隆基-李绍唐-CPIA半年会-光伏电池技术路线选择的基本原则与产品价值分析 20210720

Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 李绍唐 2021.7.21 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 电池技术路线选择的基本原则 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 电池技术路线选择的基本原则 LCOE ~ 光伏电站生命周期总成本 电站生命周期总发电量 • 光伏组件全成本 • 光伏电站 BOS成本 • 运维成本 ×年 • 组件发电能力 • 功率衰减情况 • 失效情况 度电成本 从产品和应用端考察哪种技术能带来最优度电成本 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 电池技术路线选择的基本原则 基于度电成本原则，在高效率、低成本、高性能之间做平衡 高效率 • 大尺寸、量产稳定性 • 考虑高效率在电站端的价值 低成本 • 综合考虑原材料、电池制造与组件封装 • 大规模应用要求高资源丰度或可低成本回收 高性能 • 单 W发电能力 (如温度系数、弱光性 ) • 可靠性 (湿热、温度变化、 UV) Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 电池技术路线的演化回顾 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 晶硅电池 薄膜电池 ⚫ 薄膜电池以 CdTe为代表，与晶硅组件在效率、成本与性能上展开全面竞争 ⚫ 晶硅组件凭借效率、成本上的明显优势获得市场主流地位 效率 成本 性能 下游市场启动以来，晶硅组件 效率优势逐渐提高 • 晶硅组件效率由 15%提高到 目前的 21% • 薄膜组件由 15%提高到 18% • 晶硅路线产业链长，硅料、硅 片、电池环节通过技术创新成 本均有大幅度的下降 • CdTe路线产业链短，通过技术 优化、大尺寸降低制造成本 • 薄膜组件在功率温度系数上早 期有明显优势 • 晶硅组件通过性能优化与效率 提升，缩小了该优势 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 6 单晶硅电池 多晶硅电池 BSF 效率 成本 性能 • BSF结构下二者效率差 ~1% (多晶通过细晶粒抑制位错，提 高了效率 )，组件功率差约 15W • 高效电池技术的应用使得单 晶衬底的优势增大 • 成本差异主要在长晶、切片上 • 单晶通过 RCz技术、率先采用 金刚线切片技术显著降低了硅 片成本 • 多晶组件在首年光衰有优势； 单晶在弱光性、温度系数上有 一定优势 • 单晶通过降低氧含量改善了光 衰高的问题，使发电优势提高 • 单晶外观更好在户用分布式市 场有一定优势 ⚫ 多晶凭借较低的成本占据优势地位，单晶在关键时期通过 硅片环节的技术创 新 与 电池环节的技术革命 一举扭转了市场趋势 ⚫ 隆基等企业起到了关键作用 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential ⚫ 通过 RCz、金刚线切片等技术，实现单晶硅片成本的大幅降低，性价比突显 ⚫ 同时，硅片中的氧、碳、及金属杂质含量显著降低，少子寿命提升， 为高效电池提供 高品质硅片 0% 20% 40% 60% 80% 100% 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 硅片切割成本 单晶拉制成本 -80% COST 氧 含量 -34% 2011~2020 少子 寿命 +18% 2014~2020 单晶硅片的技术革命 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 电池对 电池的替代 P-type Si 效率 成本 性能 • 背面钝化补短板，电池效率提升 1%(2016年 )，组件功率提高 15W • BOS成本节省明显；提高光伏安装容量 • 相比 BSF组件的价值优势明显高于成本增加值 • 设备投资只增加激光开槽与镀膜，镀膜设备迅速国产化 • 光 /电注入技术或掺镓硅片可解决 PERC组件初始光衰高的问题 • 在弱光性、温度系数、工作温度上的优势更明显 ⚫ 基于产品价值上的显著优势， PERC技术迅速应用于单晶电池，并挤压多晶的市场份额 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 替代的加速条件 领跑者项目 • 中国的光伏领跑者项目对 PERC技术 的快速应用起助推作用 • 显著提高了大陆光伏制造商的竞争力 发电实证 • 通过第 3方、客户实证电站验证单晶 PERC组件的发电 优势 • 结果显示单晶 PERC组件相对多晶发 电增益达 3%，首年衰减更低 双面发电 • 2017年国内主要制造商推出了双面 PERC组件，使得单晶 PERC组件在地 面电站市场的竞争力进一步放大 ⚫ 新产品价值被客户认识本身需要一定过程，发电实证与领跑者项目起到了重要的推动作用 ⚫ PERC组件的出现，一方面替代 BSF组件，另一方面对中高端市场的高效组件形成明显冲击 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 300 400 500 600 700 800 输 出 功 率 （ W/ kW p ） 隆基乐叶泰州组件发电实时统计 (20170918) 常规多晶 Hi-MO1 发电增益 15 20 25 30 35 40 45 50 55 组 件 表 面 温 度 （ oC ） 三亚实证基地组件表面温度实时统计 (20170207) Hi-MO1 多晶 环境温度 ⚫ 隆基与中国电器院合作在海南三亚、新疆吐鲁番建设实证电站研究单晶 PERC组件发电性能与可靠性，验证了单晶 PERC组件相对多晶组件在弱光发电、工作温度等方面的优势，单 W发电量可增加约 3% ⚫ 隆基 PERC组件在 2016年应用在国电投黄河水电大型实证电站、三峡新能源格尔木实证电站，发电增益被客户所认可 隆基的 组件发电实证 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 双面 技术 ⚫ PERC电池可以容易的实现双面结构，采用 2/2mm双玻 +边框的组件设计，组件双面率可达 70% ⚫ 双面 PERC组件通过典型示范电站、大量第三方实证电站及发电模拟软件的成熟，逐渐被电站投资 者、设计单位、银行所认可 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 电池效率的持续进步 ⚫ 通过硅片性能优化、选择性发射极、背面图形优化、设备与浆料的技术进步，单晶 PERC电池效率 6年来持续 提高，目前接近瓶颈期 19.8% 20.8% 21.3% 21.8% 22.2% 22.8% 23.2% 18.0% 19.0% 20.0% 21.0% 22.0% 23.0% 24.0% 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 主流单晶电池效率演化 24.06% PERC电池效率纪录 2019.01 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 18% 23% 27% 56% 68% 87% 2015 2016 2017 2018 2019 2020 全球单晶组件市场占比 (未计入薄膜组件 ) • 多晶组件是市场上 的主流产品，隆基 基于单晶硅片的成 本大幅降低开始推 广单晶组件 • 国内单晶 PERC组 件开始大规模量产 • 组件功率可达 290W， 同期多晶为 265W • 60c单晶 PERC组 件效率达到 300W， • 双面 PERC组件出 现，在国内率先应 用 • 半片技术应用 • 531政策使行业竞争 加剧，单晶硅片酝 酿尺寸变化 • 72c组件被广泛接受 • 158.75在尺寸小变 化中胜出，隆基推出 166(M6)单晶硅片标 准与组件产品 • 多主栅叠加半片技术， 贴膜路线被替代 • 针对大型地面电站， 出现更大尺寸的 182、 210组件 • 小 间距技术的应用 电池与组件技术协同进化 半片、多主栅与大尺寸 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential ⚫ 组件尺寸的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(158.75mm)及 78c-M2(156.75mm)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 ⚫ 受薄膜组件尺寸提高到 2.47m2的启发，组件尺寸还可以再继续增大；分析表明，电池、组件尺寸的适度增大，可以降低 电池、组件的成本及系统端的成本 ⚫ 以电池、玻璃的产线兼容性为边界条件，得到 M6(166mm)硅片 /电池尺寸，长度与宽度上仅增加 4~5%，可实现对原有产 品的全场景替换 ⚫ 尺寸的变化 进一步增强了 PERC电池技术的竞争力 M2组件 M6组件 M2 156.75mm G1 158.75mm M4 161.7mm M6 166mm 尺寸变化的缘由 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential • 全产业链成本 • 制造良率 • 物料供应能力 • 组件效率 生产可行性 成本 • 机械载荷 • 热斑 • 接线盒 组件可靠性 • 山地场景匹配 • 120m大阵列设计 • 跟踪支架 • 电缆匹配 系统端匹配性 • 集装箱装、卸货 • 运输可靠性 • 安全性 组件运输 • 安装效率 • 安装破损率 人工安装 极限尺寸？ ⚫ 如跳出产能兼容性限制，则组件尺寸可以进一步增大，考虑人工安装的便利性、包装运输的可靠性、组件的载荷能力 等，组件尺寸并非越大越好而是存在限制 。由于切割 效率损失的存在，大片电池多切的技术路线目前不具备竞争力 ⚫ 大组件在系统端的价值取决于支架尺寸、电缆综合成本的边界，并非越大越好 ⚫ 存在 182与 210两个阵营， 210基于电池 制造成本参考 半导体推出， 182基于组件与系统端 限制因素与综合价值推出 ⚫ 隆基认为组件尺寸应限制在约 2.6m2， 182-72c是最合理的组件设计。与晶科、晶澳联合发布了 《 182组件产品白皮书 》 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 高效电池技术评述 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 电池 效率 • PERC电池推出时与 PERT相当，随着 PERC电池引入选择性发射极等 技术， PERT电池效率落后于 PERC 成本 • PERT采用 N型硅片、双面银浆，成本高于 PERC 性能 • 组件双面率 80%以上，抗光衰性能有一定优势 N-PERT电池是传统的双面电池，由于效率、成本上的劣势，随着 PERC双面的推出， PERT电池失去竞争力，切换为 TOPCon电池 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 18 电池 效率 • 正面无栅线实现电池效率的最大化， 可与 HJT或 TOPCon技术相结合 成本 • 工艺流程复杂导致成本很高。简化的版本则效率优势不明显 性能 • 通常不适合做成双面电池 • 发电性能 与抗光 衰上有一定优势 ⚫ 电池效率最高，但结构复杂导致成本很高，主要制造商通过打包 高端光伏系统、自建渠道，在高端户用分布式市场保持存在 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 电池 图片来源： TaiyangNews 效率 • 电池效率相比 PERC高近 1%，与 TOPCon相当 • 电池切半效率损失较大 成本 • 设备初始投资随国产化有明显降低，仍高于 PERC和 TOPCon • 银浆的耗量高、设备折旧高，成本相对 PERC仍较高 (0.25元 /W以上 ) 性能 • 组件双面率，温度系数略优于 TOPCon • 因非晶硅层的采用，长期可靠性是否能保持现有产品水平存疑 ⚫ HJT电池在设备国产化降本上成效明显，目前量产电池效率与 TOPCon相当 : 24%+ ⚫ 低温银浆的高耗量使得成本成本较高，大规模应用还需要找到 ITO的替代材料 ⚫ HJT目前尝试用半片硅片做电池，大硅片半片是否适合 HJT值得思考 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 20 电池 效率 • 电池效率相比 PERC高近 1%，与 HJT相当 • 组件功率比 PERC高 15~20W 成本 • 由于采用 N型硅片与双面银浆，成本高于 PERC • 随电池良率提高及高效率带来的组件成本降低，成本差有望低于 0.1元 /W 性能 • 组件双面率，温度系数等优于 PERC ⚫ 2013年问世，随着电池效率的提升与成本下降，产品价值有望 覆盖相对 PERC的成本提升 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 隆基 TOPCon产品价值分析 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 低复合金属化方案 叠层膜钝化 超低复合发射极 高质量 N型衬底 超低复合异质背表面场 制绒 B扩散 刻蚀 LPCVD (SiO2与多晶硅层 ) 刻蚀 清洗 正 /背面镀 膜 金属化 隆基 「 HPC 」 电池技术 HPC： High Performance Cell with Hybrid Passivated Contact ⚫ 创造 25.21%的 TOPCon商业尺寸 电池 效率世界纪录 (ISFH测试 ) ⚫ 解决了 LPCVD的绕镀问题，电 池良率可实现与 PERC相当水平 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 效率进化 — 隆基电池研发线 22.52% 22.75% 22.84% 22.93% 23.02% 23.14% 23.22% 23.34% 23.53% 23.65% 23.75% 23.89% 24.17% 24.34% 24.45% 24.50% 21.5% 22.0% 22.5% 23.0% 23.5% 24.0% 24.5% 25.0% Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 20 18 20 19 20 20 20 21 ⚫ 隆基 2017年末开始启动 HPC电池研发，量产效率水平持续提升 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential ⚫ M10单晶 N型硅片 ⚫ HPC双面电池 ⚫ 无隐裂智能焊接技术 ⚫ 2+2mm双玻组件 面积＜ 2.6m2，宽度 ~1.13m 面向大型地面电站 ⚫ 尤其适用于地表反射率高、温度高、人工成本高、土地面积有限的应用场景 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 发电性能提升 2. 温度系数1. 双面率 3. 弱光性能 4. “零 ”光衰 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 发电优势实证 2.96% 0% 3% 6% 9% 12% 0 2 4 6 8 4-214-224-234-244-254-264-274-284-294-30 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-105-115-125-135-145-155-165-175-18Avg. 市场主流双面组件 Hi-MO N Hi-MO N发电增益 日 发 电 量 (kW h/kW p) 隆基泰州实证电站 (32.5° N/ 119.9°E) 水泥地表， 30°倾角 实证电站计划 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 效率、尺寸与 BOS成本 ~120m ⚫ 光伏场区内的 BOS成本包括：支架与基础；电缆； 土地；逆变器及人工成本 ⚫ 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 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 的 BOS成本节省 市场主流组件 545W100MW Hi-MO N 565W100MW 103.67MW ⚫ 效率与功率相对主流产品提高 3.5%以上，相同安装容量下节省 3%以上光伏场区的 BOS成本 ⚫ 在土地充分利用的情况下装机容量提高 3.5%以上，进一步摊薄交流端设备的成本 土地最大化利用的背景下，电站生命周期的运行维护费用也将有相应节省 Hi-MO N 565W Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 总结 ⚫ 电池技术路线的选择需要从产品和应用端考察哪种技术能带来最优度电成本，在高效率、 低成本、高性能之间做平衡； ⚫ 晶硅薄膜之争、单多晶之争、 PERC电池技术的大规模应用均遵循该原则； ⚫ 更高效的电池技术如在产品价值上可覆盖成本的增加，在光伏将成为主力能源的背景下有 望获得一定市场竞争力。隆基凭借在 TOPCon路线上的技术突破，推出了 Hi-MO N组件。