短短几年間, 隨著太陽能行業的市場規模從50GW增長至100GW, 各家公司對差異化生產的需求日益增加, 尤其是正在進入這一市場的公司或重新進行戰略定位的公司.
為了開發新產能, 提供效率更高或成本更低的產品一直是獲取資金的理想方式, 在這一方面太陽能行業付出了諸多努力.
可悲的是, 過去進行的大多數嘗試都失敗了, 這些嘗試的共同點是設備供應鏈驅動了多晶矽分期交鑰匙項目的開發. 但是新入行者似乎看不到明天, 許多風險資本家遭遇了虧損.
過去的2-3年中, 伴隨著市場營銷的熱潮和多家公司雄心勃勃的聲明, 重心已經回歸到n型電池. 然而, 讓我們去偽存真. 在追蹤真實生產狀況時, 我們一定會發現, 確定的上升趨勢會支援市場熱度和投資水平向前發展.
本文揭示了n型產品在光伏行業中的發展曆程, 將n型技術細分成三個子類: 背接觸, 異質結及所有的其他產品.
基礎數據來源於PV-Tech內部研究團隊整理的分析報告, 可以從《光伏生產和技術季刊》中獲取該基礎數據.
對於n型組件的可用性, 相關組件的性能, 質量, 可靠性以及對公用事業太陽能項目公司/技術的嚴格評估來說, 這些內容的意義構成了PV ModuleTech 2018大會的一部分. PV ModuleTech 2018大會將於2018年10月23-24日在馬來西亞檳城召開.
為什麼是n型?
對於太陽能組件的使用者來說, 談論少數載體壽命或表面複合速度, 或者說聽起來更像是物理而不是投資回報率一類的問題基本上是找錯了話題.
當然, 理解物理很重要, 假如你正在推動先進電池加工技術的發展, 那更是如此. 但對開發商和EPC公司來說, 以下是更適合它們的有關n型的結論.
從內在屬性上來說, n型太陽能電池基質的性能更佳. 電池效率遠高於近年行業標準(P型多晶). 因此, 組件功率(標準測試條件下, 大小相似的組件)增益多達幾十瓦. 顯然, 這會帶來與空間相關的優勢, 可以根據降低的系統資本性支出/Bos成本改善平準化度電成本的計算結果.
此外, 與所有p型產品(單晶和多晶)相比, n型高溫性能極為優越. 與First Solar的薄膜組件一樣, n型功率係數取決於溫度. 尤其是, 考慮到公用事業太陽能電站(實際上, 幾乎所有處於直射陽光下的太陽能組件)通常都在溫度高於標準測試條件的工況下運行, 有一種觀點認為, 對所有太陽能組件的比較都應在70度的條件下完成.
鑒於製造質量, 測試和可重複性, n型基質也不易發生各種降解, 這直接意味著可靠性和壽期性能(投資回報率).
上述問題並非新鮮事. 然而有趣的是, 過去數年間, 許多n型新入場者都在嘗試解釋清楚這些問題, 同時致力於增加新生產線, 了解可以令生產線達到目標效率, 產量和分配目標的做法.
截至目前, 阻礙太陽能行業選擇n型做為主流產品的唯一問題是產能水平(年度需求佔比趨向約5%)和製造成本(包括矽片可用性). 因此, 這就解釋了為什麼太陽能行業的每一個人都需要密切關注n型公司, 投資和擴張計劃的原因, 很多人持有的長期觀點是, n型市場份額的增長僅會在一段時間內逐年增加, 對這一問題的解釋也是這一長期觀點的背後依據.
n型為什麼不能和p型一樣, 從規模經濟中獲益?
在p型單晶電池(PERC電池)背面增加鈍化層, 降低生產成本令組件售價達到35美分/W同時保持較低的(正)毛利潤率, 通過採取這些措施, 光伏行業自豪的將p型多晶太陽能電池從3柵線推向了5柵線.
雖然存在上述及其它較少公開的種種問題, 但是p型社群仍在5年時間內一致將p型電池效率從15-18%提高到了18-21%, 對開發方和EPC公司來說, 這一階段也是業內產出最高, 獲得幫助最多的一個階段.
關於這一點, 應該指出的是, 在大規模生產中, p型可以取得的最佳性能估值(主要從研究團體或早期使用者處獲得)已經被遠遠超越了. 實際上, 在2018年3月份召開的PV CellTech 2018大會上, 多GW級領軍p型電池製造商們紛紛展示了未來數年可令p型單晶電池平均效率達到22-23%的路線圖.
在PV CellTech大會上, 筆者問了新南威爾士大學的Martin Green教授一個問題, 就當前100GW規模光伏產業的電池性能水平來看, 最讓他感到吃驚的是什麼. 其中一個回答是, 沒人想到是從大規模生產中學到的知識推動了性能增益.
因此, 一個明顯的問題是: 如果要升級到10GW或100GW, n型生產會出現怎樣的發展?目前, n型(特別是IBC和HJT)性能水平處於行業領先地位, 但與今天任何一家生產商的最高GW級產能相比, 還有多少潛力可供挖掘?當然, 如果IBC/HJT(或兩種混合)達到了這種產能水平, 那麼人們預設太陽能行業能夠解決當下的供應和成本挑戰.
所以, 或許人們無須過多關注p型單晶PERC(30GW+產能水平, 成本結構與p型多晶高度混合)和n型電池之間的遞減函數, 因為這種比較不是在同一個水準上進行的. 人們應該問的問題是: 如果每一種電池都有5-10家大型生產廠生產, 產能達到數十GW, 那麼該如何比較這些電池概念?
與此同時, 現在讓我們回到當下業內的N型增長.
五年間, 年產能從2GW增至5GW
直至數年前, 光伏行業僅有幾家公司主要採取三種 '不同' 辦法生產n型太陽能組件: 背接觸太陽能電池(或叉指背接觸, IBC), 正面接觸摻雜/本徵a-Si(鈍化)薄層(異質結)電池和更類似於常規p型太陽能電池加工工藝, 但可以進行背面鈍化/擴散的n型電池.
SunPower作為IBC電池的倡導者而聞名, 它對市場上所有的n型(以及其他所有的)產品的性能水平進行了比較. IBC電池今天仍保持著市場領導地位.
松下公司繼承了三洋公司在日本和馬來西亞的異質結設備, 有一段時間松下是唯一一家提供這種技術的公司. 其他公司現在也進入了n型太陽能電池生產領域, 筆者將在下文中進行討論.
與IBC相比, 異質結(或HJT)的性能水平稍遜一籌, 但功率高於其他n型. 當然, HJT的長處也可以與背接觸相結合, 但目前僅限於研發, 無法用於大規模生產.
過去, '其他n型' 類別的電池也進行了一些試點生產活動. 大約10年前, 通過與歐洲研究所ECN簽署的技術轉讓協議(英利 '熊貓' 系列產品), 英利綠色能源擴大了數條生產線, 這是真正意義上開始這一類電池的大規模生產. 然而, 在過去幾年中, 這一技術類別遭遇了最激烈的競爭, 尤其是LG電子在韓國的成功以及數家新的中國公司的成功.
新資本投資的最終結果是, (有意義的)n型電池生產商的數量增至約20家, 還有很多其他公司以研發形式參與, 或與研究機構合作開發項目. 因此, 全球n型電池產量已經從2013年的2GW增長至今年的逾5GW. 如下圖所示.
LG電子成為2017年n型產品兆瓦級領軍生產商
2017年, LG電子低調躋身光伏行業領軍位置, n型產能高於其他所有公司. 很大程度上, 這是由於過去數年公司積極在韓國擴張產能, 同時還因為受到201案之前美國市場的刺激.
仔細觀察LG電子n型電池的具體工藝流程, 可以發現做為一個整體來看時n型領域的一些其他發展趨勢, 而這些發展趨勢與主流p型電池生產並不相容.
目前, 除了幾家中國新入場者外, 所有的n 型生產商都存在某種形式的差別, 從SunPower (擁有生產線完全內部智慧財產權) 到 LG 電子 (多主柵和離子注入) 到其他可能將雙面作為標準或 (像 SunPower) 已經解決了如何使用低於120微米厚度矽片問題的公司. 這也是首個使用薄矽片和銅(而不是銀)集電的領域.
n型為歐洲/西方設備供應商帶來的優勢
過去數年, n型產品的成功發展可直接追溯到設備供應商的參與, 多家歐洲領軍公司的工藝知識都超過了它們服務的客戶群如梅耶博格, INDEOtec, SCHMID, Von Ardenne, Singulus和Tempress/Amtech公司. 日本的經營之道——如日本三洋公司傳統做法的影響已經超出了ULVAC和住友重工等公司的範圍, 以各種形式存在於亞洲的附屬或特許合作公司中. 很明顯, 此前出售過a:Si塗層PCV/PECVD設備(ULVAC, Applied Materials, Jusung)的公司也會產生影響.
當下, 亞洲和歐洲正在運行的許多n型新生產線都使用了諸多上述公司的設備. n型領域(尤其是HJT以及其他所有n-PERT/雙面產品)仍有待根據標準工藝流程進行整合. 假如2019年及之後的下一階段n型擴產中會增加多GW級項目, 那麼這一領域也是中國設備供應商們應該重點關注的.
消除矽片可用性疑慮
此前, 人們認為n型生產受到一定限制, 尤其是n型生產需要依靠單晶矽錠拉制, 而直至最近單晶矽錠拉制才成為相對意義上的小眾市場.
實際上, 如果不是因為隆基集團和中環半導體公司, 這一限制仍然會存在, 因為n型電池生產所需的5英寸矽片短缺, 價格比協鑫這一類公司供應的常規矽片要高出15-20%.
然而, 隨著隆基和中環半導體將單晶拉制擴大成10-20GW的公司業務, 生產成本也達到此前亞洲供應商們從未達到過的水平(指所有單晶矽片而不僅僅是n型電池), 一切都改變了.
幾乎一夜之間, 單晶矽片成為了一種商品化供應的產品. 當下, 人們幾乎可以認為n型矽片供應是一項正面因素而非絆腳石. 當前, n型生產商的矽片主要都是按需供應的, 生產商需要決定使用硼摻雜劑或是磷摻雜劑的拉制機的數量. n型電池的矽片供應不大可能在短期內出現供過於求, 鑒於中國單晶矽片領軍供應商們佔據市場的渴望, 我們可以得出的結論是, 即使2019年會增加額外數GW 的n型產能, 供應鏈也可以滿足中國需求.
異質結仍是新入場者們的首選
上文中未提及的是, 對大部分進入中國, 歐洲和俄羅斯n型市場的新投資方來說, HJT是重心所在. 這些公司中有很多都在增加新生產線, 不斷攀升的生產數據更清楚的讓人們看清了這一領域取得的成功, 而在2013-2018年間的窗口期, 這一領域的表現卻差強人意.
推動因素多種多樣. 對許多中國公司來說, 它們現在渴望能夠擁有 '松下' 品質/性能的組件. 人們還相信, 如果這些公司在大規模生產中能夠匹配電池效率, 它們就能夠解決松下和三洋過去面臨的阿喀琉斯之踵——生產成本問題.
對其他人來說, 轉向HJT就和需要重新調整a-Si投資一樣簡單(例如Hevel Solar, 3Sun/Enel), HJT被視為以c-Si為基礎的自然發展路線.
梅耶博格和INDEOtec這一類重要設備的供應商進行了大力研發, HJT有望發展成為具有競爭性成本結構的多GW級項目.
PV ModuleTech 和PV CellTech仍將關注n型進展
過去數年, 我們在PV CellTech大會上關注的都是n型電池的新產能計劃, 尤其是HJT電池. 這為未來2-3年的大規模生產提供了有價值的資訊, 屆時下遊公司群體可以根據新組件供應商和技術做出真實的選擇.
上述問題是推動舉辦PV CellTech大會的大部分因素, 而PV ModuleTech 從公司實力, 產品質量和可靠性角度關注對組件供應的影響. 今年將於檳城召開的PV ModuleTech 2018大會(2018年10月23-24日)為全球開發方和EPC公司提供了準確獲知2018年n型組件供貨狀況的理想機會.
對許多人來說, 這隻是一個跟蹤組件技術發展的機會, 這種組件技術會影響它們2020年及之後的太陽能戰略. 而對其他公司來說, 假如所選的組件供應商和技術能夠滿足必須的嚴格評估要求及盈利性要求的話, 那麼大會會帶來直接效益.
