从组件封装环节来看,如何才能降低光伏的LCOE?当前组件的降本工作已经快做到极致,各项辅材继续降本的空间不大,所能做的便是通过技术进步提升组件的转换效率从而降低光伏的LCOE。组件封装环节提升转换效率的主流途径有两种,一种是降低电池的功率损耗,另一种是减少组件内封装留白,从而使得单位面积

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叠瓦技术、市场全解:专利不成阻碍

2020-05-06 09:46 来源: 新时代电新团队 

从组件封装环节来看,如何才能降低光伏的LCOE?当前组件的降本工作已经快做到极致,各项辅材继续降本的空间不大,所能做的便是通过技术进步提升组件的转换效率从而降低光伏的LCOE。

组件封装环节提升转换效率的主流途径有两种,一种是降低电池的功率损耗,另一种是减少组件内封装留白,从而使得单位面积的发电量更多。

降低电池的功率损耗主要通过电池片小型化实现。所谓电池片小型化不是使 用更小的硅片制成电池,而是将常规的电池切成数片后连接成串,由于电池片切小后电流减小,因而带来的损耗也随之减少。

减少封装留白可以使得单位面积的发电量更多。传统的组件封装技术使用焊带将电池片串联起来,由于受到应力的影响,电池片之间不可能做到没有缝隙,一般会有2-3mm的间距,同时由于汇流条的存在,电池串边缘与组件边框之间也存在一定的间距。对于光伏发电来说,这些区域都是不能发电的无效区域。正是由于这些无效区域的存在,才使得组件的效率显著低于电池效率。未来先进的组件封装技术,首要任务便是消灭这些无效区域,从而提升组件的效率,使得单位面积的输出最大化。

目前新兴的组件技术主要有半片、MBB(多主栅)和叠瓦等。目前半片技术发展较快,已经初步具备一定的规模,最新的组件出口显示,目前半片在出口组件中的占比已达29.1%,基本以大厂为主。叠瓦技术正在崛起中,目前在出口组件中的占比已经达到5%。

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叠瓦是目前最具竞争力的组件封装技术

叠瓦组件是根据主栅数量将常规电池片切成5片或者6片,将每小片叠加排布,利用导电胶将其小片电池片连接成串,再经过串并联排版后层压成组件。

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组件功率提升10%以上:电池效率越高,叠瓦增益越多。相比常规组件,叠瓦的理论上功率可以提升15%,量产功率一般可以提升10%-12%。基于M2规格单晶PERC电池,60版型的常规整片组件功率可以达到315W,而采用叠瓦封装技术后,组件功率可以达到345W(整档功率,实际功率可能高)。

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叠瓦组件的功率提升,主要来自于减少封装留白电池数量的增加,其次来自于取消焊带及电池片切小带来的电流损耗的减少。另外叠瓦组件由于取消了焊带,正面遮挡随之减少,也提升了少量功率。

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相同面积叠瓦组件可以封装进更多的电池片。叠瓦组件取消了焊带,电池片之间采用导电胶连接,实现了电池片之间0间距,大幅减少了封装留白,从而可以封装近更多的电池片。同样的组件面积下,使用传统封装方式可以封装60片电池片,而使用叠瓦技术可以封装66片电池,这样便带来了10%的功率提升。

切小片电流功率减小,取消焊带进一步降低电阻。叠瓦组件一般将常规大小电池片切成5或6片,这样单片电池的电流仅为原来的1/5或1/6,电流损耗也仅为原来的1/25或1/36。电池间采用导电胶直接连接,相比采用焊带电阻更低,也降低了功率的损耗。

有效降低遮挡带来的发电量损失和热斑问题。由于叠瓦组件电池串数更多,发生遮挡时,可以有效地减少遮挡带来的发电量损失和热斑问题。

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目前唯一支持超薄硅片的组件技术平台。传统组件封装技术使用了焊带作为电池片的连接工具,由于硅片与焊带的热膨胀系数不同,硅片太薄容易引发隐裂。而叠瓦组件取消了焊带,电池片之间互相堆叠连接,从而消除了焊带应力的影响。加上叠瓦目前主流方式是采用导电胶实现柔性连接,可以充分分散应力,从而使得叠瓦组件采用更薄的硅片有了可能。目前传统组件所采用的硅片还是以180μm为主,而叠瓦组件所用的硅片厚度可以做到140μm-160μm,未来甚至有望降至120μm甚至100μm。东方环晟曾在SNEC上展出过全球首款采用100μm硅片的高效叠瓦组件。

与主流技术均兼容。叠瓦组件对新技术的兼容性较好,支持双面、双玻等新型技术,兼容各类电池技术(PERC、HIT、Topcon),这就保证了叠瓦在电池进入N型时代后依然能够保证极强的生命力。

封装成本略高,未来有望持平。目前从行业平均水平来看,受良率等因素的影响(叠瓦返工成本较高),叠瓦的非硅成本略高于普通的封装方式,平均每W高0.1-0.2元。但随着设备和工艺技术的进步以及良品率的提升,未来封装成本有望与普通方式持平。

叠瓦是目前最具竞争力的技术。与半片、MBB等技术相比,尽管叠瓦组件也有很多的问题,但毕竟叠瓦的优势毕竟太大,且问题是未来可以逐步解决的,如设备投资高、良率低等。

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叠瓦组件的生产工艺

相比传统组件封装流程,叠瓦工艺主要多了3道工序:电池片切割、导电胶涂覆以及电池片叠片排版。

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导电胶涂覆:点胶法应用较多,印刷法是未来方向。叠瓦组件电池片之间的连接主流方法是采用导电胶连接,具体涂胶工艺分为点胶和印刷两种工艺。目前行业内采用点胶法的企业较多,但是印刷法可以实现更少的重叠宽度、更少的用胶量以及更高的涂胶精度,因此会是未来的发展方向。

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叠瓦组件目前的电池片排版主要有横排版和竖排版两种类型。由于Sunpower拥有竖排版方面的专利,其他企业一般采用横排版较多。

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叠瓦封装需要增加切片、排版等设备。相比常规组件,每GW叠瓦组件生产线需要多增加8000万元的成本。目前每GW叠瓦组件设备投资在2亿元左右,其中叠瓦焊接机投资在1-1.1亿元左右,汇流条焊接机在3000-4000万元左右,其他设备5000-6000万元左右。主要的设备企业包括迈为股份、先导智能、沃特维、光远股份等。随着越来越多的设备企业参与,叠瓦的设备投资未来有望进一步降低。

叠瓦有望成为主流组件封装技术

由于叠瓦是目前潜力最大的封装技术,符合技术进步的方向,很多组件企业都对叠瓦组件表现出浓厚的兴趣,并进行了一些相应的布局。在2019年上海SNEC展会上,有10余家企业展出了叠瓦组件。

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叠瓦也是继半片后,组件企业布局最确定的技术。2018年底叠瓦组件产能在3GW左右,目前正在扩产的预计10GW左右,规划产能超过20GW。

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长期来看,专利问题不会对叠瓦的发展带来实质性阻碍

设计专利到期,工艺专利大部分未到期。叠瓦的专利分为设计专利和工艺专利,目前市场所传的叠瓦专利到期,是指日本信越的叠瓦设计专利到期,而核心的工艺专利,如电池片排版、外观、连接等方面的专利并未到期,这方面专利的主要持有者主要是Sunpower,Solaria也有部分专利。

国内厂商方面,东方环晟获得了Sunpower的专利授权,赛拉弗获得了Solaria的授权,协鑫集成通过收购Sunedison后获得了部分叠瓦专利,而后又获得了Solaria的授权,这些厂商在国内也各自取得了一些专利。

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短期来看,Sunpower的专利布局很难绕过。Sunpower的专利布局最全面,从电路、排版到外观设计各个环节都拥有专利,其工艺方案目前来看也是叠瓦技术的最优路径。未来其他企业只能通过牺牲一些成本或效率以避免专利侵权,或者通过支付专利费的形式获得Sunpower和东方环晟的专利授权。随着在国内的叠瓦专利申请成功,Sunpower基本已经完成在中国、美国、欧洲几大主要市场的专利布局,其他企业涉及专利纠纷的产品只能在这几大市场以外的区域销售。

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长期来看,专利问题不会对叠瓦的发展带来实质性阻碍。长期来看,叠瓦一定是行业发展的趋势。尽管Sunpower在专利上的布局非常强大,但仅是一些最优的工艺,并非堵住了所有的工艺空间(事实上也很难做到)。未来组件企业和设备厂商在叠瓦技术上仍然有施展的空间,可以通过改变叠瓦工艺顺序排列、外观设计等方式来规避专利问题。只要叠瓦技术足够优秀,行业便有继续探索的意愿。光伏行业额的空间足够大,容得下几家足够有竞争力的组件企业,不会出现一家独大的局面。在巨额组件设备投资市场空间的诱惑下,设备厂商也会更愿意投入资源去研发新的叠瓦工艺,然后授权给购买设备的组件企业,从而进一步扩大叠瓦在组件端的渗透率。另外,中环在控股东方环晟后,也透露出通过产业链合作的方式、进一步推广叠瓦组件的意愿。

专利保利能够激励企业研发,保障龙头企业的竞争优势。一直以来,光伏为业界所诟病的便是缺少壁垒,一旦出现超额收益,便会吸引资金的疯狂涌入,将超额收益变为零甚至是负值。行业的先发优势太小,企业巨额的研发投入不能带来持续的利率回报。但一旦专利保护的氛围形成,企业便有了足够的激励去投入研发,而专利保护也能够保障龙头企业持续的竞争优势,构筑足够深的护城河。半导体行业就是一个很好的例子。


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