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光伏叠瓦已死 拼片将生?

来源:SolarWit   更新时间:2019-05-13 13:49:44    

  前言:

  所谓拼片技术是指:在传统组件封装技术基础上,仅通过更换串焊机的方式,实现片间距的大幅缩小和三角焊带的焊接,最终达到比肩叠瓦组件的封装密度。此外拼片技术得益于更高的良率和完全自主的知识产权,当下可量产的拼片组件效率甚至要高于叠瓦组件,基于22.1%量产效率的Perc电池,拼片组件效率可轻松突破20.2%。


(拼片组件对比常规5BB半片组件)

  更重要的是,拼片设备的投资成本仅为叠瓦技术的五分之一,又得益于超高的CTM(大于100%)和超高的良率,生产过程中的可变陈本仅为叠瓦的90%。拼片的出现不仅会堵死叠瓦封装工艺的未来之路,更会使得沿用多年的组件封装技术迎来摧枯拉朽式的革命性变化。

  正文:

  最近半月余我均出差在外调研新一代组件封装技术的具体形态,因出差太久我都挨了家里领导的批评,但是没有关系,只要能弄清楚事实真相,挨批评也是值得的。

  半个月的调研,得到一个失望,看到一个希望,于是就有了今天的这个题目:《叠瓦已死,拼片将生》。一如既往,我们先说结论,然后再展开来论述:

  1、对于相同效率的电池,拼片技术封装的组件效率不输于叠瓦技术,拼片用一种巧妙的方式,不仅绕开了叠瓦的专利问题,而且还在组件效率上做到了比肩甚至超越叠瓦的水平。

  2、在组件效率不输于叠瓦的情况下,拼片的设备成本仅为叠瓦的四分之一,封装过程的可变成本也仅为叠瓦的90%以下,CTM超过100%,在组件效率做到极致的情况下,封装效率也做到了极致水平。

  3、我之前写过一篇文章《回顾组件封装进化史,探寻组件技术未来之路》曾对叠瓦技术大加赞赏,而现在我又要提倡拼片才是未来,我是否自相矛盾呢?可能也不全是这样,因为本质上我所提倡的是“高密度”封装方式,拼片做到了和叠瓦一样的封装密度,而成本和良率等参数又要优秀很多,我自然要更加青睐拼片。

  一、我们如何评判一个组件封装技术是否优秀?

  研究光伏行业多年,我和别人讨论无数,也看别人相互之间讨论无数,我经常看到讨论的两方为一个问题争论的不可开交,面红耳赤;争论了半天下来最终发现两个人根本就没有在一个彼此都可接受框架内去讨论问题,所以从讨论开始之初就注定无法达成一致,而是变成了为辩护自己的无意义的争吵。

  正是因为经历过、见证过太多的这样的无意义的争吵,所以我在展开一个问题之初非常注重讨论清楚分析这个问题的框架,这就是我所提倡的:分析问题的结构化思维。我们先从一个彼此都能接受的分析问题的框架出发,再去讨论问题,以数据和事实说话,最终轻易得出有效结论。按照这样的思路出发,复杂问题就会变得简单许多。

  我们今天要讨论的问题是:如何评判一个组件封装技术是否优秀?组件封装技术是否优秀至少有两个维度,一个是组件封装效率、另一个是组件封装成本。我们先来看组件封装效率的问题。

  我给出的评判组件效率的模型是(后面一节考察成本问题):

  此时我再引入一个组件屏占比的概念,在组件当中我把电池片的总面积和组件的总面积的比值定义为屏占比。即:组件屏占比=电池片面积÷组件面积。就如同手机一样,由于组件需要必不可少的边框以保护电池片,以及汇流条、电池串间隙等必不可少的留白面积,使得组件面积必然大于电池片的总面积。这也就意味着组件屏占比是不可能大于1的,我们尽可能的去接近1,但无法大于1,组件屏占比越是接近1,我们就认为这项组件技术越优秀。把组件屏占比的概念引入公式当中,我们就得到了公式2:

  此时我们需要对公式中的CTM项做进一步的解释,CTM的英文原意是Cells to Module,是指电池功率和组件功率的比值。举例来说,60张电池片封装前318瓦,封装后的总功率是307瓦,那么

  CTM概念的引入主要用于考察封装的损失,是判断组件封装技术优劣的重要参数,一般而言,由于光伏玻璃的透光率仅为92%,EVA胶膜以及焊带部分也都会对光线有遮挡或耗散,CTM值总是<100%的,我们把小于1的那一部分叫做“封装损失”。例如上面案例中,从电池片到组件的封装功率损失=100%-96.54%=3.46%。这不只是纯粹的说明案例,事实上当前单晶整片Perc组件的封装CTM均是介于96~97%之间的,单晶Perc电池片对紫外线光吸收能力较强,而光伏玻璃又恰好阻挡了这部分光线的入射,所以Perc电池片封装成为组件的过程中封装损失要更高一些,一般至少在3%以上。

  最后影响组件效率的自然就是电池片的效率,但本文要讨论的是组件封装技术,电池片的效率取决于电池片厂商的工艺,而非组件厂商,不是评判组件封装技术优劣的标准。所以在评判组件封装技术优劣时我们忽略这一部分。

  至此,我们分析封装效率的核心框架就出来了:判断一种组件技术封装效率是否优秀,最关键的两个核心参数是组件屏占比和CTM(成本部分下一节讨论)。

  二、叠瓦的致命软肋在于CTM过低

  下面这张图是我近期调研汇总到的一些关键信息,其中拼片技术的这款产品将会在上海SNEC展上首次亮相,我带大家先睹为快。

  (需要指出的是,上述数据是基于22%效率的单晶perc电池片做出来的,我们不排除在上海SNEC展上基于更高效率的电池封装出更高效率的组件)

  我们可以看到,使用22%效率的电池的拼片技术可以使得组件效率达到20.07%,而同样基于22%效率电池的叠瓦组件效率仅为19.6%。说实话我当时看到这个数据对叠瓦是十分失望的,从理论上说叠瓦组件封装屏占比能做到和拼片一样的水平,但由于生产工艺过于复杂导致良率较低,所以量产的叠瓦组件效率竟然低于拼片组件。如果我们再去看叠瓦CTM数据,对叠瓦的态度就会由失望变为绝望:叠瓦组件CTM仅为95%,这就意味着买回来100张电池片经过划片和叠片封装后,叠瓦组件只能得到95张电池片的功率,相当于扔掉5张电池片。

  叠瓦封装的基础原理就必然导致其CTM数据很难看,并且还要低于常规组件,在叠瓦封装模式中,每66张电池片就会有约2.5张电池片被叠瓦的封装方式遮挡而浪费掉,此外,由于叠瓦需要把一张电池片裁成5~6张小的电池条,在激光裁割过程中电池效率也会有较大损失。

  在我原先的逻辑中认为:近些年伴随着硅料、硅片、电池片价格连连下滑,整个电站系统成本中“硅”成本占比越来越低,进而使得叠瓦这种“浪费”电池片但能提升组件效率的叠瓦封装方式渐渐变得有经济性可言。直到拼片的出现彻底打乱了原先的逻辑,拼片技术在不浪费电池片的基础上实现了不输于甚至是超越叠瓦的组件效率,这种革命性技术的出现使得叠瓦失去了任何存在的意义。

  三、拼片惊人的CTM表现,为何能>100%?

  前面我们科普过CTM(Cells to module)这一概念,对于单晶perc电池片封装成组件这一过程而言,由于光伏玻璃和焊带都会遮挡光线,使得最终组件总功率小于电池片总功率,即CTM<100%,常规单晶perc整片组件的CTM大约为96.5%,这相当于买来100张电池片,经过封装过程的损耗最终只剩下96.5张,或是相当于扔掉3.5张电池片,我们习惯性的把这些称之为“封损”。我想封损的概念在组件厂的员工心中应当是根深蒂固的,尤其对于单晶perc电池片,封损就像地球在自转、太阳会升起一样理所当然,不容怀疑。

  但是拼片技术的出现将会颠覆人们这一习惯性的认知,在拼片技术以后,“封损”的概念将会被扔进历史的垃圾桶,拼片将使我们由“封损”时代进入“封益”时代,使用拼片技术封装组件,非但不浪费任何电池片,对于100张电池片最终封装完成后反倒相当于赠送一些电池。这种有违人们认知常理的惊人CTM值是如何实现的呢?

  1、拼片技术全面采用半片封装的方式,电池片测试效率是按照整片来测试的,而采用半切的封装方式可以使得电池的体电阻减半,根据公式P=IR2我们可以得知消耗在副栅和主栅上的功率仅为原先的四分之一,此部分会使得60片组件的总功率提升5~6W,这会使得CTM增加2%。

  2、电池片主栅部分遮挡所损耗的功率通过拼片技术的三角焊带把功率找了回来。在电池片测试功率的时候,主栅遮挡部分所损耗的功率默认不计入,而用拼片的三角焊带技术则又把这部分功率找回来,进一步提升CTM值。

  四、拼片的半切技术取之精华、去其糟粕

  半切工艺无论谁都能用,但常规半切工艺会使得组件面积变大1.5%左右,这主要是由于常规60型组件整片封装上下电池片的间缝隙总共有9个,而半片封装上下电池片的缝隙数量将会翻倍达到18个,半片使得缝隙数量倍增,进而导致组件面积增加,半切带来的收益很大部分被组件面积变大增加的成本而抵消。而拼片技术不一样, 拼片技术最精华的优点就在于消灭上下电池片之间的缝隙(如下图)。

  其实半片出来已经很久了,主流厂家为之准备的产能也已经十分庞大,但是当前主流市场中,80%以上的产品依然以常规整片为主,为什么会这样呢?一位电站业主朋友一语中的:半片组件功率只提升一档,但是组件面积增加1.5%,组件效率等于没提升,对于终端电站业主基本没效用。

  那么为什么常规组件的封装方式使用半片技术必然会导致组件面积增大1.5%呢?这主要是因为常规组件的焊带有一定厚度,焊带从正面引到背面时需要留有1.6~2mm的间距以释放焊带应力。60型组件整片封装模式中,上下电池片的缝隙总计有9个,而若使用半片技术,缝隙就会倍增到18个,进而使得组件整体面积增大,组件效率未有提升。

  而拼片技术巧妙的使用了双焊带系统,正面使用陷光效果极好的三角焊带,背面使用扁平柔性焊带轻松释放焊带应力。使得上下电池片间距可以缩小到“0”,进而完美解决半片技术带来的缝隙倍增的问题,并完整保留半片带来的功率增益。拼片必然半片、半片必然拼片,拼片与半片珠联璧合、相得益彰。相信随着拼片技术渐成主流,困扰半片技术多年的问题将迎刃而解。

  五、拼片技术为158.75mm大硅片而生

  在单晶硅片尺寸由156.75mm导角片变为158.75方单晶的产业进程中,我算是见证者,可能也算得上是推动者,对于158.75方单晶为何能成为产业主流我有过诸多讨论,感兴趣的朋友可以回顾一下我的老文章《单晶硅片大尺寸路在何方?》。晶科当前最受市场欢迎的猎豹组件就是使用这一规格,但是这一尺寸随之而来的问题也是存在的,晶科60型猎豹组件的长度达到了1684mm,比常规组件长了34mm。

  拼片技术则可解决大硅片带来的组件长度增长的问题,而且在不使用贴膜,组件长度缩短27mm的情况下,60型组件的功率还可再高一个档位。经我测算,使用拼片技术叠加158.75大硅片的组件长宽为1657mm×1000mm,使用效率为22.1%的电池片封装功率可达到335瓦。

  常规组件基于22.1%效率的电池片仅能实现310W的组件(此处特别提示:部分组件厂拿21.7%效率电池也可封装成为310组件是因为电池片厂“功率让档”,举例来说实测是21.9%效率的电池片,但电池厂销售时却标为21.7%,进而造成组件厂封装CTM很高的假象。本文所有的讨论均剔除电池片厂“功率让档”的影响),使用拼片技术后,在组件面积仅增大1.2%的情况下装下了整整大一圈的电池片,组件功率提升5档达到了335W,组件功率提升335÷310-1=8%。组件效率提升1.08÷1.012-1=6.7%。

  拼片技术为158.75mm大硅片而生,反过来也一样,当158.75mm渐成主流时,也在呼唤拼片技术的到来。

  上面这张图统计的是主流厂商对158.75的备战情况,主流厂商中除了隆基股份,均已在着手切换158.75方单晶。158.75方单晶+拼片技术可有效压缩组件面积;更小的组件带来的价值不仅体现在更低的组件封装成本,还体现在更低的运输成本、更低的土地成本、支架成本、人力成本、安装成本、运维成本等等。组件面积缩小带来的价值是全系统的,产业链各个环节均将受益于组件面积缩小。经我测算,不算功率提升部分,每片60型组件仅因拼片组件面积缩小带来的价值为14~25元(面积相关成本较高的地区面积缩小带来的增益更高),按照1GW组件产能每年300万片60型组件产出来计算,对应的价值量为4200~7500万/年(注意是每年),仅此部分的一年的价值量就已经大于技改拼片技术的全部成本。

  六、拼片技术为双面组件而生

  熟悉组件生产的朋友都会清楚:同样效率的电池片若采用单面封装效率可达310瓦,那么采用双面封装的组件正面效率就仅仅只有305瓦了,之所以会损失一个功率档是因为:常规单面封装组件留白处的光线经过反射和漫反射的作用,部分光线又会重新回到电池片中,进而会有一个功率档的增益。

  而在双面发电的组件当中,由于背面也要发电,采用玻璃封装,电池片缝隙处的光线会直接透过组件而浪费掉,和单面封装相比,相当于损失一个功率档。

  使用拼片技术的双面组件就不会出现上述情况,和常规封装方式不同,使用拼片技术的双面组件功率会有所降低,但远未达到一个功率档的量级。根据通威最新的电池片报价,双面电池的价格低于单面电池,终端厂商和客户都在积极的使用双面技术,在双面组件渐成主流的时代背景下更加凸显拼片价值,拼片技术为双面组件而生。

  七、技改拼片技术的设备回收期

  终于来到了本文最后也是最重要的部分:技改收益的测算。但在回答这个问题前我们首先需要回答参照系问题,到底是以谁为基础测算收益率?

  根据我对终端电站业主和组件大厂的销售人员处了解到:当前市场中80%的组件还是以156.75mm的整片组件为主。且边际收益率最大的厂商会最有动机进行技改,所以本节测算所选择的参照系就是:基于156.75mm导角单晶硅片的5BB整片组件产能。技改前后的组件参数对比如下:

  为了方便大家理解表格中的数据,此处我做一些讲解:

  1、电池效率一栏,给5BB电池锚定22.1%的效率,而7BB电池片的效率则达到了22.15%,高0.05%的原因是7BB电池主栅增加两根,有利于提高电池片效率,0.05%的提升幅度已经经过实证数据验证。

  (此图是近期的一批测试数据,可以看到7BB使得电池效率的正态分布提升)

  2、组件长宽一栏罗列的是各自组件尺寸,差值栏填写的“大1.2%”的含义是常规60整片组件技改成为拼片158.75方单晶半片后的组件面积增大1.2%。

  4、第四栏“扣除边框后的组件面积”解释:组件为了满足安全性和稳定性的要求,TUV等认证机构规定电池片到边框外侧的距离至少为1.7CM,由于这部分面积是刚性不可更改的面积,扣除这部分面积后组件面积更能体现组件厂可自主发挥的余地。

  5、Cells to Module一栏是拼片与常规组件的重大差别所在,拼片技术史无前例的使得CTM值大于100%。3.9%的差值含义是:使用拼片技术每封装100片电池片相当于白白捡回来3.9张电池片。技改拼片技术后相当于赠送电池片,每100片相当于赠送3.9片电池,每1GW相当于赠送741万片电池。

  7、电池片总面积的含义是60张电池片的面积,常规156.75M2的单张电池片面积是0.024432㎡,60张M2电池片的面积是0.024432×60=1.466㎡;158.75方形单晶电池片的面积是0.0252㎡,60张方单晶电池片的总面积是0.0252×60=1.512㎡

  8、屏占比一栏的含义是:电池片总面积÷组件总面积

  9、剔除边框后的屏占比=电池片总面积÷扣除边框的组件面积。这里便是拼片组件的另一个亮点所在,60型组件能自由发挥部分的屏占比做到了96.49%,而72版型的剔边框屏占比更是达到了97%,这一数据的含义是:扣除组件不可封装电池的边框部分,在可封装电池的面积范围内,拼片技术把97%的面积都塞满了电池片,表明拼片已经把组件的面积利用到了极限;而且剩下3%的面积是留给汇流条和电池串间距的,也均是不可省略的面积。

  10、组件实测功率:组件实测测试的功率

  11、组件销售标定功率档:组件销售时依据实测功率以5W为一档进行划分,舍去多余部分后得到的整数。

  解释完上述概念,本文最关键的部分来了,测算技改收益率:

  1、经测算,由156.75整片5BB扁焊带组件技改为158.75半片7BB三角焊带拼片组件,会使得组件实际功率由312.64W提升至335.9W,净提升功率为23.26瓦。

  2、结合考虑拼片设备的价格,1GW组件产能技改费用介于4500~5000万元之间。考虑到老的串焊设备的出售,总成本可再降低500万元。

  3、技改后组件面积增大1.2%,但组件面积增大的成本可由更低的银浆耗量和焊带耗量所抵消。电站系统中和面积相关的一系列成本在这一正一负中相互抵消,为了简化测算,此部分成本的增减做抵消处理。

  4、此处引入一个重要思路:等面积组件的功率增加部分对电站业主而言相当于赠送系统,所以功率净增加23.26瓦的价值不仅在于可以多销售23瓦的组件,还在于组件可以有更高溢价。

  5、依据前一条思路测算,23.26瓦的价值=23.26×(电站系统价值-逆变器价格)。假设现在一套电站系统的价值是4元/瓦,逆变器价格是0.18元/瓦,那么这部分增益功率的价值为 23.26×(4-0.18)=88.85元。这一测算的含义是:功率为335.9瓦的组件可以比312.64瓦的组件卖贵88.85元/片。

  6、技改后需要采购158.75方形单晶硅片,参照PVinfo的报价,158.75方形单晶硅片比156.75M2单晶硅片贵0.35/pcs,则每60片贵0.35×60=21元。这是成本增加的部分。

  7、每片组件价值净增加为88.85-21=67.85元,按照1GW组件产能年产320万片组件来计算,1GW技改拼片组件一年的收益为67.85元×320万=21712万元。以4500万元的技改成本计算,技改项目的投资回收期为2.48个月,或者换一种说法:技改技术的投资一年回收21712÷4500=4.8遍,注意,是一年回收4.8遍。

  结语:

  2.48个月的项目投资回收期的结论会惊掉所有人的下巴,起初对于这样的结论我也是觉得难以置信的,对于高功率产品溢价的测算一直是我所擅长,但看到这样的结论依然让我震惊不已。和朋友们讨论时他们也指出一些我过于理想化的测算所存在的问题,例如:新品推广的费用问题、7BB非标电池厂商要分去一部分利益、面对电站业主高功率组件是否能实现其全部溢价的问题等等、等等。

  好的,这些问题我都承认,而且多数是一些先有鸡还是先有蛋的问题,并不能改变问题的本质,事实上大家也都认可拼片这项技术。近些年来,新的组件技术不断涌现,半片、多主栅、MWB、大硅片、方单晶、陷光焊带、反光贴膜等等不一而足,但并没有一项技术受到大家的认可而全面普及,因为这些技术有其各自的优点的同时又有一些缺点,市场中80%的光伏组件产能都还是基于常规的封装模式。

  直到拼片技术的出现,他用双焊带的方式消灭了电池片的片间距,进而解决了半片封装缝隙过多的问题、顺带解决了封装大硅片组件面积增大的问题;它用三角形的焊带解决了扁平焊带遮光问题;又用反面焊接、焊带固定的方式解决了多主栅焊接的虚焊、留白、良率低等问题。所以拼片不是一项技术,而是一个技术集合,它用一种极其巧妙的方式把多种新型组件技术融合起来,取其精华、去其糟粕,完整保留了各种新型组件技术的优点,又完美规避掉各种技术的缺陷,在多种技术的叠加助推下,量产组件效率将会轻松迈过20%的门槛,并且在电池效率的继续助推下,雄赳赳、气昂昂地继续向量产21%的组件效率丰碑迈进。

  拼片=半片+7BB多主栅+大硅片+方单晶+三角焊带+消灭片间隙,拼片将会使多种长期难以普及的组件技术一下子全面普及开来,把组件技术革命推向最高潮。

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