單晶大尺寸太陽電池的發展趨勢及技術走向研究

（晶澳太陽能有限公司，河北邢臺 055550）

0.引言

隨著近日某款670W光伏組件的“橫空出世”刷新了高功率記錄，業界“為之一震”。然而，當熱度逐漸褪去，我們進行理性分析后，得到的卻是一款面積超過3m2，寬度超過1.3m，重量接近40kg的組件（相當于一輛電動車的重量）。技術方面，這款“大功率”組件亦無明顯突破。面積尺寸的增加，尤其是寬度的增加導致力臂變長后變形破損的機率急劇變大，在各種輔材不做加強的情況下，在光伏電站長達數十年的生命周期內，客戶所面臨的風險其實是幾十倍甚至幾百倍的增加。這讓我不禁思考：“硅片尺寸真的是越大越好嗎？”

1.大尺寸硅片、電池、組件近況

硅片的尺寸也是隨著高功率組件的需求越來越大，以及激烈的競爭形勢，從拉晶到電站一體化成本需要進一步降低。正式應著這兩種需求，大尺寸硅片出世，同時因為技術難點不高，比較容易被行業接受和大力推廣[1]。發展趨勢如圖1所示。

圖1 電池尺寸發展趨勢

目前了解到的大尺寸投產情況見圖2所示。

圖2 大尺寸產能規模

如此大的產能擴充，也體現了大尺寸被行業內各大公司普遍看好。從已投產的產能上看，182的要遠大于210尺寸的硅片，這可能是受210硅片太大，切片碎片，電池及組件制程碎片以及良率等難題的影響導致。

大尺寸硅片投產后不同公司給出了不同的解決方案，其中晶澳給出的解決方案如下：

2.大硅片、大電池、大組件的好處

（1）硅片環節：硅片尺寸大，意味著單晶硅棒尺寸大。因拉晶車間是按照單晶圓棒或方棒重量來計算產能的，這說明同樣的時間，生產出來的單晶硅棒的重量增加，在設備、人員、輔材不變的前提下提高了拉晶的生產產能，這就意味著生產成本的降低。切片環節工作效率提升更加明顯，同樣一刀下去，硅片數量一樣，面積的提高就是效率的提高，182硅片的面積是330.15cm2，156硅片面積是242.21cm2，182硅片面積是156硅片的1.36倍，這也就意味著在人工、設備不變的前提下產能提升了將近18%（0.36的一半），成本大大降低。

表1 電池技術解決方案

（2）電池片環節：假設從生產156硅片變為生產182硅片的生產節拍保持不變，由于硅片面積變大了36%，也就意味著產能增加了36%，而生產中所需要的人力、折舊并不會發生明顯的變化。這使得電池生產環節“單瓦”生產成本大大下降。單個電池的功率變化趨勢如圖3所示。

圖3 大尺寸在電池端優勢

（3）組件環節：組件面積的變大，也節省了很多成本，如EL和功率測試儀器等產能的提升帶來成本的降低；組件邊框成本節約；玻璃、背板、EVA的成本節約；焊帶、匯流條的成本節約等。同時因為硅片尺寸變大，單塊組件面積變大，功率也有相應的提升，如圖4所示。

圖4 大尺寸在組件端的優勢

硅片、組件尺寸變大，給光伏行業帶來的成本降低顯而易見，因此最近這兩三年，為了降低光伏發電成本，組件尺寸越做越大。

3.大組件面臨的風險

大組件降低了光伏行業發電成本，是行業發展的一種趨勢，但超大組件在市場驗證安全性和可靠性之前，蘊含一定風險。最近廣州發展和粵電進行了光伏組件采購招標，廣州發展要求組件電流小于15A，而粵電則要求組件長邊小于2288mm，短邊大于1133mm且小于1136mm，從這些技術指標要求看，組件的安全性和可靠性是大型發電集團的基本要求，因此182組件也成為他們的首選標的。招標要求組件電流不超15A，這可能是因為以下原因：（1）15A以上電流組件接線盒存在風險；（2）主流廠家15A以上組串式逆變器尚未推出，可靠性與成熟度存疑。根據相關企業此前發布的210系列產品，550W以上組件最大短路電流普遍超過18.4A，只有采用“三分片”無損切割技術，才能將組件最大短路電流控制在15A以下，但多數企業只在500W以下組件中應用這一技術，以滿足分布式項目的需求[2]。

表2 硅片尺寸與組件面積對應表

超大尺寸組件除了電流大外，由于其尺寸大、重量大，也會帶來安裝、運輸、產品可靠性等問題。大型電站的光伏組件原則上需要兩人搬運，大組件在重量上均不超過40kg在平地上帶來的影響并不大，主要需要評估組件面積與寬度對人工搬運、安裝的影響。72片電池的M2組件面積約2m2，寬度不到1m；M6組件面積增加到2.17m2，寬度1.04m，因尺寸變化很小，M6組件從人工的角度可以在各種場景下替代M2組，如山地、水面、農業光伏。M10組件面積2.56m2，寬度1.13m，面積相比M2組件增大30%，適合應用于平坦地形，以塊計的工作效率、安裝破損率仍是有保障的。60片電池的G12組件面積達到2.83m2，1.3m的寬度更遠超人雙手自然展開的距離，很可能給人工搬運、安裝帶來困難，過猶不及。光伏組件人工搬運示意圖如圖5所示。

表3 大尺寸組件與電流對應表

圖5 光伏組件人工搬運示意圖

除了安裝、搬運上的風險，超大尺寸組件的應用風險主要體現在組件的機械載荷性能上。由于光伏組件重量與成本的限制，組件的玻璃厚度是不可能增加的，即單玻使用3.2mm厚度玻璃，雙玻使用2mm+2mm厚度玻璃，而玻璃厚度保持不變時，滿足載荷要求的光伏組件尺寸就應是有限制的。

超大尺寸組件除了邊框應力的增加，僅自身重量就會導致其變形量顯著增加，組件面積3m2時，自重變形可達11mm；因此在組件的使用及運輸、搬運過程中，如此大的變形勢必大大增加電池片隱裂的風險，為電站的發電收益帶來隱患。

另外，今年隨著硅料緊缺，薄片化進程被迫加速。眾所周知，硅片變薄對電池及組件制程都提出了更高的要求，不然可能會因為成品率嚴重下降而得不償失。硅片薄片化加劇了大尺寸組件的機械載荷風險。

4.建議

考慮從硅片到組件一體化成本，組件功率，組件短路電流，及應對極端暴雪天氣風險等眾多因素，182組件成為最可靠的選擇。建議選擇時不要被表面的高功率所迷惑，基于度電成本、風險收益分析做出理性的選擇。