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異質(zhì)結(jié):光伏電池未來5年重大技術(shù)變革!

   2021-07-30 浙商證券53700
核心提示:光伏電池片未來 5 年將迎重大技術(shù)變革!? 光伏行業(yè):由政策+技術(shù)驅(qū)動,行業(yè)發(fā)展猶如長江后浪推前浪,伴隨每一代技術(shù) 進(jìn)步,中國
光伏電池片未來 5 年將迎重大技術(shù)變革!

? 光伏行業(yè):由政策+技術(shù)驅(qū)動,行業(yè)發(fā)展猶如“長江后浪推前浪”,伴隨每一代技術(shù) 進(jìn)步,中國出現(xiàn)了尚德、英利、協(xié)鑫、隆基、通威等一批又一批的光伏行業(yè)龍頭。

?未來 5 年:電池片是光伏產(chǎn)業(yè)鏈重大技術(shù)變革環(huán)節(jié),設(shè)備受益迭代需求。

?技術(shù)發(fā)展史:鋁背場 BSF 電池(1 代, 2017 年以前)→PERC 電池(2 代,2017 年至今)→PERC+/TOPCon(2.5 代)→HJT 電池(3 代)→HBC 電池(4 代,可能潛在方向)→鈣鈦礦疊層電池(5 代,可能潛在方向)。

?光伏行業(yè)的核心是“降本+升效”、降低度電成本。單晶電池技術(shù)的不斷迭代,帶來 轉(zhuǎn)換效率從 2014 年的 19%上升至 2020 年的 23%-24%,預(yù)計未來有望邁向 30%。

異質(zhì)結(jié):“增效+降本”潛力巨大,是光伏未來顛覆性技術(shù)

2.1. HJT 電池:產(chǎn)業(yè)化臨近、規(guī)劃產(chǎn)能超 60GW,將取代 PERC 成為第 三代電池片技術(shù)

? 晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池(HJT)是在晶體硅上沉積非晶硅薄膜,它綜合了晶體硅電池 與薄膜電池的優(yōu)勢,具有轉(zhuǎn)換效率高、工藝溫度低、穩(wěn)定性高、衰減率低、雙面發(fā) 電等優(yōu)點,技術(shù)具有顛覆性。

? 對比 PERC 電池,HJT 潛力巨大,將成為第三代電池片技術(shù)主流。據(jù)我們綜合測算, HJT 在 25 年全生命周期綜合發(fā)電量較 PERC 高 15%-20%。

1) 轉(zhuǎn)換效率更優(yōu):HJT 效率潛力超 28%,遠(yuǎn)高 PERC 電池。受 P 型單晶電池自身材 料的限制,PERC 電池轉(zhuǎn)換效率已接近天花板,而 HJT 最高轉(zhuǎn)換效率已超 26%(日 本 Kaneka 曾創(chuàng) 26.63%,國內(nèi)最高為漢能的 25.1%),長期有望超 28%,效率優(yōu) 勢明顯。

2) 工藝流程更簡化,降本空間更大:HJT 為低溫工藝,在硅片成本(利于薄片化 和減少熱損傷)和非硅成本(燃料能源節(jié)約)上均更優(yōu)。同時,HJT 只需 4 道 工藝,相比 PERC(8 道工藝)和 TOPCon(9-12 道工藝)成本更低。

3) 光致衰減更低:HJT 電池 10 年衰減率小于 3%,25 年發(fā)電量下降僅為 8%,衰減 速度遠(yuǎn)低于 PERC 及 TOPCon 電池。

4) 低溫系數(shù)、穩(wěn)定性高:在 82 攝氏度環(huán)境下,HJT 光電轉(zhuǎn)換效率比傳統(tǒng)組件高出 13%。

5) 雙面率更高:HJT 為雙面對稱結(jié)構(gòu),雙面率有望提升至 93-98%(PERC 和 TOPCon 均在 80%附近,但很難再提升),可獲得 10%以上的年發(fā)電量增益。


? 回顧歷史:異質(zhì)結(jié)(HJT)電池最早由日本的三洋(Sanyo)公司于 1990 年研發(fā),專 利保護(hù)于 2010 年過期。在過去 30 年間,產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了萌芽期、實驗室階段、初步的 商業(yè)化階段和逐步的產(chǎn)業(yè)化階段。

? 據(jù)不完全統(tǒng)計,目前 HJT 國內(nèi)規(guī)劃產(chǎn)能超 60GW,新老電池片廠商均有開始布局。安 徽華晟(500MW 量產(chǎn)線)、明陽智能(5GW 規(guī)劃)、金剛玻璃(1.2GW 規(guī)劃)、愛康科技 (3.4GW 招標(biāo)規(guī)劃)、潤陽集團(tuán)(5GW 規(guī)劃)等已紛紛開始布局,歷史包袱較輕。

傳 統(tǒng)電池片廠商中,通威(金堂 1GW 量產(chǎn)線)、晶澳、東方日升、阿特斯、天合光能等 也已相繼進(jìn)入,加速從 PERC 向 HJT 的轉(zhuǎn)型。

? 展望未來:預(yù)計 2020-2021 年將成為 HJT 投資元年,行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到 10-15GW。 隨著設(shè)備國產(chǎn)化、銀漿和靶材成本的降低、以及轉(zhuǎn)換效率提升帶來的“增效+降本” 效益凸顯,2022 年行業(yè)將進(jìn)入快速爆發(fā)階段、擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模有望達(dá) 30GW 以上。

2.2. HJT 設(shè)備:多技術(shù)路線“百花齊放”,國產(chǎn)設(shè)備廠將強(qiáng)力推動產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

? HJT 4 大工藝步驟:制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO 制備、電極制備,對應(yīng)的設(shè)備 分別為清洗制絨設(shè)備、PECVD 設(shè)備、PVD/RPD 設(shè)備、絲網(wǎng)印刷設(shè)備,在設(shè)備投資額占 比分別約 10%、50%、25%和 15%。

1)制絨設(shè)備:主要是利用化學(xué)制劑對硅片進(jìn)行清洗和表面結(jié)構(gòu)化,核心設(shè)備是濕式化 學(xué)清洗設(shè)備。

? 主要廠商:日本 YAC、德國 Singulus、德國 RENA。捷佳偉創(chuàng)的清洗設(shè)備已完成樣 機(jī)并交付。

2) PECVD(非晶硅薄膜沉積):該步驟取代了傳統(tǒng) PERC 工藝中的擴(kuò)散工藝,是構(gòu)造異 質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,難度、壁壘最高,價值占到全部設(shè)備的 50%,為異質(zhì)結(jié)設(shè)備的核 心。

從技術(shù)路徑上:板式 PECVD 是目前主流,管式 PECVD、Cat-CVD 具潛力。國外廠商 包括:梅耶博格(已不對外提供)、應(yīng)用材料等。國內(nèi)廠商包括:邁為股份、金辰 股份、捷佳偉創(chuàng)、理想能源、鈞石能源等。

? 板式 PECVD:將多片硅片放置在一個石墨或碳纖維支架上,放入一個金屬的沉積 腔室中,腔室中有平板型的電極,與樣品支架形成一個放電回路,在腔室中的工 藝氣體在兩個極板之間的交流電長的作用下在空間形成等離子體,分解 SiH4 中的 Si 和 H,以及 NH3 中的 N 形成 SiNx 沉積到硅表面。優(yōu)勢:技術(shù)最成熟,易實現(xiàn)大 面積均勻性,材料缺陷態(tài)密度低。

? 管式 PECVD:使用像擴(kuò)散爐管一樣的石英管作為沉積腔室,使用電阻爐作為加熱 體,將一個可以放置多篇硅片的石墨舟插進(jìn)石英管中進(jìn)行沉積。優(yōu)勢:相比板式 PECVD,成本端有更大的下降空間。

? CAT-CVD:源氣體分子在真空室中通過加熱的催化劑進(jìn)行催化裂化反應(yīng)分解,并將 裂解的物質(zhì)輸送到基材上形成薄膜。

優(yōu)勢:相比傳統(tǒng) PECVD,轉(zhuǎn)換效率提升潛力 大,對于源氣體的利用率在 80%以上。且 Cat-CVD 理論上可在熱絲兩側(cè)同時沉積, 生產(chǎn)速度更快。


3)TCO 薄膜設(shè)備-PVD/RPD:技術(shù)壁壘低于 PECVD,主要包括 RPD 和 PVD 兩種的技術(shù) 路徑設(shè)備。目前主流技術(shù)路線是用 PVD(物理氣相沉淀),相較于 PVD,RPD 的效率和 質(zhì)量更高,但是受制于日本住友公司對設(shè)備和靶材的壟斷,成本較高。

? 國外廠商包括:瑞士 Meyerburger、德國 Vonardenne、德國 Singulus、日本住 友等。

? 國內(nèi)廠商包括:邁為股份 PVD(MUP8K)設(shè)備已達(dá)到 8000 片/小時產(chǎn)能。捷佳偉 創(chuàng)通過與日本住友合作也具備了 RPD 設(shè)備的供應(yīng)能力,工藝成熟,并推出了 PAR (RPD+PVD)二合一設(shè)備、在轉(zhuǎn)換效率和成本端取得平衡。鈞石能源、理想萬里 暉均有 PVD 設(shè)備布局。

4)絲網(wǎng)印刷機(jī):包括絲網(wǎng)印刷(包括絲網(wǎng)印刷機(jī),燒結(jié)爐,分選機(jī))和電鍍銅電極 兩種技術(shù)路線,目前以絲網(wǎng)印刷為主流。

電鍍銅電極相較而言更便宜,但是工序較 多、工藝復(fù)雜、有廢水處理難等問題,目前參與廠商較少。

? 國外廠商包括 Baccini(AMAT 的子公司)等。

? 國內(nèi)廠商:邁為股份占主導(dǎo)地位,捷佳偉創(chuàng)、金辰股份也推出了相關(guān)產(chǎn)品。

? 目前,HJT 設(shè)備 4 大環(huán)節(jié)均已實現(xiàn)國產(chǎn)化。國內(nèi)電池設(shè)備廠商(邁為、捷佳、金辰、 鈞石、理想)已紛紛在 HJT 不同工序環(huán)節(jié)布局,實現(xiàn)小批量訂單銷售,推動 HJT 電 池行業(yè)加速前進(jìn)。

? HJT 技術(shù)壁壘高、成本優(yōu)化空間大,只有將設(shè)備做到極致的企業(yè)能最終勝出。行業(yè)可 能類似 PERC 時代,形成 2-3 家寡頭壟斷的競爭格局。

3.3. 展望未來:成本降低是核心!預(yù)計 2022 年將具備產(chǎn)業(yè)化性價比、行 業(yè)將爆發(fā)

? 電池片核心看單 W 成本:我們預(yù)計各項成本均有望在未來下滑,預(yù)計到 2022 年 HJT 將達(dá)到與 PERC 旗鼓相當(dāng)?shù)某杀緟^(qū)間。4 大降本方向分別為:

1) 硅片:目前 N 型硅片對比 P 型具有約 8%左右的溢價空間,未來有望通過 2 方面降本。

? HJT 為低溫工藝,利于硅片的薄片化(從 170um 降低至 120-130um)。預(yù)計硅片 每減薄 20um 價格可下降 10-15%,對應(yīng)組件價格降低 5-6 分/瓦。

? 隨著未來 N 型硅片需求起量,規(guī)模效應(yīng)將縮小 N 型與 P 型硅片之間的溢價空間。

2) 設(shè)備折舊:隨著國產(chǎn)設(shè)備的“降本+提效”,目前 4-5 億/GW 的設(shè)備投資額仍有較大的 降本空間。

3) 漿料:HJT 需使用低溫銀漿,目前主要依賴進(jìn)口,有望通過 4 大方向降本。

? 無主柵、多主柵技術(shù)在 HJT 電池、組件上的應(yīng)用,使得銀漿的耗量快速減少。

? “銀包銅技術(shù)”商業(yè)化量產(chǎn),將降低銀漿耗量 30%。

? 通過對串焊設(shè)備精度的提升,減小銀漿主柵上焊接點的大小(銀漿主柵上耗銀 量較高的部分),從而節(jié)省主柵上的銀漿耗量。

? 國產(chǎn)低溫銀漿起量(常州聚和、蘇州晶銀、浙江凱盈等),打破日本壟斷,相比 高溫漿料的溢價將大幅消失。

4) 靶材:目前主要被日本住友壟斷,未來將通過提升靶材利用率、規(guī)?;厥?、背面 AZO 替代和國產(chǎn)化(廣東先導(dǎo)、壹納光電等)降本等方式解決。


? 據(jù)測算,對比 PERC 電池目前約 7 毛/瓦的不含稅總成本,HJT 電池仍有 2 毛/W 的成 本劣勢。

預(yù)計隨著設(shè)備廠商的技術(shù)進(jìn)步(如轉(zhuǎn)換效率和節(jié)拍的提升)、銀漿、靶材的 國產(chǎn)化(已有多家國產(chǎn)廠家布局)、硅片的薄片化(N 型硅片厚度降至 120-130μm), 將共同推動 HJT 技術(shù)的真實降本,使得經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步凸顯,預(yù)計到 2022 年 HJT 將達(dá) 到與 PERC 旗鼓相當(dāng)?shù)某杀緟^(qū)間。

? 伴隨 HJT 電池產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟(jì)性逐步接近、超越 PERC 電池,預(yù)計 2021 年將有 10-15GW 的 HJT 擴(kuò)產(chǎn)潮,2022 年將迎來 30GW 以上擴(kuò)產(chǎn)潮,產(chǎn)線建設(shè)進(jìn)入加速期。 
 
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