光伏行业发展之单晶硅崛起

李锦峰

新材料、新能源、半导体

  • 2019-07-18
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目前资源枯竭和环境污染是人类共同面临的问题,随着时间的推移,可再生能源代替传统石化能源已然是大势所趋。2018年全球可再生能源发电量占据总发电量26.2%,光伏发电占比2.4%,与2017年光伏发电占比1%相比,实现大幅增长。早期的光伏行业以多晶硅产品为主,其优势诸如成本低、工艺简单、量产规模大等,近年来单晶硅崛起,逐步蚕食多晶硅的市场份额。

摘要:目前资源枯竭和环境污染是人类共同面临的问题,随着时间的推移,可再生能源代替传统石化能源已然是大势所趋。2018年全球可再生能源发电量占据总发电量26.2%,光伏发电占比2.4%,与2017年光伏发电占比1%相比,实现大幅增长。早期的光伏行业以多晶硅产品为主,其优势诸如成本低、工艺简单、量产规模大等,近年来单晶硅崛起,逐步蚕食多晶硅的市场份额。

单晶硅与多晶硅晶体生长工艺不同,其晶面取向相同、无晶界,品质优异从而具备以下优势: 单晶硅具有更低的晶格缺陷;更高的机械强度,更低的碎片率;更高的少子寿命和转换效率;组件更高的集约性,更适用于屋顶等有限安装面积的分布式小型电站。早期单晶硅工艺不成熟,多晶硅材料制作单晶硅时能耗高,制作成本高,最终单晶硅片的价格比多晶硅片高出40%左右,单晶硅和多晶硅对比如图1所示。

  图1 单晶硅的特点与优劣势

  (资料来源:公开资料,金智创新行业研究中心)

PERC电池的进步和金刚线切片的应用提高单晶硅竞争优势

2016年以前,多晶硅凭借成本优势,控制近80%的光伏市场,而PERC电池的推广和金刚线切片技术的应用使单晶市场占比不断扩大。PERC电池采用Al2O3膜对背表面进行钝化,可以有效的降低背表面复合,提高开路电压(VOC),增加背表面反射,提高短路电流(ISC),最终提高电池效率。2006年P型PERC的背面钝化的氧化铝介质膜的钝化作用开始引起大家关注,2013年部分厂商引入比较成熟的PERC技术,单晶PERC的转换效率已经超越其他类型的电池,但电池仍没有解决成本高的问题。

金刚线切片的应用推广有效的解决了成本问题,此前硅棒/硅锭切片基本由砂浆切割完成,2016年一些单晶企业推出金刚线切割应用,之后发展的如火如荼。与传统的砂浆切割相比,金刚线切割的优势主要体现在两方面:1.硅耗的降低,因以固结的方式可以参与有效切割的金刚石较多,镀层要比砂浆的混合体要小,刀缝损失也更少;2.效率大幅提高,金刚线材料硬度更高(金刚石硬度比碳化硅高),切割线速度快。此外金刚线切割磨损小断线率非常低。最终提高了切割效率,降低单片成本。单晶由于其晶格序列一致,晶面取向相同,对于金刚线切割契合度更高,因此单晶硅在引入金刚线切割之后成本下降很快,而多晶在2017年才引入金刚线切割,并且成本下降没有单晶明显。以单晶和多晶的龙头公司为例,如表1所示。PERC结合金刚线切割技术的进步使单晶成本下降之快令人咂舌,2019年7月初单晶PERC组件报价1.87元/W,与多晶组件1.71元/W相差不到0.2元/W,综合效率、衰减、Bos成本等其他方面因素,已经具备一定的竞争优势。

  表1 单晶和多晶公司在引入金刚线切割后对比

  (资料来源:公开资料,金智创新行业研究中心)

借助技术革命,单晶市场打开,前景广阔

单晶硅在几次技术突破之后,效率也不断提升,现在单晶PERC电池最新记录超24%,而组件效率达21%,均比多晶产品效率高出近1%。同时成本的大幅降低使单晶硅市场快速打开,国内单晶硅组件市场从2014年的5%增长到2018年的46%,如图2所示。在单晶硅市场的开拓过程中,有三个领域助力单晶市场的快速发展,其一,财力雄厚的大电站,考虑到单晶电站投资回报率比多晶电站要高,因此选择单晶产品;其二,国家“领跑者项目”中,单晶PERC由于其技术效率高和技术含量高的原因而受宠,最终单晶企业拿下较大比例的项目;其三,分布式发电的兴起,单晶硅优势之一是集约型高,在小范围同等面积的情况下能安装更高容量的电站,恰好完美的融合了分布式发电的需求,因此获得更大的市场份额。

  图2 2014-2018单晶硅组件市场占比

  (资料来源:公开资料,金智创新行业研究中心)

结语

国内光伏产业链完整,产品具备很强的竞争优势,近几年光伏产业发展飞快,尤其在2016年以后连续几年的超预期,其背后单晶硅的崛起功不可没。金刚线切割和PERC电池的应用令单晶硅产品成本降低,使其优势得以发挥,市场份额逐步扩大,此次技术革新的驱动和外部需求共同主导了单晶硅近几年的高速发展。


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