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光伏产业链百花齐放,先进技术&高效产品谁能称霸2022?

光伏支架10周年

从2020年9月习近平总书记提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”目标时起,全国新能源产业、特别是光伏产业就进入了发展快车道。特别是当前,全球能源结构加速变革,以光伏为代表的新能源不仅是实现碳达峰碳…

从2020年9月习近平总书记提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”目标时起,全国新能源产业、特别是光伏产业就进入了发展快车道。特别是当前,全球能源结构加速变革,以光伏为代表的新能源不仅是实现碳达峰碳中和的重要路径,也必将成为未来能源的主力军。

正如中国光伏行业协会秘书长王世江所言,中国光伏产业在技术创新、产业配套、市场地位等方面持续形成全球竞争优势,已具备最完整的产业链。即将过去的2021年,既是全面平价上网的启航年,也是践行“双碳目标”的起始年,光伏产业技术创新和市场应用迎来新一轮跨越式发展。全球光伏装机稳步上升,中国更是连续多年稳居全球首位。根据国家能源局发布的数据,截至2021年10月底,我国可再生能源发电累计装机容量达到10.02亿千瓦,突破10亿千瓦大关,其中太阳能发电装机2.82亿千瓦。对所有光伏从业者而言,这都是一个了不起的成绩。

装机规模的提升,离不开中央和主管部门政策的推动,离不开社会各界对光伏产业的大力支持,也离不开相关企业和技术人员的辛勤付出。这一年,光伏产业链遭遇许多波折,面对着相当复杂的市场环境,也给诸多新技术提供的发展平台,相关企业更是推出了许多高效新产品。接下来,请跟随索比光伏网编辑的脚步,细数2021年产业链各环节的优秀产品,盘点各环节最高成就。

硅料环节——颗粒硅让光伏更“绿”

众所周知,大规模应用光伏、风电等可再生能源是实现碳达峰、碳中和目标的有效途径。但在许多地区,光伏产业链上游的多晶硅仍被视为高耗能产业,受到种种限制。今年下半年各地加强“能耗双控”,一定程度上导致多晶硅原材料供不应求,价格飞涨,对全年新增装机规模造成了不可忽视的影响。

如何降低多晶硅提纯环节能耗和碳排放?保利协鑫大力推广的颗粒硅堪称一剂良方。据介绍,与改良西门子法生产棒状硅相比,颗粒硅可降低电耗近70%,生产效率更高。同时,颗粒硅的建设周期、生产流程更短,这意味着企业投资强度可降低30%,同时减少约70%的占地面积和68%的工人数量,单位投资年产值增加43%左右。对下游而言,颗粒硅无需破碎即可使用,不易混入杂质,这也便于下游企业实现智能制造。

据介绍,保利协鑫颗粒硅目前已实现万吨级颗粒硅产能,得到了众多硅片企业的青睐。未来,他们将建设四大生产基地,多晶硅总产能56万吨,其中颗粒硅产能50万吨。相关负责人强调,“近日,保利协鑫颗粒硅已获得全球第一张由法国国家能源署颁发的碳足迹认证证书,为他们扩大市场规模增添了重要砝码。相信颗粒硅能让光伏产业更加绿色低碳,助力碳中和目标早日实现。”

硅片环节——超薄硅片助力产业链降本增效

对硅料、硅片环节而言,今年的热词无疑是“涨价”。据中国有色金属工业协会硅业分会统计,单晶复投料价格最高曾达27.5万元/吨。为了降低生产成本,光伏产业链各环节达成共识,开始使用更薄的硅片制作电池、组件,超薄硅片应运而生。

此前一度有观点认为,210mm及更大尺寸硅片不适合采用170微米以下厚度,否则会出现碎片率上升、良率下降等情况。但在中环股份等龙头企业看来,一切都不是问题。12月30日晚,中环股份发布P型单晶硅片最新报价,不再提供170微米、165微米两种厚度的产品价格,只发布160微米、150微米两种厚度。显然,越来越多的电池、组件企业开始接受160μm甚至更薄硅片,降低生产成本。

相关负责人表示,依托工业4.0柔性化制造及自身薄片技术储备,在原材料价格持续高位的情况下,中环股份加速薄片研发和推广,通过减薄硅片厚度缓解下游电池、组件客户的成本压力,助力光伏产业可持续健康发展。210产品在2021年底已完成由T170向T160的量产转换,同等条件下硅片出片数增加4.57%,有效降低产业链成本。事实上,目前中环技术研发已具备T120生产能力,未来将持续推进T160以下薄片量产,保持210赛道的领先地位。

电池环节——N型电池百家争鸣

“碳中和”背景下,行业对更高能量密度、更低度电成本的需求进一步提升。由于电池转换效率是决定组件乃至光伏系统发电效率的关键因素,因此,大尺寸N型电池开始得到越来越多业内人士关注。多位技术专家表示,随着PERC时代红利的逐步消失,太阳能电池迎来了从P型到N型的转型关键期。从材料角度,N型电池具有杂质少、纯度高、少子寿命高、无晶界位错缺陷以及电阻率容易控制等先天优势。由于少子寿命高有利于对外输出电流,因此,在同等光照条件下,N型电池转换的光能更多,转换效率更高。毫无疑问,N型电池已经成为后PERC时代光伏行业新的主流选择。

但N型电池的技术路线并非只有一条。目前,TOPCon和异质结(HJT)成了多数企业的选择,但ABC等新兴技术同样不容小觑。究竟哪一种技术路线更符合行业发展规律、可以带来最低度电成本?

对于历史产能较高的企业,TOPCon是一个不错的选择。技术专家表示,TOPCon电池大幅降低了背表面场复合速率和背面金属接触复合,实验室效率可达26%,转换效率较高,潜力巨大,在生产成本上优势明显,有利于实现商业化量产。同时,TOPCon电池可兼容PERC制程,这是它相对于其他N型电池技术最突出的优势。随着TOPCon电池技术的工艺、设备和人才日渐成熟,特别是工艺的简化、银浆用量以及设备价格的降低,竞争力越来越明显,度电成本优势将显现,其产业化规模将逐步扩大。

晶科能源副总裁钱晶在接受媒体采访时指出,目前有很多技术路线的发电效率高于PERC,但先进技术还需将其转换成生产优势,需要考虑生产良率、工艺可靠性、产能和交货周期等。从效率上,晶科的TOPCON电池已经可以实现稳定24.5%以上的量产效率,未来将提升至25%。在成本和产品性能上,有非常明确的升级换代,在可靠性方面的优势也已凸显。“目前晶科TOPCon被国外认证机构测试确认过的最高效率是25.4%,这是TOPCon大面积电池效率的新世界记录。我们的高效N型电池技术在一年内创下四次世界纪录,成为引领行业技术进步的标杆。”钱晶说。

除了几大龙头,一些希望“弯道超车”的企业则纷纷布局异质结产线。有专家表示,与其他技术路线相比,异质结电池生产步骤较少,仅制绒清洗、非晶硅镀膜、TCO膜制备、丝网印刷等4个环节。由于制程工艺少,生产良率更容易控制。在应用方面,除了高转换效率,高背面率、低衰减、低温度系数、弱光响应等特性也让下游用户大为赞赏。技术人员强调,异质结组件对温度不敏感,可靠性更好,寿命更长,是提高系统发电量、降低度电成本的有效途径。

东方日升一直被认为是异质结技术的坚定支持者。相关负责人认为,虽然目前异质结电池、组件的价格比PERC高,但依照他们的成本模型测算,异质结产品在2023可与PERC同价,后续可完全取代PERC。索比光伏网了解到,目前东方日升异质结电池量产平均效率24.6%,最高效率可达24.9%。前不久,经全球领先权威第三方机构TUV南德测试认证,东方日升高效异质结系列组件效率高达23.65%,再次刷新了他们在2021年7月创造的世界纪录。“未来,异质结加上微晶工艺预计电池效率可达25.2%,未来工艺优化以及叠层钙钛矿技术叠加,效率可达28%以上。”

此外,ABC电池这项“黑科技”也不能忽视。据介绍,ABC电池采用背接触技术,正面无栅线遮挡,消除金属电极的遮光电流损失,让入射光线的利用率达到最大,也极大地提升了电池转换效率。同时,该技术非常适应大尺寸、薄片化时代,量产效率有望达到25.5%,可以有效降低电池、组件中的硅成本,为产业链降本增效贡献自己的力量。

在2021年6月的SNEC展会上,爱旭科技公开展示了自己的ABC电池产品。据悉,该产品正面为全黑色,十分美观,可与柔性封装材料结合,完美适配屋顶光伏、BIPV等应用场景。根据爱旭股份在投资者互动中发布的消息,公司珠海基地7GW电池项目已拿到土地,后续将有正式的产品发布。相关负责人强调,未来,新型ABC电池将比PERC电池单瓦成本更低。

组件环节——功率、效率缺一不可

从2016年领跑者项目时期开始,就有企业采用72片版型组件代替60片版型,来满足降低系统造价、提高收益率的要求。事实证明,大尺寸组件可以减少支架、线缆用量,降低施工成本和运输成本,提高运维工作效率,从而降低BOS成本,拉低度电成本(LCOE),帮助项目业主提高收益。

近年来,随着光伏技术水平不断提升,组件效率和功率有了较大幅度提升。特别是210mm硅片的发布,让单块组件功率超越600W成为可能,也让光伏行业进行了一次战略升级。索比光伏网注意到,越来越多的企业在新建产能时选择210mm或更大尺寸向下兼容,满足产业链不断升级的需求,电力投资企业在集中采购招标时,也倾向于选择更大尺寸、更高功率的组件产品,500W+组件占比平均超过80%。

今年3月,天合光能发布670W超高功率组件,该组件基于210mm高效PERC电池制造而成,组件效率超过21.6%,刷新了66片版型光伏组件的新纪录。相关负责人表示,该组件采用210大尺寸电池片,叠加半片技术、MBB技术,提高光照利用率。据悉,670W组件开路电压约为45.7V,最大短路电流18.5A,属于典型的“低电压、大电流”产品,可以充分提升组串功率,减少组串数量,降低系统成本。以1500V系统为例,如采用天合670W组件,即使考虑北方地区-20℃的环境,每串也可以有28块组件,组串功率可提升34%。如果是相对暖和的地区,每串组件数量还可以更多。

为了解决超高功率产品的适配问题,提升市场占有率,天合光能与多家企业联合,率先明确组件标准尺寸,并牵头成立了600W+光伏开放创新生态联盟。据悉,截至2021年底,联盟成员已经达到89家,覆盖硅片、电池、组件、辅材、逆变器、支架、EPC、包装运输、投资开发、检测认证等多个环节,生态日趋完备,210超高功率组件产品终于打通了从生产到应用的全部环节,必将在未来的终端市场应用中崭露头角。

与此同时,效率更高的叠瓦技术再度受到各界热捧。以环晟光伏为例,相关负责人介绍,他们结合不同应用场景推出了多款高效叠瓦组件,满足客户需求。针对屋顶分布式项目,环晟的43.33P小版型组件发电效率最高达21.9%,傲视群雄,可以在有限的屋顶面积上安装最高功率,带来更多清洁电力。针对大型集中式电站项目,环晟也推出了最高功率670W的超高功率组件,通过低电压的产品设计,可以减少系统组串数量,更利于项目排布优化,使得桩基础、支架、线缆等辅材用量明显下降,从而降低终端系统成本。

索比光伏网注意到,此前业内对叠瓦技术的了解不多,除了专利方面的限制,很多人对叠瓦生产工艺也有担心。对此,环晟光伏技术人员表示,叠瓦组件是利用激光切片技术将整片电池切割成数个电池小条,并用导电胶将电池小条叠层实现柔性联结,实现了电池片零片间距,有效提高组件受光面积,提高发电效率。应用特殊的全并联电路设计,相较传统组件拥有更好的抗热斑、抗阴影、抗衰减性能,使得叠瓦组件在实际应用中拥有更长效的高发电量表现。“作为全球最大的高效叠瓦组件制造商,环晟光伏的核心叠瓦专利来自SunPower授权,受到国内唯一合法的专利保护,并在此基础上申请超过100项专利保护。目前公司叠瓦组件的生产良率与行业一流企业相当,稳居行业前列。”

逆变器环节——更大功率、更低度电成本

光伏逆变器的性能直接影响到太阳能光伏发电系统的发电效率及运行稳定性,同时,也是整个光伏发电系统中多种信息传递与处理、实时人机交互的信息平台,是连接智能电网、能源互联网的智能化关键设备。正如电网系统专家所言,逆变器的质量对光伏系统可靠性、发电效率至关重要,不能因为逆变器价格在系统造价中的占比较低就减少重视。

目前,大型项目招标中的逆变器最低价已经跌破0.1元/W,单机功率则不断提升。3月18日,阳光电源发布全球功率最大组串逆变器SG320HX,让整个行业为之震撼。据介绍,SG320HX最大输出功率352kW,继网红产品SG225HX之后,再度刷新1500V组串逆变器功率等级,让更高功率、更低LCOE成为可能。设计人员表示,对于一座100MW电站,SG320HX方案可节省系统成本1020万元以上,LCOE降低2%。同时,这款产品在电网友好性方面也做到了极致。SG320HX可在SCR=1.2弱网环境下稳定运行,其快速功率响应技术获得业内首个且唯一实证,为电力系统稳定运行提供快速支撑。此外,通过光储深度融合,SG320HX可强化一次调频,并可实现虚拟同步,更好地满足电力系统对新能源提出的调频要求。

此外,SG320HX每串最大输入电流20A,完美匹配182mm/210mm大尺寸高效组件,且支持最大1.8倍容配比,全面满足高容配比解决方案的应用。据悉,SG320HX产品目前已经大规模应用于各类应用场景的光伏项目中,钦州大桐12MW项目、宾阳140MW渔光项目、化州中铜120MW项目、湛江20MW渔光项目、河北南大巷70MW渔光互补项目等,部分项目预计可在2021年底并网。

毫不夸张地说,阳光电源将组串式逆变器带到了300kW+时代,但在他们看来,大组串进程远未结束。更高电压等级,更大功率以及匹配更大功率组件带来更大的组件阵列,都将成为未来市场的发展趋势和制造企业的白热化战场。

支架环节——智能跟踪大幅提升发电效率

在全球“碳中和”的大背景下,一场由光伏、风电等新能源带来的风暴正席卷全球。从光伏行业看,除了组件、逆变器等产品不断升级换代,作为光伏系统“骨骼”的支架也开始更加智能,跟踪支架应用比例不断提升。据索比咨询介绍,全球地面电站中,美国跟踪支架使用比例约80-90%,新兴中东市场占比也达80%以上,中非、北非、欧洲这些地区使用比例也均超60%,法国南部、西班牙地面电站则是几乎全部采用跟踪支架,且比固定支架提升发电量15%以上。显然,在世界各地,跟踪支架都已经成为电站投资者的重要选择。

作为连续四年位列全球跟踪系统出货量前4名的中国企业,中信博新能源全球跟踪器累计出货超10GW,获得了全球客户的广泛认可。10月25日,中信博在杭州发布业内首创的五边形主梁1P独立跟踪系统“天际Ⅱ”。技术负责人指出,随着组件尺寸不断增大,不仅导致组件迎风面积增加,风致共振效应更加显著,组件自身强度和抗风能力都可能下降,也使得跟踪系统体型系数增大,单排阵列长度大大延长。为此,中信博天际Ⅱ跟踪系统将最大工作风速提升至22m/s,提升20%工作抗风能力的同时,还能带来20%发电量提升。而业内首创的五边形界面主梁,使天际Ⅱ的产品稳定性大幅提升,立柱跨距进一步增大,能够使立柱基础梳理降低30%以上,每MW立柱少于180根。

上述负责人进一步表示,通过加持中信博最新一代人工智能光伏跟踪解决方案的天际Ⅱ,还可凭借真实地形下的跟踪控制策略、基于实时气象数据的云层策略、针对双面组件+跟踪器的双面策略以及与直流汇流箱、组串式逆变器的直流侧发电共享参数的反馈控制策略,轻松应对真实电站环境中的各种地形、天气、地貌条件,提升系统发电效率和发电量,为业主带来更高收益。

辅材环节——接线盒也有大能量

根据索比咨询统计,年初至今,电力投资企业发布的招投标中,约80%采用500W+大尺寸、高功率光伏组件。从相关企业提供的资料看,基于大尺寸硅片的电池、组件产品,其最大短路电流会有明显提升。其中,182mm电池的最大短路电流接近15A,210mm电池的最大短路电流超过18A,对应接线盒要满足最大短路电流25A、30A的要求,传统配件不再适用。

为了解决这一问题,包括接线盒在内的各类辅材企业积极开发新产品、新技术,应对大电流带来的考验,在提高生产效率的同时对生产效率、系统效率进行优化。以泽润新材料为例,他们力推的“XBox”产品采用细长设计,可用于双面组件、半片组件、叠瓦组件等。在二极管单芯片的配置下,其额定电流最大可达30A,最大反向电流40A,完美适配高功率、大电流组件和1500V系统解决方案。“实践证明,单芯片方案会大幅提升产品可靠性,降低使用、售后风险。考虑到目前整个半导体行业都处于芯片短缺状态,单芯片方案可以直接提升供货能力。”

这么多新技术、新产品,谁才是2021年光伏产业链上最耀眼的明星?哪些解决方案可以在碳达峰、碳中和进程中发挥更大作用?2022年1月6日,“光能杯”跨年分享会暨2021年度光能杯颁奖典礼将在苏州举行,让我们共同期待哪些企业、哪些产品将得到这份年度殊荣!

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作者: 光伏支架网

网站编辑 一个在光伏支架圈摸爬滚打了11年的老家伙 邮箱:info@solarbracket.cn; 电话:13164959840

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