隆基、晶科、晶澳、阿特斯等7家企業(yè)聯(lián)合發(fā)布了M10(邊距182mm)的單晶硅片，在已有166mm及210mm規(guī)格的情況下為何要發(fā)布這個(gè)尺寸？該規(guī)格硅片是否是過渡產(chǎn)品？本文將為大家深度闡釋硅片尺寸背后的邏輯，為您答疑解惑。
1、 歷史回顧
光伏組件的大尺寸化趨勢(shì)始于2018年下半年，當(dāng)時(shí)以158.75mm硅片的單晶組件及166mm硅片的多晶組件為主，同時(shí)157.4mm、161.7mm等規(guī)格的硅片組件也有一定市場(chǎng)(均大于原行業(yè)主流的M2-156.75mm硅片)。最初這樣產(chǎn)品出現(xiàn)的主要原因是:通過提高功率在客戶端獲得溢價(jià)。這樣的變化引發(fā)行業(yè)思考：在基本不提高效率的前提下，尺寸變化是否真有意義？結(jié)果發(fā)現(xiàn)大硅片帶來的功率提高確實(shí)可以節(jié)省光伏電站BOS成本，而且采用大硅片可帶來電池、組件制造環(huán)節(jié)的成本降低。
基于以上認(rèn)知，隆基向行業(yè)宣告做大硅片單晶相比多晶更有優(yōu)勢(shì)的觀點(diǎn)，基于百GW存量電池產(chǎn)能的兼容性順勢(shì)推出了166mm邊距的M6單晶硅片(2019年5月)。通過宣傳推廣使下游電站投資與設(shè)計(jì)單位理解并認(rèn)可了硅片變大帶來的系統(tǒng)端價(jià)值。
然而，2019年8月，中環(huán)發(fā)布了210mm邊距的G12硅片。邏輯是光伏最終應(yīng)與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)趨同，采用12英寸的單晶硅片，該規(guī)格得到了電池制造商通威、愛旭的響應(yīng)，新建電池產(chǎn)能計(jì)劃按照G12做規(guī)劃。G12本質(zhì)上是從電池制造環(huán)節(jié)的角度考慮問題，但G12在組件與系統(tǒng)端存在電流過高的問題，直到2020年2月底，天合才推出采用50片G12硅片的組件，通過電池3切后并聯(lián)解決電流過高的問題，但其5列電池的設(shè)計(jì)需要一條額外的焊帶構(gòu)成電路回路，這將造成額外的功率損耗。
G12硅片的出現(xiàn)使組件與一體化制造企業(yè)開始思考新產(chǎn)能的尺寸規(guī)格問題，跳出現(xiàn)有產(chǎn)能兼容性這個(gè)邊界條件后硅片應(yīng)該做多大？在2020年初便有傳言會(huì)出現(xiàn)180mm左右的尺寸，直到6月24日，該規(guī)格終于鎖定在了182mm。
2. 由半導(dǎo)體硅片確定光伏硅片的邏輯誤區(qū)
對(duì)組件、電池尺寸的邊界條件分析是個(gè)很復(fù)雜的科學(xué)過程：有些邊界是模糊的，還要甄別可以突破與難以突破的限制條件。一個(gè)樸素的觀點(diǎn)就是參照半導(dǎo)體行業(yè)，因?yàn)檫@兩個(gè)行業(yè)都是對(duì)硅的利用與加工，光伏行業(yè)最早就是由半導(dǎo)體行業(yè)衍生而出的。
但這種觀點(diǎn)忽略了光伏產(chǎn)業(yè)與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)明顯的差異，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，芯片制造環(huán)節(jié)是最核心的環(huán)節(jié)，隨著制程精度越來越高該環(huán)節(jié)的成本一直處于高位；光伏的芯片“電池”則走著成本不斷下降的路線，每瓦售價(jià)也由最初的數(shù)美元下降到（逼近）0.1美元。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)通過增大硅片面積可以大幅增加芯片的產(chǎn)量從而降低成本，同時(shí)硅片增大對(duì)單個(gè)芯片的形態(tài)沒有影響，因此無需考慮后續(xù)的封裝與應(yīng)用。光伏硅片、電池的變大則對(duì)封裝和應(yīng)用環(huán)節(jié)產(chǎn)生顯著影響，而電池加工環(huán)節(jié)的成本目前僅0.2元/W，占系統(tǒng)總成本不到7%，再以其為中心讓光伏組件與系統(tǒng)不計(jì)代價(jià)去匹配并不科學(xué)。
此外，單看硅片光伏和半導(dǎo)體也有不小差別，半導(dǎo)體用圓片而光伏則用準(zhǔn)方片，半導(dǎo)體硅片厚度為750μm，光伏硅片的厚度則早已降到200μm以下。
總之，評(píng)價(jià)光伏產(chǎn)品、光伏技術(shù)的第一性原理就是度電成本，不考慮發(fā)電能力與衰減的差別就可以簡化為產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的成本，類比應(yīng)遵守基于這一原理，方可避免謬誤的產(chǎn)生。
3、大組件節(jié)省BOS成本的邏輯
在大型光伏系統(tǒng)中，一定數(shù)量的組件會(huì)串聯(lián)成一個(gè)組串，若干個(gè)組串通過電纜連接到匯流箱或組串式逆變器。通常兩串組件安裝于一個(gè)單體支架上而支架通過若干基礎(chǔ)固定在地面上(跟蹤支架上的組件可達(dá)3~4串)。提高單串組件功率就可以降低每瓦的支架、基礎(chǔ)、電纜、匯流箱(或組串式逆變器)的成本；此外對(duì)于相同容量的電站，支架數(shù)量的減少也將導(dǎo)致支架間隙面積的減少從而節(jié)省了土地面積。因此提高單串組件的功率可以節(jié)省電站的BOS成本。大型光伏電站系統(tǒng)電壓從1000V做到1500V的也是類似的道理：電壓提高帶來串聯(lián)數(shù)量的增大從而提高單串功率，進(jìn)而降低BOS成本。
在組件效率相當(dāng)?shù)那闆r下，采用大硅片可以提高單串組件功率：大硅片提高了組件的電流而不改變電壓，組件串聯(lián)數(shù)量不變使單串功率與單塊組件功率呈相同比例增加。與之相對(duì)，通過增加硅片數(shù)量來提高組件功率時(shí)，開路電壓提高導(dǎo)致串聯(lián)數(shù)量減少，串功率不變，因此BOS的下降空間很有限。
從BOS成本的角度來看，G12組件考慮到常規(guī)設(shè)計(jì)電流太高，需用電池片3切技術(shù)把電流降到僅比M6組件略高6.4%的程度，同時(shí)電壓高出3.8%，這帶來的BOS成本節(jié)省將很有限。
4、 由組件尺寸確定硅片尺寸
對(duì)于居民屋頂電站，60C的M6組件面積已達(dá)1.8m2，從單人安裝及屋頂靈活布置的角度該尺寸已達(dá)最佳值。面向大型地面電站的組件則可以繼續(xù)增大，組件的變大需要考慮到制造與物料供應(yīng)的可行性、組件可靠性、組件的運(yùn)輸及系統(tǒng)端的匹配與人工安裝。
分析發(fā)現(xiàn)“木桶的短板”是組件海運(yùn)環(huán)節(jié)，集裝箱(40英尺高柜)約2.57m的門高把組件寬度限制在約1.13m，為裝、卸貨提供了近10cm的操作余量。1.13m的組件寬度與偶數(shù)的電池列數(shù)確定了182mm的硅片邊距。
確定組件寬度與硅片尺寸后，根據(jù)72C半片組件的設(shè)計(jì)，組件的尺寸、重量、電參數(shù)等都可推算、并依次驗(yàn)證出如下結(jié)論：生產(chǎn)可行性、組件可靠性、系統(tǒng)端的匹配等方面均不存在問題，比如逆變器端由現(xiàn)有13A提高到15A可不改變產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計(jì)便捷地實(shí)現(xiàn)，15A逆變器與采用182mm硅片的組件完美搭配。電流的顯著提高可以帶來BOS成本的大幅降低。
采用182mm(M10)硅片組件的正面功率可達(dá)540W，相比采用210mm(G12)硅片的500W組件優(yōu)勢(shì)非常明顯：
組件功率更高，更充分的利用了集裝箱的空間余量，組件的人工安裝成本更優(yōu)；
組件效率更高，G12組件電池3切、單獨(dú)的長焊帶都會(huì)效率損失；
BOS成本更省，M10組件電流與功率均高于G12組件，因此組串功率更高，疊加效率更高，系統(tǒng)端的優(yōu)勢(shì)非常明顯。根據(jù)測(cè)算：M10相比G12在應(yīng)用固定支架時(shí)可至少節(jié)省2.5分/W的BOS成本，應(yīng)用跟蹤支架時(shí)可至少節(jié)省5分/W的BOS成本；
產(chǎn)品制造上，M10的電池效率與良率高，G12還存在很大問題；組件端M10一方面設(shè)計(jì)簡單，一方面功率更高，組件的成本明顯更低。
對(duì)于182mm是否應(yīng)做78片，如第3章的介紹，通過增加片數(shù)提高組件功率在系統(tǒng)端帶來的價(jià)值極其有限(因電壓提高，不改變串功率)，組件進(jìn)一步變大卻帶來產(chǎn)品制造、熱斑、載荷等方面的困難與成本提升，所以開發(fā)意義不大，并非功率越高越好。
總結(jié)
本文具體分析了根據(jù)半導(dǎo)體硅片確定光伏硅片尺寸的邏輯謬誤，指出光伏硅片的尺寸選擇應(yīng)基于度電成本；在當(dāng)前的各環(huán)節(jié)成本結(jié)構(gòu)下，應(yīng)以光伏組件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)應(yīng)用為中心；在系統(tǒng)價(jià)值方面本文提出單串功率是決定BOS成本的關(guān)鍵因素，這也是選擇把硅片做大而非增多的背后邏輯；綜合考慮各方面限制因素可明確最優(yōu)的組件尺寸再反推出182mm的硅片尺寸。
在此可以回答本文開篇提出的問題：182mm邊距的M10硅片是綜合全產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值推出的面向新晉產(chǎn)能的最優(yōu)產(chǎn)品規(guī)格，并非過渡產(chǎn)品而是將終結(jié)尺寸之爭，新上電池、組件產(chǎn)能支持到182mm足矣。
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