Фотовольтаические пластины: эволюция от 100 мм до 210 мм

Краткий ответ: Фотоэлектрические пластины выросли от длины стороны 100 мм и 125 мм через 156 мм до сегодняшних форматов 182 мм и 210 мм. Каждый шаг был обусловлен одной и той же арифметикой: более крупная пластина производит больше ватт на ячейку, а более крупная ячейка сокращает количество ячеек, паяных соединений и операций обработки на модуль, что снижает стоимость на ватт, даже если сама пластина стоит дороже. Переход никогда не касался только пластины. Переход на 210 мм потребовал изменений в обращении со стрингером, длине ленты, размере камеры ламинатора и транспортной упаковке, и он поднял мощность модуля с примерно 400 Вт до 600 Вт и выше. Для завода, выбирающего оборудование, практический вопрос заключается в том, на какой формат должна быть рассчитана ваша линия, потому что стрингер, рассчитанный на одно семейство форматов, не может быть автоматически переспецифицирован для следующего.

Производство PV-модулей · от Джерри, Ooitech

Введение в продукт

Если вы следили за развитием фотоэлектрических пластин, вы знаете, что длина края солнечных пластин выросла с 100 мм до 125 мм, затем до 156 мм и вплоть до сегодняшних 210 мм.

Мы ясно видим, что по мере взросления фотоэлектрической отрасли размеры пластин продолжают увеличиваться. Какое влияние больший размер пластины оказывает на всю цепочку фотоэлектрической промышленности? И на чем на самом деле основаны эти изменения размеров?

Влияние на цепочку фотоэлектрической промышленности

1) Производители пластин

Большие размеры пластин помогают компаниям по производству пластин снизить три основные затраты: кремниевый материал, выращивание кристаллов и резка.

Основное оборудование для производства пластин (например, печи для выращивания монокристаллов и режущие станки) обычно измеряется в «партиях в час» или «пластинах за смену». Больший размер означает, что одна печь или один станок производит больше пластин за один цикл. Например, площадь пластины 210 мм примерно в 1,82 раза больше, чем у пластины 156 мм, поэтому при одинаковом выходе резки часовая производительность одного режущего станка может увеличиться более чем на 80%.

Постоянные затраты, такие как амортизация оборудования, потребление энергии и рабочая сила, распределяются на большую площадь пластины, поэтому некремниевые затраты на пластину (например, электроэнергия и материалы) заметно снижаются. Согласно отраслевым данным, переход с 156 мм на 210 мм может снизить некремниевые затраты на этапе производства пластин примерно на 20-30%.

2) Производители ячеек

Большие пластины уменьшают «потери на краях» ячеек, так как чем больше площадь пластины, тем ниже доля неактивных краевых областей.

«Скорость линии» производства ячеек в основном фиксирована (например, время цикла PECVD и трафаретной печати), поэтому больший размер пропорционально увеличивает выход ячеек с одной производственной линии и снижает расход расходных материалов, таких как серебряная паста и мишени, на ячейку. Например, расход серебряной пасты для ячейки 210 мм примерно в 1,3 раза больше, чем для ячейки 182 мм, но площадь в 1,82 раза больше, поэтому стоимость серебряной пасты на ватт фактически снижается примерно на 28%.

3) Производители модулей

Ячейки, изготовленные из более крупных пластин, вынуждают увеличивать размер модуля, что позволяет производителям модулей снижать затраты на упаковку и достигать более высокой плотности мощности.

Основные затраты на упаковку модуля — это вспомогательные материалы, такие как стекло, инкапсулянт плёнка, рамки и распределительная коробкаes, а также затраты на оплату труда и оборудование для таких процессов, как стрингирование и ламинирование. Больший размер означает меньшее использование вспомогательных материалов на ватт, а затраты на оплату труда на ватт также снижаются.

4) Инвесторы электростанций

Более крупные модули могут обеспечить более высокую плотность мощности (например, модули с ячейками 210R достигли 600 Вт+, а модули мощностью 700 Вт+ на основе ячеек 210 уже находятся в массовом производстве), что снижает количество модулей, количество монтажных конструкций и длину кабеля, необходимых для электростанции, что косвенно снижает затраты для инвесторов электростанций.

Постоянный рост размеров пластин по сути является совместной модернизацией «снижения затрат и повышения эффективности» для производителей пластин, тестирования ячеек, производителей модулей, инвесторов электростанций и многих других сторон. Увеличивая размер производственной единицы и снижая удельные затраты, дивиденды передаются вниз по цепочке конечным потребителям.

Технические параметры

Технические преимущества

• Более крупные пластины снижают затраты на кремний, выращивание кристаллов и резку на этапе производства

• Один станок для резки может увеличить почасовую производительность более чем на 80% при переходе с 156мм на 210мм

• Не-кремниевые затраты на этапе пластин могут снизиться примерно на 20-30% при переходе с 156мм на 210мм

• Снижение потерь на краях и более низкая стоимость серебряной пасты на ватт (примерно на 28% ниже для ячеек 210мм)

• Модули с более высокой плотностью мощности сокращают количество модулей, монтажных конструкций и необходимую длину кабеля

Применение продукта

История развития фотоэлектрических пластин

Поскольку фотоэлектрические пластины изначально произошли от полупроводниковых монокристаллических материалов, фотоэлектрическая промышленность долгое время следовала размерам полупроводниковых пластин 6 дюймов и 8 дюймов (диаметр), что соответствует так называемым 5-дюймовым пластинам (125мм) и 6-дюймовым пластинам (156мм) по длине края.

По мере роста фотоэлектрической промышленности и увеличения спроса на пластины и ячейки, а также с прогрессом отечественного оборудования для выращивания кристаллов, резки и производства ячеек, 5-дюймовые пластины (125мм) постепенно вышли из фотоэлектрической цепочки. После 2012 года, за исключением одного или двух специализированных производителей ячеек, 125мм пластины были в основном вытеснены рынком.

Пластины 156мм (выращивание кристаллов 8 дюймов) затем стали основным размером. После этого отрасль начала экспериментировать с небольшими увеличениями на платформе выращивания кристаллов 8 дюймов. В конце 2013 года пять компаний, включая Zhonghuan и Longi, совместно выпустили стандарты пластин M1 (156,75-φ205мм) и M2 (156,75-φ210мм). Без изменения размера модуля M2 увеличил площадь пластины (на 2,2%) и повысил мощность модуля более чем на 5 Вт, быстро став отраслевым стандартом и оставаясь стабильным в течение нескольких лет.

В последующие годы крупные производители пластин использовали технические модернизации на основе M1 и M2, чтобы продолжать увеличивать длину края пластины до 158,75, 161,7, 166мм и других размеров. Преимущество пластины 158,75мм заключается в том, что все существующие внутренние мощности могут быть модернизированы путем технического переоснащения с низкими затратами. Даже для очень старых заводов по производству ячеек стоимость модернизации 1 ГВт оставалась в приемлемых пределах.

Преимущество пластины 166,00 мм заключается в том, что её площадь на 12,22% больше, чем у M2, а модули 72-го типа с использованием этой пластины могут достигать 420-430 Вт. В то же время этот размер был близок к пределу мощности существующего оборудования, но не превышал его, поэтому затраты на модернизацию оставались контролируемыми.

С 156 мм до 166 мм все производители на этом этапе увеличивали площадь пластин за счёт технических модернизаций на существующей платформе выращивания кристаллов 8 дюймов.

В августе 2019 года Zhonghuan совершил скачок и выпустил монокристаллическую пластину G12 с длиной ребра 210 мм, напрямую применив спецификацию полупроводниковых пластин к фотоэлектричеству. Целью было достижение скачка в мощности модулей и дальнейшего снижения производственных затрат за счёт более крупных пластин. Но в то время у пластины 210 почти не было поддержки ни вверх, ни вниз по цепочке в фотоэлектрической отрасли, и большинство отрасли скептически относилось к 210.

В 2019 году Trina и Zhonghuan, самые ранние сторонники пластины 210, выпустили следующее поколение новых модульных продуктов. На основе 50-й версии пластины 210 максимальная мощность достигла 500 Вт, что также стало первым продуктом мощностью 500 Вт в фотоэлектрической отрасли. Из-за ограничений спецификаций фотоэлектрического стекла того времени модуль нельзя было сделать с 6 колонками ячеек, можно было сделать только с нечётным числом 5 колонок, а нечётная компоновка колонок означала, что модуль должен был использовать конструкцию с летящим проводом. Также из-за ограничений тока инвертора в то время ячейки нельзя было использовать с половинной резкой, которая была основной в отрасли, и их можно было делать только на трети.

С выпуском пластины Zhonghuan с длиной ребра 210 и преимуществом того, что модули 210 могли достигать мощности 500 Вт+, к концу 2019 года лидеры модулей, представленные Jinko, JA Solar и Longi, погрузились в глубокие размышления. С одной стороны, эти компании хотели продукт, который мог бы противостоять влиянию модуля 500 Вт; с другой стороны, они не хотели делать продукты с нечётными колонками и конструкцией с резкой на трети.

Поэтому эти три компании не выбрали 210, и все они случайно подумали об использовании традиционной чётной компоновки из 6 колонок ячеек для достижения продуктов мощностью 500 Вт+. На самом деле, спецификации трёх компаний изначально не были одинаковыми. Jinko и JA Solar примерно остановились на размере пластины 180 мм в конце первого квартала 2020 года, в то время как Longi изначально определил размер 17X. После общения и переговоров три компании наконец унифицировали размер до 182 мм, и в июне 2020 года три ведущие компании вместе с 7 другими производителями отрасли совместно выпустили монокристаллическую пластину M10 на основе спецификации 182 мм.

Размер ячейки 183,75*182,2, используемый сегодня, основан на технической базе 182 мм. Как и в случае с предыдущей длиной кромки 156 мм, которая постепенно увеличивалась до 158,75 мм, этот подход повышает площадь ячейки за счет технических усовершенствований без изменения размера модуля, что повышает эффективность выработки электроэнергии.

Логика пластин с длиной кромки 182 отличается от скачкообразного внедрения длины кромки 210. Размер 182 был получен путем обратной дедукции на основе существующих граничных условий отрасли. Основными граничными условиями были высота транспортного контейнера и ширина стекловаренной печи. Эти два фактора определили, что верхний предел ширины модуля составляет 1133-1134 мм, что приводит к размеру ячейки 182 мм для шестиколонной компоновки ячеек.

С одной стороны, мощность модуля 182 выше, чем у предыдущего модуля 210 версии 50. Более важно, что модуль 182 полностью продолжил зрелую шестиколонную компоновку и техническое решение с разрезанием ячеек на две части, что обеспечивает лучшие характеристики продукта и зрелую цепочку поставок как выше, так и ниже по потоку. По логике мышления отрасли того времени, 210 нельзя было сделать в шестиколонной компоновке ячеек, потому что стекловаренная печь не поддерживала это, и контейнер тоже не поддерживал. Казалось, что 210 вот-вот станет неудачным решением.

Однако Trina, лидер лагеря 210, преодолела фиксированное мышление большинства специалистов отрасли и разрушила традиционную логику проектирования, быстро запустив продукт модуля 210 с 60 ячейками на основе шестиколонной компоновки и разрезания ячеек на две части, с мощностью модуля до 600 Вт (модуль размером 2172*1303).

Идея Trina заключалась в следующем: если контейнер не поддерживает двухъярусное боковое размещение шестиколонных модулей 210, то просто разместите модули вертикально в контейнере; если стекловаренная печь не поддерживает это, то объедините усилия со стекольными заводами для модернизации производственной линии; если ток ячейки 210 с разрезанием на две части слишком высок для инвертора, то сотрудничайте с производителями инверторов для разработки нового поколения продуктов. Во второй половине 2020 года Trina также возглавила группу производителей в создании отраслевого альянса 600 Вт+, чтобы обеспечить скоординированное продвижение всей промышленной цепочки 210.

Шестиструнная версия модуля 210 достигла ширины 1303 мм и могла размещаться в контейнере только вертикально. Вертикальное размещение вызывало определенные проблемы в некоторых сценариях, и многим клиентам не нравился этот метод. Столкнувшись с этой проблемой, в середине 2022 года Trina смело предложила решение с прямоугольными пластинами, запустив 182-миллиметровыйПрямоугольная пластина 210 мм. Модуль на основе прямоугольной пластины имеет ширину 1134 мм, что соответствует традиционной ширине модуля 182, а длина составляет 238X. Затем в 2023 году 9 ведущих предприятий, включая Jinko, JA Solar и Longi, совместно объявили размер модуля с прямоугольной пластиной, подтвержденный как 23821134.

Для модуля размера 2382*1134 нажмите на текст, чтобы просмотреть предыдущую статью: Почему 2382*1134 является золотым размером для модулей?

В сегодняшнем 2026 году, после нескольких лет споров о размерах, в фотоэлектрической отрасли в настоящее время существуют три основных спецификации пластин: 183.75182.2 мм, 210182.2 мм и 210210 мм. Среди них пластина 183.75182.2 мм, как продвинутая версия серии 182, имеет преимущество существующих мощностей; модуль, изготовленный из пластины 210182.2 мм, называется золотым размером, с более низкими транспортными расходами при экспорте фотоэлектрических модулей, и он совместим с производственными линиями модулей серии 182; доля рынка пластины 210210 мм также постепенно растет.

Точка зрения Ooitech

Ooitech считает: эволюция размеров фотоэлектрических пластин от 100 мм до 210 мм в основе своей является совместной модернизацией всей производственной цепочки, масштабированием производственных единиц для снижения удельных затрат и передачи выгод вниз по цепочке.