大事!晶澳、晶科、隆基联合发布182组件产品白皮书

光伏硅片的尺寸演化需要考虑两方面因素:一方面是硅片尺寸变化对产业链制造成本的影响;另一方面是从组件应用的角度考量硅片尺寸对组件尺寸、电参数及组件在系统端应用的影响。

早期光伏电池类似于半导体芯片,设备与工艺的成本很高,增大硅片尺寸可以明显降低电池的制造成本。随着光伏产业逐步成熟,开始与半导体产业分道扬镳,沿着低成本的路线快速发展,如今每瓦的制造成本不到0.2元,降低了数十倍;硅片/电池尺寸也独立演化出了M1(156.75-Φ205mm)、M2(156.75-Φ210mm)、M4 (161.7-Φ211mm)等规格,同时硅片厚度持续减薄。

行业主流硅片尺寸在156.75mm上稳定数年后,又出现了G1(158.75-Φ223mm)和M6(166-Φ223mm)。其推出逻辑一方面是可兼容既有电池与玻璃生产线,获得立竿见影的成本节省;另一方面是组件尺寸增幅不到10%,可以全场景替代原M2组件,系统端在保持原有边界条件不变的情况下也可获得一定BOS成本节省。

随着光伏产业链的大规模扩产,光伏企业可以跳出产线兼容性的限制考虑一款新的尺寸,有企业推出了与半导体规格一致的12英寸硅片,提出了G12(210-Φ295mm)规格,旨在进一步降低电池制造成本,同时通过更大尺寸的高功率组件来降低系统成本。而M10(182-Φ247mm)规格推出的逻辑则是认为:不同于半导体产业链,光伏电池的制造成本因其目前在产业链成本占比较低,已不是尺寸变化的核心考量因素;应综合考虑光伏组件设计、应用的各项边界条件,由最优组件尺寸反推硅片尺寸。经过对全产业链(制造、运输、安装、发电性能与系统匹配各环节)的深入分析,M10规格应运而生。

(注:半导体的12英寸硅片相比8英寸硅片厚50μm;12英寸硅片也并未替代8英寸硅片,主要用于≤28nm工艺的芯片,用于节省高额的芯片加工成本)

图1. 182组件采用侧立的包装方式,最大化利用集装箱空间又留有约10cm装卸余量,组件在项目现场可平稳放置

光伏组件通常采用短边垂直于地面的侧立包装方式,因平放会因运输中的振动导致组件隐裂乃至破损;侧立则保障了运输的可靠性问题,同时长边着地使组件在项目现场放置时具有较好的稳定性;竖立的包装则稳定性差易倾倒且增加拆包装的难度。

在海运的40HC集装箱中,两托组件双层堆垛放入集装箱,因此两托组件的高度不能高于集装箱门高2.57m。再考虑到项目现场地形的一定起伏,需为叉车卸货留下约10cm操作余量,组件宽度被限制在约1.13m,反推出182mm的硅片尺寸:

此前光伏组件尺寸、重量在一定范围内增大,人工搬运、安装成本确实成下降趋势,但必然存在一定界限,超过该边界后,人工安装的困难度显著增加,导致工人易疲劳或安装破损率显著提高。

光伏组件的宽度此前在1m左右,安装工人双臂自然张开即可抓握住组件,组件宽度适度增加到~1.13m后两人的搬运在平坦地形下仍可稳定实现。但组件宽度不宜进一步加宽避免影响搬运的平稳性。

单人频繁搬运的重量极限大致为20~25kg,两人的重量极限则并非简单乘2,而需要考虑0.666的系数,即两人搬运的极限重量为:25kg×2×0.666=33.3kg<35kg

因此组件重量宜控制在33.3kg以内,最大不超过35kg。72c-182双面双玻组件的重量约32kg,除起伏很大的山地场景两人可顺利完成长时间的搬运与安装工作,相对于目前主流的72c-166组件可节省人工成本。

决定光伏组件载荷能力的首要因素是玻璃,其次是边框。从组件成本与重量控制的角度,双面双玻组件的玻璃厚度宜保持在2mm。基于2+2mm双玻结构并合理控制边框成本的前提下,组件的尺寸不宜超过一定界限,否则其抵御静态载荷、动态载荷的能力均会显著降低,在实验室测试与户外应用条件下易出现边框破坏、玻璃爆裂、大量隐裂导致组件衰减过高等情况。

根据理论分析,182组件的边框应力在载荷下处于安全边界(图3中的左图为5400Pa载荷下的边框应力模拟),且宽度增加带来应力上升明显高于长度增加的结果。在背面无梁安装承受3600Pa静载条件下,1.13m宽度的组件形变量相对较低,组件载荷后的功率衰减低于2%。因此,从光伏电站投资收益风险控制的角度,组件组件尺寸尤其是宽度不宜再进一步增加。

图3. 182组件的机械载荷能力处于安全界限之内,组件宽度超过1.2m后,载荷下的形变带来明显的隐裂与功率衰减

如上一节的分析,根据组件尺寸与重量上的限制条件,保持经典的半片组件版型设计,可反推出大约182mm的硅片边长。182(M10)硅片面积为330.15cm2,相比274.15cm2的166(M6)硅片增大20.4%,因此组件的面积、重量、电流相应提升,以下列出了72C的182与166组件典型参数:

可以看出,由于具有相对合理的尺寸与重量,182组件是非常适合于大型地面电站应用场景的组件解决方案。

182组件是跳出产能兼容性限制,针对电池、组件新产能所打造的标准化尺寸,是继166之后新的行业最大公约数,截止2021年底隆基、晶科、晶澳均布局了至少30GW电池与组件产能,全产业的182电池与组件产能超过100GW。

首批182组件已于2020年Q4大规模量产、供货,由于组件尺寸变化低于20%,因而保持了很高的产业链成熟度:硅棒与硅片保持了与166相同的制造良率;电池光电转换效率、良率也迅速达到与166相同的水平;双面组件量产功率535/540Wp,组件载荷能力、热斑温度等均在安全边界内。

182组件在尺寸与电流上有一定变化,对组件BOM与系统端配套提出了新的要求。

组件的BOM方面,新建的光伏玻璃制造与深加工产能均可兼容1.13m宽幅玻。

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