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光伏电池行业混战 技术之争风云再起,谁将是下一匹“黑马”?

关键词:光伏光伏电池电池技术

时间:2024-04-01 09:56:18      来源:互联网

提效降本是光伏行业发展的永恒话题,在光伏产业链中,电池是技术进步的核心,也决定了光伏产品的效率极限。

提效降本是光伏行业发展的永恒话题,在光伏产业链中,电池是技术进步的核心,也决定了光伏产品的效率极限。

目前,光伏市场跌入寒冬,价格深陷下行周期,行业大洗牌,关于电池的博弈也暗流涌动。

围绕用户关心的电池产品的功率、耐候性、温度系数、衰减等根本性指标,各家企业使出浑身解数,力图寻找新的突破点,快马加鞭研发新技术,让产品杀出重围。

TOPCon、HJT、BC、钙钛矿等技术不断革新与相互“较量”,多种产品百花齐放、争奇斗艳,究竟谁能走得更稳更远?谁又是下一匹“黑马”?

光伏电池技术更新迭代光伏企业加速研发

回顾光伏电池的发展史,不难看出电池技术进步之于行业的意义。

2012年之前,中国光伏产业属于“三头在外”,原料、市场、设备均依赖国外,电池技术也同样受制于人。2012年,中电光伏牵头国家863项目,正式吹响了我国PERC电池产业化的号角。但光伏产业刚刚起步,就遭遇了“双反”的当头棒喝,行业还来不及站稳脚跟就立即跌入寒冬,光伏电池技术也亟需自主研发,打破处处掣肘的局面。

艰难时刻,中国光伏企业也展现出了超强的韧劲,一批企业倒下去,又一批企业站了起来,而且凭借技术升级,中国光伏实现弯道超车,终于在国际赛场拥有一席之地。

在2016年以前,中国光伏电池技术基本停在第一代常规AI-BSF铝背场电池。2016年,国家能源局实施的“光伏领跑者计划”,引领国内PERC电池正式开启产业化量产,平均效率达到20.5%,我国开始大规模量产PERC电池与组件,由此带动了单晶PERC的产业革命。

也正是PERC之后,光伏电池的发展才驶入了快车道。

2018年前后,国内厂商开始积极布局TOPCon技术,龙头企业的N型TOPCon电池最高效率达到了24.19%,IBC太阳能电池转换效率达到25.04%。

此后,行业“内卷”加剧,光伏电池技术发展加速,速度之快令人应接不暇,甚至有行业人士感叹:恨不得一年就是一个时代。

2019年,PERC电池规模化量产提速,量产效率达22.3%,产能占比超过50%,正式超过BSF电池成为最主流光伏电池技术。

2021年,黄河水电建成中国首条IBC电池量产线,产能200MW,平均效率突破24%。同年,部分企业开始研发BC技术路线,并将其产品的转化效率做到接近26.5%。

2022年,隆基绿能打破尘封五年的硅太阳能电池转换效率世界纪录,达26.81%,这也是第一次由中国太阳能科技公司创造的迄今为止硅太阳能电池效率的最高纪录。

2023年9月,隆基绿能正式对外官宣了未来将BC技术作为主要技术路线。一石激起千层浪,关于后PERC时代哪种技术才真正代表未来,再次引发了行业技术路线之争。PERC出清、TOPCon看似风头正劲,BC电池技术异军突起,再加上异质结、钙钛矿……到底谁才是最后赢家,一时间难判高下。

采用含铅量较高的银铝浆

TOPCon优势和短板已凸显

当前,PERC电池经过5年发展,已逐步逼近其理论效率极限,目前产线量产效率23%左右,理论极限效率24.5%,未来提升空间有限,且提升难度极大,很多企业都在寻求出路。

2023年,可以说是TOPCon电池量产效率提升速度最快的一年。2023年9月, TOPCon电池平均量产转换效率达到26.05%,两个月后达到26.1%。一些积极布局TOPCon的企业加速追赶,平均量产效率纷纷突破25%,有的甚至达到26%。

2023年也被看作是TOPCon电池需求放量的元年,多家头部企业都不约而同地选择了TOPCon技术路线。

众所周知,目前已知的TOPCon产线大多由PERC产线改造而来,其对外宣称的低衰减、低功率温度系数、高双面率、高弱光响应能力等特性,也是目前部分主流厂家在说服市场时采用的基本话术。改造费用低,整体性价比满足要求,对于许多“老玩家”来说,没有新产线的重投资包袱,确实是一笔划算的买卖。

但是,我们不能因此忽视了TOPCon自身存在的短板。TOPCon电池受益于隧穿层良好的钝化效果,理论效率极限是28.7%,但其理论极限建立在正面无栅线遮挡、无光学损失等前提下。目前量产的TOPCon电池的确可以通过工艺的持续优化,形成双面钝化结构(短期或存在良率问题),但其正面却始终存在光学损失,因此无法达成理论极限的前提条件,预计增效只能达到26.5~27%。

同时,TOPCon上表面电极材料选择采用含铅量较高的银铝浆,该电极材料在酸性环境下容易发生电极腐蚀,形成黑斑,从而影响电流传输,甚至导致电池的彻底失效。尤其是现阶段TOPCon单玻组件在背面封装时采用的是PET背板加EVA封装,在单玻的封装环境下,TOPCon组件受到水汽入侵后更容易在组件内部形成酸性环境,使得其含铅量高的银铝浆料,更易发生分解,导致大面积DH失效。因此目前市面上看到的TOPCon组件,绝大部分采用双玻工艺,极少出现单玻,这也是由于其本身结构缺陷所致。

还有一点值得注意,那就是在工商业分布式领域,人们常见的彩钢瓦屋顶,也会因为TOPCon双玻组件的载荷以及背面发电增益几乎为零等问题,导致实际输出功率不达预期,从而带来运营期间的发电损失。针对TOPCon目前存在的短板,大多数光伏企业已经意识到,也在努力寻求新的技术突破口,尽量弥补其先天不足的问题,不过基于现实条件以及技术能力,效果并不理想。

增效的同时降低成本

BC技术能否成为未来主流?

也有一些企业选择了另辟蹊径。我们看到,异质结电池HJT、 HBC和钙钛矿叠层电池屡见不鲜,这也意味着,未来技术提升的空间仍然巨大。也有业内人士认为,BC技术是晶硅电池效率提升的终极之路。

何出此言?

这恐怕要得益于BC技术正面无金属电极遮挡、可以最大化吸收光线、提高短路电流和转换效率这一先天性优势。与其它电池相比,BC理论转化效率可达29.1%。但在过去,BC技术一度因为高成本让人望而却步,劝退了当时包括Sunpower在内的主流技术厂商。

但是,多年过去了,我们看到由中国公司再次高举BC大旗且呼应者众,我们不由得感慨,如今风水轮流转,国际光伏技术的舞台,也该轮到中国公司的主场了。

同时我们也可以看到,作为通用的平台型技术,BC电池具备优异的工艺兼容能力,它几乎可以和当前任何主流技术路线兼容,实现效率倍增,创造更多可能性的同时也带来更多想象空间。

上海交通大学太阳能研究所所长、上海市太阳能学会名誉理事长沈文忠教授在接受媒体采访时就曾介绍:“任何的技术也都可以做BC技术,比如PERC可以做BC,TOPCon可以做BC,包括异质结也可以做BC,BC技术其实是一个平台技术,掌握了这个平台的技术以后,不管是你发展到哪一个电池技术,不论是后来的异质结乃至后面的叠层电池技术都可以做BC技术。”

现阶段,多家光伏龙头企业正在研发或押注BC技术,因此当BC技术甫一出现,市场就对其给予了较高的期待。

以隆基绿能为例。隆基的研发投入一直以来都位居全球光伏行业榜首。自2012年上市以来,研发投入已累计超过220亿元。在技术方面,隆基绿能始终行走在行业前沿,即使两次穿越行业低谷,仍然坚持不懈,给我国光伏行业的技术革新带来一线生机。2012年,隆基逆流而上,在行业破产大潮中完成了单晶硅片和硅棒的扩产。在2014年金刚线切割还尚属行业新鲜事物、众人对此充满疑虑的时刻,隆基便对此展开研发,并于2015年全面推行金刚线切割技术。

如今,在电池技术寻求新突破的关键时期,隆基绿能加速BC电池技术的研发布局,在HPBC、HBC、TBC等多种BC技术路线上都有储备。

按隆基绿能董事长钟宝申的话说,过去BC技术成本比较高,而隆基通过技术攻关让BC技术真正走向了平价。这是龙头的责任与担当。

近期,钟宝申在接受媒体专访时进一步表示:“BC技术,我感觉非常像2013年和2014年的单晶产品。那时大家都认为多晶好,但我们坚持了自己的判断。这次我们非常坚定会出现相同的结果。这也是我们在TOPCon的投资上非常保守的原因。”

据了解,此前隆基绿能自主研发的HPBC技术,便在BC技术基础上结合TOPCon技术优势,利用P型硅片实现超越N型的转换效率,将BC电池量产效率提升到媲美TOPCon的25.3%。根据最新数据,隆基目前发布的HPBC新品,单位面积发电较PERC提升11.5%,较TOPcon提升4.5%。

2023年10月,隆基绿能发布了号称行业“单玻之王”的Hi-MO X6高效防积灰组件,该组件的最大卖点就是边框上的防积灰设计,不仅可以利用雨水冲刷带走灰尘,还在2023年冬的大雪天表现出了优异的防积雪实力。

今年2月29日,防积灰组件发布仅4个月后,隆基再次发布了首款基于HPBC技术的双玻组件——Hi-MO X6双玻耐湿热组件。如其名字所展示般,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,抗水汽能力达到EVA的七倍,更适用于高温高湿环境下的光伏应用场景,以期创造更高的长期收益。

尽管在BC技术方面已经有了一定的技术突破,隆基绿能还持续地在多条技术路线上布局研发,以求精益求精,带给光伏行业更多惊喜。

电池效率不断创新高谁能走得更远?

对光伏行业来说,眼下无疑既是最坏的时代,同样也是最好的时代。行业内卷、洗牌加剧,但科技仍然是第一生产力。无论多晶还是单晶,电池的原料都是多晶硅料,二者的区别主要在于技术,而技术革新的本质仍然是提高转换效率及降低度电成本。

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%。

日前,东方日升宣布其HJT210伏曦电池片成功通过了国际第三方检测、检验和认证机构德国莱茵TÜV的严格测试,并获得了TÜV莱茵首家HJT电池片的认证证书,HJT伏曦电池片效率可达26.2%。

根据隆基绿能最新消息,近期,该企业将很快推出基于冠军技术的下一代BC电池,新产品的效率将比当前市场上主流的TOPCon电池高5%,牢牢锁定全球领先地位,隆基也寄望于此来摆脱同质化竞争。

冬天到了,春天还会远么?目前,各家头部公司都在电池研发上蓄力,在为自身谋得一线生机的同时,也带来了产业整体竞争力的不断提升。未来,谁能在市场上越走越远,权且观之,拭目以待!

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