系统工程

2020年或将成为HIT电池的产业化元年

2020-07-30 08:56:01 贝哲斯咨询

当下,石油、煤炭等不可再生能源面临短缺,能源问题逐渐成为制约全球社会发展的障碍时,越来越多的国家归入“阳光计划”的阵营,积极开发太阳能资源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下,各国的太阳能电池制造业争相投入巨资,扩大生产,以争一席之地。

目前,全球太阳能电池市场竞争激烈,欧洲和日本领先的格局已被打破,太阳能电池的生产重心已经转移到亚洲。2019年中国电池片产量占全球产量的83%,产量达12862万千瓦,同比2018年增长33.9%。

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光伏电池是利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的一种装置。光伏电池的发展主要经历了BSF电池(铝背场电池),PERC电池(发射极钝化和背面接触电池)和N型电池三种技术发展路线,其中N型单晶的新型技术路线包括PERT、HJT、IBC等路线。目前PERC电池仍是主流的高效电池技术,而HIT为全新工艺路线技术,近年来这两条技术路线竞争得比较激烈。

光伏产业发展至今,“效率”与“成本”始终是产业发展的关键词。太阳能能量密度低,收集成本高,所以这一特点决定了降低光伏发电成本的最主要方式便是提高组件转换效率。组件转换效率每提高1个百分点,光伏发电成本就能降低6%以上。

在降本增效的行业大趋势下,现阶段主流的PERC电池与全新工艺线路到底差距在哪?

对比PERC电池、HIT电池与IBC电池

在效率方面,HIT电池优势显著。HIT电池由于开路电压高,其理论效率高达27%以上,处于目前技术路线的前列,而PERC潜力预计在23%,目前,HIT电池的实验室效率在26%以上,现有设施的平均量产效率在23%以上。

在成本领域,HIT电池成本更低。由于HIT电池结合了薄膜太阳能电池低温的制造优点,无需在高温下完成,而低温环境下加工有利于实现HIT电池薄片化,不仅大大的节约燃料能源,而且减少硅的使用量,降低硅原料的成本,而目前PERC电池由于多次高温工艺需要用180um左右(行业目标是80um)的硅片,厚度越薄,硅耗量越小,硅成本更低;另外,HIT工艺流程相对简化,全部生产流程只需四步即可完成,而PERC电池为了实现23.9%的转化效率,需要叠加多种技术,工艺步骤多达8步,由此带来了更高的成本。

HIT电池具有更低衰减和更长寿命。HIT电池的低温度系数和更低的光致衰减,使得稳定性高,可有效降低热损失。相同瓦数的组件发电量能比PERC单晶高8%-10%,HIT双面电池通过双玻封装也能实现相比目前主流组件的25年再延长了5-15年的寿命。

对于IBC电池,其工艺流程相比传统方法复杂很多。常规电池的工艺步骤为八步,而IBC电池则需要二十步。IBC对硅片要求也较高,加上复杂的步骤导致其成本约为普通电池的两倍,其产业化进度也非常慢。由于IBC的正反面与常规不同,因此其组件过程也需要定制,同样制约了其产业化。

未来IBC电池主要面向高端市场。IBC电池的优势就在于高效和美观,劣势在于步骤复杂和成本。相比HIT电池,IBC的高成本是难以下降的。一方面多达20步的步骤和高温工艺导致成本优化的空间相对小,另一方面其电池和组件产能必须配套导致其投资成本过大,产业化推进进程会较慢,反过来限制了规模效应带来的设备和耗材单价的下降速度。据此看来,IBC将主要流行于也限制于利基市场。

所以HIT电池因其光电转换效率高、性能优异、平价上网前景好,成为行业公认的未来电池技术终极解决方案,并一度被业内称为是下一代商业光伏生产的候选技术。

总的来说,HIT电池指晶体硅异质结太阳电池,是采用HIT结构的硅太阳能电池,所谓HIT结构就是在晶体硅片上沉积一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜和一层与晶体硅掺杂种类相反的掺杂氢化非晶硅薄膜,采取该工艺措施后,改善了PN结的性能。因而使转换效率达到23%,开路电压达到729mV,并且全部工艺可以在200℃以下实现。

各路玩家积极投产,2020年或将成为HIT的产业化元年

HIT凭借优质的发电性能和巨大潜力,迎来各路资本市场的投资。

2019年5月,晋能科技在成都宣布,公司创新研发的HJT电池平均效率已经达到23.79%,最高效率则突破至24.73%,双面率更是达到93%。

2019年7月,钧石能源与山煤国际能源集团签订了合作协议,双方将共建高达10GW的异质结太阳能电池(HDT)生产基地。

2019年8月,东方日升年产2.5GW高效异质结电池与组件生产项目在浙江省宁波市宁海县开工,总投资33亿元,占地面积约205亩。

今年3月,爱康科技公布2019年度非公开发行A股股票预案,计划拟投入公司1.32GW高效异质结(HIT)光伏电池及组件项目及补充流动资金及偿还有息负债。其中,募集资金中11.9亿用于电池及组件项目。

HIT电池已经处于产业化初步阶段,产业中新老玩家纷纷加快HIT电池生产线的投产。目前全球已有HIT电池产能接近3GW,但当前主要参与方的规划产能已经超过16GW。预计2020年国内就将有4-7GW左右的HIT投运,一批标杆与标杆项目的投运,将进一步提升行业对HIT电池的信心,2020年可能是HIT电池的元年。

HIT电池实现大规模产业化绝非一帆风顺

高昂的成本为异质结技术在推广中存在的最大制约,高成本源于设备投资与产出悬殊。

一方面由于设备和运维的成本高,关键设备未国产化,HIT电池进口设备约为8-10亿元/GW,国产设备约为5-8亿元/GW,而PERC只需要2.5-3亿元/GW。HIT电池设备成本约为PERC的3倍。单位产能投资额度为PERC电池的2-4倍。此外由于HIT国内刚刚起步,缺乏配套和专业设备导致电池良率低,运维的成本也很高。

二是材料成本高,硅片和辅材品质和价格高且产量小未形成规模效应。HIT电池需要的高品质N型硅片价格高,工艺要求低温银浆单价是PERC用银浆的约1.5倍,用量也是PERC用量的1.5倍。

规模化是设备成本下降的主要路径之一。国产化也有望大幅降低设备成本。目前国产设备正在进入。捷佳伟创、迈为、钧石等公司已经在清洗、TCO、丝印等不同的环节具备了产品能力,随国产设备成熟,HIT设备的成本有望大幅降低。从而最终降低HIT电池与组件价格。

目前HIT电池受高生产成本限制,暂时无法大规模产业化。但全球市场内业内多家企业大力布局异质结技术,异质结的商业化步伐拓展有望迎来加速。


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