单晶大尺寸太阳电池的发展趋势及技术走向研究

（晶澳太阳能有限公司，河北邢台 055550）

0.引言

随着近日某款670W光伏组件的“横空出世”刷新了高功率记录，业界“为之一震”。然而，当热度逐渐褪去，我们进行理性分析后，得到的却是一款面积超过3m2，宽度超过1.3m，重量接近40kg的组件（相当于一辆电动车的重量）。技术方面，这款“大功率”组件亦无明显突破。面积尺寸的增加，尤其是宽度的增加导致力臂变长后变形破损的机率急剧变大，在各种辅材不做加强的情况下，在光伏电站长达数十年的生命周期内，客户所面临的风险其实是几十倍甚至几百倍的增加。这让我不禁思考：“硅片尺寸真的是越大越好吗？”

1.大尺寸硅片、电池、组件近况

硅片的尺寸也是随着高功率组件的需求越来越大，以及激烈的竞争形势，从拉晶到电站一体化成本需要进一步降低。正式应着这两种需求，大尺寸硅片出世，同时因为技术难点不高，比较容易被行业接受和大力推广[1]。发展趋势如图1所示。

图1 电池尺寸发展趋势

目前了解到的大尺寸投产情况见图2所示。

图2 大尺寸产能规模

如此大的产能扩充，也体现了大尺寸被行业内各大公司普遍看好。从已投产的产能上看，182的要远大于210尺寸的硅片，这可能是受210硅片太大，切片碎片，电池及组件制程碎片以及良率等难题的影响导致。

大尺寸硅片投产后不同公司给出了不同的解决方案，其中晶澳给出的解决方案如下：

2.大硅片、大电池、大组件的好处

（1）硅片环节：硅片尺寸大，意味着单晶硅棒尺寸大。因拉晶车间是按照单晶圆棒或方棒重量来计算产能的，这说明同样的时间，生产出来的单晶硅棒的重量增加，在设备、人员、辅材不变的前提下提高了拉晶的生产产能，这就意味着生产成本的降低。切片环节工作效率提升更加明显，同样一刀下去，硅片数量一样，面积的提高就是效率的提高，182硅片的面积是330.15cm2，156硅片面积是242.21cm2，182硅片面积是156硅片的1.36倍，这也就意味着在人工、设备不变的前提下产能提升了将近18%（0.36的一半），成本大大降低。

表1 电池技术解决方案

（2）电池片环节：假设从生产156硅片变为生产182硅片的生产节拍保持不变，由于硅片面积变大了36%，也就意味着产能增加了36%，而生产中所需要的人力、折旧并不会发生明显的变化。这使得电池生产环节“单瓦”生产成本大大下降。单个电池的功率变化趋势如图3所示。

图3 大尺寸在电池端优势

（3）组件环节：组件面积的变大，也节省了很多成本，如EL和功率测试仪器等产能的提升带来成本的降低；组件边框成本节约；玻璃、背板、EVA的成本节约；焊带、汇流条的成本节约等。同时因为硅片尺寸变大，单块组件面积变大，功率也有相应的提升，如图4所示。

图4 大尺寸在组件端的优势

硅片、组件尺寸变大，给光伏行业带来的成本降低显而易见，因此最近这两三年，为了降低光伏发电成本，组件尺寸越做越大。

3.大组件面临的风险

大组件降低了光伏行业发电成本，是行业发展的一种趋势，但超大组件在市场验证安全性和可靠性之前，蕴含一定风险。最近广州发展和粤电进行了光伏组件采购招标，广州发展要求组件电流小于15A，而粤电则要求组件长边小于2288mm，短边大于1133mm且小于1136mm，从这些技术指标要求看，组件的安全性和可靠性是大型发电集团的基本要求，因此182组件也成为他们的首选标的。招标要求组件电流不超15A，这可能是因为以下原因：（1）15A以上电流组件接线盒存在风险；（2）主流厂家15A以上组串式逆变器尚未推出，可靠性与成熟度存疑。根据相关企业此前发布的210系列产品，550W以上组件最大短路电流普遍超过18.4A，只有采用“三分片”无损切割技术，才能将组件最大短路电流控制在15A以下，但多数企业只在500W以下组件中应用这一技术，以满足分布式项目的需求[2]。

表2 硅片尺寸与组件面积对应表

超大尺寸组件除了电流大外，由于其尺寸大、重量大，也会带来安装、运输、产品可靠性等问题。大型电站的光伏组件原则上需要两人搬运，大组件在重量上均不超过40kg在平地上带来的影响并不大，主要需要评估组件面积与宽度对人工搬运、安装的影响。72片电池的M2组件面积约2m2，宽度不到1m；M6组件面积增加到2.17m2，宽度1.04m，因尺寸变化很小，M6组件从人工的角度可以在各种场景下替代M2组，如山地、水面、农业光伏。M10组件面积2.56m2，宽度1.13m，面积相比M2组件增大30%，适合应用于平坦地形，以块计的工作效率、安装破损率仍是有保障的。60片电池的G12组件面积达到2.83m2，1.3m的宽度更远超人双手自然展开的距离，很可能给人工搬运、安装带来困难，过犹不及。光伏组件人工搬运示意图如图5所示。

表3 大尺寸组件与电流对应表

图5 光伏组件人工搬运示意图

除了安装、搬运上的风险，超大尺寸组件的应用风险主要体现在组件的机械载荷性能上。由于光伏组件重量与成本的限制，组件的玻璃厚度是不可能增加的，即单玻使用3.2mm厚度玻璃，双玻使用2mm+2mm厚度玻璃，而玻璃厚度保持不变时，满足载荷要求的光伏组件尺寸就应是有限制的。

超大尺寸组件除了边框应力的增加，仅自身重量就会导致其变形量显著增加，组件面积3m2时，自重变形可达11mm；因此在组件的使用及运输、搬运过程中，如此大的变形势必大大增加电池片隐裂的风险，为电站的发电收益带来隐患。

另外，今年随着硅料紧缺，薄片化进程被迫加速。众所周知，硅片变薄对电池及组件制程都提出了更高的要求，不然可能会因为成品率严重下降而得不偿失。硅片薄片化加剧了大尺寸组件的机械载荷风险。

4.建议

考虑从硅片到组件一体化成本，组件功率，组件短路电流，及应对极端暴雪天气风险等众多因素，182组件成为最可靠的选择。建议选择时不要被表面的高功率所迷惑，基于度电成本、风险收益分析做出理性的选择。