基于HIMO的光伏组件技术发展趋势与价值分析-solarbe文库

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Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 效率、可靠性、尺寸优化与发电性能李绍唐 2021.8 LONGi Solar 2020 光伏技术的评价标准与技术演化 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 光伏技术、产品价值的核心评价标准 ⚫ 以度电成本为本光伏组件成本组件发电能力组件可靠性 LCOE 产业链制造成本 ⚫ 原材料的供给瓶颈 ⚫ 产品的标准化与通用性 ⚫ 组件的海运可行性与成本 ⚫ ⚫ 光伏支架与基础 ⚫ 电缆，组串式逆变器 /汇流箱 ⚫ 人工，土地组件工作温度 ⚫ 功率温度系数 ⚫ 弱光发电性能 ⚫ ⚫ 热斑 ⚫ 接线盒 ⚫ 载荷能力光伏电站 BOS成本 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 光伏组件产品与技术回顾 ⚫ 单晶替代多晶，效率与功率大幅提升 ⚫ 真正能降低度电成本的技术脱颖而出 18 23 27 56 68 90 2015 2016 2017 2018 2019 2020 全球单晶组件市场占比未计入薄膜组件多晶组件是市场上的主流产品，隆基基于单晶硅片的成本大幅降低开始推广单晶组件国内单晶 PERC组件开始量产， PERC电池效率接近 21，组件功率可达 290W，同期多晶为 265W 60c单晶 PERC组件效率达到 300W，隆基提出分布式 3.0时代双面 PERC组件出现，开启差异化应用场景 PERC电池叠加 SE 半片技术应用 531政策使行业竞争加剧，单晶硅片酝酿尺寸变化 72c组件开始向工商业甚至户用渗透 158.75在尺寸小变化中胜出，隆基推出 166M6单晶硅片标准与组件产品双面电池用于封装单面组件单多晶之争终结，铸锭单晶再次尝试商业化 166产品热卖， 156.75加速退出新出现的 182、 210组件，主要面向地面电站 e Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 单晶硅片的技术创新 0 20 40 60 80 100 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 硅片切割成本单晶拉制成本 -80 COST 氧含量 -34 20112020 少子寿命 18 20142020 通过长晶切片环节的技术革新 RCz，金刚线切割，实现单晶硅片成本的大幅降低，性价比突显同时，硅片中的氧、碳、及金属杂质含量显著降低，少子寿命提升，为高效电池提供高品质硅片 4 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 引领单晶 PERC电池效率提升 ⚫ 隆基在 2016年开始大规模量产 PERC电池与组件，带动了单晶 PERC的产业革命 ⚫ 隆基的 PERC电池研发与生产效率一直保持着领先地位，目前保持着 24.06的商业化 PERC电池效率纪录 19.8 20.8 21.3 21.8 22.2 22.8 23.2 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 隆基单晶电池效率演化 24.06 PERC电池效率纪录 2019.01 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 单晶 PERC组件发电优势的验证 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 300 400 500 600 700 800 输出功率（ W/ kW p ）隆基乐叶泰州组件发电实时统计 20170918 常规多晶 Hi-MO1 发电增益 15 20 25 30 35 40 45 50 55 组件表面温度（ oC ）三亚实证基地组件表面温度实时统计 20170207 Hi-MO1 多晶环境温度 ⚫ 隆基在海南三亚、新疆吐鲁番建设实证电站研究单晶 PERC组件发电性能与可靠性，验证了单晶 PERC组件相对多晶组件在弱光发电、工作温度等方面的优势，单 W发电量可增加约 3 ⚫ 隆基 PERC组件在 2016年应用在国电投黄河水电大型实证电站、三峡新能源格尔木实证电站，发电增益被客户所认可 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 双面 PERC电池双面双玻组件设计 2/2mm玻璃，避免过大的组件重量率先采用白色网格背面玻璃，综合发电能力更优有边框双玻，避免安装、长期应用的破损问题边框短边无 C面设计，减少阴影遮挡 ⚫ PERC电池背面铝电极调整为局部铝栅线，则可成为双面 PERC电池 ⚫ 隆基在 2017年 5月推出了基于双面 PERC电池的双面双玻组件，此后基于客户价值坚持推广双面组件，推动其全球市场份额不断上升。隆基双面组件累计出货量也达到 10GW 2017.52020.11 ⚫ 隆基双面组件问世起设计上即采用 22mm双面玻璃控制组件重量，有框设计避免双玻组件安装与长期使用中的破损问题，边框无 C面降低对背面发电的影响，奠定了此后双面组件的设计基调 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 为行业普及了双面组件发电原理指导双面组件的电站端系统设计离地高度阵列间距阵列阴影地表反射率 ⚫ ⚫ ⚫ ⚫ Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 9 10.9 - 浅色砾石美国帕伦普 8.3 - 砾石美国利菲摩尔 2P跟踪支架 10.1 - 草地 14.5 - 水泥地 15.8 - 沙地 20.6 - 白漆中国海南定安 19.3 - 白色砾石印度金奈 11.4 - 沙地沙特图沃中国海南定安 Ding’an, Hainan印度金奈 Chennai, India沙特图沃 Thuwal, Saudi Arabia 4.4 - 黑布 10.6 - 浅沥青 15.7 - 白布美国弗里蒙特美国弗里蒙特市 Fremont 帕伦普 Pahrump利菲摩尔 Livermore Albedo 21.4 Albedo 37.9Albedo 24.0 16.0 43.1 40.5 67.2Albedo 浅沥青 14.5 - 水泥地中国海南琼海 11.1 - 浅色砾石美国加州 1P跟踪支架打造最具可融资性的双面组件与第三方机构全球验证双面组件发电能力与可靠性 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 半片技术的规模化应用正面辐照 W/m2 双面半片相对于双面整片组件的发电增益与辐照的关系中国海南定安县， 2019.10.12 降低热斑温度与组件工作温度，提升高辐照发电表现泗洪领跑者项目，采用隆基双面半片组件约 275MW， 2020H2 ⚫ 半片技术使电池工作电流减半降低了组件内部热损耗，同时热斑温度显著降低，为未来电池尺寸的适度增大留下了空间 ⚫ 半片技术可以改善阴影遮挡、受光不均时的发电表现，还可提升高辐照时的组件发电量 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential ⚫ 在 2018年下半年硅片尺寸再次混乱化，隆基推出 M6166mm规格。 166组件经尺寸优化，长度与宽度上仅增加 45，可实现对原有产品的全场景替换，组件适度增大降低人工成本，单体支架适度增大降低了支架与基础成本 ⚫ 利用了电池环节管式设备的余量，兼容既有产能；利用组件环节玻璃宽度的余量，降低制造成本 ⚫ 基于 166硅片的 Hi-MO4组件量产 1年内出货量达到 10GW，成为光伏史上的传奇产品，带动产品规格的标准化，预计 2021年 M6组件市场占比将接近 50 M2组件 M6组件 M2 156.75mm G1 158.75mm M4 161.7mm M6 166mm 单晶规格的推出 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 182系统性思考下的终极尺寸全产业链成本制造良率物料供应能力组件效率生产可行性成本机械载荷热斑接线盒组件可靠性山地场景匹配 120m大阵列设计跟踪支架电缆匹配系统端匹配性集装箱装、卸货运输可靠性安全性组件运输安装效率安装破损率人工安装以客户价值为中心，面向大型平地电站的大尺寸组件 12 基于新建产能，面向大型平地电站这一应用场景，光伏电池与组件尺寸可进一步做大节省 BOS成本全产业链布局使隆基可以系统性思考组件尺寸问题，由最优组件尺寸反推出 M10182mm硅片规格进一步增大组件尺寸与电流无法在制造成本或系统成本上带来价值，却会带来诸多可靠性风险隆基认为尺寸的增大应到此为止 182-72c, 2.56m2， 32.3kg， 540W，后续创新应回归效率与发电量上的提升 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential ⚫ ⚫⚫ Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 智能焊接技术可靠的微距互联 50 55 60 65 70 屈服强度 Rp0.2, Mpa小间距互联方式焊带成型工艺折弯验证一体式分段焊带智能焊接一体成型退火消除应力 90°折弯 20次断裂圆焊带整形焊接前打扁内应力高 90°折弯 7次断裂韧性脆性层压验证良率高，无隐裂易于产生小隐裂 ⚫ 焊带一体成型后经退火过程，柔韧性好。因此串焊、层压过程良率高；电池片应力低，不易产生隐裂 ⚫ 圆焊带整形技术则在焊接前将焊带局部打扁，内应力高，层压过程容易产生小隐裂 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 低复合金属化方案叠层膜钝化超低复合发射极高质量 N型衬底超低复合异质背表面场隆基 HPC电池技术 HPC High Performance Cell with Hybrid Passivated Contact Hi-MO N，再次引领产业革命 ⚫ 超高效率节省光伏系统成本 ⚫ 发电能力再次提升 ⚫ 更可靠，更低衰减 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 的 BOS成本节省市场主流组件 545W100MW Hi-MO N 565W100MW 103.67MW ⚫ 效率与功率相对主流产品提高 3.5以上，相同安装容量下节省 3以上光伏场区的 BOS成本 ⚫ 在土地充分利用的情况下装机容量提高 3.5以上，进一步摊薄交流端设备的成本 Hi-MO N 565W Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 01 双面组件发电性能显著提升，增益最高可达 3 02 装机容量提升 3.5以上，降低电站 BOS成本与运维成本 03 可靠性提升，提供更优功率质保价值汇总典型值 BOS Crack LONGi Solar 2020 面向大型光伏电站的边界组件尺寸 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 半导体硅片光伏硅片芯片光伏电池芯片封装光伏组件应用终端光伏电站光伏硅片与半导体硅片统一是合理的吗 ⚫ 不同于半导体产业，光伏硅片与电池的变大将导致组件设计与系统设计的巨大变化，而电池成本仅占系统成本的 7，单纯的电池制造成本并非是产业链创新的决定性因素 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 陆运，海运装货，卸货 4. 组件运输逆变器支架应用场景 3. 系统端匹配性与可行性机械载荷热斑接线盒等 2. 组件可靠性组件搬运组件安装在支架上 5. 组件安装设备成熟度物料供应能力制造良率等 1. 生产可行性成本组件尺寸的边界条件考量 ⚫ 对于新建产能，电池与组件尺寸可超越 M6规格进一步做大 ⚫ 需要综合考量各方面限制因素，切实为行业带来价值 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 海运可行性由集装箱门高确定 182组件宽度 2570 – 100 – 105 2 1130 2 集装箱门高装卸余量托盘与包装组件宽度单位 mm 运输隐裂、破损风险显著提高包装倒伏风险增加  6列 182mm Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 为何不宜选择竖立包装 ⚫ 2.4m长的组件竖立包装的包装高度过高，集装箱装卸余量过低，现场拆包装难度增大 ⚫ 竖立包装组件重心升高，倾倒动能明显增大，项目现场砸伤工人风险提高，且组件存在多个方向倾倒的可能性 ⚫ 如使用钢支架支撑防倾倒，则需要搭配大质量的配重，在项目现场并不现实。如当组件倾角为 85°时，需要 200kg配重支架与地面摩擦系数 0.5，倾角减小则需要的配重质量更大 ⚫ 5级风、倾角 85°时，组件数量 ≤ 9块时就会被风吹倒防倒支架木托盘组件 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 组件可靠性 -机械载荷 ⚫ 静态载荷下，组件尺寸增大会导致铝边框应力增大，有形变、断裂风险， 182组件处于安全应力区 ⚫ 在遭受动态的风载情况下，超大尺寸组件因面积增大边框安装孔承受更大的风致剪力，安装孔撕裂风险明显提高 255 250 245 235 230 225 220 215 210 205 边框应力（ M pa ） 182组件 22561133 安装点受力 N预紧力风致剪力边框应力安装点受力 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 组件可靠性 -机械载荷 ⚫ 背面无梁安装条件下，随组件变宽，组件的最大形变量成上升趋势一方面承受高载荷如积雪后的隐裂程度、功率衰减增加；另一方面玻璃爆裂的风险明显增加。 0 10 20 30 40 50 60 1 1.1 1.2 1.3 最大形变量 mm 组件宽度 m 衰减 5 衰减 2 形变与功率衰减 1.13m 宽 1.3m宽 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 风洞测试结果 25 在一定风速下超大尺寸组件振动加速度更大，其振动幅度也更大抵抗风载能力变弱；同时超大尺寸组件刚度更小，可靠性降低。风洞基础测试在风速为 45m/s时超大尺寸组件因为面积明显增大，承受更大的动能螺丝孔位形变断裂失效；而大尺寸组件能够通过 60m/s的极限风洞测试。风洞极限测试风洞基础测试振动加速度和强度对比风洞基础测试分析小结风洞极限测试模拟百年一遇极端气候性能超大尺寸组件平均振动加速度是大组件的 300 超大尺寸组件刚度是大组件的 70 大尺寸组件通过 60m/s风洞测试超大尺寸组件 45m/s风洞测试失效 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential 人工搬运的可行性 991mm 1038mm 1133mm 1303mm ⚫ 组件宽度源自人双手自然展开的宽度，超出自然展开宽度过多将给安装带来不便。组件面积过大也不便于安装 ⚫ 两人搬运的最大重量应低于 35kg单人搬运最大重量 2025kg如美国职业安全与健康管理标准要求不超过 50磅，即 22.7kg；两人搬运的系数为 0.666，即 2520.66633.3kg参考英国 HSL人力搬运限重指南 LONGi Solar 2020 高功率组件的 BOS成本与边界条件分析 Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential BOS成本 -固定支架 ⚫ 支架加宽提高了单根桩的支撑容量 ⚫ 支架钢用量摊薄 ⚫ 支架加长节省了桩的数量 4m 4.5m Pr op ell ing the tran sform ati on LONGi Confidential BOS成本 -固定支架 ⚫ 大型平地电站可以通过大支架节省支架与基础成本，考虑到热胀冷缩支架长度极限在 120m GB 50017-2017 钢结构设计标准 ⚫ 182与 210组件均可以做大支架节省成本，测算结果如下横装竖装产品 182-72c 210-55c 210-60c 182-72c 210-55c 210-60c 功率 535W 540W 590W 535W 540W 590W 串联数量 27 35 32 27 35 32 支架形式 4L 4L 3L 2P 2P 2P 单体支架长度 122.9 126.2 116.2 124.4 117.1 126.9 单支架组串数 8 42 6 42 5 32 8 24 6 23 6 23 桩距离 4.095m 4.070m 4.091m 4.148m 4.183m 4.095m 支架成本分 /W 39.1 40.5 40.9 34.2 33.9 35.0