隆基：光伏组件技术演化趋势

Propelling the transformation LONGiConfidential 隆基 李绍唐 2021.12.7 17thCSPV LONGi Solar 2020 Propelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 以度电成本核心评价标准 ⚫ 基于度电成本原则，在高效率、低成本、高性能之间做平衡 光伏组件成本 组件发电能力 组件可靠性 LCOE 产业链制造成本 ⚫ 原材料的供给瓶颈 ⚫ 产品的标准化与通用性 ⚫ 组件的海运可行性与成本 ⚫ ⚫ 光伏支架与基础 ⚫ 电缆，组串式逆变器/ 汇流箱 ⚫ 人工，土地 组件工作温度 ⚫ 组件温度系数 ⚫ 弱光发电能力 ⚫ ⚫ 热斑 ⚫ 接线盒 ⚫ 载荷能力 光伏电站BOS 成本 Propelling the transformation LONGiConfidential 3 ⚫ 可以降低度电成本的产品技术逐 渐胜出， 如单晶替 代多晶，PERC取代BSF 电池， 半片 多主 栅成 为组 件端 主流 技术 ，双 面 组件在地面市场占据主流份额 ⚫ 尺寸方面最初是基于电池制造成 本来做大 硅片/ 电池片 ，从158.78mm 开 始更多地 考虑终端 的需求， 综合了各 方面因素 电池技术线 组件技术线 尺寸线 多晶/ 单晶BSF 电池 单晶PERC 电池 选择性发射极 金属化优化 TOPCon/HJT/IBC 硅片电阻率优化 镀膜玻璃 类单晶 栅线数量增加 反光贴膜 半片 双面单封 白色EVA 小间距互联 多主栅 125mm 硅片 156mm 硅片 156.75 硅片 60 →72 片 166 硅片 210 硅片-50/55/60/66/40 片 182 硅片 双面双玻组件 158.75 硅片Propelling the transformation LONGiConfidential 20.8 21.3 21.8 22.2 22.8 23.2 23.5 19.8 24.5 310 330 350 370 390 410 430 450 470 490 510 530 550 570 590 610 630 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 370 335 350 375 330 340 345 375 380 385 435 445 Mono Mono PERC Half cut M6 wafer 9BB 360 535 组件功率 W 540 545 450 560 M10 wafer Smart soldering 常 规 单 晶电 池效率 高效电池 效率 PERC电池效率 组件功率Propelling the transformation LONGiConfidential PERC 2/2mm 玻璃，避免过大的 组件重量 率先采用白色网格背面玻 璃，综合发电能力更优 有边 框双 玻 ，避 免安 装、 长期应用的破损问题 边框短边无C 面设 计，减少阴影遮挡 ⚫ 隆基 在2017 年5 月推 出了 基于 双面PERC 电池 的双 面双 玻组 件 ， 此后 通过 大量 的第 三方 及客 户发 电实 证， 验证 了双 面组 件的 发电 增 益与可靠性， 推 动其 全球 市场 份额 不断 上升 ⚫ 隆基 双面 组件 问 世起 设计 上即 采用22mm 双面玻璃 控制 组件 重量 ，有 框设 计避 免双 玻组 件安 装与 长期 使用 中的 破损 问题 ，边 框无 C 面降低对背面发 电 的 影响 ⚫ 2018 年， 铝边 框 材质 由6063 变更 为6005 ；2019 年 ，配 合M6 带来 的尺 寸增 加，B 面 宽度 由30mm 增加到35mm ；2020 年 ，配 合M10 带来 的尺 寸增 加 ，边 框米 重与 结构 进行 了升 级以 保障 可靠 性Propelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 获得效率，可靠性，成本的综合最优 ⚫ 实现电池超低应力密排 ⚫ 最大化利用太阳光 ⚫ 使用 一体 式分 段 焊带 ，三 角段 最大 化利 用正 面太 阳光 ，扁 平段 可靠 地实 现电 池片 微距 互联 ，组件 效 率较 常规 多主 栅产 品再 提升0.3 ⚫ 一体 式分 段焊 带 预制 成型 并经 过退 火过 程消 除应 力， 可实 现柔 性互 联不 产生 小隐 裂， 在“ 静载动载 热 循环 ” 实验 后的 功率 衰减 远低 于 常规技术及圆焊 带整 形技 术 智能焊接 良率高，无隐裂 圆焊带整形 易于产生小隐裂Propelling the transformation LONGiConfidential 125mm 156mm 156.75mm M1 158.75mm G1 166mm M6 156.75mm M2 161.7mm M4 210mm G12 218.2mm 182mm M10 ⚫ 半导 体芯 片的 制 造及 早期 光伏 电池 的制 造环 节成 本都 很高 ，是 整个 产业 链的 核心 环节 ，半 导体 为了 实现12英 寸的 制造 ，硅 片厚 度提 高了 数百 微米 。 半导 体晶 圆的 变大 不会 对芯 片的 尺寸 以及 后续 的封 装、 应用 带来 影响 ⚫ G1 与M6 尺寸 的 出现 ，不 仅是 考虑 电池 制造 成本 ，也 是通 过增 大电 池尺 寸带 来组 件功 率/ 尺 寸的 增加 ，节 省组 件制 造成 本、 系统 端的 人工、电缆、支 架等 成本 。目 前 电 池成 本仅 占系 统成 本的7 ，单 纯的 电池 制造 成本 并非 是产 业链 创新 的决 定性 因素 ⚫ 然而 这样 的组 件 尺寸 增大 就会 收到 高电 流带 来的 热损 耗、 组件 可靠 性、 人工 搬运 、场 景适 配等 因素 的制 约Propelling the transformation LONGiConfidential M2 组件 M6 组件 M6 ⚫ M2 后的尺寸变化最早源自部分海外客户对400W 组件的需求，于是 出现了72c-G1 及78c-M2 组件 ，组 件 尺寸 适度 增大 可降 低人 工安装成本与平单轴跟踪支架的成本 ⚫ 以电池、玻璃的产线兼容性为边界条件，得到M6166mm 硅片/ 电池 尺寸 ，长 度 与宽 度上 仅增 加45 ，可实现对原有 产品的全 场景替换。根据美国客户的反馈，9095 的户用屋顶项目应用M6 组 件可保持相同的安 装块数 ⚫ M6 适度增加了电流兼容原有组串式逆变器，串功率适度增加提高了容配比，节省了电缆、支架的成 本。串功率概念不 宜简单 外推，否则基于目前版型直接使用全片电池即可实现串功率翻倍 60c 375385W 20.621.1 1755 1038mm 1.8m 2 19.5kg 72c 450460W 20.721.2 2094 1038mm 2.2m 2 23.5kgPropelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 基于新建 产能 电池、玻璃等 ，面 向大型平 地电站这 一应用场 景，光伏 电池与组 件尺寸可 进一步做 大节省BOS 成本 ⚫ 全产业链布局使隆基可以系统性 思考组件 尺寸问题 ，由最优 组件尺寸 反推出M10182mm 硅 片规格 ⚫ 进一步增大组件尺寸与电流无法 在制造成 本或系统 成本上带 来价值， 却会带来 诸多可靠 性风险 ⚫ 隆基认为尺寸的增大应到此为 止182-72c, ＜2.6m 2 ，32.5kg ，后续 创新应回 归效率与 发电量上 的提升 182 全产业链成本 制造良率 物料供应能力 组件效率 机械载荷 热斑 接线盒 山地场景匹配 120m 大阵列设计 跟踪支架 电缆匹配 集装箱装、卸货 运输可靠性 安全性 安装效率 安装破损率 Propelling the transformation LONGiConfidential Hi-MO5 6 月29日 技术说明书发布 8 月8 日 SNEC 展会亮相 9 月8 日 首块组件下线 9 月15 日 首单出货 11 月12 日 隆晶晶182 研讨会 2020 4 月28 日 Hi-MO5 获得质胜中国发电仿真优胜奖 5 月26 日 隆晶晶182 白皮书 5 月31 日 发布风洞测试结果 7 月21 日 获得Intersolar 奖 9 月18 日 发布冰雹测试结果 9 月24 日 美国DNV 高功率组件BOS 成本分析 10 月29 日 发布动态机械载荷测试结果 11 月5 日 出货10GW 2021LONGi Solar 2020 Propelling the transformation LONGiConfidential 2570 100 105 2 1130 2 mm 运输隐裂、 破损风险提高 包装倒伏风险增加  6 182mm 在侧立包装方式下，182 组件可满足集装箱运输的便利装卸，同时也满足国内高速公路的4m 限高Propelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 2.4m 长的组件竖立包装的包装高度 过高，集 装箱装卸 余 量过低，现场拆包装难度增大 ⚫ 竖立包装组件重心升高，倾倒动 能明显增 大，项目 现场 砸伤工人风险提高，且组件存在 多个方向 倾倒的可 能性 ⚫ 如使用钢支架支撑防倾倒，则需 要搭配大 质量的配 重， 在项目现场并不现实。如当组件 倾角为85 时，需要 200kg 配重 支架 与地 面摩 擦 系数0.5 ，倾 角减 小则 需要 的 配重质量更大 ⚫ 5 级风、倾角85 时，组件数量 ≤9 块 时就 会被 风吹倒 ⚫ 大包装导致现场二次转运极为不 便 防倒支架 木托盘 组件 卸货、拆箱、转运与放倾倒Propelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 随 组件变宽，组件的最大形变量成上升趋势一方面承受高载荷 如积雪 后的隐裂程度、功率衰减增加；另一方面玻 璃爆裂的风险 明显增加 ⚫ 隆基Hi-MO5 经22000 次加严动载测试功率衰减仅0.5 ，根据公开报道超大组件经经2000 次循环失效 0 10 20 30 40 50 60 1 1.1 1.2 1.3 最 大 形 变 量 mm 组件宽度m 衰减5 衰减＜2 63mm Hi-MO5 38.5mm 2000 22000 0 5000 10000 15000 20000 25000 超大尺寸组件 2 0 0 0 次 循 环 失 效 某 厂 商 公 开 报 道 隆基Hi- MO5 1 8 2 - 72c 2 2 0 0 0 次 循 环 未 变 形 鉴 衡 测 试 DML 1500Pa, 1400mm 功率衰减仅0.5Propelling the transformation LONGiConfidential 在一定风速下超大尺寸组件振动加速度更大 ， 其振动幅度也更大抵抗风载能力变弱；同时超大尺寸组件刚度更小 ， 可靠性降低 ⚫ 风洞基础测试 在风速为45m/s 时超大尺寸组件因为面积明显增大 ，承受更大的动能螺丝孔位形变断裂失效；而大尺寸组件能够通过60m/s 的极限 风洞测试 ⚫ 风洞极限测试 风洞基础测试振动加速度和强度对比 风洞基础测试分析小结 风洞极限测试模拟百年一遇极端气候性能 超大尺寸组件平均振 动加速度是大组件的 300 超大尺寸组件刚度是大组件的 70 大尺寸组件通过60m/s 风洞测试 超大尺寸组件45m/s 风洞测试失效Propelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 随着 玻璃宽度的显著 增大 ，其钢 化 性能同 步 下降， 表面 应力 相比 常规 组件 低10 以上 ，导 致边缘 抵抗冰 雹的性能 急速下降 ⚫ 隆基Hi-MO5 组件在35mm 冰雹测试中功 率衰减低 于0.5 ⚫ 三块超大组件经35mm 冰雹 测试 全部 失效 ，正 、背 面玻 璃均 破损 Hi-MO5 3 块210 超大组件35mm 冰雹测试全部失效Propelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 210 双面大电流组件至少需要30A 的接线盒，目前没有成熟的方案。双二 极管并联的方案一方面二极管数量翻倍提高了故障率，另一方面双二极管 不完全一致导致分流不均进一步增加应用风险 ⚫ 182 双面组件选用25A 接线盒，隆基坚持采用单二极管方案，标称电流下 的二极管结温、热逃逸等性能甚至优于166 双面组件 注P 型双面组件双面率70 5 ，安全性设计取上限75 二极管 IscA A / Isc 130 75 1.25 156.75 10 18 1.800 1.531 17.6 166 11.6 22 1.897 23.9 182 13.9 25 1.799 17.5 210 18.4 25 1.359 -11.3 30 1.630 6.5Propelling the transformation LONGiConfidential a b ⚫ IEC 热班测试会通过被遮挡电池的最大消耗功率来评价组件的抗热斑性能 ⚫ 遮挡电池消耗的功率即为该子串中电流与被遮挡电池两端形成的反向电压的乘积 ⚫ 在短路时消耗的功率最大，此时被遮挡电池的反向电压约等于子串中剩余电池产 生的电压之和 P 热斑 U 反压 I a I b ≈ U 反压 J 漏 S a J 光 S b P 热斑 ≈ U 电池 N-1 Isc 组件 0.5 90 10 遮挡时的近似 156.72-72c 166-72c 182-72c 210-55c 210-60c W -63.99 -70.56 -89.39 -109.36 -99.17 C 118.4 139.0 156.6 / / TV 南德测试 Propelling the transformation LONGiConfidential “ ” 2 5 3 4 6 1 GSE LONGi Solar 2020 BOS Propelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 组件宽度源自人双手自然展开的宽度，超出自然展开宽度过多将给安装带来不便。组件面积过大也不便于安装 ⚫ 两人搬运的最大重量应低于35kg 单人搬运最大重量2025kg 如 美国职业安全与健康管理标准 要求不超 过50 磅，即22.7kg ；两人搬运的系数为0.666 ，即25 2 0.66633.3kg 参考 英国HSL 人力搬运限重指南 mm m2 M6 166mm 72 2094 1038 2.17 27.5kg M10 182mm 72 2278 1134 2.58 32.5kg G12 210mm 55 2384 1096 2.61 32.6kg 60 2172 1303 2.83 35.3kg 66 2384 1303 3.11 39.4kgPropelling the transformation LONGiConfidential BOS - 大组件节省支架 与桩 基础 成本 的两 个原 因 ⚫ 支架加宽提高了 单根 桩的 支撑 容量 ⚫ 支架钢用量摊薄 ⚫ 支架加长节省了 桩的 数量 4m 4.5mPropelling the transformation LONGiConfidential BOS - ⚫ 大型平地电站可以通过大支架节省支架与基础成本，考虑到热胀冷缩支架长度极限在120m GB 50017-2017 钢结构设计标准 ⚫ 182 与210 组件均可以做大支架节省成本，测算结果如下 横装 竖装 产品 182-72c 210-55c 210-60c 182-72c 210-55c 210-60c 功率 535W 540W 590W 535W 540W 590W 串联数量 27 35 32 27 35 32 支架形式 4L 4L 3L 2P 2P 2P 单体支架长度 122.9 126.2 116.2 124.4 117.1 126.9 单支架组串数 8 4 2 6 42 5 32 8 2 4 6 2 3 6 2 3 桩距离 4.095m 4.070m 4.091m 4.148m 4.183m 4.095m 支架成本 分/W 39.1 40.5 40.9 34.2 33.9 35.0Propelling the transformation LONGiConfidential 24 单支架承载的组件串数 半串 1 串 2 串 4 串 6 串 8 串 166 组件对应单支架长度 7m 14m 28m 56m 84m 112m 182 组件对应单支架长度 7.5m 15m 30m 60m 90m 120m 210 组件55/66c 对应单支架长度 9.5m 19m 38m 76m 114m / ⚫ 大支架在成本上具有理论上的优势，但实际电站中需要考虑地形的适应性 ⚫ 山地或复杂的地块却需要小支架来提高光伏的安装容量，降低支架的施工难度 ⚫ 根据交流，目前固定支架实际应用的最大长度为60m ，可以承载4 串182 组件，相比2 串210 组件在成本上由明显优势Propelling the transformation LONGiConfidential BOS - ⚫ 1P 支架 ⚫ 2P 支架 182-72c 组件，28 3 串44.94kW ，约95m ， 210-60c 组件，34 2 串40.12kW ，约89m 由于跟踪支架长 度有 限，210 组 件在1P 支架 上将 组串 数将 由3 串 减为2 串， 支架 承 载的 总功 率较 低， 单瓦 成本 较高 210 组件在2P 支 架上 少装1 串 组件 ，支 架承 载的 总功 率与182 组件 相 当， 但有 一串 组 件分 布在 主轴 两侧 ，将 因电 流失 配导 致发 电损 失 182-72c 组件，28 4 串59.92kW ，约64m 210-60c 组件，34 3 串60.18kW ，约67mPropelling the transformation LONGiConfidential BOS - 0 1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 双面组件最大工作电流A 成本 分/W 电缆成本 线损成本 综合成本 ⚫ 如使用4mm2 电缆，182 组件已处于成本最优值 210 组件如采用6mm2 电缆综合成本与182 组件相当 ⚫ 匹配182 组件的15A 组串数逆变器可在原有基础上小幅升级，产品向下兼容158.75 、166 组件 ，匹配210 组件的20A 逆 变器则需要重新开发，带来产品开发及管理上的成本 210 m/MW /W /W /W 12A 5833 0.39 1.36 2.10 3.46 14A 5000 0.45 1.59 1.80 3.39 20A 3500 0.65 2.27 1.26 3.53Propelling the transformation LONGiConfidential 27 BOS - 对比方案 方案1 固定支架4L 方案2 固定支架2P 方案3 跟踪支架1P 组件类型 182-72c 210-55c 4 串 210-55c 6 串 182-72c 210-55c 210-60c 182-72c 210-60c 功率 540W 545W 545W 540W 545W 595W 540W 595W 单串组件数 27 35 35 27 35 32 27 32 单支架组串数 8 4 6 8 6 6 3 2 支架长度m 121.9 83.8 126.9 124.5 117.2 127.0 94 85 支架数 32 49 33 32 33 33 86 99 直流容量W 3732480 3738700 3776850 3732480 3776850 3769920 3761640 3769920 光伏 专用电缆 4mm 2 6mm 2 6mm 2 4mm 2 6mm 2 6mm 2 4mm 2 6mm 2 直流电缆 2 185mm 2 单瓦BOS 成本 元/W 支架 基础 0.387 0.399 0.401 0.339 0.336 0.347 0.665 0.679 光伏专用电缆 0.017 0.025 0.019 0.012 0.017 0.015 0.013 0.015 汇流箱 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 直流电缆 0.029 0.021 0.026 0.029 0.030 0.030 0.029 0.032 逆变升压一体机 0.250 0.249 0.247 0.250 0.247 0.247 0.248 0.247 土地 0.114 0.117 0.118 0.114 0.119 0.114 0.115 0.115 人工成本 0.142 0.142 0.141 0.130 0.129 0.132 0.258 0.264 单瓦BOS 成本 0.956 0.970 0.969 0.890 0.895 0.903 1.344 1.370 ⚫ BOS 测算按照单体 支架 长度 基本 一致 、大 电流 组件 搭配6mm 2 电 缆、 组件 安装 成本 视为 一致 三个 边界 条件 下，210 组件 并无 优势 ， 182 组件因效率较高而略 有优 势 ⚫ 210 组件所宣称的BOS 成 本优 势， 主要 是因 为其 支架 设计 上单 体支 架只 承载12 串组 件，210 组件 对应 的支 架更 大导 致的Propelling the transformation LONGiConfidential 120m ⚫ 通过增大尺寸降低BOS 成本需要考虑支架长度限制、 电缆上的功率损耗、人工搬运的可行性。182 组件 在这方面已达极限 ⚫ 效率的提升则可以在不改变设计边界条件的基础上 节省BOS 成本，提高土地利用效率，是光伏技术发 展的永恒主题 ⚫ 通过效率提升增大安装容量，可以摊薄电站开发、 升压站、外送线路的成本以及电站的运营维护成本 BOS Propelling the transformation LONGiConfidential ⚫ 光伏产品、技术以度电成本为最 终评价标 准， 需要综合考虑成本、发电量与可 靠性 ⚫ 组件尺寸的 变化需要 充分考虑 可靠性与 可用性， 应结合应用 场景做系 统价值分 析。风洞 、动载、 冰雹等测试均表明组件面积过大 会导致可 靠性 显著下降 ⚫ 隆基认为182 组件是综 合考虑各 项边界条 件后针 对大型光伏电站极限尺寸，未来 的技术创 新应 回归效率提升的主航道 Propelling the transformation LONGiConfidential 30