Солнечный элемент или солнечная панель: что не говорят названия машин

Краткий ответ: Краткий ответ: солнечный элемент и солнечная панель производятся двумя разными отраслями на двух разных заводах. Производство элементов начинается с кремниевой пластины и использует диффузионные печи, PECVD и трафаретные принтеры для создания устройства напряжением около 0,5–0,6 В, и примерно 95% коммерческих элементов — это кристаллический кремний. Производство панелей, или модулей, начинается с готовых элементов и использует таббер-стрингер, станцию укладки, ламинатор, машину для окантовки и тестер, чтобы собрать из 60–144 элементов герметичный модуль мощностью 400–700 Вт. Заводам по производству элементов нужны печи с температурой выше 800 °C и условия чистого помещения; линия сборки модулей работает при температурах ламинации около 150 °C в обычном промышленном цехе. Ooitech строит линии сборки модулей от 5 МВт до 1,2 ГВт и не производит оборудование для изготовления элементов. Путаница в названиях реальна даже в нашем собственном каталоге, где машины, работающие с элементами во время сборки модулей, носят названия «для солнечных элементов».

Джерри, специалист по продуктовому маркетингу в Ooitech

Почти каждую неделю я получаю вариацию этого вопроса: покупатель спрашивает, производим ли мы солнечные элементы, а на самом деле он хочет построить линию сборки модулей. Иногда они уже какое-то время сравнивают предложения по производству элементов, прежде чем кто-либо спросит, что подаётся в начале их процесса.

Это происходит постоянно, и это не вина покупателя. Наши собственные машины называются, например, «Лазерный станок для резки солнечных элементов» и «Таббер-стрингер для солнечных элементов». Они работают с элементами и находятся на заводе по производству панелей.

Два завода, два разных бизнеса

Солнечный элемент — это отдельное фотоэлектрическое устройство размером примерно от 16 до 23 см, вырабатывающее около 0,5–0,6 вольта. Солнечная панель содержит множество таких элементов, соединённых последовательно для повышения напряжения, а затем параллельно для повышения тока.

В этом вся связь. Эти два продукта производятся двумя отраслями.

Мы в Ooitech поставляем линии производства панелей от 5 МВт до 1,2 ГВт. Мы не производим диффузионные печи, системы PECVD или трафаретные принтеры. Если вы строите завод по производству элементов, я не тот человек, к которому стоит обращаться.

Где заканчивается производство элементов

Производство элементов начинается с поликремния и заканчивается коробкой протестированных элементов. Примерно пять этапов.

Поликремний плавят и либо отливают в мультикристаллические слитки, либо вытягивают в монокристаллический слиток методом Чохральского. Слитки разрезают на пластины, очищают и текстурируют, чтобы они улавливали больше света.

Разрезанный пополам монокристаллический солнечный элемент с шинами, до сборки модуля

Затем легирование. Бор и фосфор диффундируют для создания p-n перехода, а проводящий путь, образующийся вокруг края пластины, удаляется для предотвращения коротких замыканий. Далее наносится антиотражающее покрытие, обычно нитрид кремния, осаждаемый методом плазмохимического осаждения из газовой фазы. Наконец, металлические контакты трафаретно печатаются серебряной или медной пастой и вжигаются.

Когда это заканчивается, у вас есть элемент. Его тестируют, сортируют по току, упаковывают и продают. На этом заканчивается одна отрасль.

Около 95% коммерческих фотоэлектрических элементов — это кристаллический кремний, остальное — в основном тонкоплёночный теллурид кадмия. Производство элементов капиталоёмкое и контролируется несколькими крупными игроками. Каждая смена поколений, от Al-BSF к PERC и от PERC к TOPCon, была вызвана одной и той же концентрированной группой производителей. Только PERC добавил примерно на 12% больше выработки энергии по сравнению со старой структурой Al-BSF.

Где начинается производство панелей

Отсортированные солнечные элементы, подаваемые на линию сборки модулей по конвейеру

Сборка модулей берёт коробку элементов и превращает её в продукт. Шесть станций, по порядку.

Всё начинается с лазера, который разрезает элементы по размеру для половинных и черепичных форматов. Лазер, настроенный слишком горячо, повреждает край элемента, и оставшаяся микротрещина остаётся невидимой до электролюминесценции — к тому моменту модуль уже герметизирован. Затем стрингер припаивает ленту к каждому элементу и соединяет их в последовательную струну. На нашем AM050FH диапазон элементов составляет от 161 мм до 230 мм, бой элементов остаётся ниже 0,2%, а выход пайки выше 95%. Ни один из этих дефектов нельзя исправить на последующих этапах. Треснувший элемент, попавший в ламинатор, выходит как брак, а не как изделие для переделки.

Паяльная головка наносит медную ленту на солнечные элементы

Автоматический таббер-стрингер для солнечных элементов на заводе по производству модулей

Укладка — это где собирается стек: струны укладываются на стекло, с инкапсулянтом (EVA) сверху и снизу и задним листом сверху. Затем ламинатор создаёт вакуум, прикладывает давление и выдерживает стек при температуре около 150 °C, пока EVA не сшивается в единый герметичный блок. Это температурное окно уже, чем предполагают брошюры об оборудовании, и плита с холодным углом оставляет неотверждённый инкапсулянт, который расслоится годы спустя. Сам ламинатор — это где сосредоточена большая часть этого риска. Окантовка, распределительная коробка и финальное тестирование завершают модуль, и оба тестовых этапа должны быть встроены в линию, а не в её конце. Завод, который тестирует только готовые модули, уже заламинировал каждый дефект стрингеровки в продукт, который не может быть переделан.

Электролюминесцентная инспекция спаянных струн элементов

Каждая машина в этом списке находится на линии сборки модулей, включая те, что названы в честь элементов.

Сторона элементов отдельно описана в нашем руководстве по процессу производства солнечных элементов TOPCon.

Почему путаница стоит денег

Ошибка здесь меняет ваш план капиталовложений на порядок.

Фабрика ячеек требует высокотемпературных печей, вакуумного осаждения и среды класса чистого помещения. Завод по сборке модулей требует промышленного цеха, умеренной мощности и технической команды, которую можно обучить за месяцы. При одинаковом номинальном выпуске инвестиции различаются примерно на порядок. Этот разрыв проявляется в здании, которое вы арендуете, в электрическом подключении, на которое подаёте заявку, в разрешениях, в навыках, которые нанимаете, и в том, как долго вы ждёте, прежде чем первый товарный модуль выйдет за дверь. Покупатели, закладывающие бюджет не на то, либо привлекают слишком много капитала, который не могут развернуть, либо привлекают слишком мало и застревают на полпути со зданием без оборудования.

Есть и вторая ловушка. Поставщики указывают годовые МВт, а годовые МВт — это отчасти расчёт по мощности. Возьмём машину, обрабатывающую 24 модуля в час. Оцените модуль в 275 Вт — получите примерно 57 МВт в год. Оцените тот же модуль в 550 Вт — и та же машина внезапно выдаёт 114 МВт. Ничего в камере, насосах или цикле не изменилось. Сравнивая предложения, запрашивайте количество товарных модулей в час и пересчитывайте в МВт самостоятельно, используя продукт, который вы действительно будете выпускать.

Мировая установленная мощность фотоэлектрики достигла около 1 185 ГВт к концу 2022 года, обеспечивая более 6% мировой электроэнергии, а стоимость солнечной электроэнергии упала примерно на 85% с 2010 года. Такой рост привлекает множество новичков в сборку модулей — именно поэтому так много покупателей-новичков приходят с вопросом «ячейка или панель».

Почему путаница сохраняется

Цифра 95% создаёт впечатление, что производство ячеек — широкая отрасль, тогда как на самом деле она узкая и концентрированная. Более важный фактор ближе к дому. Линии модулей весь день покупают ячейки, обрабатывают ячейки, режут ячейки и тестируют ячейки, поэтому называть оборудование по тому, с чем оно соприкасается, естественно. Эта привычка перестаёт быть полезной в тот момент, когда вы пытаетесь понять, что именно вам продают.

Четыре вопроса, которые нужно задать перед сравнением предложений

Задайте их, прежде чем сравнивать любые два предложения.

Начните с запроса списка станций. В предложении на линию модулей перечислены стрингер, раскладка, ламинатор, обрамление и тестер — полная последовательность здесь — а в предложении на линию ячеек перечислены печи, осаждение и печать. Обычно этого одного ответа достаточно.

Если нет, спросите, что подаётся в начале процесса. Пластины означают производство ячеек; коробки готовых ячеек означают сборку модулей. Спросите, как выглядит здание — цех класса чистого помещения с мощным электроснабжением указывает на фабрику ячеек, обычный промышленный цех — на линию модулей. И спросите, в чём измеряется выпуск: модули в час — это линия модулей, пластины в час — это линия ячеек.

Поставщик, который не может чётко ответить на первый вопрос, уже ответил на него.

Часто задаваемые вопросы

Солнечная панель — это просто множество солнечных ячеек? Электрически — да: 60–72 ячейки последовательно, или 144 в половинном формате. Физически это другой продукт с другого завода. Ячейки поступают готовыми и отсортированными; задача линии модулей — соединить, герметизировать и защитить их.

Может ли одна компания вести оба производства? Некоторые крупные производители делают это на одной площадке. Это отдельные здания с отдельным оборудованием и обычно отдельными командами, и большинство производителей модулей покупают ячейки у специализированных производителей ячеек.

Мой поставщик предложил «машину для солнечных ячеек». Для какого завода она? Проверьте процесс. Если она паяет шину, режет ячейки для половинных раскладок или тестирует готовые модули — это оборудование линии модулей.

Что прибыльнее? Сборка модулей, судя по цифрам, которые я вижу, но преимущество тоньше, чем предполагает разрыв в капитале. Линии модулей нужно меньше капитала, и она выходит на производство за месяцы, поэтому несколько заводов конкурируют за одни и те же заказы, и маржа остаётся низкой. Производство ячеек требует гораздо больше капитала и контролируется горсткой владельцев, что удерживает цены стабильнее, но делает вход почти невозможным без крупного баланса. В любом случае загрузка решает исход задолго до технологии.

Ограничивает ли эффективность ячейки то, чего может достичь мой модуль? Да, и этот потолок фиксируется до того, как ячейки попадут к вам. Линия модулей может сохранить эффективность ячейки или потерять её — из-за микротрещин, холодных паяных соединений или EVA, которая так и не сшилась полностью. Она не может добавить эффективность, которой у ячейки не было. Линия модулей защищает потолок, который она не создавала.

Моё предложение указано в МВт в год. Это сопоставимо? Только если оба предложения используют одинаковую мощность модуля и одинаковые допущения по времени работы. Сначала пересчитайте в товарные модули в час, затем примените мощность вашего собственного продукта.

Что делать дальше

В следующий раз, отправляя запрос, добавьте одну строку вверху: пожалуйста, включите полный список станций с временем цикла по каждой станции. Поставщики, у которых он есть, пришлют его за две минуты. Те, у кого нет, вместо этого пришлют годовую цифру в МВт.