一路狂飚的中国光伏,打开了技术的“潘多拉魔盒”。
2012年,中国光伏产业刚刚起步,就遭到了美国、欧洲“双反”的当头一棒。彼时,我国光伏产业从原材料、市场到核心技术全部被掐住咽喉。疾风骤雨下,行业哀鸿遍野,整个光伏产业坠入冰窖。
可时至今日,中国稳坐世界光伏产业头把交椅且领跑多年。2022年,我国新增光伏装机87.41GW,2023年新增光伏装机216.88GW,同比大增148%,约占全球新增装机总量的一半。
十年间,从受制于人到全球领先,究其原因,技术是关键因素!
最近几年里,中国光伏产业全面突破,光伏技术更如雨后春笋般涌现。目前,光伏企业围绕光伏电池新技术的竞逐愈加激烈,TOPCon、HJT、HPBC、钙钛矿等电池技术正进入快速迭代期,挑战着光伏产业降本增效的新高峰。
可以预见,中国光伏产业下一个十年的技术黑马,将从这场技术挑战中孕育而生!
01
光伏技术路线大挑战
光伏电池技术自诞生以来,降本增效的终极使命就催生其不断迭代。
在业内,光伏电池按照硅片的不同来划分,可以分为P型电池与N型电池两大类。早期,P型电池中的铝背场BSF电池,由于制造工艺简单、生产成本相对较低,以及光电转化效率满足大多数光伏系统的需求,受到了市场的广泛青睐,成为了光伏领域的第一代技术。
直到2012年,中国光伏企业承担国家“863”专项,正式进军P型电池中的PERC制备技术,也就是钝化发射极和背面电池技术的产业化探索。
2018 年以后,高效率、低成本的单晶PERC电池取代多晶BSF电池,快速占领市场,产能和产量出现爆发式增长,成为最成熟且广泛应用的光伏电池技术。中国光伏行业协会(CPIA)发布的《中国光伏产业发展路线图(2022-2023 年版)》显示,2022年PERC电池市场占有率达到 88%。
可是,随着光伏技术的发展,市场上PERC电池量产效率约为22.5%-23.5%,已非常接近其24.5%的理论极限,触及降本增效的天花板。
为了挑战光伏产业降本增效的新高峰,光伏企业不得不以更快的速度研究突破新型电池技术,转换效率更高、生产工艺相对复杂的新型电池技术开始逐渐崭露头角,光伏电池进入“百花齐放”的全新格局。
N型电池作为新一代电池技术,以TOPCon、HJT为代表,具有高转换效率、抗衰减、低温度系数、双面率高等优势,有利于提高光伏发电增益、降低发电成本。国内顶尖光伏玩家中,晶科能源、晶澳科技、中来股份、天合光能等企业主要布局TOPCon,东方日升、安徽华晟、金刚玻璃等厂商则主要押注HJT……
当然,除了N型技术,横空出世的BC电池技术也是光伏电池技术的关键拼图。
BC电池技术作为一种新兴的技术力量,理论转化效率更高,达29.1%。同时它作为一种平台型技术,拥有优越的延伸性,可以与PREC、TOPCon、HJT相结合,再一步提高电池转换效率。目前,隆基绿能、爱旭股份等企业正在大力研发布局BC电池产能。
不无意外,伴随光伏产业更加细分,更加差异化,竞争更激烈,以TOPCon、HJT为代表的N型技术和BC电池技术将迎接全新挑战,让中国后PERC时代的光伏市场热闹起来。
02
TOPCon:短期性价比之王,亦有软肋
春江水暖鸭先知,光伏电池技术的迭代、角逐正反映在市场端。
行业第三方机构InfoLink预测,2024年P型电池技术的市占率将下降至23%,N型TOPCon电池技术的市占率将达到65%,成为市场主流。
诚然,TOPCon是目前继PERC之后,性价比及量产最可行的一种技术。
TOPCon电池理论转化效率 28.7%,比PERC电池转化效率高 3.2个百分点,非常逼近晶硅太阳能电池的理论极限。而且,TOPCon技术对现有光伏市场上下游兼容性强,可基于现有 PERC产线进行升级改造,光伏企业转型量产更具经济性。
可以说, TOPCon电池技术是短期光伏市场的性价比之王,也是许多光伏老玩家的首选。
不过,技术之争也是市场之争!企业不能把宝押在一种路线上,因为各种产品有不同的定位。目前来看,TOPCon电池更适合大型电站,在工商业光伏市场却不太占优势。
我们知道,工商业为节省建设成本,很大一部分厂房的屋面选择彩钢瓦搭建,载荷能力相对较弱,不易搭建支架,更适合重量更轻的单面单玻组件沿着彩钢瓦屋面平铺。而TOPCon技术由于工艺问题,制备单玻组件有先天的软肋需要攻克。
TOPCon单玻组件主要由正面玻璃、POE胶膜、电池片、EVA胶膜、PET背板构成。户外长期使用环境中,高低温冷热冲击、氧气、紫外等条件会造成PET背板老化降解,PET背板老化后,水汽易透过背板进入组件,在高水汽、高温、强紫外线环境下,背面EVA膜(乙酸乙烯共聚物)会分解产生醋酸气体,酸性气体透过电池间隙渗透到组件正面,与正面银铝栅线中的铝离子及铅离子反应,导致TOPCon单玻光伏组件的电池片结构性破坏、栅线剥离等问题。
通常,这个过程会不可避免地造成TOPCon电池产生功率衰减,业内称之为电势诱导衰减和湿热衰减。目前,一些国内光伏企业已经开始在浆料、胶膜和背板上做文章,最大限度地减少老化和功率衰减。
03
BC电池:搅动一江春水
光伏行业技术迭代只有“进行时”,没有“完成时”。尽管不少明星企业扎堆TOPCon,TOPCon电池迅速称雄市场,但隆基绿能押注BC技术和其新产品的横空出世,还是搅动了光伏电池市场的一江春水。
隆基绿能始终认为TOPCon电池是“过渡产品”,董事长钟宝申曾预判称,“未来5-6年,BC电池将会是晶硅电池的绝对主流,包括单面双面”。
2023年10月,隆基绿能发布了行业“单玻之王”Hi-MO X6高效防积灰光伏组件,该组件在边框上作了防积灰设计,可以利用雨水冲刷带走灰尘,以解决困扰分布式光伏市场多年的积灰、积雪的难题。
作为隆基面向全球分布式用户推出的“专属”组件,Hi-MO X6搭载了自主研发的HPBC电池技术,采用全背面叉指状连接方式,正面无栅线,无金属电极遮挡,100%受光,发电性能相较于传统组件可提升6%-10%。
同时,HPBC电池在耐湿热方面也具有天然优势。HPBC电池电极材料没有银铝合金,材料本质上不易发生腐蚀,从材料肌底上降低了功率衰减。经测试,在85℃、85%相对湿度下环境下运行1000小时,隆基Hi-MO X6 组件衰减只有0.38%。
到今年2月,隆基又发布了首款基于HPBC技术的双玻组件——Hi-MO X6双玻耐湿热光伏组件,该组件不仅具有电极材料上的天然优势,还采用双面POE胶膜工艺,抗水汽能力是EVA的七倍,更适用于高温高湿环境下的光伏应用场景,能够创造更高的长期收益。
以广东地区1MW电站预估测算,Hi-MO X6双玻耐湿热组件在30年里,能比PERC双玻组件多发电213万度,为用户增加128万元的收益。与主流TOPCon双玻组件进行对比,30年能多发103万度电,多增加62万元的收益。
目前,隆基绿能基于HPBC电池技术打造的Hi-MO X6系列产品正稳步出货。隆基“单玻之王”——Hi-MO X6防积灰组件主要面向工商业屋顶,Hi-MO X6双玻耐湿热组件主要面向水泥屋顶、光伏车棚、阳光房及湿热场景,以此来满足多用户不同场景下的个性化需求。
在隆基绿能看来,面对光伏行业同质化竞争,公司正走在一条寻找能够有更长生命周期的、更加领先的、差异化产品的道路上。
04
筑牢中国光伏产业根基
对各行各业而言,技术创新的百家争鸣都将促成产业的长足发展。
当前,中国光伏企业在TOPCon、HJT、HPBC、钙钛矿等电池领域的技术挑战,正显著提升产业的整体竞争力,让中国光伏产业走在全球技术前沿。
2023年10月,晶科能源宣布182 N型高效单晶硅电池(TOPCon)转化效率获国家光伏产业计量测试中心认证,全面积电池转化效率达到26.89%,创造了182及以上尺寸大面积N型单晶钝化接触(TOPCon)电池转化效率新的纪录。
同年11月,隆基绿能研发的晶硅—钙钛矿叠层电池经美国国家可再生能源实验室(NREL)认证,效率达到33.9%,打破了此前由沙特研究团队创造的33.7%的记录。12月,隆基绿能自主研发的背接触晶硅异质结太阳电池(HBC),经德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)权威认证,电池转换效率达到27.09%,创造了单结晶硅太阳能电池效率的新世界纪录。
这种你追我赶的局面,不仅促使光伏企业不断加大研发投入,提升光伏电池的效率和质量,推动整个行业的技术创新和产业升级,还进一步巩固了我国光伏产品在国际竞争中的领先优势,确保了较高的市场占有率。
中国光伏行业协会公布的2023年国内光伏制造最新数据显示,中国在光伏主要生产环节产能的全球占比均超过80%,生产了全球90%以上的多晶硅和约98%的太阳能硅片、85%以上的太阳电池、80%以上的光伏组件。
回溯过往,一路走来,从多晶到单晶,从PERC到TOPCon,再到BC时代,光伏行业技术迭代的每一步,都在为我国光伏产业稳固发展筑牢技术根基。