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PERC技术头部企业净利5分/瓦?HIT最终产能预计达300GW?

日期:2020-02-10    来源:女柚子之路

国际太阳能光伏网

2020
02/10
08:34
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关键词: 异质结电池 PERC技术 光伏电池 光伏电池组件 太阳能电池

   异质结电池其实是1990年日本三洋发明的,学术界和产业界做了大量的摸索,但一直没有实现产业化,为什么最近突然火起来了呢?
  1异质结电池介绍
  一、PERC红利的消退。PERC电池经过3-4年的普及,技术已经非常成熟,效率已经达到了22.5%,明年大概率就要见到23%的效率极限,很多技术手段都已经用了,再往上提效可能比较困难或者不具备经济性;而且PERC的非硅成本也已经到0.23元/瓦左右,再下降已经很困难了;叠加电池工艺高度集成在设备中,PERC技术快速扩散,产能无序扩张,目前头部企业净利也只有5分/瓦,光伏电池产业需要寻找新的方向来拓宽盈利空间,并且恢复融资能力,这一点十分关键。
  二、HIT技术在近期取得了比较大的进展。光伏电池下一步往哪里走,其实争论挺多的,HIT、TOPCon、IBC、PERT都是潜在的方向,目前来看HIT应该是最接近成熟的,这一点可以从电池厂的方向选择和设备厂的攻关方向得到验证。今年以来,HIT的设备、银浆、靶材的国产化都有重大突破,效率也提升到了24%以上,其中最关键的是MBB多主栅技术的引入,电池的单片银浆消耗量从300-400毫克下降到了150毫克,银浆成本下降0.2元/瓦,同时由于主栅更细,遮光更少,电池效率还提升了0.5%,HIT的性价比得到质的提升,让HIT量产的可行性大幅增加。
  三、HIT兼容下一代叠层技术。晶硅电池的理论效率极限在30%左右,这是1989年shockley等学者论证过的,目前产业里大家比较认可的实现路径是HIT+钙钛矿做叠层电池。近期钙钛矿电池也有比较大的进步,世界纪录已经在中国,其成熟时间可能比预期的早,因此现在去布局HIT其实也是在为未来开发叠层电池做准备,PERC到HIT,设备基本上都不能用,HIT到叠层,只需要增加三台设备,4层膜,HIT完全兼容下一代技术,因此HIT的升级潜力也让更多企业去布局HIT。
  异质结电池结构和生产工序。异质结电池以N型硅片做衬底,先清洗干净制作金字塔绒面,然后再两侧分别沉积本征非晶硅薄膜,起到钝化硅片两侧悬挂键的作用,然后再接着沉积掺杂非晶硅,制成PN结,PN结就是光伏电池的发电结构,由于非晶硅薄膜横向导电性不好,如果直接在非晶硅薄膜上印刷电极,会有部分电流无法收集,所以还需要在非晶硅薄膜两侧沉积一层金属氧化物导电层,英文缩写是TCO,说的简单点就是一层透光性很好的导电膜,最后在TCO上丝网印刷电极,再固化,光再生,就制成了HIT电池。因此从工序上来讲,HIT电池核心工序就4步,清洗制绒、非晶硅镀膜、沉积TCO、丝网印刷,是所有电池工艺中步骤最短的。
  2异质结电池的优势
  一、效率高。目前主流企业量产效率都站上24%,REC24.3%,钧石24.1%,晋能24%,明年底有望冲击25%,行业新进者基本也在23.5%以上。效率高带来组件环节BOM成本和电站环节BOS成本的节省。这一点大家可以对比单晶PERC和常规多晶电池,当前单晶PERC和常规多晶效率差3%,价格差0.35元/瓦。1%的效率差溢价约1毛钱。明年HIT量产预计都在24%以上,PERC在22.5%左右,可以有1.5毛左右的单瓦溢价。
  二、衰减低。HIT年均衰减0.25%,不到PERC一半。HIT衰减低主要有3方面的原因。
  N型硅片掺磷,没有P型硅片的硼氧对、铁硼对等复合中心,光致衰减很小;
  N型硅片少子为空穴,空穴比电子更难被俘获而复合,对金属杂质不敏感;
  HIT表面TCO膜为导电体,电荷不会在电池表面聚集,无电位诱导衰减;
  松下25年的户外实证数据显示HIT25年的衰减仅8%,PERC在15%,整个生命周期内低衰减可以多发约5%的电量,对应约1毛2的单瓦溢价。
  三、温度系数低:组件表面温度每升高1℃,组件实际输出功率会下降一定比例。HIT下降约0.25%,PERC下降约0.37%,HIT单瓦发电量比PERC高约4%,对应约1毛钱的单瓦溢价。
  四、双面率高:HIT电池双面率可以达到95%,PERC一般在75%左右。由于HIT电池正面功率也高,因此叠加高双面率后背面增益更大,按60版型计算,有效功率多出10W。理论溢价2分。
  五、升级空间大:纯粹的HIT电池效率极限预计在25.5-26%,再往后走叠加钙钛矿做叠层电池效率可以做到28%,目前英国牛津光伏的叠层就已经做到28%的效率了,潜力预计在30%。此外HIT也可以叠加IBC做成HBC电池,目前HBC的研发效率已经到26.7%。
  3异质结产业化路径展望
  一、设备:进口设备做熟工艺,国产设备跟进降本。
  回顾光伏产业发展历史,新技术问世后,往往是头部企业引入进口设备,把工艺做成熟,然后国产设备厂商负责跟进降本,历史这么走过来的,在异质结上大概率也会这么走下去。目前山煤国际、爱康、晋能等企业已经在引进进口线,行业先驱已经在行动了。
  具体来讲,HIT主要生产工序有4步,对应4种专业设备,依次是清洗制绒机、PECVD、PVD/RPD、丝网印刷机。其中壁垒最高的是PECVD,海外梅耶博格和应用材料的设备比较成熟,但价格比较昂贵;国内钧石和理想有供货能力,迈为样机已经交付,正在调试,捷佳样机预计在2020年一季度交付,金辰股份样机预计在2020年3季度交付。清洗制绒机目前日本YAC比较成熟,YAC目前也在推进中国本土制造,国产捷佳伟创正在积极研发,已经有数台机器出货。PVD国内宏大和红太阳有出货,丝网印刷机迈为等已经做的非常成熟,捷佳伟创、金辰股份也有供货能力。当前1GW进口设备价格约7-8亿元,一旦国产化,将迅速下降到5亿元1GW,技术再扩散,预计3亿元1GW。
  二、耗材:国产化已经突破,需求放量将推动成本迅速下降
  HIT电池的生产工艺有四步,分别对应4大类的耗材。
  清洗制绒:KOH、HCL、H2O2、HF、添加剂等,大宗化学品,非常成熟。添加剂目前还是进口为主,有企业在尝试国产化,进口添加剂成本约8分/片,如果国产化成功,可以降到2分/片。
  PECVD:主要是TMB、B2H6、PH3等气体,非常成熟,成本占比可以忽略。
  PVD/RPD:氩气、靶材。先导、映日、壹纳等国内厂商已经突破,价格大幅低于海外厂商,未来需求放量,价格还有下降空间。靶材核心成分是氧化铟,质量占比在90%以上,剩余10%是氧化锡、氧化钨、氧化铈、氧化钛等金属氧化物。目前铟价格约900-1000元/千克,加工费约500-1000元/千克,完全成本在2000元/千克以下,价格在3000元/千克左右。当前靶材成本约5分/瓦,未来需求放量之后有望降到3分/瓦。
  丝网印刷:低温银浆。HIT由于是低温工艺,PERC所用高温银浆不能应用于HIT电极制作,需要使用低温银浆。国内常州聚和、苏州晶银等厂商有供应,REC新加坡HIT工厂已经在采购上述某厂的低温银浆,其品质得到海外大厂认可,标志着低温银浆国产化已经取得实质突破。目前银浆价格约7000元/千克,需求放量后预计向5000元靠拢。
  三、资本:传统电池厂自我迭代,产业外资本谋求弯道超车
  对于传统电池厂而言,实现自我迭代。目前已经公开布局HIT的企业有通威股份、东方日升、爱康科技、普兰特、REC,通过产业调研我们了解到还有数家大厂在积极布局,已经在设备选型阶段,但出于各自考虑尚未公开。
  对于产业外资本而言,谋求弯道超车。HIT技术的成熟吸引了部分产业外资本的目光,当前国内流动性整体充沛,部分传统行业企业通过供给侧改革积累了大量现金,同时传统行业由于产能过剩,难以在现有产业扩大再生产,只能谋求新的投资方向。2019年7月山煤国际公告建设10GW异质结生产线,正式开启转型之路。除了山煤以外,中国神华、陕西煤业、晋能集团、同煤集团、潞安集团、平煤集团、中国建材、国家电投等大型国有集团都在积极布局光伏产业,只是各自的技术方向和参与形式不一样。
  不管是产业内还是产业外的资本,资本涌入必将加速HIT的产业化进程。当前中国布局HIT的企业已经达到20家,资本的涌入为HIT设备和工艺研发创造了良好的客观条件,这会加速HIT工艺的成熟,一旦产能放量,又会加速耗材的降本和整个产业链配套的成熟,进而加速产业化进程。
  四、市场:高端到低端,分布式到电站
  HIT电池目前存在高溢价。HIT具备高效率、低衰减、低温度系数、高双面率的优势,目前23%效率的HIT电池售价1.6元/瓦,较21.9%效率的同尺寸PERC溢价0.65元/瓦。
  HIT电池优异的特性对不同业主价值不一样。在BOS越高、温度越高,利用小时越高,电价越高的地区,HIT可以有更高溢价。HIT的这些特性决定了其市场将由高端逐步渗透到低端,从分布式渗透到电站。光伏电池由于是ToB的产品,无法对客户进行差异化定价,因此市场渗透过程中,HIT电池的价格会逐步降低,当前价格1.6元/瓦,预计规模化生产后价格将下降到1.2-1.3元/瓦。其定价锚预计会是PERC电池。
  五、HIT产业化进程预估
  第一阶段:2019-2020年。头部企业引入进口设备,打通工艺。
  第二阶段:2020-2021年。国产设备突破,将GW设备投资降到5亿以下。
  第三阶段:2021-2022年。国产龙头设备厂开始量产出货,HIT电池产能年度增量在10GW以上,但国产设备技术逐步扩散,其他设备厂跟进,设备产能大幅扩张,GW设备投资降到3亿。
  第四阶段:2022-2024年。HIT产能大幅扩张,最终产能可能会达到300GW。
  如果以GW级大线作为产业化的标志,2020年大概率会是HIT产业化的元年,山煤国际大概率会投出数个GW的大线,2020年底全球HIT产能有望超过8GW,目前约2.8GW。
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