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鏖战TOPCon ①:进击的天合

日期:2023-10-10    来源:能源严究院

国际太阳能光伏网

2023
10/10
09:28
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关键词: 天合光伏 硅片项目 TOPCon技术

从西宁市中心驱车南行约30公里,西宁(国家级)经济技术开发区南川工业园区坐落于此。近年来,凭借无可比拟的清洁能源装机占比,青海成为新能源企业的投资热土。

18个月前,光伏龙头天合光能亦加入这里的“新能源军团”,决定斥资500亿元在西宁打造“源网荷储一体化零碳产业园”。

未来一年多,天合将在这里建成包括工业硅、高纯多晶硅、单晶硅、切片、电池、组件以及组件辅材,青海基地因此成为这家光伏巨擘一体化战略中最重要的那块拼图。

除了一体化,青海基地还有另外一个重要的标签——天合鏖战TOPCon的“桥头堡”。

当时钟来到2023年,N型TOPCon迎来商业化元年。短短几个月时间,这项新技术以令人瞠目的速度成功“上位”,成为光伏产业当下及未来的技术主流。

今年8月18日,天合光能至尊N型700W+组件在青海基地实现量产,光伏行业由此迈入到7.0时代。仅仅数天后,该组件新品就出现在大唐海南州兴海县大基地光伏电站项目现场。

实际上,早在八年前,天合光能就开始研发TOPCon技术,并连续取得一系列技术突破,成为这项新技术的全球“引领者”。

如今,光伏技术路线之争进入到TOPCon、HJT,以及新近鹊起的BC技术的“三国杀”阶段。不过,从产能布局规模,行业玩家参与度,以及技术成熟度的角度来看,TOPCon无疑更具竞争优势。

毋庸置疑的是,在这场新老技术交替的博弈中,天合不会停下进击的步伐。在这个过程中,青海基地也将扮演着愈发重要的角色。

01

“桥头堡”

从西宁南川工业园向西南方向驱车270公里左右,青海海南州兴海县坐落于此。

在该县东北部的河卡滩新能源基地内,央企大唐集团大基地560MW光伏电站项目正在如火如荼地组装建设中。

根据公开资料,该项目总投资额逾27亿元,是兴海县第一个大型基地示范项目,预计于2023年底建成投运,年平均发电量约10.77亿KWh。

项目现场,吊车不断将已经封装好的组件产品从大型货车上卸下,组件产品的木制外包装壳上,“Trinasolar”的蓝色字体清晰可见。

大唐兴海560MW光伏电站项目采用的正是天合光能至尊N型700W+系列超高功率组件。随着它们被连片安装,该项目也成为率先应用700W产品、带领大基地迈入7.0时代的标杆。

700W+组件之所以会被选中,系因其依托先进的210产品技术平台,继承了高功率、高效率、高发电量、高可靠性和低度电成本的“四高一低”的优秀基因,同时叠加先进的N型i-TOPCon电池技术,具备超低衰减、超低工作温度系数和更优的双面发电性能,可将光伏电站的系统成本和度电成本降至更低。

据了解,上述700W+组件在RETC全部可靠性测试序列中获评最佳表现。特别是在DH2000湿热测试中,组件样品在测试后的功率衰减低至-0.87%和-0.96%,遥遥领先入围标准。

而在LeTID测试中,在高温环境下暴露486小时后至尊N型700W+系列组件衰减为-0.09%和-0.17%,远低于0.75%的入围标准,可见其发电性能卓越。

以交流侧装机容量为3.2MW位于青海共和的地面电站为例,与市面上一般N型组件相比,最终BOS可节省人民币0.0424元/W,较普通N型组件降低5.8%。

8月下旬,笔者受邀参观天合青海一体化基地,这座被参观者连连称叹的现代化光伏制造基地从此被揭开了神秘的面纱。

图说|天合青海基地拉晶车间;严凯/摄

在我们参观的拉晶车间,正在值班身着“天合蓝”工作服的员工穿梭在长400多米、共计4万多平米的生产区内,近400台单晶炉则整齐排列,蔚为壮观。

据天合光能(青海)晶硅有限公司拉晶业务负责人介绍,拉晶车间自动化程度高,所需员工远少于其它同等规模的车间。

今年2月17日,该基地成功下线首根210+N单晶硅棒。

这根长3800mm、重达542公斤的单晶硅棒注定将载入天合光能发展史,标志着该公司的N型战略迎来重大转折节点。

时至今日,拉晶车间一直处于24小时满负荷运转状态中。上述负责人还透露,除了所参观的车间,另一个同规模单晶炉的拉晶车间也在有条不紊运行中。

车间中央则是蓝色货架,放置在上面一根根硅棒整齐排列,它们也将很快被运送至隔壁的切方车间。

切方车间同样高度自动化,仅需为数不多的员工就可完成这道工序。与拉晶车间不同,这里的轰鸣声更隆。在这里,圆柱形的硅棒被切割成立方体,表面则被打磨光亮。

每一块方锭上都贴上了被贴上了黄色的“单晶分段随工单”,上面标注了晶体编码、截断工序、反切、开方工序等详细信息。

而在电池车间,约有150台AGV小车(自动导向叉车)进行智能搬运,通过智能联网进行调配,从原材料调配到产品包装入库全部由AGV小车完成,实现自动化生产。

当来到组件生产车间,整个参观也就进入尾声。流水线上,工人对组件成品进行着最后的检查,随后产品就进入到交付环节。

天合与青海光伏结缘甚早,但“联姻”则仅18个月。

2022年3月14日,青海省与天合光能签订战略合作协议,后者决定将其最重要的基地落户在西宁经开区。

根据规划,这家光伏巨头将在西宁投建的项目包括年产30万吨工业硅、年产15万吨高纯多晶硅、年产35GW单晶硅、年产10GW切片、年产10GW电池、年产10GW组件以及15GW组件辅材生产线。

其中,南川工业园区项目占地1053亩,拉晶、切片、电池、组件等制造环节均落户于此。

事实上,除了天合光能,南川工业园内还聚集着阿特斯、晶科、高景太阳能等光伏头部公司。它们选择青海的共同原因是,青海有着其它省市无法比拟的清洁能源电力优势。

根据青海省能源局发布《青海省清洁能源发展报告2022》,显示青海省清洁能源装机规模突破4000万千瓦,居中国首位;清洁能源发电装机容量4076万千瓦,占比达91.2%,同样居全国首位。

进入到2023年,天合青海基地大动作频频。8月1日,年产5GW N型i-TOPCon高效太阳能电池下线,标志着该基地拉晶、切片、电池、组件全面贯通。

仅仅17天后,至尊N型700W+组件量产,预示着中国光伏产业真正迈入7.0时代。

02

“厚积薄发”

2021年10月14日,某行业活动上,东方日升产品管理部一位高级经理曾在演讲中预言称,2024年,光伏行业将出现向N型技术的急剧转变。

如今看来,上述预言提早到来。在今年3月2日举行的中国新能源电力发展论坛上,中国光伏行业协会副秘书长刘译阳曾表示,光伏正处在整个电池技术从P型向N型突破的关键期。

目前,N型主流技术路线主要包括TOPCon、HJT和IBC。这其中,由于和PERC兼容性更强,商业化更加成熟,TOPCon因而成为众多头部电池组件厂商的“宠儿”。

根据中国光伏行业协会(CPIA)的统计,2022年,N型电池的市场占比已提至9.1%,其中TOPCon电池市场占比8.3%。

2023年,N型技术快速爆发,各大厂商急不可待,砸下数以千亿计的资金跑步入场,光伏产业极速迈入“N时代”。

据PV Infolink预估,2023年底TOPCon名义产能将有望超过600GW,组件出货有望达到约120GW,TOPCon组件产品在2023年的市占比将在25%-30%左右,2024年有望成长至60%左右。

天合光能技术助理副总裁陈奕峰则认为,“从新增产能和总体产能看,预计2023年底N型累计产能将超过50%,产能投资角度看,今年N型已经开始取代P型”。

据不完全统计,今年以来,至少有60家企业在进行N型TOPCon的产能布局。相关落地、建设、规划总产能达到1000GW。

在天合光能鏖战TOPCon的行业角逐中,青海基地所扮演的“桥头堡”角色越来越重要。

但外界所不熟知的是,在TOPCon这条技术路线的研发上,这家光伏巨头实际上是“八年磨一剑”。

TOPCon,即Tunnel Oxide Passivated Contact,全名为隧穿氧化层钝化接触电池。2013年第28届欧洲PVSEC光伏大会上,德国Fraunhofer太阳能研究所首次提出了TOPCon电池的结构概念。

2015年,Fraunhofer首次将TOPCon单晶电池效率提升超过25%,达到至25.1%。

2017年,该研究所在4平方厘米硅片上将TOPCon电池效率提升到了25.8%,表现出这种电池的效率潜力。

在N型TOPCon赛道上,天合光能是最早进行技术研发并实现量产的玩家。凭借手上「光伏科学与技术国家重点实验室」这张王牌,该公司在N型技术研发上似乎总能屹立潮头。

同样在2015年,天合光能从荷兰购置第一台专业设备,开始对TOPCon技术进行研究,并很快取得了技术上的突破,获得中国第一个大面积TOPCon电池的世界纪录。之后,其多晶世界纪录还被载入美国可再生能源国家实验室最高纪录。

2016年9月22日,天合光能官方微信公众号还转载过一篇标题为《太阳能电池是P型还是N型?》的文章,折射出该公司已经开始思索光伏产业下一代技术路线。

2018年,天合光能光伏科学与技术国家重点实验室创造了N型双面电池23.1%的中国实验室最高效率,该效率后被收录在《中国太阳电池最高效率表》中。

一年后2019年3月,该效率再次得到突破,经第三方权威机构认证,电池光电转换效率达到23.8%,其自主研发的N型双面电池助力项目更是入选国家重点研发计划。

在2019年5月底举办的SNEC上海光伏展上,天合光能对外宣布其高效N型单晶i-TOPCon电池转换效率高达24.58%,创造大面积TOPCon电池效率新的世界纪录。

上述破纪录的太阳电池采用了大面积工业级磷掺杂的直拉N型硅片衬底,集成超薄隧穿氧化硅/掺杂多晶硅钝化接触技术,利用量子隧穿效应和表面钝化,实现面积为244.62平方厘米的电池正面光电转换效率达到24.58%。

这是中国首次经第三方权威测试机构认证光电转换效率超24.5%的单结晶体硅双面电池。

事实上,在PERC横扫天下时,天合光能的N型单晶i-TOPCon组件已经初露锋芒。

图说|天合青海基地切方车间;严凯/摄

自2019年,该公司为长治、铜川技术领跑者项目交付500MW N型i-TOPCon组件,为黄河水电青海特高压电站项目提供135MW N型i-TOPCon组件。

如今,天合至尊N型700W+系列超高功率组件横空出世,开始搅热中国西部的“沙戈荒”风光大基地。

根据天合光能的产能规划,2023年,该公司的组件产能达到95GW,电池75GW,其中N型40GW,N型全部使用新一代N型i-TOPCon先进技术。

截至目前,天合N型i-TOPCon先进技术可分为四个阶段,当前正处于第三代阶段。

据陈奕峰介绍,这代技术有4大创新点:一是大硅片技术,矩形硅片为行业首创;二是选择性发射极技术;三是独创性开发了背面微结构的反射器技术;四是成功开发了PECVD技术,解决了行业内LPCVD技术石英耗材消耗高频问题。目前,最高量产线电池平均效率已达25.8%。

厚积薄发之下,这个有着“地面电站之星”的700W+新产品不仅是N型时代最高功率的产品,还让天合光能再次成为行业“引领者”,更彰显了一家26年龙头企业的深厚底蕴。


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