大尺寸高效双面组件技术发展趋势探讨-正泰新能源-何晨旭博士

清洁能源系统集成运营商 大 尺寸 高 效 双面 组件技术发展趋势探讨 江苏无锡 CSPV 2020.11.06 何晨旭 博士 CONTENTS 目录 A.双面组件发展趋势分析 B.正泰 182双面 PERC+高效组件设计 C.大尺寸双面 组件透明背板技术 D.正泰 产品实证介绍 双面组件发展趋势分析 • 双面组件市场发展趋势 • 双面 PERC+技术 • 大尺寸 硅片组件发展趋势 • 大尺寸组件 LCOE分析 双面组件市场发展趋势 来源 : PV infolink ⚫ 2020年双面 组件 需求量 与市占 率明显提升 ， 下半年国内 大型地面电站双面组件使用 比例已 超过 30%； ⚫ 组件技术发展 趋势 ： 双面、高效、大尺寸。 来源 : ITRPV 双面 PERC+技术 来源 : PV infolink ⚫ 目前 PERC电池分为 单面 PERC电池 和 双面 PERC+电池； ⚫ 双面 PERC+技术仍是目前主流技术 方向。 单面 PERC 双面 PERC+ 大 尺寸硅片 ⚫ 硅片面积 从 156发展到 182、 210， 面积分别增加了 35%和 80%,电池、组件功率 相应大幅增加； ⚫ 未来硅片尺寸会向更大尺寸发展， 21X? 22X? 23X? 面积 Area: 24432mm² (基 准 ) 面积 Area: 25199mm² （ 3.14% ↑） 面积 Area: 27416mm² （ 12.21% ↑ ） 面积 Area: 33011mm² （ 35.11% ↑ ） 面积 Area: 44096mm² （ 80.48% ↑ ） 23X？ 22X？ 21X? 大尺寸 双面 组件 功率档 位： 405~420W 功率档 位： 440~455W 组件功率： 540W+ ⚫182双面组件功率可达 540W+， 210双面 组件功率可达 600W+甚至 660W+； ⚫未来硅片 尺寸进一步加大 ，双面组件 功率可达 700W+? (210) 5x20半片 功率档 位： 370~390W 156.75(144半片 ) 组件功率： 600W/660W+ 158.75（ 144半片） 166（ 144半片） 182（ 144半片） 210（ 120半片） 组件功率： 700W+? 21X?22X?22X? 1.88 1.76 1.62 1.51 1.50 1.38 1.48 1.47 11.27 11.10 10.54 10.37 10.71 10.53 10.79 10.52 1.91 1.90 1.75 1.73 1.84 1.80 1.88 1.79 4.20 4.08 4.14 4.00 3.69 3.64 4.64 4.26 19.3 18.8 18.0 17.6 17.7 17.3 18.8 18.0 0 5 10 15 20 25 166/2-72 166/2-78 182/2-72 182/2-78 210/2-60 210/2-66 210/3-60 210/4-60 美分每瓦 BOS 主要差异项对比 组件安装 支架材料 支架安装 DC-BOS 四项累计 大尺寸组件 BOS分析 ⚫ 182系列： 78版型组件长度超过 2.4m，对当前跟踪支架的 兼容性有更大的 挑战 ； ⚫ 210系列： 切二设计 具有 最低的 BOS，得益于低电压特点，线缆节省是 BOS降低的主要因素 。 182 系列 210 系列166 系列 *项目 地美国，装机量 60MWdc，项目地面积及容配比固定， GCR=0.32~0.33, 单排平单轴跟踪支架 ,, 集中逆变器， 30年生命期。 *组件安装成本与组件功率和组件重量相关 大尺寸组件 LCOE 对比 166 系列 182系列 210 系列 基于相同组件价格 ： ⚫ 210系列： 切二设计好于切三和切四设计 ，切二 66片设计具有最低的 LCOE； ⚫ 182系列： 182组件的 LCOE比 210略高，但相差不大。 31.8 31.6 31.3 31.2 31.2 31.1 31.5 31.3 -0.4% -1.5% -1.8% -1.6% -1.9% -0.9% -1.4% -2.50% -2.00% -1.50% -1.00% -0.50% 0.00% 30.8 31.0 31.2 31.4 31.6 31.8 166/2-72 166/2-78 182/2-72 182/2-78 210/2-60 210/2-66 210/3-60 210/4-60 $/ MWh * 项目 地美国，装机量 60MWdc，项目地面积及容配比固定， GCR=0.32~0.33, 单排平单轴跟踪支架 ,, 集中逆变器， 30年生命期。 210的挑战与机遇 210机遇 ⚫ 硅棒 拉 棒 效率 (炉体 130/140/160) ⚫ 切片 成品率 TTV崩边 缺角 ⚫ 电池 扩散 和 PECVD均匀性 ⚫ 高电流 热斑 风险 /接线盒 可靠性 风险 ⚫ 抗机载能力 较弱 宽 六 列单玻 组件 ⚫ 大宽幅玻璃 /EVA/BS等材料 供应 ⚫ 组件 过宽，无法以叠托方式放置入 集装箱，需 重新设计 包装 ⚫ 人工搬运、安装 速度 ⚫ 逆变器 需重新设计以匹配高电流 ⚫ 硅片 成本 潜力 ⚫ 电池 产能大 ， 非硅 成本 潜力 ⚫ 组件功率达 660W+ ⚫ 电站 BOS/LCOE潜力 210挑战 正 泰 182双面 PERC+高 效 组件设计 • 技术 集成 • 高效双面 PERC+电池 • 多 主栅 技术 • 半片 技术 • 无损切割 技术 • 高密度小间距技术 • 高 透 AR玻璃技术 Astro5 455W166/72 490W166/78545W 182/72 590W182/78 600W/660210 ASTRO 系列产品迭代 ASTRO 1 ASTRO 2 ASTRO 3 ASTRO 4 ASTRO 5 2016 2018 2017 2019 2020 ✓ 4BB高效 PERC+黑硅技术 4BB+PERC+Black Silicon ✓ 5BB高效单晶 PERC技术 5BB Hi Eff Mono Perc ✓ G1 158.75 ✓ 高效 PERC+SE+HC技术 G1 Wafer+ Hi Eff Perc Mono+ SE+Half Cut ✓ M6 166 ✓ 22.5%+高效 PERC+ ✓ MBB+HC M6 Wafer+“ 22.5% Eff Perc+”+ MBB+Half Cut ✓ M10 ✓ 23%+高效 PERC+ ✓ 高密度新切割工艺 ✓ MBB+HC M10 Wafer+“ 23% Eff Perc+”+Hi Density+MBB+Half Cut 182mm×182mm 多主栅 +半片设计Multi-busbar + Half cut design 23%+ 双面背钝化电池 23%+ PERC+ cell 高密度封装 High-density Interconnection 无损切割 Non-destructive cutting 掺镓硅片 Ga doped wafer 35mm Frame (Face-B) 双面双玻设计 Double Glass Design ASTRO 5 Twins 双面双玻产品 ASTRO 5 Twins 0.5 6 0.47 0 .16 1.2 1 0.8 0 0.4 9 0.42 0 .13 1.0 6 0.7 5 0.4 1 0.3 7 0 .11 0.8 6 0 .65 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 Optical Loss front resistive losses rear resistive losses front recomb losses rear recomb losses 效率损失值 /% 效率损失 Base:效率 23.2% 优化 1：效率 23.5% 优化 2：效率 24.0% Astro5 182 双面 PERC+电池 技术 光学损失 正面传输损失 背面传输损失 正面复合损失 背面复合损失 23.2% 23.5% 24% ⚫ 根据 PERC-Base(效率 23.2%)的损耗分析可知，电池效率损失主要体现在正面光学损失， 正 /背表面传输损失，正 /背表面复合损失； ⚫ 分别针对以上效率损失进行优化，尤其是 正表面复合损失 ，效率可达到 23.5%甚至 24%。 多 主栅技术 提高组件效率： 0.4~0.6% 5BB组件 MBB组件 ⚫ 可缩短细栅线电流传输距离 ,降低 RS， 提高效率，具有 更好的 抗隐裂 能力 光学性能 电学性能 ⚫ 光学利用率由 5%以下提高到 40%以上 半 片技术 ⚫ 更低的内阻 Rs损失 ,光电转换效率提升 ⚫ 串并联电路设计， 降低 组件电流 失 配 损失 ⚫ 更低的阴影遮挡损失， 热斑温度低 20℃ ，热斑风险低 ⚫ 半 片版型更多间隙， 增加了零深度反射 ，光学增益 1.5% 半片技术 -提升 可靠性 I ½ I 无损切割技术 ⚫ 常规划片：激光损伤 40%~60%，掰片导致硅衬底损伤，有大量微裂纹 ⚫ 无损划片 ：无激光损伤，断面光滑 无微裂纹 常规划片 无损划片 ⚫ 常规划片：热影响区 80-150μm ⚫ 无损划片 ：基本 无热影响区 ,减少切割造成的电池效率 损失，可提升组件功率 1W+ 常规划片 无损划片 无损切割技术 538.0 539.7 537.0 537.5 538.0 538.5 539.0 539.5 540.0 常规切割 无损切割 功率 /W 无损 整片 多刀↑ 20% 抗弯强度提升 ⚫ 无损切割较多刀划抗弯强度提升 30%， 抗隐裂抗碎片能力提升 无损切割技术 ⚫ 载荷测试： 在 指定范围内安装 ， 机载损失 ＜ 1%， 可扩展组件安装范围 多刀划 无损切割 ⚫ 层压 后电池切割 面隐裂比例下降 30%， 大幅提升组件良率 ⚫ 无损切割 可望成为 大尺寸组件 标配 无损切割技术 35% 5% 多刀划片 无损划片 层压后隐裂层压后 EL（ 182小间距） 高密度 焊接 +焊带整形技术 常规间距：焊带折弯 负 间距：焊带整形叠焊 基 准 组件效率： 0.3% 组件良率 : ? 无损切 割可 降低 隐裂风险 小 间距：焊带整形折弯 优化 方案 负间距 小 间距 双层高透镀膜技术 高 透双层 AR膜 水汽分子 封闭 孔薄膜 致密 二氧 化硅层 ⚫ 双层镀膜 技术（合理的膜厚和折射率搭配） ⚫ 提高透光率 ⚫ 隔绝 水汽，提高 环境 耐候性 能 ⚫ 双层较单层透 光 率增加 0.3%，具有 宽频増透的 效果 机械载荷 ⚫固定 支架静载 ： 正面 5400Pa/背面 2400Pa， 跟踪 支架静载 ： 正面 2400Pa/背面 2400Pa。 模拟跟踪支架安装方式模拟固定支架安装方式 热斑测试 发热电池电路原理图 遮挡面积 IV测试图 120 130 140 150 160 170 180 190 72M 156 整片 72M 158 整片 60M 158 半片 60M 166 半片 72M 158 半片 72M 166 半片 78M 166 半片 72M 182 半片 热斑测试数据 ⚫ 182组件热斑 试验通过，测试结果温度在 150~160℃ ，热斑的低温降低了组件的损毁风 险，直接保障了客户的 安全隐患 和 发电损失 。 双面设计 -背面发电增益 ⚫ 根据 不同的应用场景，双面组件的 背面功率增益 5%~25%； ⚫ 双玻 +白漆地面 +追踪支架的发电量 增益达到 24.73%。 双面发电 增益 0.00% 7.65% 10.40% 11.81% 14.25% 24.73% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 单面单玻 泥土 网格双玻 泥土 网格双玻 水泥 透明双玻 水泥 网格双玻 白漆 网格双玻 白漆 +跟踪支架 发电增益 地点：浙江海宁正泰新能源实证基地 (北纬 30°34′；东经 120°84′) 大尺寸 双面组件透明背板技术 透明背板迎来窗口期 ⚫ 2021年光伏玻璃原片仍 有 24.9万 吨的 供需 缺口， 玻璃 供应不足 ，正成为 制约 大尺寸双面 组 件 应用推广的瓶颈； ⚫ 玻璃新窑炉建设需要 2年 时间。背板宽幅增加只需工装改变，周期较短。供需驱动透明背板 市场 迎来爆发窗口期 。 需求 2020E 2021E 3.2mm 玻璃需求量（万吨） 456.5 510.0 3.2mm 玻璃原片良品率 82% 82% 3.2mm 玻璃深加工良品率 95% 95% 3.2mm 玻璃对应原片需求（ t/d) 16278.1 18186.2 2.0mm 玻璃需求量（万吨） 190.2 343.3 2.0mm 玻璃原片良品率 78% 78% 2.0mm 玻璃深加工良品率 95% 95% 2.0mm 玻璃对应原片需求（ t/d) 7130.4 12868.5 玻璃行业原片总需求（ t/d） 23408.4 31054.7 理论供给平衡量（ t/d） 26685.6 35402.4 供给 2020E 2021E 玻璃 供给量（ t/d） 25510 34710 玻璃 供需缺口（ t/d） 1175.6 692.4 数据来源：安 信证券 24 24 26.526.426.426.426.426.428 28 29 29 29 29 29 24 24 26 26 30 34 37 43 2022 2426 2830 3234 3638 4042 4446 4850 3.2mm光 伏玻璃价格趋势（元 /平方米） 透明背板组件 BOM成本 分析 ⚫ 随着玻璃价格的上涨，透明背板的成本变得更加有竞争力； ⚫ KPC、 CPC透明背板具有较大的 降本空间 ， CPC透明未来成本 有可能 接近常规背板材料。 0.53 0.61 0.65 0.61 0.59 -0.05 0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 单玻 2.0双玻 透明背板（ T) 透明背板（ K) 透明背板（ C) 组件成本（元 /W ) 材料比例（ % ） 182组件 BOM成本 分析 胶膜 玻璃 背板 /背玻 边框 接线盒 组件单瓦成本 组件结构对比 2.0mm 半钢化玻璃 2.0mm 半钢化玻璃 双面电池片 封装胶膜 双面双玻组件结构图 3.2mm全钢化玻璃 透明背板 双面电池片 透明背板双面组件结构图 封装胶膜 ⚫ 透明背板和双面双玻结构上的差异导致其性能有比较大的差异。