晶组件成本受限的重要原因之一在于单晶硅片可以切得更薄,达到90-110μm,而多晶硅片在这方面则因为材料本身的限制难以做到这一点。新的铸锭单晶在未来超薄大战中表现如何,还需要协鑫等领军企业进一步发布数据报告。

江湖代有才人出,各领风骚数百年。但光伏这样一个发展飞速的产业,每两三年就会发生大的变化,直拉单晶或许在一两年之后,就要面临急速的转型挑战。 
 

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