该系统方案上网功率0-100%可调。
1.过去十几年,国内硅料行业经历了几次大幅波动的光伏发展周期,行业尚未具备快速扩产的反应能力。我国光伏行业高速发展却缺硅的现状,与新能源汽车市场缺芯一样面临着成长的烦恼。
国内多晶硅产能建设周期约为12-18个月,产能爬坡期约3-6个月,即正常量产时间需耗时约2年。硅料作为光伏产业链最上游不可或缺的原料,今年来暴力拉升的硅料价格也搅动了光伏产业链中下游的市场格局。上下游之间的产能差距,造成了供需错配,短期内也将继续拖累光伏装机量的增长,这也是上游硅料价格目前依然坚挺的原因。基于行业门槛高的特点,近年来硅料新进及扩产的企业较少,导致规模型企业在满产的情况下相对下游影响也较有限。以今年7月登陆A股的硅料生产商大全能源为例,大全能源计划将上市募资所得款中的4.2亿元用于投资1000吨/年的多晶硅产能,该项目自设计到试生产阶段预计就长达19个月,税后静态投资回收期约为7.44年。
上游硅料产能供应不足,造成我国光伏新增装机量受到制约。而作为清洁能源的光伏,正是挑起我国能源转型大梁的主力之一,我国光伏发电量占比在2020年仅为4%,提升空间巨大。假设PERC和HJT电池转换效率分别为22.7%/24%,产品良率分别为98.9%/98.5%,单片银耗分别为90/120mg。
冯阿登纳和新格拉斯PVD设备效率可达8000/6000片/小时,迈为PVD设备效率也达到了8000片/小时,未来有望提升至10000片/小时,可进一步降低成本。HJT电池结构对称,适合硅片薄片化发展。目前非晶硅沉积主要采用PECVD设备,有量产供应能力的PECVD设备商有梅耶博格(自用)、应用材料、迈为股份、理想万里晖。银包铜技术可大幅降低银耗,单瓦成本降低0.12元。
综合以上,HJT电池生产成本约为0.9元/W,与PERC0.72元/W的成本相比高出0.18元/W,高出的成本中硅片、银浆、靶材、设备折旧成本增加的占比分别为6%/72%/28%/17%。由于低温银浆较高温银浆溢价30%,且HJT银耗更高,HJT单瓦银浆成本约为0.23元,较PERC高130%。
TCO薄膜沉积主要采用PVD和RPD两种技术,PVD技术以ITO、SCOT作为靶材,RPD以IWO、ICO作为靶材。银浆降本:银包铜技术有望大幅降本,栅线工艺优化降低银耗目前HJT电池银耗约为PERC的2倍多。此外,HJT靶材成本每瓦约0.05元,而PERC无靶材成本。TCO设备有望通过国产化进一步降本。
目前国内先导、映日等企业ITO靶材已较为成熟,先导通过收购优美科国际公司,其靶材生产的纯度、密度大幅提升,长度可达4000毫米,目前SCOT靶材正在研发,IWO壹纳光电已实现国产。HJT电池的成本主要由硅片、浆料、靶材、设备折旧和其他构成,成本占比分别为53%/25%/6%/5%/11%。由于HJT生产工序少,制造费用等预计每瓦较PERC低0.03元。以166电池片为例,单片HJT电池银浆耗量超过200mg,而PERC电池银耗约为90mg。
如何来降低HJT的成本?降低HJT电池非硅成本是关键HJT非硅成本占比高于PERC。目前进口银浆价格约6500-6800元/kg,国内低温银浆价格约为5000-5500元/kg,随着国产化量产,低温银浆价格有望降至5000元/kg以下,与高温银浆平价。
而银包铜技术需采用低温工艺,对于PERC、TOPCON的高温工艺不适用,可快速降低HJT的银耗差距。PECVD生产效率的提升可大幅降低设备成本,目前迈为PECVD设备生产效率可达8000片/小时,年产能提升至400MW,整线成本降至4亿/GW左右。
硅片降本:HJT相比PERC更适合硅片薄片化,可大幅降低硅成本PERC电池薄片化面临压力。按照PERC电池175m厚度计算,166/182/210出片量分别为62/51/38片。国产设备成本低主要是生产效率较高,2018年梅耶博格PECVD生产效率是2400片/小时,整线年产能只有110MW,导致整线设备投资额高达10亿/GW。考虑到全生命周期的成本摊薄,HJT电池修正成本优势=HJT电池生产成本差异+组件非硅成本差异+BOS成本差异+发电量溢价。2019年迈为给通威提供的设备将PECVD生产效率提升至6000片/小时,整线年产能达250MW,整线成本降至6亿/GW。目前PECVD进口设备的价格约4.8亿/GW,国产设备的价格仅2亿/GW,价格为进口设备一半。
HJT生产包括清洗制绒、非晶硅沉积、TCO制备、丝网印刷和光注入退火,以上五个环节设备成本占比分别10%/50%/20%/15%/5%,非晶硅沉积和TCO制备的设备占到整个设备成本的70%,是降本的关键。TCO薄膜生产主要采用ITO、SCOT、IWO、ICO四种靶材,溅射是制造TCO薄膜的主要工艺,利用离子源产生的离子,在真空中经过加速聚集,形成高速离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面的原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体称为溅射靶材。
设备降本:国产化+提升效率,设备投资额有望不断下降HJT设备国产化可大幅降低成本。非晶硅沉积和TCO制备设备降本是关键。
HJT电池片的对称结构减少了电池制作中的机械应力,因此硅片的碎片率更低;由于HJT是低温工艺,生产工艺在200C以下,硅片在低温下也不容易发生翘曲,薄片化电池的良品率更高。HJT电池成本较PERC每瓦高0.18元,94%的成本增加在非硅成本上。
而HJT是低温工艺,低温银浆的导电性能弱于高温银浆,因此需要提高银的含量来提高导电性。非晶硅沉积设备降本主要依靠设备国产化和提升生产效率。银包铜技术有望得到量产验证目前主栅银耗约为20mg,细栅银耗约110mg,通过高精度串焊减少主栅pad点大小,使得主栅变细、变短,副栅变少,减少细栅及主栅银耗,银耗有望从180mg/片降至120mg/片,电池单瓦成本有望降低0.08元。
PERC的银浆通过高温烧结固化,银粉熔融在一起,容易形成导电通路。若华晟通过银包铜试验,21Q4将采用银包铜技术进行量产,HJT银耗仍有进一步下降空间,贴近甚至低于PERC银耗量,真正开启HJT技术的低成本量产时代。
非晶硅沉积和TCO制备设备降本是关键。硅片降本:HJT相比PERC更适合硅片薄片化,可大幅降低硅成本PERC电池薄片化面临压力。
2017-2018年HJT设备主要由梅耶博格、YAC、AMAT、日本住友等外资品牌提供,设备成本约10-20亿/GW;2019年迈为、钧石、捷佳伟创等开始进行进口替代,设备成本降至5-10亿/GW;2020年6月欧洲老牌光伏设备龙头梅耶博格退出HJT的竞争,国内设备商加码研发,迈为和钧石具备了HJT整线设备供应能力,20年HJT设备成本降至5亿/GW左右,随着量产产能的投放,以及设备国产化率的提升,预计21年HJT设备成本有望降至4亿/GW。未来HJT降本主要依靠硅耗减少、银浆降本、靶材国产化、设备降本来实现。
目前HJT非硅成本占比约47%,而PERC电池非硅成本占比约43%,主要是HJT低温银浆、靶材、设备等非硅成本较高。PECVD生产效率的提升可大幅降低设备成本,目前迈为PECVD设备生产效率可达8000片/小时,年产能提升至400MW,整线成本降至4亿/GW左右。冯阿登纳和新格拉斯PVD设备效率可达8000/6000片/小时,迈为PVD设备效率也达到了8000片/小时,未来有望提升至10000片/小时,可进一步降低成本。TCO薄膜生产主要采用ITO、SCOT、IWO、ICO四种靶材,溅射是制造TCO薄膜的主要工艺,利用离子源产生的离子,在真空中经过加速聚集,形成高速离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面的原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体称为溅射靶材。
ITO、IWO靶材已逐步实现国产化,国产化有望将电池的靶材成本降低57%。目前PERC电池厚度一般在170-180m,由于PERC电池是非对称结构,若降到160m以下容易发生硅片碎片,PERC电池也容易发生弯曲,导致转换效率的降低,甚至短路现象,理论上PERC电池厚度不能低于110m。
银包铜是在铜的表面包裹银粉,低温加工工艺使得铜作为导电材料,从而降低银的使用量。若HJT电池厚度降至160m,166/182/210出片量将分别增加至68/56/42片,硅耗较175m的PERC电池降低8.57%,若HJT电池厚度降至150m,166/182/210出片量将分别增加至72/60/44片,硅耗较175m的PERC电池降低14% 效率提升:带来各环节的成本摊薄电池转换效率的提升可摊薄光伏全生命周期成本。
由于靶材的质量直接影响TCO薄膜的一致性和均匀性,因此靶材的纯度、致密度和均匀性等要求较高,靶材的金属纯度要求达到99.995%以上,靶材的致密度对TCO薄膜的电学和光学性能有显著影响,靶材的成分、晶粒度直接影响薄膜的一致性和均匀性,因此靶材的材料和制造工艺具有一定的技术壁垒。由于N型硅片较P型硅片溢价8%,预计HJT单瓦硅片成本为0.48元,较PERC高2.1%。