光伏發電產業的技術革命

02-09

註：本文為雜誌約稿，目前謝絕轉載

本人為隆基公司員工，完成工作順手就把文章發出來吧

1. 綜述

光伏產業的發展伴隨著產業鏈各環節、各組元的技術進步與革新。包括太陽能級硅料的品質提升與能耗降低，單晶硅棒與多晶硅鑄錠生產效率的提升，單、多晶矽片少子壽命的提升與雜質原子濃度的降低，光伏電池效率的不斷提高同時成本降低，組件端各輔材在規模化與降本上的創新，電池與組件製造裝備的國產化與自動化，跟蹤支架的技術的逐漸成熟、光伏逆變器效率的提升以及光伏電站運維的智能化。

在產業鏈當中，電池技術處於非常重要的地位，電池的能量轉換效率水平決定著整個電站能量利用的成本，而矽片技術也是電池效率提升、成本降低的基礎，在這兩方面，隆基綠能科技股份有限公司（以下簡稱隆基）做出了非常突出的貢獻。

2. 單晶矽片的技術革命

自2000年晶硅光伏組件在地面電站開始在歐洲規模化應用以來，多晶硅路線由於多晶矽片的高性價比一直處於行業主流地位，尤其隨著中國大陸光伏市場在2014年異軍突起，單晶硅光伏組件的市場規模極大的收到了擠壓。卻在與此同時，隆基在單晶切片端快速的導入了金剛線切割技術，在節省了原砂漿切割使用的碳化硅和乙二醇原料的同時，使1kg硅棒可切出的單晶矽片數量大幅增加。金剛線切割技術並非現成，其整套技術與產業鏈的培育上，隆基做了大量的工作，至今使全行業受益。在單晶鑄錠端，隆基也導入了多次拉晶技術，1坩堝硅料，可以拉出3根單晶硅棒；產品標準方面，隆基也與業內主要單晶製造企業將矽片的規格統一到M1與M2兩種尺寸。由此，單晶在矽片端已做到了比多晶還低的單片成本，而但片電池效率領先多晶矽片1%（效率的絕對值）左右，所以隆基判斷單晶代替多晶的歷史性節點已經到來，在2014年末收購了光伏組件廠浙江樂葉，創辦隆基樂葉，將單、多晶組件單瓦價差控制在0.1元以內，憑藉高效組件在電站系統端的應用價值快速打開了市場。

高效率的組件可以節省光伏電站佔地規模，並且節省了建設相同規模電站所需的支架、電纜與人工成本，一般功率單塊組件每提高15W功率可以在其他系統成本上節省0.1元/W以上的造價。由於矽片純凈度上的固有差距，單、多晶將至少保持電池效率1%以上、組件功率15W的差距，而隆基有信心將單晶矽片的非硅成本控制在1元/片以下，在此條件下，即便多晶鑄錠方面的非硅成本為0，多晶組件在客戶端仍不具有競爭力。據此判斷，隆基才敢於在2020年將單晶矽片產能擴充到45GW，將技術革命推動為產業革命。

3. 單晶PERC（背面鈍化）技術帶來的效率躍升

實驗室的PERC技術在上世紀90年代左右由新南威爾士大學馬丁?格林教授的團隊發明，創造了25.0%的實驗室晶硅電池效率世界紀錄並保持了17年之久。產業端的PERC技術在2010年以後的逐漸成熟有賴三點原因: 具有場鈍化效應的氧化鋁鈍化層的應用，將產業化單晶電池效率提高了1%以上；單晶PERC電池光衰問題的解決；梅耶博格等企業推出了商業化成熟的鈍化層沉積設備。最初嘗試使用該技術的企業包括SolarWorld、韓華Qcells以及台灣的一些電池企業。隆基在16年看準時機訂購了年產能1GW的鈍化膜製備設備，推出了Hi-MO1單晶PERC組件，通過單晶矽片端的特殊技術與電池端的光致再生技術使該產品具有極低的光致衰減，當年年底隆基量產電池效率達到21%，百兆瓦先進電池示範線上的電池效率水平更是連連創造紀錄，2017年4月，示範線上基於量產技術的5柵PERC電池效率突破22%，10月份單片5柵電池效率達到22.71%（德國弗朗霍夫實驗室測試），創造了大面積單晶PERC電池效率的世界紀錄，目前，隆基的5柵PERC電池極限效率已突破23%，12柵電池效率可達23.5%以上。同時，在2017年，隆基也為全行業供應了匹配PERC技術的高品質單晶矽片並公開了與新南威爾士大學、蒂爾激光共同開發光致再生技術，助推單晶產業革命。根據第三方統計，單晶硅光伏組件在中國大陸市場佔比在2017年達到36%，全球佔比28%，向著2020年全球佔比50%的目標前進。此外，單晶PERC相對常規組件還具有更好發電能力，實驗與大規模應用均證明其相對常規多晶可多發電3%左右。

商業化單晶PERC技術的出現具有革命性意義，過去基於鋁背場技術的晶硅組件在地面電站佔據統治地位；高效率技術如SunPower公司的IBC技術（全背接觸），松下的HJT技術（硅異質結）在家庭屋頂光伏市場佔據一席之地，國內不少企業也相繼開發了HJT技術，蠢蠢欲動，隨單晶PERC電池效率突破22%，將打破兩者之間的壁壘，兼具高效率與低成本優勢，有望一統整個光伏應用市場，雙面PERC技術的出現將大大加快了這一趨勢，而且會帶來了新的革命。

4. 單晶PERC雙面發電技術帶來的發電躍升

雙面發電技術並不新，N-PERT（背面鈍化+背面全擴散）與N-HJT技術均為雙面電池技術，雙面PERC技術則在2015年才出現，由ISFH研究所（SolarWorld合作單位）率先報道，但其不使用價格較高的N型矽片，背面使用鋁柵線而非銀柵線，因此電池成本與單面PERC相當，考慮到其背面受光發電的能力，因此在適當應用條件下性價比明顯優於單面PERC組件，具有革命性意義——數年後，佔據市場主流的將不再是單面電池，而是雙面電池，這是晶硅電池自20世紀70年代商用以來未有過的事。雙面組件的重要性能指標為其雙面率，即實驗室標準測試下背面功率與正面功率的比值，SolarWorld的產品為雙面率為65%，隆基在2017年推出的Hi-MO2組件雙面率則達到了75%（18年將推出雙面率80%的產品）。N型雙面組件由於成本高，往往宣傳其與反光材料搭配可提升25~30%的發電量，應用場景限制為小規模屋頂電站；P型PERC雙面組件以其較低的成本則可匹配各類應用環境，這方面隆基自Hi-MO2推出以來便開始在全國各地策劃實證項目，數據標明在荒草地這樣的常見環境，隆基的雙面組件相對單面PERC組件即可多發電6~10%，沙土地、水泥地上則有更佳的發電錶現。

5. 總結

這場單晶技術在危急時刻的絕地反擊、觸底逢生在全球商業史上應也是不多見的，單多晶之爭促進了整個產業的技術快速發展，使單晶雙面PERC技術得以快速的由孕育到成熟，憑藉該技術已可預見光伏平價上網將與幾年內迅速實現。