近兩年光伏最熱門話題之一當屬硅片尺寸之爭，毋庸置疑的是，大尺寸硅片成為行業(yè)發(fā)展趨勢。今日我們將結合硅片尺寸發(fā)展歷程、當下各硅片尺寸對比等，與各位同仁分享中節(jié)能太陽能科技（鎮(zhèn)江）有限公司（以下簡稱中節(jié)能太陽能鎮(zhèn)江）在大硅片尺寸組件上的探索。
大尺寸已成行業(yè)趨勢
（a）硅片尺寸發(fā)展歷程
硅片尺寸經(jīng)歷了三次主要的變革：第一階段1981年-2012年，硅片尺寸以100mm、125mm為主；第二階段2012年-2015年，以156mm（M0）、156.75mm（M2）為主；第三階段2018年以來，出現(xiàn)了158.75mm（G1）、161.7mm（M4）、163mm、166mm（M6）、210mm（G12）等更大尺寸硅片。
（b）大尺寸快速普及
自2018年以來，硅片尺寸快速迭代，18年晶科率先推出G1硅片，19年韓華、隆基、中環(huán)相繼推出M4、M6、G12硅片，大硅片迅速成為市場新寵，并成為改造、新建車間的基本前提。
一方面，平價上網(wǎng)迫在眉睫。
根據(jù)IRENA最新統(tǒng)計，全球光伏發(fā)電平均度電成本仍高于傳統(tǒng)化石燃料（圖1.1），光伏裝機容量仍需財政補貼才能實現(xiàn)穩(wěn)量增長，截止2018年底中國財政補貼累計拖欠2000億元（包含風電和生物質(zhì)發(fā)電），因而2018年以來相繼出臺了《關于推進風電、光伏發(fā)電無補貼平價上網(wǎng)項目建設的工作方案（征求意見稿）》《關于完善光伏發(fā)電上網(wǎng)電價機制有關問題的通知》《關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項的通知》等相關文件以促進光伏平價上網(wǎng)。美國、法國、德國也相繼出臺各項政策以推動光伏平價上網(wǎng)。
另一方面，高功率組件可有效降低度電成本，但存在諸多限制。
第一，高效電池技術的應用可顯著提升組件功率，但近年量產(chǎn)的多晶PERC、鑄錠單晶PERC、單晶PERC等效率增速逐年降低，因而降本空間越來越?。煌瑫r高效電池需進行多種技術優(yōu)化及疊加，以單晶PERC電池為例，從23%提至24%，量產(chǎn)成本反而可能增高。
第二，高效組件技術百家齊放，目前僅多主柵半片技術實現(xiàn)大規(guī)?；慨a(chǎn)，雖然提升組件功率10-15W，但是產(chǎn)生的收益仍無法滿足市場降本需求。
組件提效技術主要包括：半片、反光膜、多主柵、疊瓦、三角焊帶拼片、多主柵疊瓦等技術。半片及反光膜技術升級簡單、已普及量產(chǎn)，但提效有限，兩者疊加后可提升8-9W；多主柵疊加半片技術可提升組件功率10-15W，處于快速擴張中；疊瓦技術可提升組件功率20W以上，但技術門檻高、投資成本高、封裝損失高、專利風險及設備成熟度有待提高等限制了大規(guī)模應用；三角拼片、多主柵疊瓦可提升組件功率25W以上，正處于實驗或小規(guī)模量產(chǎn)階段，設備穩(wěn)定性、技術可靠性及市場接受度有待進一步驗證。
第三，電池成本快速降低、非硅成本占比越來越高。圖1.5展現(xiàn)了組件成本結構的變遷歷史，2010年電池成本占比高達91%、非硅成本占9%，2018年電池成本占比降至49%、非硅成本則增至51%。同時由于非硅材料成本已趨于極限，因而降低單瓦材料封裝成本可有效降低組件成本，從而促進光伏發(fā)電平價上網(wǎng)。
正是基于以上原因，同時大尺寸硅片具有獨特優(yōu)勢：一是兼容性好，與多主柵半片、疊瓦、拼片等組件技術兼容；二是大幅提升組件功率12W-100W，顯著降低電池及組件端制造及非硅成本，同時有效降低電站系統(tǒng)投入和度電成本。因而迅速成為市場主流。
根據(jù)CPIA最新預測，2022年大尺寸硅片將完全占據(jù)市場、M2硅片將退出歷史，同時2019年IEC TC82/WG8會議在原156.75mm基礎上新增158.75mm、166mm兩種大尺寸硅片作為行業(yè)推薦使用標準尺寸。
大尺寸硅片路線之抉擇
上文已經(jīng)闡述大尺寸硅片的應用可降低度電成本、大規(guī)模普及勢在必行，那么是否硅片尺寸是否越大越好？大尺寸會帶來哪些機遇和挑戰(zhàn)？哪種尺寸會成為行業(yè)主流？接下來我們將從半導體、收益對比、供應鏈、量產(chǎn)、可靠性、系統(tǒng)端等角度分析。
半導體行業(yè)12英寸主流、18英寸已初見端倪
眾所周知，光伏硅片與半導體硅片技術極為相似，早期光伏硅片尺寸標準主要源自半導體硅片行業(yè)。在摩爾定律的驅(qū)動下，半導體行業(yè)硅片尺寸從初始的4英寸發(fā)展到主流的12英寸。1980年代4英寸占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代8英寸占主流，目前主流的12英寸硅片預計在2022年達到市場份額的峰值，后續(xù)將朝著18英寸過渡。
但是半導體硅片技術與光伏硅片技術仍存在一定差異性。一方面，半導體硅片在摩爾定律驅(qū)動下每18個月芯片數(shù)量增加一倍，制造成本越來越高，因而硅片尺寸擴大、單片芯片數(shù)量增加是降低成本的必由之路。而光伏硅片尺寸增大是由于硅片價格的大幅下跌、平價上網(wǎng)壓力、其它降本技術乏力所共同推動的。另一方面，半導體硅片需切割成n個芯片、單獨封裝使用，而光伏領域則是將n個硅片串聯(lián)后封裝使用。
模仿借鑒是實現(xiàn)創(chuàng)新的前提準備、量變的積累和質(zhì)變的必然。早期光伏處于起步階段，需參考借鑒半導體行業(yè)經(jīng)驗，但隨著光伏領域多年高速成長、經(jīng)驗積累、科技創(chuàng)新，光伏硅片尺寸的發(fā)展方向必然會走出適合自身的發(fā)展道路。
G12大硅片降本最多、G1硅片最低
針對三種尺寸硅片進行不同維度對比詳見表2.1：硅片面積G12、M6較G1分別高75%、8.8%，組件功率則分別提升21.5%、8.8%（G12組件為50版型）；G12、M6組件較G1組件可實現(xiàn)降本9.4%、2.9%；系統(tǒng)端BOS投入則實現(xiàn)3.4%、1.9%的成本節(jié)約，并助力LCOE分別降低6.5%、1.9%。因而從收益角度G12硅片最具優(yōu)勢、M6其次。
G12組件設計受限，可靠性風險增加
目前基于G1、M6硅片的組件主流采用60或72片、6串串并聯(lián)設計，而基于G12硅片的組件僅能采用50片、5串串并聯(lián)設計，這是由于窯爐出料口及鋼化爐尺寸限制、僅能滿足長2.2m、寬1.1m的玻璃量產(chǎn)。同時為保持外觀的相對一致性，G12組件設計需加接跳線。
組件短路電流取決于電池受光面積、電路設計。G12硅片較M2硅片面積增加80.5%，單片電流即增加80.5%，若基于主流的切半設計、組件短路電流高達18.1A，已經(jīng)臨界接線盒承受極限，同時也超出逆變器的可接受范圍；即使采用三分片設計，組件短路電池降至12.3A，與G1、M6組件相比，接線盒結溫及反向熱擊穿風險已顯著提升，同時三分切對應單串電池數(shù)量增加，這增加了熱斑風險及電池反向擊穿風險，根據(jù)我們的實測及模擬結果：G1組件在結溫、熱斑溫度最具優(yōu)勢；M6組件結溫、熱斑溫度略有增加，但仍可控；G12組件則面臨較大的風險。同時G12組件需對電池切割2次，增加制程碎片風險，而切邊數(shù)量及組件尺寸增加也提升了抗載荷風險。而中節(jié)能太陽能鎮(zhèn)江量產(chǎn)的M6組件可通過3倍IEC老化測試、動載及靜載加嚴測試，并順利通過TUV萊茵認證。
G12需新建線體，M6可升級改造
本文主要從拉晶、切片、電池及組件環(huán)節(jié)進行闡述。
拉晶環(huán)節(jié)，多數(shù)爐臺改造后拉棒可兼容M6，但是實現(xiàn)G12硅片拉晶需購置新爐臺。切片環(huán)節(jié)，絕大多數(shù)新上金剛線劃片機可兼容M6，但是完成G12切片需購置新設備。電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)，現(xiàn)有電池產(chǎn)線可通過改造兼容M6，改造費用較低，但是完成G12電池量產(chǎn)需新建線體，成本投入高。組件生產(chǎn)環(huán)節(jié),流水線可通過改造兼容M6電池組件的量產(chǎn)，但是G12組件需新建線體。
根據(jù)CPIA最新統(tǒng)計，截止2019年全國硅片、電池、組件產(chǎn)能分別為134.6GW、108.6GW、98.6GW，而其中有相當產(chǎn)能是近兩年擴建的新產(chǎn)線，可完全滿足M6硅片、電池、組件的量產(chǎn)，由于所有產(chǎn)能均不支持G12的量產(chǎn)，而新建線體耗資巨大，因而市場推動力不足。
G12組件系統(tǒng)兼容性有待提升
目前電站端均支持G1、M6硅片組件的規(guī)?；惭b，對于G12硅片組件，組件版型、重量進一步增大，對支架承重、現(xiàn)場安裝均提出更高的挑戰(zhàn)；同時組串逆變器對電流要求小于13A，而G12組件基于1/3切短路電流已經(jīng)達到12.3A，疊加雙面電池技術后短路電池更高，逆變器風險進一步增大。
硅片薄化是未來趨勢，M6更具優(yōu)勢
目前主流硅片尺寸在180μm，而硅片薄片化對于組件價格有立竿見影的作用，硅片每減薄20μm價格下降約10%，組件價格可降低5-6分/W。根據(jù)CPIA統(tǒng)計，預計2025年硅片厚度可降至140-160μm。但厚度減薄的同時，更大尺寸將承擔更高的風險，切片良率降低、厚度均勻性更難控、電池及組件制程裂片風險增加、組件抗應力及熱沖擊的風險增加。目前M6已實現(xiàn)硅片、電池、組件規(guī)?；慨a(chǎn)，且良率、可靠性已經(jīng)經(jīng)過上下游共同驗證，因而更具優(yōu)勢。
M6尺寸為當下最優(yōu)選擇
大尺寸硅片的發(fā)展已成行業(yè)共識，關于尺寸規(guī)格的選擇百家爭鳴。由于G1對降低度電成本無顯著作用，未來將作為過渡產(chǎn)品。G12硅片的降本優(yōu)勢毋庸置疑，但當下更應解決的是供應、良率、可靠性及系統(tǒng)應用，并最終轉(zhuǎn)化為終端LCOE的降低，若只是“止于理論、脫于實際”，則很快淹沒于滾滾歷史中。M6尺寸更適配當下，已建產(chǎn)能巨大、上下游良率及可靠性驗證、終端LCOE有效降低，預計將快速上升并在未來五年內(nèi)占據(jù)市場主流。但同時我們更要思考，光伏硅片大尺寸未來如何開辟出適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的創(chuàng)新之路、降本之路。
來源：中節(jié)能太陽能科技鎮(zhèn)江有限公司
