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三減一增,全面解析異質結電池組件降本路徑

中國電力網發(fā)布時間:2022-11-14 13:52:24

從2020年我國首次明確提出“碳達峰、碳中和”目標時起,能源綠色轉型發(fā)展不斷加速,以光伏、風電為代表的可再生能源應用規(guī)模不斷提升。

截至今年三季度末,全國光伏發(fā)電累計裝機規(guī)模超過358GW,在電力裝機、發(fā)用電量中的占比不斷提升。放眼全球,超過130個國家和地區(qū)已經制訂了明確的“碳中和”時間規(guī)劃,覆蓋了全球88%的二氧化碳排放、90%的GDP和85%的人口。顯然,“碳中和”發(fā)展理念已經成為全球共識,光伏全產業(yè)鏈都將從中受益,已有多家研究機構對未來市場規(guī)模給出樂觀預期。

值得注意的是,隨著光伏項目日益增多,土地資源逐漸緊缺,對高效電池、組件的需求不斷增加,越來越多的項目開始選用n型高效雙面組件。在n型諸多技術路線中,HJT憑借更少的生產工序、更高的背面率、更低的溫度系數(shù),成為許多電站投資企業(yè)、電池組件龍頭和設備制造商關注的重點。國家太陽能光伏產品質量檢驗檢測中心(CPVT)實證數(shù)據(jù)顯示,與P型PERC雙面組件相比,n型HJT雙面組件單瓦發(fā)電量增益全年平均增益3.68%,最高日可達6.71%;在多個輻照度區(qū)間內,異質結組件的單瓦發(fā)電量增益明顯。

當前,HJT電池、組件的設備投資和生產成本仍然較高,降本空間巨大。在11月11日舉行的異質結創(chuàng)新技術成果分享會上,多家企業(yè)合力創(chuàng)新,提出了“三減一增”的降本方案,讓異質結產品應用有了更多想象空間。

銀包銅技術減少銀漿消耗

與高溫正銀相比,異質結低溫銀漿起步較晚,技術不夠成熟,還存在耗量大、印刷速度低、線性寬等痛點。技術人員介紹說,以M6尺寸為例,異質結銀漿產線耗重140-150mg/片,是同尺寸PERC電池的兩倍左右。此外,由于光伏對白銀的需求持續(xù)快速增長,但白銀儲量有限,2021年白銀價格上漲了22%,持續(xù)上行壓力較大,甚至已成為制約異質結電池發(fā)展的關鍵因素之一。

針對上述問題,晶銀新材提出了印刷細線化、銀包銅替換兩大主攻方向。技術總監(jiān)洪瑋表示,晶銀推出了新一代正面細柵漿料HC589系列和新一代背面細柵漿料HD589系列,采用了全新的銀粉設計,匹配優(yōu)化后的有機體系,接觸和印刷性能大幅提升,可實現(xiàn)300mm/s以上高速印刷,也可做到線型線寬窄、高度低的特點,滿足背面低濕重的要求。得益于優(yōu)異的印刷性能,新一代漿料適用于超細線無網結網版批量印刷,可以兼顧降本和提效。目前,采用這一漿料的產品已通過2倍IEC可靠性測試,并實現(xiàn)規(guī)模量產。

銀包銅替換方面,洪瑋表示,現(xiàn)代工藝多采用絡合劑來絡合游離的銀離子,提高銀離子的絡合常數(shù),搭配銀包銅粉工藝,可以保證鍍層的均一性、穩(wěn)定性以及包覆率。他介紹說,50%銀含的銀包銅細柵已進入批量量產,在多家客戶的實證電站中運行,目前無異常;43%銀含的銀包銅細柵正背面替換純銀細柵,已經在客戶端通過4倍IEC可靠性測試,正在進行5倍測試。他強調,希望通過銀包銅漿料的使用,讓HJT電池低溫漿料成本降低40%以上。

0BB方案減少主柵線銀耗

邁為股份董事長周劍介紹,目前主流廠商HJT組件單瓦銀漿用量約為18mg,其中約8mg都用在主柵線上。如果能去掉主柵線,銀漿用量自然會大幅縮減?!翱紤]到保留細柵線后還要完成一部分焊接工作,我們對0BB異質結組件提出了每瓦銀漿耗量12mg的目標,但這并不是數(shù)學計算那么簡單,對工藝提出了極高的要求?!?/p>

他解釋說,邁為沒有選擇常規(guī)的層壓焊接方式,為了保證焊接可監(jiān)控,選擇串聯(lián)動作和合金化動作同步實現(xiàn),成串即可通過EL進行電性能接觸評估,消除同類技術由于合金化動作后移帶來的質量隱患。這一方案的焊接溫度只有180℃,由膠水承擔拉力功能,焊帶與細柵焊接承擔導電功能,焊帶與柵線接觸形態(tài)貼近性更好,焊接點飽滿,過程監(jiān)控常規(guī)化,更早發(fā)現(xiàn)生產工藝風險,從而提高了產品可靠性。

大尺寸、薄片化減少硅料用量

當前,硅片切割環(huán)節(jié)主要呈現(xiàn)大尺寸、薄片化、細線化、柔性化、智能化等特征,通過減少硅片用量、提高產品良率來降低生產成本,這無疑對全產業(yè)鏈信息協(xié)同和智能化制造提出了更高的要求。

對于上述趨勢,高測股份技術總工邢旭指出,在各種技術路線中,異質結的薄片化進程最快。當P型硅片還在使用155μm、150μm厚度時,異質結已經實現(xiàn)120μm硅片規(guī)?;慨a,更薄硅片方案也已進入研發(fā)階段。作為全球硅片領域創(chuàng)新者,公司始終堅持以研發(fā)創(chuàng)新為公司核心競爭力,通過持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新,公司已建立形成包括3項核心支撐技術及16項核心應用技術的核心技術體系,超細金剛線的應用也帶來了超出預期的利潤。

考慮到異質結電池制程和當前組件發(fā)展趨勢,半片切割調整到硅片環(huán)節(jié)進行。對此,邢旭表示,他們已經實現(xiàn)不影響產能、效率的雙棒切割,技術指標可達到同樣水平。他強調,希望在研發(fā)端與多個異質結伙伴們一起探討更薄硅片在電池、組件端應用的可能性,也希望通過專利保護,在行業(yè)內形成良好氛圍,為行業(yè)創(chuàng)造更高價值。

無懼紫外,光轉膜助HJT組件增效延壽

UV(紫外線)一直被認為是光伏組件可靠性的大敵。根據(jù)美國SLAC和NREL團隊對各種電池片在UV(紫外線)照射下的功率研究結果,暴露在紫外下,HJT電池片比其他種類的電池功率衰減更大。出現(xiàn)這種狀況的原因在于,HJT電池使用非晶或微晶硅,表面因Si-H基團更容易遭受紫外輻照而被破壞,使得原有硅表面產生缺陷,導致組件功率刷衰減。

如何抵御紫外輻照的不利影響,充分利用光照,延長產品壽命?賽伍技術光伏材料技術總監(jiān)李新軍博士指出,現(xiàn)有對策主要是采用截止型EPE +截止型EPE,將紫外線過濾掉,導致組件功率偏低,但事實上,UV本身的能量完全可以利用。

李新軍表示,賽伍推出的UV光轉膠膜,主要是在膠膜中添加雜化分子的光轉物質(鐳博TM),實現(xiàn)光的下轉換,可以將380nm以下的紫外光轉換成藍光,轉換效率≥95%,能量損失較小,充分利用光照資源。同時,膠膜中光轉劑的衰減速度更慢,使用年限更長,50年衰減僅2%,真正實現(xiàn)“增效延壽”。他強調,采用賽伍光轉膠膜方案可同時滿足可靠、高效的要求,每塊組件功率可增加1.5%,單瓦發(fā)電量還能再提升0.87%?!耙蛔?00MW光伏電站,如果采用UV光轉膜組件,30年可累計多發(fā)電5700多萬度,為業(yè)主帶來更高的投資回報?!?/p>

對于UV光轉膜的效果,德國萊茵TüV給予高度評價。技術專家高祺博士介紹,他們在5個位于不同國家、不同氣候環(huán)境的實證基地中,對兩種組件進行了測試。數(shù)據(jù)表明,使用光轉膜封裝的組件比使用截止膜封裝的組件STC功率平均高1.22%,同時,前者的發(fā)電量比后者平均高0.82%,結合實際氣象條件最高有約1%的差異。他強調,光轉膜封裝的組件在紫外波段下有更高的光譜響應,這是發(fā)電量更高的重要原因。

CPVT副主任朱曉崗也對光轉膜產品表示認可。他介紹說,銀川、海南兩大實證基地4月-9月的數(shù)據(jù)顯示,在水泥地面上,高透膜、截止膜、光轉膜組件的單瓦發(fā)電量依次增加,光轉膜組件單瓦發(fā)電量比高透膜超出3.19%,比截止膜組件也高出0.9%。衰減方面,所有組件實證3個月后,PERC組件平均衰減率為0.84%,而光轉膜HJT組件的平均衰減率僅為0.30%,差距非常明顯。

作為全球領先的異質結產品供應商和先行者,華晟新能源對各項先進技術的產業(yè)化應用表示期待。公司CEO周丹表示,2023年異質結將走完“從0到1”的最后關鍵幾步,開始進入從1到100的規(guī)模擴張階段。他堅信,異質結必將成為新一代的主流光伏技術,華晟作為這一技術的堅定支持者和推動者,已投產產能2.7GW,在建產能10GW,全球第一。目前華晟異質結組件的生產成本已經與PERC非常接近,預計今年年底至明年年初,將實現(xiàn)生產端產品與PERC打平,為異質結商業(yè)化打下堅實基礎。

根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會預計,到2025年,以HJT和TOPCon為代表的超高效電池技術占比合計將接近40%,到2030年有望超過75%,光伏產業(yè)從P型向n型過渡的步伐正逐漸加快。相信憑借“三減一增”技術方案,讓產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)形成合力,可以推動異質結產品各項成本快速下降,期待更高效、更可靠的光伏組件能夠為全球“雙碳”目標早日實現(xiàn)貢獻更多力量。


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