短短几年间, 随着太阳能行业的市场规模从50GW增长至100GW, 各家公司对差异化生产的需求日益增加, 尤其是正在进入这一市场的公司或重新进行战略定位的公司.
为了开发新产能, 提供效率更高或成本更低的产品一直是获取资金的理想方式, 在这一方面太阳能行业付出了诸多努力.
可悲的是, 过去进行的大多数尝试都失败了, 这些尝试的共同点是设备供应链驱动了多晶硅分期交钥匙项目的开发. 但是新入行者似乎看不到明天, 许多风险资本家遭遇了亏损.
过去的2-3年中, 伴随着市场营销的热潮和多家公司雄心勃勃的声明, 重心已经回归到n型电池. 然而, 让我们去伪存真. 在追踪真实生产状况时, 我们一定会发现, 确定的上升趋势会支持市场热度和投资水平向前发展.
本文揭示了n型产品在光伏行业中的发展历程, 将n型技术细分成三个子类: 背接触, 异质结及所有的其他产品.
基础数据来源于PV-Tech内部研究团队整理的分析报告, 可以从《光伏生产和技术季刊》中获取该基础数据.
对于n型组件的可用性, 相关组件的性能, 质量, 可靠性以及对公用事业太阳能项目公司/技术的严格评估来说, 这些内容的意义构成了PV ModuleTech 2018大会的一部分. PV ModuleTech 2018大会将于2018年10月23-24日在马来西亚槟城召开.
为什么是n型?
对于太阳能组件的使用者来说, 谈论少数载体寿命或表面复合速度, 或者说听起来更像是物理而不是投资回报率一类的问题基本上是找错了话题.
当然, 理解物理很重要, 假如你正在推动先进电池加工技术的发展, 那更是如此. 但对开发商和EPC公司来说, 以下是更适合它们的有关n型的结论.
从内在属性上来说, n型太阳能电池基质的性能更佳. 电池效率远高于近年行业标准(P型多晶). 因此, 组件功率(标准测试条件下, 大小相似的组件)增益多达几十瓦. 显然, 这会带来与空间相关的优势, 可以根据降低的系统资本性支出/Bos成本改善平准化度电成本的计算结果.
此外, 与所有p型产品(单晶和多晶)相比, n型高温性能极为优越. 与First Solar的薄膜组件一样, n型功率系数取决于温度. 尤其是, 考虑到公用事业太阳能电站(实际上, 几乎所有处于直射阳光下的太阳能组件)通常都在温度高于标准测试条件的工况下运行, 有一种观点认为, 对所有太阳能组件的比较都应在70度的条件下完成.
鉴于制造质量, 测试和可重复性, n型基质也不易发生各种降解, 这直接意味着可靠性和寿期性能(投资回报率).
上述问题并非新鲜事. 然而有趣的是, 过去数年间, 许多n型新入场者都在尝试解释清楚这些问题, 同时致力于增加新生产线, 了解可以令生产线达到目标效率, 产量和分配目标的做法.
截至目前, 阻碍太阳能行业选择n型做为主流产品的唯一问题是产能水平(年度需求占比趋向约5%)和制造成本(包括硅片可用性). 因此, 这就解释了为什么太阳能行业的每一个人都需要密切关注n型公司, 投资和扩张计划的原因, 很多人持有的长期观点是, n型市场份额的增长仅会在一段时间内逐年增加, 对这一问题的解释也是这一长期观点的背后依据.
n型为什么不能和p型一样, 从规模经济中获益?
在p型单晶电池(PERC电池)背面增加钝化层, 降低生产成本令组件售价达到35美分/W同时保持较低的(正)毛利润率, 通过采取这些措施, 光伏行业自豪的将p型多晶太阳能电池从3栅线推向了5栅线.
虽然存在上述及其它较少公开的种种问题, 但是p型社群仍在5年时间内一致将p型电池效率从15-18%提高到了18-21%, 对开发方和EPC公司来说, 这一阶段也是业内产出最高, 获得帮助最多的一个阶段.
关于这一点, 应该指出的是, 在大规模生产中, p型可以取得的最佳性能估值(主要从研究团体或早期使用者处获得)已经被远远超越了. 实际上, 在2018年3月份召开的PV CellTech 2018大会上, 多GW级领军p型电池制造商们纷纷展示了未来数年可令p型单晶电池平均效率达到22-23%的路线图.
在PV CellTech大会上, 笔者问了新南威尔士大学的Martin Green教授一个问题, 就当前100GW规模光伏产业的电池性能水平来看, 最让他感到吃惊的是什么. 其中一个回答是, 没人想到是从大规模生产中学到的知识推动了性能增益.
因此, 一个明显的问题是: 如果要升级到10GW或100GW, n型生产会出现怎样的发展?目前, n型(特别是IBC和HJT)性能水平处于行业领先地位, 但与今天任何一家生产商的最高GW级产能相比, 还有多少潜力可供挖掘?当然, 如果IBC/HJT(或两种混合)达到了这种产能水平, 那么人们默认太阳能行业能够解决当下的供应和成本挑战.
所以, 或许人们无须过多关注p型单晶PERC(30GW+产能水平, 成本结构与p型多晶高度混合)和n型电池之间的递减函数, 因为这种比较不是在同一个水准上进行的. 人们应该问的问题是: 如果每一种电池都有5-10家大型生产厂生产, 产能达到数十GW, 那么该如何比较这些电池概念?
与此同时, 现在让我们回到当下业内的N型增长.
五年间, 年产能从2GW增至5GW
直至数年前, 光伏行业仅有几家公司主要采取三种 '不同' 办法生产n型太阳能组件: 背接触太阳能电池(或叉指背接触, IBC), 正面接触掺杂/本征a-Si(钝化)薄层(异质结)电池和更类似于常规p型太阳能电池加工工艺, 但可以进行背面钝化/扩散的n型电池.
SunPower作为IBC电池的倡导者而闻名, 它对市场上所有的n型(以及其他所有的)产品的性能水平进行了比较. IBC电池今天仍保持着市场领导地位.
松下公司继承了三洋公司在日本和马来西亚的异质结设备, 有一段时间松下是唯一一家提供这种技术的公司. 其他公司现在也进入了n型太阳能电池生产领域, 笔者将在下文中进行讨论.
与IBC相比, 异质结(或HJT)的性能水平稍逊一筹, 但功率高于其他n型. 当然, HJT的长处也可以与背接触相结合, 但目前仅限于研发, 无法用于大规模生产.
过去, '其他n型' 类别的电池也进行了一些试点生产活动. 大约10年前, 通过与欧洲研究所ECN签署的技术转让协议(英利 '熊猫' 系列产品), 英利绿色能源扩大了数条生产线, 这是真正意义上开始这一类电池的大规模生产. 然而, 在过去几年中, 这一技术类别遭遇了最激烈的竞争, 尤其是LG电子在韩国的成功以及数家新的中国公司的成功.
新资本投资的最终结果是, (有意义的)n型电池生产商的数量增至约20家, 还有很多其他公司以研发形式参与, 或与研究机构合作开发项目. 因此, 全球n型电池产量已经从2013年的2GW增长至今年的逾5GW. 如下图所示.
LG电子成为2017年n型产品兆瓦级领军生产商
2017年, LG电子低调跻身光伏行业领军位置, n型产能高于其他所有公司. 很大程度上, 这是由于过去数年公司积极在韩国扩张产能, 同时还因为受到201案之前美国市场的刺激.
仔细观察LG电子n型电池的具体工艺流程, 可以发现做为一个整体来看时n型领域的一些其他发展趋势, 而这些发展趋势与主流p型电池生产并不相容.
目前, 除了几家中国新入场者外, 所有的n 型生产商都存在某种形式的差别, 从SunPower (拥有生产线完全内部知识产权) 到 LG 电子 (多主栅和离子注入) 到其他可能将双面作为标准或 (像 SunPower) 已经解决了如何使用低于120微米厚度硅片问题的公司. 这也是首个使用薄硅片和铜(而不是银)集电的领域.
n型为欧洲/西方设备供应商带来的优势
过去数年, n型产品的成功发展可直接追溯到设备供应商的参与, 多家欧洲领军公司的工艺知识都超过了它们服务的客户群如梅耶博格, INDEOtec, SCHMID, Von Ardenne, Singulus和Tempress/Amtech公司. 日本的经营之道——如日本三洋公司传统做法的影响已经超出了ULVAC和住友重工等公司的范围, 以各种形式存在于亚洲的附属或特许合作公司中. 很明显, 此前出售过a:Si涂层PCV/PECVD设备(ULVAC, Applied Materials, Jusung)的公司也会产生影响.
当下, 亚洲和欧洲正在运行的许多n型新生产线都使用了诸多上述公司的设备. n型领域(尤其是HJT以及其他所有n-PERT/双面产品)仍有待根据标准工艺流程进行整合. 假如2019年及之后的下一阶段n型扩产中会增加多GW级项目, 那么这一领域也是中国设备供应商们应该重点关注的.
消除硅片可用性疑虑
此前, 人们认为n型生产受到一定限制, 尤其是n型生产需要依靠单晶硅锭拉制, 而直至最近单晶硅锭拉制才成为相对意义上的小众市场.
实际上, 如果不是因为隆基集团和中环半导体公司, 这一限制仍然会存在, 因为n型电池生产所需的5英寸硅片短缺, 价格比协鑫这一类公司供应的常规硅片要高出15-20%.
然而, 随着隆基和中环半导体将单晶拉制扩大成10-20GW的公司业务, 生产成本也达到此前亚洲供应商们从未达到过的水平(指所有单晶硅片而不仅仅是n型电池), 一切都改变了.
几乎一夜之间, 单晶硅片成为了一种商品化供应的产品. 当下, 人们几乎可以认为n型硅片供应是一项正面因素而非绊脚石. 当前, n型生产商的硅片主要都是按需供应的, 生产商需要决定使用硼掺杂剂或是磷掺杂剂的拉制机的数量. n型电池的硅片供应不大可能在短期内出现供过于求, 鉴于中国单晶硅片领军供应商们占据市场的渴望, 我们可以得出的结论是, 即使2019年会增加额外数GW 的n型产能, 供应链也可以满足中国需求.
异质结仍是新入场者们的首选
上文中未提及的是, 对大部分进入中国, 欧洲和俄罗斯n型市场的新投资方来说, HJT是重心所在. 这些公司中有很多都在增加新生产线, 不断攀升的生产数据更清楚的让人们看清了这一领域取得的成功, 而在2013-2018年间的窗口期, 这一领域的表现却差强人意.
推动因素多种多样. 对许多中国公司来说, 它们现在渴望能够拥有 '松下' 品质/性能的组件. 人们还相信, 如果这些公司在大规模生产中能够匹配电池效率, 它们就能够解决松下和三洋过去面临的阿喀琉斯之踵——生产成本问题.
对其他人来说, 转向HJT就和需要重新调整a-Si投资一样简单(例如Hevel Solar, 3Sun/Enel), HJT被视为以c-Si为基础的自然发展路线.
梅耶博格和INDEOtec这一类重要设备的供应商进行了大力研发, HJT有望发展成为具有竞争性成本结构的多GW级项目.
PV ModuleTech 和PV CellTech仍将关注n型进展
过去数年, 我们在PV CellTech大会上关注的都是n型电池的新产能计划, 尤其是HJT电池. 这为未来2-3年的大规模生产提供了有价值的信息, 届时下游公司群体可以根据新组件供应商和技术做出真实的选择.
上述问题是推动举办PV CellTech大会的大部分因素, 而PV ModuleTech 从公司实力, 产品质量和可靠性角度关注对组件供应的影响. 今年将于槟城召开的PV ModuleTech 2018大会(2018年10月23-24日)为全球开发方和EPC公司提供了准确获知2018年n型组件供货状况的理想机会.
对许多人来说, 这只是一个跟踪组件技术发展的机会, 这种组件技术会影响它们2020年及之后的太阳能战略. 而对其他公司来说, 假如所选的组件供应商和技术能够满足必须的严格评估要求及盈利性要求的话, 那么大会会带来直接效益.
