我國(guó)光伏設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

賽迪智庫(kù)電子信息產(chǎn)業(yè)研究所 ■ 江華

我國(guó)光伏設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

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1　發(fā)展現(xiàn)狀

1.1整體情況

目前，我國(guó)光伏設(shè)備企業(yè)從硅材料生產(chǎn)、硅片加工、太陽(yáng)電池片、組件的生產(chǎn)及相應(yīng)的純水制備、環(huán)保處理、凈化工程的建設(shè)到與光伏產(chǎn)業(yè)鏈相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備、模擬器等，已經(jīng)具備成套供應(yīng)能力，部分產(chǎn)品如擴(kuò)散爐、管式PECVD、單晶爐、多晶鑄錠爐、層壓機(jī)、檢測(cè)設(shè)備等，已有不同程度的出口。

硅材料加工設(shè)備主要有多晶鑄錠爐、單晶爐、切斷機(jī)、切方機(jī)、多線(xiàn)切割機(jī)、硅片檢測(cè)分選設(shè)備。其中，單晶爐以?xún)?yōu)良的性?xún)r(jià)比占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的絕對(duì)統(tǒng)治地位，并批量出口亞洲；多線(xiàn)切割機(jī)已取得突破；多晶硅鑄錠爐已大量在國(guó)內(nèi)企業(yè)中使用。

由于主流工藝的改良，目前晶硅電池常規(guī)生產(chǎn)線(xiàn)已將工藝過(guò)程縮減到6步，用到的主要設(shè)備也僅包括6種，即單晶槽式制絨/多晶在線(xiàn)式制絨、擴(kuò)散爐、在線(xiàn)濕法刻蝕機(jī)、PECVD、絲網(wǎng)印刷機(jī)及測(cè)試分選設(shè)備。以上設(shè)備均可由國(guó)內(nèi)設(shè)備廠(chǎng)家提供，其中，國(guó)產(chǎn)擴(kuò)散爐和管式PECVD在熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、溫度控制、工藝控制等核心技術(shù)方面取得全面突破，設(shè)備的質(zhì)量、產(chǎn)能、能耗、自動(dòng)化水平等方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯。目前，一條100 MW生產(chǎn)線(xiàn)的工藝設(shè)備僅需3400～4500萬(wàn)元，而在5年前，這個(gè)數(shù)額的投資僅能買(mǎi)到25 MW產(chǎn)能的設(shè)備。

組件端的設(shè)備主要有自動(dòng)串焊機(jī)、自動(dòng)疊層設(shè)備、層壓機(jī)、自動(dòng)EL、功率測(cè)試設(shè)備和自動(dòng)包裝機(jī)。目前除了功率測(cè)試設(shè)備主要由國(guó)外的PANSAN和BERGER占主導(dǎo)地位外，其余全部可以選擇國(guó)產(chǎn)設(shè)備的方案。國(guó)內(nèi)串焊機(jī)廠(chǎng)商有無(wú)錫奧特維、寧夏小牛、無(wú)錫先導(dǎo)、天津必利優(yōu)、武漢三工和杭州康奮威等；層壓機(jī)廠(chǎng)商有博碩光電、河北羿珩、上海申科等，其中博碩光電在2015年向美國(guó)客戶(hù)出口了一條完整的150 MW全自動(dòng)化光伏組件生產(chǎn)線(xiàn)。

盡管?chē)?guó)產(chǎn)光伏設(shè)備在國(guó)內(nèi)用戶(hù)中已建立起良好的信譽(yù)，得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可，越來(lái)越多的客戶(hù)從價(jià)格適中、性能良好、技術(shù)不斷進(jìn)步的國(guó)產(chǎn)設(shè)備中受益；但我們也應(yīng)該看到，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠(chǎng)商在整體技術(shù)水平，尤其是在高效電池工藝設(shè)備、信息化及尖端技術(shù)水平上和國(guó)外廠(chǎng)商尚有差距。

1.2分環(huán)節(jié)情況

1.2.1硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)

從多晶鑄錠（單晶拉棒）、開(kāi)方、切片到硅片檢測(cè)分選設(shè)備，經(jīng)過(guò)這幾年設(shè)備業(yè)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)光伏設(shè)備廠(chǎng)商與硅片生產(chǎn)廠(chǎng)商的合作與協(xié)作，已基本具備國(guó)產(chǎn)設(shè)備的選型方案。單晶爐已全面國(guó)產(chǎn)化并實(shí)現(xiàn)了批量出口。國(guó)產(chǎn)多晶硅鑄錠爐在溫度控制、高效鑄錠工藝等技術(shù)上已達(dá)到或接近國(guó)際水平，性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯，占據(jù)了國(guó)內(nèi)大部分市場(chǎng)。多線(xiàn)切割機(jī)雖然國(guó)內(nèi)已有樣機(jī)，但受制于穩(wěn)定性、良品率等問(wèn)題，應(yīng)用在生產(chǎn)線(xiàn)上的不多。硅片分選設(shè)備中的高產(chǎn)能（＞3000 pcs/hr）設(shè)備還主要依賴(lài)進(jìn)口，但國(guó)內(nèi)有多家廠(chǎng)商已可以提供硅片多功能分選設(shè)備的方案，包括檢測(cè)硅片厚度、少子壽命、微型裂紋、表面劃痕、幾何尺寸、外觀臟污和破片缺角等，并且國(guó)產(chǎn)的測(cè)試分選設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始在英利等國(guó)內(nèi)大廠(chǎng)應(yīng)用。

1.2.2電池片生產(chǎn)環(huán)節(jié)

1）清洗/制絨設(shè)備：基本以國(guó)產(chǎn)為主。

單晶槽式制絨機(jī)，除了光伏起步階段使用的進(jìn)口設(shè)備外，90％以上為國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。多晶在線(xiàn)式制絨設(shè)備，在2012年以前主要以采購(gòu)進(jìn)口的RENA和SCHMID為主，經(jīng)過(guò)這幾年的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，國(guó)內(nèi)的清洗制絨設(shè)備逐步成熟，如深圳捷佳偉創(chuàng)等，2015年在國(guó)內(nèi)新增電池產(chǎn)能中已開(kāi)始大量采用國(guó)產(chǎn)多晶在線(xiàn)式制絨設(shè)備。在單、多晶制絨一體機(jī)設(shè)備的開(kāi)發(fā)上，國(guó)內(nèi)與國(guó)外基本都處于設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)階段，目前國(guó)內(nèi)已有設(shè)備企業(yè)與下游電池廠(chǎng)商合作研發(fā)。

2）擴(kuò)散爐：經(jīng)歷了開(kāi)管-閉管-全封閉（軟著陸）-負(fù)壓擴(kuò)散幾個(gè)階段，大部分電池企業(yè)采用國(guó)產(chǎn)裝備。

由于能提升擴(kuò)散均勻性和產(chǎn)能，降低能耗，實(shí)現(xiàn)高方阻（目前70 Ω/，目標(biāo)90～100 Ω/），2015年，在通威、隆基等幾個(gè)電池片產(chǎn)能擴(kuò)張較大的產(chǎn)線(xiàn)中，已開(kāi)始大量使用負(fù)壓擴(kuò)散爐，主要設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)商包括七星華創(chuàng)、豐盛、捷佳創(chuàng)、中電科技48所等。

我國(guó)光伏專(zhuān)用擴(kuò)散設(shè)備正從處理125 mm×125 mm、156 mm×156 mm方硅片向210 mm×210 mm方硅片邁進(jìn)，目前仍以156 mm×156 mm方硅片為主；擴(kuò)散的質(zhì)量從原來(lái)的單片和整管擴(kuò)散均勻性在7％以?xún)?nèi)的水平，提高到目前單片和整管擴(kuò)散均勻性在4％以?xún)?nèi)（常規(guī)擴(kuò)散達(dá)到5％以?xún)?nèi)，負(fù)壓擴(kuò)散達(dá)到3％以?xún)?nèi)）的國(guó)際先進(jìn)水平；擴(kuò)散方式從原來(lái)的開(kāi)管擴(kuò)散到現(xiàn)在的負(fù)壓擴(kuò)散；單批次產(chǎn)能從原來(lái)的150片、200片、300片發(fā)展到目前的500片，尤其是現(xiàn)今市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模較大的負(fù)壓擴(kuò)散，單批次產(chǎn)能達(dá)到800～1000片，同時(shí)能耗及通源量大幅度減少，擴(kuò)散方阻均勻性大幅度提高。

3）刻蝕：基本采用濕法工藝，以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主。

目前市場(chǎng)主流工藝都采用濕法工藝，刻蝕及去磷硅玻璃（PSG）同步進(jìn)行，基本以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主，進(jìn)口設(shè)備包括RENA等。

4）PECVD：以管式PECVD為主，已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)。

PECVD設(shè)備是整條太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)的核心設(shè)備之一。應(yīng)用于晶硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)的PECVD設(shè)備價(jià)格已經(jīng)占到整條線(xiàn)設(shè)備價(jià)格的1/3左右，是所有設(shè)備中比重最大的一部分，包括管式和平板式兩種。管式PECVD的主要制造商為德國(guó)的Centrotherm公司，中國(guó)的七星華創(chuàng)、捷佳偉創(chuàng)、豐盛裝備、中電科技48所等。平板式PECVD的主要制造商為Meyer Burger旗下的Roth&Rou。

由于管式PECVD設(shè)備均勻性獲得較大提升，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已基本采用管式PECVD設(shè)備。而國(guó)產(chǎn)管式PECVD經(jīng)過(guò)多年工藝考驗(yàn)，與進(jìn)口管式PECVD的工藝效果相差無(wú)幾，在自動(dòng)化程度、穩(wěn)定性和一致性上也已幾乎沒(méi)有差異，并且有20％以上的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此得到了廣泛應(yīng)用。中國(guó)臺(tái)灣電池廠(chǎng)商，如昱晶等，在建設(shè)海外電池片生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)也開(kāi)始采購(gòu)大陸管式PECVD設(shè)備。平板式PECVD設(shè)備應(yīng)用范圍逐步減小，僅在部分廠(chǎng)商的老線(xiàn)上有部分應(yīng)用，Roth&Rou也已改做PERC電池用背鈍化設(shè)備。

5）絲網(wǎng)印刷機(jī)：?jiǎn)斡〗z網(wǎng)印刷機(jī)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)，雙軌二次印刷仍依賴(lài)進(jìn)口。

2014年開(kāi)始，國(guó)產(chǎn)全自動(dòng)單軌絲網(wǎng)印刷設(shè)備逐步成熟，國(guó)內(nèi)水平在穩(wěn)定性、一致性等方面已經(jīng)同國(guó)際水平相差無(wú)幾，在產(chǎn)能指標(biāo)上甚至高于進(jìn)口設(shè)備，如東莞科隆威、吳江邁為等。但進(jìn)入2015年，特別是在2015年下半年，大規(guī)模建線(xiàn)方案開(kāi)始升級(jí)為雙通道帶二次印刷功能的設(shè)備，該類(lèi)設(shè)備技術(shù)含量很高，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是以應(yīng)用材料（收購(gòu)的意大利BACCINI）、英國(guó)DEK等進(jìn)口設(shè)備為主導(dǎo)。

6）電池片效率測(cè)試分選設(shè)備已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，在穩(wěn)定性方面與國(guó)際設(shè)備相當(dāng)。

隨著分布式光伏的發(fā)展，客戶(hù)對(duì)電池片外觀（如顏色一致性）要求越來(lái)越高，電池片外觀自動(dòng)分選成為太陽(yáng)電池制造過(guò)程中一道必不可少的工序。目前國(guó)內(nèi)主要分選機(jī)廠(chǎng)家有武漢三工光電和天津必利優(yōu)科技，國(guó)外主要廠(chǎng)家有Vitronic、GP Solar等。

表1　電池片環(huán)節(jié)主要生產(chǎn)企業(yè)

2　發(fā)展趨勢(shì)

2.1“大尺寸、自動(dòng)化、高產(chǎn)能”等高檔設(shè)備市場(chǎng)廣闊

提高產(chǎn)品性能質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本仍將是2016年光伏設(shè)備的主要需求方向。因此，進(jìn)一步發(fā)展適合大尺寸、薄硅片的工藝技術(shù)設(shè)備，節(jié)約硅材料，降低成本成為未來(lái)光伏設(shè)備行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)；其次，提高單機(jī)自動(dòng)化水平、增加批次裝片量，以提高單機(jī)生產(chǎn)效率和產(chǎn)能、降低使用成本和維護(hù)成本，也是未來(lái)光伏設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)之一。同手工相比，自動(dòng)化可提高整線(xiàn)生產(chǎn)率約25％，并可降低碎片率，減少人工接觸污染，降低生產(chǎn)成本。以目前主流的多晶硅156 mm×156 mm方硅片生產(chǎn)工藝為例，未來(lái)主要趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)單機(jī)生產(chǎn)能力在50 MW的生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)傳送、在線(xiàn)檢測(cè)等功能。此外，還要提高組件環(huán)節(jié)自動(dòng)化水平，減少由于手工焊接等帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性問(wèn)題，并提高產(chǎn)能。

2.2光伏設(shè)備與“大半導(dǎo)體”結(jié)合更加緊密

光伏產(chǎn)業(yè)屬于“大半導(dǎo)體”工藝領(lǐng)域，目前已經(jīng)有不少光伏企業(yè)與半導(dǎo)體公司合作，將半導(dǎo)體領(lǐng)域中的一些先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)引進(jìn)到光伏生產(chǎn)中。如目前有一些企業(yè)引進(jìn)干法刻蝕設(shè)備，取代傳統(tǒng)的酸性制絨或堿性制絨；有的整合單晶硅生產(chǎn)線(xiàn)和多晶硅生產(chǎn)線(xiàn)，使之相互兼容；離子注入機(jī)在光伏生產(chǎn)系統(tǒng)中也已得到一定應(yīng)用。同時(shí)，設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性也將逐步提高，據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)設(shè)備的MTBF（平均無(wú)故障間隔時(shí)間）仍較國(guó)外設(shè)備低。雖然國(guó)內(nèi)設(shè)備具有維修反應(yīng)速度快、維修方便等特點(diǎn)，但仍需在國(guó)內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)制造中引入可靠性設(shè)計(jì)、分析、制造等技術(shù)內(nèi)容，提升設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性。

2.3設(shè)備研制與工藝開(kāi)發(fā)的結(jié)合將更加緊密

設(shè)備研制與工藝開(kāi)發(fā)結(jié)合得越來(lái)越緊密是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，使一些高水平的工藝技術(shù)和設(shè)備研制相結(jié)合，通過(guò)建立工藝示范線(xiàn)，采取設(shè)計(jì)、制造、工藝開(kāi)發(fā)、設(shè)備開(kāi)發(fā)與改進(jìn)聯(lián)合進(jìn)行的方式。這樣既可以縮短設(shè)備的開(kāi)發(fā)周期，也可以促進(jìn)先進(jìn)工藝的應(yīng)用，同時(shí)降低了設(shè)備采購(gòu)成本，可進(jìn)一步提高國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。其次，在設(shè)備研制過(guò)程中，零部件配套將逐步

走向社會(huì)化、國(guó)際化，以利于專(zhuān)業(yè)化配套并同國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌。與此同時(shí)，面對(duì)光伏行業(yè)迅速發(fā)展所帶來(lái)的巨大商機(jī)，要克服設(shè)備制造行業(yè)一哄而上造成的惡性競(jìng)爭(zhēng)，以及企業(yè)內(nèi)部“大小通吃、全面出擊”造成的大而不專(zhuān)等問(wèn)題。

2.4光伏制造向光伏智造轉(zhuǎn)變

2015年，國(guó)家相繼提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”及“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略。在此戰(zhàn)略推動(dòng)下，光伏設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)也需要注重互聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化控制技術(shù)，以及數(shù)字化管理技術(shù)與設(shè)備的結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)智能制造車(chē)間。包括單臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化和信息化，設(shè)備智能化及在線(xiàn)工藝自動(dòng)控制，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)間設(shè)備信息通訊，利用計(jì)算機(jī)、總線(xiàn)控制、通訊、智能數(shù)據(jù)分析處理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈信息協(xié)同管理及監(jiān)控與決策的智能化等。未來(lái)，光伏智能制造工廠(chǎng)要求全面部署MES、ERP等智能化制造管理系統(tǒng)，生產(chǎn)投料、設(shè)備狀態(tài)、質(zhì)量控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)等實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)監(jiān)測(cè)和調(diào)度，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程可追溯，要求光伏設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)商在自動(dòng)化及智能化軟件開(kāi)發(fā)上加強(qiáng)研發(fā)投入。

2016-05-06

江華（1983—），男，碩士，主要從事光伏產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)發(fā)展方面的研究。jianghua@ccidthinktank.com