疊瓦已死,拼片將生?

                      2019-05-13

                           

                           所謂拼片技術是指:在傳統組件封裝技術基礎上,僅通過更換串焊機的方式,實現片間距的大幅縮小和三角焊帶的焊接,最終達到比肩疊瓦組件的封裝密度。此外拼片技術得益于更高的良率和完全自主的知識產權,當下可量產的拼片組件效率甚至要高于疊瓦組件,基于22.1%量產效率的Perc電池,拼片組件效率可輕松突破20.2%。光伏組件拉力試驗機

                                                 (拼片組件對比常規5BB半片組件)

                            更重要的是,拼片設備的投資成本僅為疊瓦技術的五分之一,又得益于超高的CTM(大于100%)和超高的良率,生產過程中的可變陳本僅為疊瓦的90%。拼片的出現不僅會堵死疊瓦封裝工藝的未來之路,更會使得沿用多年的組件封裝技術迎來摧枯拉朽式的革命性變化。

                      我們如何評判一個組件封裝技術是否優秀?

                      研究光伏行業多年,我和別人討論無數,也看別人相互之間討論無數,我經??吹接懻摰膬煞綖橐粋€問題爭論的不可開交,面紅耳赤;爭論了半天下來最終發現兩個人根本就沒有在一個彼此都可接受框架內去討論問題,所以從討論開始之初就注定無法達成一致,而是變成了為辯護自己的無意義的爭吵。

                      正是因為經歷過、見證過太多的這樣的無意義的爭吵,所以我在展開一個問題之初非常注重討論清楚分析這個問題的框架,這就是我所提倡的:分析問題的結構化思維。我們先從一個彼此都能接受的分析問題的框架出發,再去討論問題,以數據和事實說話,最終輕易得出有效結論。按照這樣的思路出發,復雜問題就會變得簡單許多。

                      我們今天要討論的問題是:如何評判一個組件封裝技術是否優秀?組件封裝技術是否優秀至少有兩個維度,一個是組件封裝效率、另一個是組件封裝成本。我們先來看組件封裝效率的問題。

                      我給出的評判組件效率的模型是(后面一節考察成本問題):


                           此時我再引入一個組件屏占比的概念,在組件當中我把電池片的總面積和組件的總面積的比值定義為屏占比。即:組件屏占比=電池片面積÷組件面積。就如同手機一樣,由于組件需要必不可少的邊框以保護電池片,以及匯流條、電池串間隙等必不可少的留白面積,使得組件面積必然大于電池片的總面積。這也就意味著組件屏占比是不可能大于1的,我們盡可能的去接近1,但無法大于1,組件屏占比越是接近1,我們就認為這項組件技術越優秀。把組件屏占比的概念引入公式當中,我們就得到了公式2:

                          此時我們需要對公式中的CTM項做進一步的解釋,CTM的英文原意是Cells to Module,是指電池功率和組件功率的比值。舉例來說,60張電池片封裝前318瓦,封裝后的總功率是307瓦,那么


                      CTM概念的引入主要用于考察封裝的損失,是判斷組件封裝技術優劣的重要參數,一般而言,由于光伏玻璃的透光率僅為92%,EVA膠膜以及焊帶部分也都會對光線有遮擋或耗散,CTM值總是<100%的,我們把小于1的那一部分叫做“封裝損失”。例如上面案例中,從電池片到組件的封裝功率損失=100%-96.54%=3.46%。這不只是純粹的說明案例,事實上當前單晶整片Perc組件的封裝CTM均是介于96~97%之間的,單晶Perc電池片對紫外線光吸收能力較強,而光伏玻璃又恰好阻擋了這部分光線的入射,所以Perc電池片封裝成為組件的過程中封裝損失要更高一些,一般至少在3%以上。

                      最后影響組件效率的自然就是電池片的效率,但本文要討論的是組件封裝技術,電池片的效率取決于電池片廠商的工藝,而非組件廠商,不是評判組件封裝技術優劣的標準。所以在評判組件封裝技術優劣時我們忽略這一部分。


                         至此,我們分析封裝效率的核心框架就出來了:判斷一種組件技術封裝效率是否優秀,最關鍵的兩個核心參數是組件屏占比CTM(成本部分下一節討論)。


                      二、疊瓦的致命軟肋在于CTM過低

                      下面這張圖是我近期調研匯總到的一些關鍵信息,其中拼片技術的這款產品將會在上海SNEC展上首次亮相,我帶大家先睹為快。


                      (需要指出的是,上述數據是基于22%效率的單晶perc電池片做出來的,我們不排除在上海SNEC展上基于更高效率的電池封裝出更高效率的組件)

                      我們可以看到,使用22%效率的電池的拼片技術可以使得組件效率達到20.07%,而同樣基于22%效率電池的疊瓦組件效率僅為19.6%。說實話我當時看到這個數據對疊瓦是十分失望的,從理論上說疊瓦組件封裝屏占比能做到和拼片一樣的水平,但由于生產工藝過于復雜導致良率較低,所以量產的疊瓦組件效率竟然低于拼片組件。如果我們再去看疊瓦CTM數據,對疊瓦的態度就會由失望變為絕望:疊瓦組件CTM僅為95%,這就意味著買回來100張電池片經過劃片和疊片封裝后,疊瓦組件只能得到95張電池片的功率,相當于扔掉5張電池片。

                      疊瓦封裝的基礎原理就必然導致其CTM數據很難看,并且還要低于常規組件,在疊瓦封裝模式中,每66張電池片就會有約2.5張電池片被疊瓦的封裝方式遮擋而浪費掉,此外,由于疊瓦需要把一張電池片裁成5~6張小的電池條,在激光裁割過程中電池效率也會有較大損失。

                      在我原先的邏輯中認為:近些年伴隨著硅料、硅片、電池片價格連連下滑,整個電站系統成本中“硅”成本占比越來越低,進而使得疊瓦這種“浪費”電池片但能提升組件效率的疊瓦封裝方式漸漸變得有經濟性可言。直到拼片的出現徹底打亂了原先的邏輯,拼片技術在不浪費電池片的基礎上實現了不輸于甚至是超越疊瓦的組件效率,這種革命性技術的出現使得疊瓦失去了任何存在的意義。


                      三、拼片驚人的CTM表現,為何能>100%?

                      前面我們科普過CTM(Cells to module)這一概念,對于單晶perc電池片封裝成組件這一過程而言,由于光伏玻璃和焊帶都會遮擋光線,使得最終組件總功率小于電池片總功率,即CTM<100%,常規單晶perc整片組件的CTM大約為96.5%,這相當于買來100張電池片,經過封裝過程的損耗最終只剩下96.5張,或是相當于扔掉3.5張電池片,我們習慣性的把這些稱之為“封損”。我想封損的概念在組件廠的員工心中應當是根深蒂固的,尤其對于單晶perc電池片,封損就像地球在自轉、太陽會升起一樣理所當然,不容懷疑。

                      但是拼片技術的出現將會顛覆人們這一習慣性的認知,在拼片技術以后,“封損”的概念將會被扔進歷史的垃圾桶,拼片將使我們由“封損”時代進入“封益”時代,使用拼片技術封裝組件,非但不浪費任何電池片,對于100張電池片最終封裝完成后反倒相當于贈送一些電池。這種有違人們認知常理的驚人CTM值是如何實現的呢?

                      1、拼片技術全面采用半片封裝的方式,電池片測試效率是按照整片來測試的,而采用半切的封裝方式可以使得電池的體電阻減半,根據公式P=I2R我們可以得知消耗在副柵和主柵上的功率僅為原先的四分之一,此部分會使得60片組件的總功率提升5~6W,這會使得CTM增加2%。

                      2、電池片主柵部分遮擋所損耗的功率通過拼片技術的三角焊帶把功率找了回來。在電池片測試功率的時候,主柵遮擋部分所損耗的功率默認不計入,而用拼片的三角焊帶技術則又把這部分功率找回來,進一步提升CTM值。

                      四、拼片的半切技術取之精華、去其糟粕

                      半切工藝無論誰都能用,但常規半切工藝會使得組件面積變大1.5%左右,這主要是由于常規60型組件整片封裝上下電池片的間縫隙總共有9個,而半片封裝上下電池片的縫隙數量將會翻倍達到18個,半片使得縫隙數量倍增,進而導致組件面積增加,半切帶來的收益很大部分被組件面積變大增加的成本而抵消。而拼片技術不一樣, 拼片技術最精華的優點就在于消滅上下電池片之間的縫隙(如下圖)。


                      其實半片出來已經很久了,主流廠家為之準備的產能也已經十分龐大,但是當前主流市場中,80%以上的產品依然以常規整片為主,為什么會這樣呢?一位電站業主朋友一語中的:半片組件功率只提升一檔,但是組件面積增加1.5%,組件效率等于沒提升,對于終端電站業主基本沒效用。

                      那么為什么常規組件的封裝方式使用半片技術必然會導致組件面積增大1.5%呢?這主要是因為常規組件的焊帶有一定厚度,焊帶從正面引到背面時需要留有1.6~2mm的間距以釋放焊帶應力。60型組件整片封裝模式中,上下電池片的縫隙總計有9個,而若使用半片技術,縫隙就會倍增到18個,進而使得組件整體面積增大,組件效率未有提升。

                      而拼片技術巧妙的使用了雙焊帶系統,正面使用陷光效果極好的三角焊帶,背面使用扁平柔性焊帶輕松釋放焊帶應力。使得上下電池片間距可以縮小到“0”,進而完美解決半片技術帶來的縫隙倍增的問題,并完整保留半片帶來的功率增益。拼片必然半片、半片必然拼片,拼片與半片珠聯璧合、相得益彰。相信隨著拼片技術漸成主流,困擾半片技術多年的問題將迎刃而解。


                      五、拼片技術為158.75mm大硅片而生

                      在單晶硅片尺寸由156.75mm導角片變為158.75方單晶的產業進程中,我算是見證者,可能也算得上是推動者,對于158.75方單晶為何能成為產業主流我有過諸多討論,感興趣的朋友可以回顧一下我的老文章《單晶硅片大尺寸路在何方?》。晶科當前最受市場歡迎的獵豹組件就是使用這一規格,但是這一尺寸隨之而來的問題也是存在的,晶科60型獵豹組件的長度達到了1684mm,比常規組件長了34mm。

                      拼片技術則可解決大硅片帶來的組件長度增長的問題,而且在不使用貼膜,組件長度縮短27mm的情況下,60型組件的功率還可再高一個檔位。經我測算,使用拼片技術疊加158.75大硅片的組件長寬為1657mm×1000mm,使用效率為22.1%的電池片封裝功率可達到335瓦。

                      常規組件基于22.1%效率的電池片僅能實現310W的組件(此處特別提示:部分組件廠拿21.7%效率電池也可封裝成為310組件是因為電池片廠“功率讓檔”,舉例來說實測是21.9%效率的電池片,但電池廠銷售時卻標為21.7%,進而造成組件廠封裝CTM很高的假象。本文所有的討論均剔除電池片廠“功率讓檔”的影響),使用拼片技術后,在組件面積僅增大1.2%的情況下裝下了整整大一圈的電池片,組件功率提升5檔達到了335W,組件功率提升335÷310-1=8%。組件效率提升1.08÷1.012-1=6.7%。

                      拼片技術為158.75mm大硅片而生,反過來也一樣,當158.75mm漸成主流時,也在呼喚拼片技術的到來。


                      上面這張圖統計的是主流廠商對158.75的備戰情況,主流廠商中除了隆基股份,均已在著手切換158.75方單晶。158.75方單晶+拼片技術可有效壓縮組件面積;更小的組件帶來的價值不僅體現在更低的組件封裝成本,還體現在更低的運輸成本、更低的土地成本、支架成本、人力成本、安裝成本、運維成本等等。組件面積縮小帶來的價值是全系統的,產業鏈各個環節均將受益于組件面積縮小。經我測算,不算功率提升部分,每片60型組件僅因拼片組件面積縮小帶來的價值為14~25元(面積相關成本較高的地區面積縮小帶來的增益更高),按照1GW組件產能每年300萬片60型組件產出來計算,對應的價值量為4200~7500萬/年(注意是每年),僅此部分的一年的價值量就已經大于技改拼片技術的全部成本。


                      六、拼片技術為雙面組件而生

                      熟悉組件生產的朋友都會清楚:同樣效率的電池片若采用單面封裝效率可達310瓦,那么采用雙面封裝的組件正面效率就僅僅只有305瓦了,之所以會損失一個功率檔是因為:常規單面封裝組件留白處的光線經過反射和漫反射的作用,部分光線又會重新回到電池片中,進而會有一個功率檔的增益。


                                            (組件白色部分的光經過反射,部分光線又會被電池片吸收

                         而在雙面發電的組件當中,由于背面也要發電,采用玻璃封裝,電池片縫隙處的光線會直接透過組件而浪費掉,和單面封裝相比,相當于損失一個功率檔。

                                                   (正在浪費光資源的常規雙面組件)

                          使用拼片技術的雙面組件就不會出現上述情況,和常規封裝方式不同,使用拼片技術的雙面組件功率會有所降低,但遠未達到一個功率檔的量級。根據通威最新的電池片報價,雙面電池的價格低于單面電池,終端廠商和客戶都在積極的使用雙面技術,在雙面組件漸成主流的時代背景下更加凸顯拼片價值,拼片技術為雙面組件而生。


                      七、技改拼片技術的設備回收期

                      終于來到了本文最后也是最重要的部分:技改收益的測算。但在回答這個問題前我們首先需要回答參照系問題,到底是以誰為基礎測算收益率?

                      根據我對終端電站業主和組件大廠的銷售人員處了解到:當前市場中80%的組件還是以156.75mm的整片組件為主。且邊際收益率最大的廠商會最有動機進行技改,所以本節測算所選擇的參照系就是:基于156.75mm導角單晶硅片的5BB整片組件產能。技改前后的組件參數對比如下:


                      為了方便大家理解表格中的數據,此處我做一些講解:

                      1、電池效率一欄,給5BB電池錨定22.1%的效率,而7BB電池片的效率則達到了22.15%,高0.05%的原因是7BB電池主柵增加兩根,有利于提高電池片效率,0.05%的提升幅度已經經過實證數據驗證。


                      (此圖是近期的一批測試數據,可以看到7BB使得電池效率的正態分布提升)

                      2、組件長寬一欄羅列的是各自組件尺寸,差值欄填寫的“大1.2%”的含義是常規60整片組件技改成為拼片158.75方單晶半片后的組件面積增大1.2%。

                      4、第四欄“扣除邊框后的組件面積”解釋:組件為了滿足安全性和穩定性的要求,TUV等認證機構規定電池片到邊框外側的距離至少為1.7CM,由于這部分面積是剛性不可更改的面積,扣除這部分面積后組件面積更能體現組件廠可自主發揮的余地。

                      5、Cells to Module一欄是拼片與常規組件的重大差別所在,拼片技術史無前例的使得CTM值大于100%。3.9%的差值含義是:使用拼片技術每封裝100片電池片相當于白白撿回來3.9張電池片。技改拼片技術后相當于贈送電池片,每100片相當于贈送3.9片電池,每1GW相當于贈送741萬片電池。

                      7、電池片總面積的含義是60張電池片的面積,常規156.75M2的單張電池片面積是0.024432㎡,60張M2電池片的面積是0.024432×60=1.466㎡;158.75方形單晶電池片的面積是0.0252㎡,60張方單晶電池片的總面積是0.0252×60=1.512㎡

                      8、屏占比一欄的含義是:電池片總面積÷組件總面積

                      9、剔除邊框后的屏占比=電池片總面積÷扣除邊框的組件面積。這里便是拼片組件的另一個亮點所在,60型組件能自由發揮部分的屏占比做到了96.49%,而72版型的剔邊框屏占比更是達到了97%,這一數據的含義是:扣除組件不可封裝電池的邊框部分,在可封裝電池的面積范圍內,拼片技術把97%的面積都塞滿了電池片,表明拼片已經把組件的面積利用到了極限;而且剩下3%的面積是留給匯流條和電池串間距的,也均是不可省略的面積。

                      10、組件實測功率:組件實測測試的功率

                      11、組件銷售標定功率檔:組件銷售時依據實測功率以5W為一檔進行劃分,舍去多余部分后得到的整數。


                      解釋完上述概念,本文最關鍵的部分來了,測算技改收益率:

                      1、經測算,由156.75整片5BB扁焊帶組件技改為158.75半片7BB三角焊帶拼片組件,會使得組件實際功率由312.64W提升至335.9W,凈提升功率為23.26瓦。

                      2、結合考慮拼片設備的價格,1GW組件產能技改費用介于4500~5000萬元之間??紤]到老的串焊設備的出售,總成本可再降低500萬元。

                      3、技改后組件面積增大1.2%,但組件面積增大的成本可由更低的銀漿耗量和焊帶耗量所抵消。電站系統中和面積相關的一系列成本在這一正一負中相互抵消,為了簡化測算,此部分成本的增減做抵消處理。

                      4、此處引入一個重要思路:等面積組件的功率增加部分對電站業主而言相當于贈送系統,所以功率凈增加23.26瓦的價值不僅在于可以多銷售23瓦的組件,還在于組件可以有更高溢價。

                      5、依據前一條思路測算,23.26瓦的價值=23.26×(電站系統價值-逆變器價格)。假設現在一套電站系統的價值是4元/瓦,逆變器價格是0.18元/瓦,那么這部分增益功率的價值為 23.26×(4-0.18)=88.85元。這一測算的含義是:功率為335.9瓦的組件可以比312.64瓦的組件賣貴88.85元/片。

                      6、技改后需要采購158.75方形單晶硅片,參照PVinfo的報價,158.75方形單晶硅片比156.75M2單晶硅片貴0.35/pcs,則每60片貴0.35×60=21元。這是成本增加的部分。

                      7、每片組件價值凈增加為88.85-21=67.85元,按照1GW組件產能年產320萬片組件來計算,1GW技改拼片組件一年的收益為67.85元×320萬=21712萬元。以4500萬元的技改成本計算,技改項目的投資回收期為2.48個月,或者換一種說法:技改技術的投資一年回收21712÷4500=4.8遍,注意,是一年回收4.8遍。


                      結語:

                      2.48個月的項目投資回收期的結論會驚掉所有人的下巴,起初對于這樣的結論我也是覺得難以置信的,對于高功率產品溢價的測算一直是我所擅長,但看到這樣的結論依然讓我震驚不已。和朋友們討論時他們也指出一些我過于理想化的測算所存在的問題,例如:新品推廣的費用問題、7BB非標電池廠商要分去一部分利益、面對電站業主高功率組件是否能實現其全部溢價的問題等等、等等。

                      好的,這些問題我都承認,而且多數是一些先有雞還是先有蛋的問題,并不能改變問題的本質,事實上大家也都認可拼片這項技術。近些年來,新的組件技術不斷涌現,半片、多主柵、MWB、大硅片、方單晶、陷光焊帶、反光貼膜等等不一而足,但并沒有一項技術受到大家的認可而全面普及,因為這些技術有其各自的優點的同時又有一些缺點,市場中80%的光伏組件產能都還是基于常規的封裝模式。

                      直到拼片技術的出現,他用雙焊帶的方式消滅了電池片的片間距,進而解決了半片封裝縫隙過多的問題、順帶解決了封裝大硅片組件面積增大的問題;它用三角形的焊帶解決了扁平焊帶遮光問題;又用反面焊接、焊帶固定的方式解決了多主柵焊接的虛焊、留白、良率低等問題。所以拼片不是一項技術,而是一個技術集合,它用一種極其巧妙的方式把多種新型組件技術融合起來,取其精華、去其糟粕,完整保留了各種新型組件技術的優點,又完美規避掉各種技術的缺陷,在多種技術的疊加助推下,量產組件效率將會輕松邁過20%的門檻,并且在電池效率的繼續助推下,雄赳赳、氣昂昂地繼續向量產21%的組件效率豐碑邁進。

                      拼片=半片+7BB多主柵+大硅片+方單晶+三角焊帶+消滅片間隙,拼片將會使多種長期難以普及的組件技術一下子全面普及開來,把組件技術革命推向最高潮。




                      注:以上內容由皖儀光伏拉力試驗機轉載微信公眾號:Solarwit治雨,如有侵權敬請聯系本網站。



                      小说区,视频区,图片区