晶科能源发布硅晶技术白皮书

晶科能源发布晶硅组件技术白皮书2016-03-16 11:45:25 发布： 来源：晶科能源摘要： 单晶电池成本降低迅速主要是因为上了金刚线切割， 一旦多晶克服一些工艺问题，也从砂线切割改成金刚线，成本将进一步下降， 再次拉大与单晶成本差距， 再加多晶效率提升有较大空间，所以未来较长一段时间多晶仍将占据大部分市场份额。1.LID 衰减LID(LightInducedDegradation) ： 即光致功率衰减， 一般组件运行初始阶段 LID 较高， 之后随电池片硼氧复合体的逐年平稳下降， 但理论数据和电站历史实测数据都证实多晶无论是第一年的初始光衰，第1~5 年的光率，还是以后的稳定光率都要明显低于单晶。所以单多晶提供的功率衰减质保和实测数据都是多晶更具优势。行业功率衰减线性质保：多晶功率衰减质保就较单晶低 0.5%，同样功率组件，多晶寿命周期内保障的发电量就高于单晶。LID 衰减实测： 单晶初始 LID 光率较多晶高 1.0%， 光衰后单晶组件功率与标称功率差距显著大于多晶， 导致单晶出厂后经光衰导致的发电量损失高于多晶，由此带来的发电收益损失高于多晶。初始 LID 越高， 则稳定后组件功率与标称功率差距越大， 则组件发电损失越多，发电收益损失越大。从图 1 和图 2 显示，同样辐照量下，无论电池端，还是组件端，单晶较多晶衰减均高 1.00%，即单晶比多晶光衰率更高。稳定衰减： 单多晶初始光衰的差异是由于硅片性质决定的， 而之后的稳定衰减主要根据组件封装材料、 工艺决定组件老化速度， 所以和是单晶还是多晶的硅片关系不大， 稳定衰减方面， 单多晶一线品牌都提供线性质保 0.7%。2.CTM封装损失CTM(Cell-to-Module) ：即从电池到组件的功率封装损失，电池片在封装成为组件的过程中，封装前后发电功率会变化，通常称为 CTM。CTM实测：单晶较多晶高 2.0%以上，同样效率电池封装成组件，单晶功率低于多晶。单晶封装损失： 2-5% 多晶封装损失： -1~1% 图 3 显示，单晶 CTM均在 2.0%以上，甚至高达 5%，而多晶则在 0.5%以内，甚至封装后功率有提升。这就是为什么单多晶最终组件效率的差异要小于电池片效率差异， 在主流量产的功率输出上单多晶相差不多，以晶科和某品牌为例，其60 片多晶的量产主流功率档 265-275W，而某品牌单晶同样在270-275W。CTM差异原因：从电池到组件，由于电池与组件发电面积与光学反射原理差异， 单晶光学利用率的降低及有效发电面积的减少， 均较多晶更高，导致单晶 CTM高于多晶。1）电池与组件反射率的巨大差异：单晶硅片反射率约 10%，电池片反射率约 2%；多晶硅片反射率约 20%，电池片反射率约 6%。就电池片而言反射率多晶不如单晶， 这是常规多晶效率低于单晶的主要原因；但当电池封装成为组件以后， 组件的反射基本发生在玻璃表面， 玻璃反射率约 4%， 这样单晶电池片原本在反射率上的优势就被牺牲掉了。这也是为什么多晶的封装损失可能甚至出现负值， 是因为多晶电池被封装以后， 电池表面反射率大幅下降， 电池实际接受到的光线获得了增益，所以效率可能不降反升。2）外量子效率 EQE：多晶，短波区域 (380-560nm 区域 ) ，组件较电池更高， 即该波段区域， 组件对光子的利用率更高； 而单晶， 整个波段，组件较电池均有显著降低， 即整个波段组件对光子的利用率均小于电池。此外，多晶，长波区域 (900-1200nm），组件较电池更低，即该波段区域，组件反射的光少于电池；而单晶，在该长波区域，组件与电池反射率相当，组件反射的光与电池相当。从图 4 的单多晶电池到组件—外量子效率 EQE及反射率 Ref- 变化图可以清楚得看到短波区域 (380-560nm区域 ) 和长波区域 (900-1200nm)，多晶组件较多晶电池对光的利用更好， 而单晶组件较单晶电池对光的利用差，如此导致单晶电池到组件的 CTM更高，而多晶更低。所以就封装以后的光学损失方面，单晶显著高于多晶。3）发电面积利用率：单晶电池片倒角形状导致当封装到组件上，组件实际的有效接受太阳光的受光面积要小于方形多晶电池片的组件，再加上电池片上的栅线是不发电的， 所以其占居的这部分面积也不能发挥效能。 组件中单多晶有效发电面积利用率—单晶组件有效发电面积的利用率较多晶更低，致使其 CTM改善的空间不及多晶。总结：单晶电池扣除面积损失、封装损失、光衰的话，最终的组件效率与多晶的组件效率相差不大。1．量产多晶自晶科量产多晶开始，组件功率保持 5-10W/年的速度提升，并始终引领行业的发展。量产功率：晶科多晶以 5-10W/年的速度提升，当前量产多晶主流功率 265-275W及最高功率 280W，高出行业平均水平 1-2 个档，而与单晶量产功率仅差 1 个档。量产技术： 行业内率先实现四主栅技术的全面量产， 并融合自主研发的低位错高纯度 J 硅片 / 低电阻焊接技术 /IQE 匹配封装技术，助力晶科多晶功率行业领先。发电性能 vs 行业单晶：晶科量产多晶较行业量产单晶具有更低的电流，户外发电时线缆损耗更低，组件发热更小，因而工作温度更低，发电性能更优，发电量损失也更少图 5 和图 6 显示的是晶科多晶电池和组件量产效率与行业平均水平及其他一线主流品牌的比较， 晶科在多晶电池和组件量产功率方面遥遥领先行业和其他一线品牌。图 7 是晶科多晶产品量产功率路线图， 晶科多晶量产功率始终处于行业前沿。晶科多晶量产主流功率 (265-275W)及量产最高功率 (280W)较行业多晶平均水平高 1-2 个档位 ( 行业多晶量产主流功率 255-265W，多晶量产最高功率 270-275W)，而较行业单晶量产功率仅低 1 个档位。晶科多晶产品功率当前在行业内处于领先水平。2．融合多项先进技术的量产多晶产品低位错高纯度的晶科 J 硅片四主栅技术 - 业内率先实现全面量产低电阻焊接技术IQE封装匹配技术3．晶科较行业量产单晶发电性能更优组件电流越高，则电站中线路损耗越高，且组件工作时发热也越高，即组件工作温度更高，从而组件发电量损失越大。从电性能参数列表可以看出，同档位组件 (280W)，某品牌 - 单晶较晶科 - 多晶具有更高的 Is( 高 0.05A， 0.25%)c 和 Imp0.05A( 高 0.09A，1.08%)；更高档位的某品牌 -单晶 -285W与晶科 - 多晶 -280W的 Isc( 高0.05A， 0.55%)和 Imp( 高 0.13A， 1.50%)差值更大。因而，户外发电时， 晶科 - 多晶产品较某品牌 - 单晶产品具有更低的线路损耗和工作温度，实际发电损失更小，发电性能更优。4. 晶科多晶行业排名 - 光伏领跑者中领头羊5 家企业获得光伏领跑者一级能效证书，而晶科是唯一取得多晶一级能效证书的企业；晶科一级能效多晶产品较行业平均水平高10-15W。领跑者是什么？根据 2015 年 1 月 8 日发改委等八部门发布的《能效领跑者制度实施方案》，所谓“能效领跑者”是指同类可比范围内能源利用效率最高的产品、企业或单位。发改委将同有关部门制定激励政策，鼓励能效“领跑者”产品的技术研发、宣传和推广。光伏领跑者又是怎么一回事？“光伏领跑者”则是与“能效领跑者”并行的一种促进先进光伏技术产品应用和产业升级， 加强光伏产品和工程质量管理的专项方案。 国家能源局从 2015 年开始实行光伏扶持专项计划，“领跑者”计划将通过建设先进技术光伏发电示范基地、 新技术应用示范工程等方式实施光伏领跑者对晶硅光伏企业有何要求？晶硅光伏组件企业要成为领跑者， 其组件产品必须达到相应效率等级对应的转化效率的要求 (如下表 ) 。5. 晶科的高效多晶 -创造多项行业世界记录20.13%-量产多晶电池效率世界记录 ( 经国家光伏质量监督检验中心CPVT认证 ) 334.5W-60 片多晶最高功率世界记录保持者 ( 经 TUV莱茵认证 ) 6. 高功率温度系数特性优势和实际发电效能比较晶科量产多晶 vs 行业量产单多晶 - 晶科多晶功率温度系数更高， 户外实际发电性能更优组件功率随工作温度的升高而降低， 组件功率温度系数越低， 表明组件温度升高时，组件功率降低幅度越大，组件实际发电量损失越多。晶科量产多晶功率温度系数较行业量产多晶和量产单晶均更高， 户外实际发电过程中， 组件温度升高时， 晶科多晶功率的降低幅度来的更小，因而实际发电量损失来的更低更低的温度系数，表示随着温度升高，每上升一度，晶科多晶组件功率下降 0.40%，而某品牌单晶组件功率下降 0.42%。与 STC实验室条件下（ 1000W/m2,250C,AM1.5)的额定功率相比， PTC的值 （ 1000W/m2,200C,AM1.5)更能说明组件在实际工作环境中的真实功率。晶科 60 片多晶的 PTC值约在 91~92%，而单晶一般在 87-90%。技术发展路线和时间节点晶科将利用光学二次利用技术，电路优化增效技 , 组件新结构技术 ,2年内实现 60P多晶组件 300W量产， 5 年内实现 60P多晶组件 330W量产。发展黑硅技术 , 通过特殊的表面陷光处理，电池绒面结构接近单晶，反射率和光学吸收率也优于单晶。较传统多晶光谱响应波段更宽 ( 拓展至红外波段 )，具有更高的光学利用率。晶科研发的黑硅电池量产效率已经达到 20.13%。II 代多晶技术 , 效率堪比单晶，但 CTM/LID等较单晶更低 ; 可采用传统多晶原料及铸锭工艺制备， 生产成本远比拉晶而成的单晶低廉。 内部缺陷及杂质更少，量产转换效率较传统多晶提升约 1.0%。1. 未来单晶市场份额会超越多晶吗？单晶电池成本降低迅速主要是因为上了金刚线切割， 一旦多晶克服一些工艺问题，也从砂线切割改成金刚线，成本将进一步下降，再次拉大与单晶成本差距， 再加多晶效率提升有较大空间， 所以未来较长一段时间多晶仍将占据大部分市场份额。2. 单晶组件的功率真的比多晶组件高很多吗？单晶电池的效率是要比多晶电池效率高， 但由于封装损失， 光衰特别是初始光衰，发电有效面积损失，单晶的输出功率与多晶相差不大，晶科的多晶组件量产功率档在 260-275 瓦， 某品牌单晶在 265-275 瓦。3. 单多晶电站投资收益对比？目前 60 片封装的高功率组件， 晶科的多晶组件量产功率档在 260-275瓦，某品牌单晶在 265-280 瓦。虽然单晶高出 5 瓦档，但晶科多晶1500V高压组件能让每个阵列增加 50%的组件数量， 有效节约了支架、夹具、汇流箱、光伏电缆、基础工程、安装工程等，因此在总的投资成本上，晶科多晶系统将比某品牌单晶系统具有更好的成本优势。在电站营运层面，由于晶科多晶的光衰特别是初始光衰要大大低于单晶，所以每瓦发电量至少比单晶高 1-2%，电站造价多晶也要低于单晶，那么在 25%资本金比例、 15 年贷款年限的融资结构下，我国中部地区投资多晶电站的资本金内部收益率 IRR 会比投资多晶电站高出至少 2%以上。4. 单多晶电站运行实际效能比较？全世界范围内， 就已经运行的电站来看， 单多晶电站的比率是 9： 1，也就是多晶电站有更多、 更久的实际的电站发电数据来证明多晶技术的可靠度和数据的可信度， 多晶技术和多晶电站已经经历过长期在不同地区，不同地理气候环境下运行的考验。5. 单晶硅片是否比多晶硅片有更高的机械强度？这是个概念误区， 组件机械强度主要取决于封装材料和封装工艺及品质， 目前主流单多晶组件都通过 5400帕和 2400帕风雪静态载荷测试，晶科多晶组件是“首家”；现在行业中其他家也通过了这个测试。6．单晶硅电池比多晶硅电池有更高的转换效率和更大的效率提升空间。这也是个概念误区， 单晶硅由于本身就是硅材料性质， 量产单晶硅品质已经很多年没有变化， 但是多晶硅质量及制造技术提升很快， 这也是这几年来单晶硅的效率提升速度远远不如多晶技术的发展速度； 随着多晶硅纯度和品质进一步提升， 更先进的高效多晶铸锭技术及电池表面处理技术的应用，多晶电池效率具有更大的提升空间。7．在长期可靠性方面，单多晶电站比较？就提供的承诺质保来看，多晶功率衰减质保较单晶低 0.5%，同样功率组件，多晶寿命周期内保障的发电量高于单晶。单晶初始 LID 光率较多晶高 1.0%，光衰后单晶组件功率与标称功率差距显著大于多晶， 导致单晶出厂后经光衰导致的发电量损失高于多晶，由此带来的发电收益损失高于多晶。8．多晶更容易发生隐裂吗？隐裂主要是因为组件发生弯曲， 或机械强度特别是动态载荷下的机械强度不够，和什么性质硅片无关，和封装材料及封装质量有关。9．初始光衰一定是多晶更低一点，但稳定光衰呢，是单晶更好吗？初始光衰由硅片性质决定， 单晶天生就初始光衰比较厉害， 而之后的稳定光衰主要是因为组件老化，所以和组件的材料及封装质量有关。10．高温下，以及在长期的高低温交替过程中，多晶组件可靠性是否不如单晶？以某品牌和晶科单多晶为例，某品牌单晶的功率温度系数是 -0.42%/摄氏度，晶科多晶是 -0.40%/ 摄氏度，也就是说在 25 度以上，温度每上升一度， 某品牌组件下降 0.42%功率， 而晶科多晶下降 -0.40%功率。而根据 PTC值，在野外实际工作环境下，同样功率的组件，多晶的实际发电效能要高于单晶。