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光伏电池技术大变局

日期:2020-09-02    来源:能源杂志

国际太阳能光伏网

2020
09/02
11:15
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关键词: 隆基股份 单晶PERC电池 阿特斯

通威和爱旭在光伏电池上的扩产计划令业界印象深刻,但事实上,光伏电池的扩产是一线电池厂商的普遍行为。

01、扩产不停歇

上个月初,隆基股份在西安的5GW单晶电池项目正式投产,这只是隆基三年扩产计划(20192021)中电池产能布局的一个项目。按照隆基规划,2021年PERC电池产能将达到20GW。

从2019年以来,不仅通威、爱旭,包括隆基、阿特斯、晶科、晶澳等一线厂商均在PERC电池上不断扩产。

从去年7月份开始,单晶PERC电池开始快速跌价。去年6月底,单晶PERC电池片的市场均价还在1.16元/W左右,到今年6月,158.75mm单晶PERC电池片市场均价已经跌至0.79元/W,接近一年时间,单晶PERC电池的价格下跌了30%以上。

从去年下半年开始,PERC电池价格快速下跌开始冲击那些成本控制能力较弱的电池生产厂家,整个电池行业的出货量开始向一线大厂集中。

中国光伏行业协会统计显示,到2019年12月,产能小于1GW的电池厂商产能利用率跌到了4成,产能小于2GW大于1GW的电池厂商的产能利用率也跌到了5成以下。作为对比,2GW以上产能规模的电池生产商,产能利用率则不降反升,突破了8成。

至于成本控制能力公认最为出色的通威股份,截至2019年11月,其电池产能已经连续63个月满产满销,开工率100%。

PERC电池产能过剩的背景下,成本控制能力优异的一线厂商加速扩产,来进一步提高行业集中度,并挤出那些成本控制能力较弱的中小电池生产商。

“通威、爱旭的扩产是零和游戏。”上述电池生产商的负责人表示。

事实上,一线大厂扩张的PERC电池新产能不仅将挤掉市场上弱势的多晶电池,也将对早期的PERC产能形成替代。

一家电池设备企业负责人在投资者交流会中表示,随着新PERC产能在2020年集中投产,预计2020年将有30-40GW多晶产能面临淘汰,同时前两三年投产的约20GW老PERC产能因成本较高也可能被淘汰。

光伏电池的头部厂商通过扩张产能来提升市占率仅是目标之一,事实上,由于新产能相比旧产能的竞争力优势,头部厂商也不得不继续扩产。

光伏电池产线作为固定资产投产,一般在十年折旧,但由于光伏行业技术更迭非常快速,电池产线往往在短短几年间就失去了市场竞争力。

在PERC电池从2016年快速产业化以来,光伏行业经历了一个技术更迭异常快速的5年,5年间,每年PERC电池的转换效率都在不断提升,新建产能的生产效率在快速提高,投资成本却大幅下降。

2011-2016年,光伏电池转换效率年提升约0.3%,2016年至今,PERC电池的转换效率年提升达到了0.5%,以上个月隆基西安投产的5GW电池项目为例,PERC电池量产效率已经超过了23%。

据中国光伏行业协会统计,2019年PERC电池产线投资成本已经降到了30.3万元/MW,折合约3亿元/GW。

一家电池厂商负责人表示,在2016年,一条1GW的电池长线投资成本要超过5亿元,但现在最新的投资成本只要1.5亿元/GW,如果配上好的设备,1GW产线投资成本也就在2亿元左右。

与投资成本大幅降低相对应,是PERC电池产线生产效率的大幅提升,这些带来了新产能相比旧产能的竞争优势,随着PERC新产能的投产,早前从常规电池改造而来的PERC电池产线,以及二三年前投产的PERC电池产线,都面临淘汰风险。

“头部厂商需要扩张新产能,来保持竞争力。”上述负责人表示,为了摊薄旧产能的相对较高的成本,也需要投产更大规模的低成本的新产能,“某种程度来说,电池厂商也不得不扩产。”

资本市场的普遍看好,也对电池厂商的扩产起到了巨大的推动作用。

隆基股份、通威股份、爱旭股份等在电池产能上扩产迅猛的厂商,均为国内资本市场上市,通过发行股票募资,扩充自身的电池产能,而新产能带来的竞争优势和市场地位提升,又反过来推动了公司市值的上涨。

7月24日,隆基股份市值突破2000亿元,再次创下记录,保持全球市值第一的光伏企业地位。7月21日,通威股份市值突破了1000亿元,成为全球第二家突破千亿市值的光伏企业,市值仅次于隆基。

上述电池厂商负责人表示,从投资回报的角度,由于光伏电池行业技术更新太快,把3年作为光伏电池产线的投资回收期限比较合理,在现实中,如果一年半还没有收回投资,就可能存在成本收不回来的风险。

该负责人认为,从投资的角度,2GW的电池产能是一个较为合适的投产规模,其规模足以产生规模效益,尽可能在3年内收回成本,同时又不至于在旧技术、旧产能上投入太多,最后成为面临淘汰的“包袱”。

“现在电池厂商的大规模扩产,资本市场的推动是关键因素之一,”上述负责人表示,他不太认同如此大规模的扩产,“但资本市场还认可这个故事。”

02、技术大变局

PERC技术的量产效率在7月初到达了一个新的高度,隆基西安5GWPERC电池项目投产,PERC电池的平均量产效率超过了23%。

据中国光伏行业协会的最新统计,今年上半年,PERC单晶电池平均量产效率为22.4-22.5%,最高量产效率接近23%。

去年1月份,隆基曾宣布PERC电池实验室转换效率达到了24.06%,刷新了PERC电池转换效率的世界纪录。

业内普遍认为,23%的量产效率已经接近PERC电池技术的极限,未来还可以向24%效率提升,但将会是投入大、提效小的局面,和过去通过较少的投入,就可以获得比较明显的效率提升不同了。

光伏发电正处在普遍平价的前夜,光伏电站更低的度电成本意味着更高的投资收益,这也倒逼整个光伏制造业,来提供更低度电成本的电池、组件产品。对下游电站来说,电池、组件转换效率的提升,对降低度电成本至关重要。

从2015年起,提升电池、组件的转换效率就成为光伏行业的中心逻辑。其背后,是组件成本在光伏电站系统成本中的比例不断降低,这意味着,仅仅降低组件成本对降低整个电站系统成本的收益越来越小。

通过提升电池、组件的转换效率,可以在同等面积、重量的组件产品上,输出更大的功率,这意味着光伏电站将需要更少的逆变器、电缆、支架等辅助设备,由于辅助系统成本在电站系统成本中的比例已经突破了50%,这使得转换效率提升相比降低组件成本,能为电站系统带来更大的度电成本降低。

由于PERC电池技术转换效率提升已经接近天花板,整个光伏制造业开始在硅片端进行革新,通过推出更大尺寸硅片产品,带动电池、组件产线生产效率提升,降低生产成本。同时,大硅片也推动着组件向更大功率发展。

大硅片带来的更大功率组件产品,与提高转换效率具有相同的效应,即降低辅助设备所需的数量,从而更有效降低度电成本。

硅片尺寸的提升在不断突破现有产业及配套供应链的边界条件。硅片尺寸从156.85mm提升到158.85mm,利用了组件的冗余面积,电池、组件旧有产线也仅需微调即可,最终电池、组件产线提升了效率,组件产品提升了功率,158.55mm硅片很快成为主流。

接下来是隆基推出的166mm硅片,组件面积增大,功率显著提高,电池、组件产线升级改造就可以兼容166mm硅片。

相比166mm硅片更大的182mm硅片,同样增大了组件面积,大幅提高了功率,让组件厂商的组件产品普遍突破了500W。兼容182mm硅片需要新建电池、组件产线,但这一尺寸考虑到了产业配套的成熟度,比如现有运输用的集装箱、逆变器、支架的匹配度。

中环股份推出的210mm硅片则突破了各项边界条件。兼容210mm硅片需要新建电池、组件产线。天合光能、东方日升基于210mm硅片推出了600W+的组件设计方案,为匹配这一大功率组件,逆变器、支架等辅助设备厂商正在研发相匹配的新产品。

光伏组件在短短的半年里,就从500W+跃升到600W+,进入了供应链需围绕大功率组件研发新产品的新阶段,这实际意味着通过增大硅片尺寸提高电池、组件产线生产效率,推动更大功率组件进一步降低度电成本逼近了现有光伏产业链水平的极限。

一位不愿具名的业内资深技术专家表示,通过增大硅片尺寸,来提高组件功率,降低系统度电成本,是一条较低投入较高回报的技术路径,因为硅片在尺寸上的革新,新型电池技术的商业化向后推迟了。

今年5月29日,工信部发布《光伏制造行业规范条件(2020年本)》,要求新增单晶电池片转换效率需大于23%,这个效率是目前PERC电池量产效率的最高值。

政策的推动,以及硅片向大尺寸演进接近极限,使得光伏电站降低度电成本的压力再次来到了电池端,光伏电池制造业面临着提高效率的压力。

各家电池厂商都在储备相应的电池技术,以保证在下一轮的电池技术革新中不至于掉队。比如在通威的四年扩产规划中,提到通威在PERC+、TOPCon、HJT新型电池技术上均有重点布局。

PERC+是在PERC电池技术上在加入其它工艺,来进一步提高转换效率,还是属于PERC电池技术范畴,TOPCon和HJT电池技术则是业内公认最有潜力的下一代电池技术。

TOPCon和HJT技术公认相比Perc更具有转换效率的增长潜力。中国科学院微电子研究所研究员贾锐表示,TOPCon技术的最高量产效率已经达到了23.6%;晋能科技则公开表示,其HJT技术量产平均效率已经达到了23.85%,并计划在今年底突破24%。

但制约TOPCon和HJT技术产业化的关键在于投资成本。考虑到投资成本,PERC电池技术仍然是目前最具性价比的电池技术路线。

贾锐表示,同为1GW电池产线,TOPCon技术要比PERC技术高出30-40%的投资成本,而HJT技术则为PERC电池技术投资成本的3倍以上。此外,不管在电池片的良品率以及产线长周期稳定运行方面,TOPCon和HJT技术都难以比肩成熟的PERC电池技术。

江亚俐认为,至少在三年之内,PERC电池技术都将是市场的绝对主流。这也是光伏业内的主流观点。

上述资深技术专家表示,目前比较稳妥的一种技术升级路线是投资PERC产线,为后续的PERC+、TopCon技术预留升级空间,等待技术成熟,先升级PERC+技术,再升级TOPCon技术,相对风险比较低。

TOPCon技术可以在PERC电池产线上升级改造,而HJT电池技术则必须新建电池产线,而且TOPCon电池的投资成本要远低于HJT电池,因此多位业内人士均看好TOPCon技术成为PERC的替代技术。

深圳拉普拉斯能源技术公司是专注TOPCon电池技术的设备生产商。拉普拉斯总经理林佳继认为,PERC+技术也正在研究之中,并未成熟,并不一定是现有PERC技术到TOPCon技术的中间过渡技术路线,如果TOPCon技术成本进一步降低,现有的电池生产商完全没必要在PERC+技术上继续投入精力,可以直接升级到TOPCon技术。

林佳继透露,今年拉普拉斯接到的设备订单对应的TOPCon产能已达6GW,为应对即将到来TOPCon电池产能建设,拉普拉斯位于无锡的TOPCon设备生产基地将在年底投产,该基地的设备产能可供应每年20GW以上的TOPCon电池生产设备。

一家光伏电池上市公司的原首席技术官表示,他更看好HJT电池技术的前景,HJT技术多年来进展缓慢,主要原因是HJT电池技术专利拥有者日本三洋的专利壁垒,2015年三洋专利保护期满后,HJT技术产业化进入了快车道。

“HJT技术和TOPCon技术在赛跑,现在TOPCon技术跑得稍微领先一点,但不代表会先到终点。”上述技术专家表示,未来随着技术突破,HJT技术的成本会大幅降低,就好像金刚线切割技术成熟,推动单晶成为主流一样。

江亚俐认为,至少在2023年之前,PERC电池产能还将是新增电池产能的绝对主流,包括HJT、TOPCon、HBC在内的N型电池技术,将合计不足10%的市场装机规模,其中TOPCon技术占据6成份额。

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