服务热线:400-6699-992 中文|EN

关于润马

让绿色能源创变美好生活
4种电池的成本、效率和产能规划 时间:2022-07-05 | 浏览量:115

1.1发展趋势:全国电池片产量高速增长,N型电池技术效率跃升新高度

1.1.1.全国电池片产量高速增长,近十年光伏电池片产量CAGR为 33.5%

全国电池片产量近十年来保持高速增长,CAGR高达33.5%。根据中国光伏行业协会(CPIA)发布的《中国光伏产业发展路线图(2021年版)》,全国电池片产量已经从 2011 年的 11GW 迅速增长到了2021 年的198GW,2021 年电池片产量同比增长 46.9%,近十年的CAGR 高达33.5%。根据中国光伏行业协会(CPIA)预计,2022 年全国电池片产量将超过261GW。

1.1.2.PERC 电池产能占比 91%,短期仍然占据主流地位



PERC 量产效率逐年提升,最高效率由隆基创造,达到24.06%。从单晶和多晶电池角度来看,PERC 单晶电池效率始终高于PERC多晶电池,主要原因系 1)多晶硅在生产时晶片面积上有许多晶界和缺陷,这些晶界和缺陷不仅使少子平均寿命降低,且导致对入射光的吸收也有所降低;

2)多晶硅生产中采用铸锭法,因此其中所含的 O 和C 原子等杂质浓度较高,从而影响光电转换效率,而单晶硅生产以多晶硅为原料,以直拉法为主要生产工艺,其中的 O 和 C 原子的杂质浓度较低;3)多晶硅生产工艺制约导致其PN 结厚度较薄,使得 PN 结对光子吸收有所降低。

从量产效率来看,PERC 电池量产效率呈现逐年增长趋势,PERC单晶电池量产效率由 2016 年的 20.5%提升至 2021 年的23.1%,据CPIA预计,2022 年 PERC 单晶电池量产效率将达 23.3%。从最高效率来看,截至目前,单晶双面 PERC 电池最高效率记录由隆基绿能于2019 年1 月创造,最高效率达 24.06%(CPVT 认证)。

从理论极限效率来看,根据权威测试机构德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测算,P 型单晶硅PERC电池理论转换效率极限为 24.5%,P 型 PERC 电池量产效率已十分逼近理论极限效率,效率提升空间有限。

PERC 电池产能持续攀升,市占率遥遥领先成为主流。根据中国光伏行业协会,2015 年前,BSF电池为主流产品,占据了90%的市场份额。2016年起,BSF 电池市占率呈现大幅下滑趋势,由2016 年的87.8%下滑至2021年的 5%,主要原因系 BSF 电池具有先天局限性,光电损失较大。


而下游客户对高效电池片的需求日益显著致使 BSF 逐渐被淘汰;同期PERC电池市占率呈现大幅提升趋势,由 2016 年的 10.0%攀升至2021年的91.2%,现已成为电池片主流产品。光电转换效率更高的N 型电池(主要包括TOPCon和 HJT 电池)成本较高,量产规模仍较小,2021 年市场占比约3%,较2020年基本持平。



1.1.3.N 型电池转换效率优势明显,将成为下一代技术方向

N型电池的转换效率更高,未来将成为光伏电池片的主流技术。2021 年,规模化生产的P型单晶电池均采用 PERC 技术,平均转换效率达到 23.1%,较2020 年+ 0.3pct;采用PERC技术的多晶黑硅电池片转换效率达到 21.0%,较2020 年+0.2pct;N型TOPCon电池平均转换效率达到 24.0%,HJT 电池平均转换效率达到24.2%,两者较2020 年均有较大提升,IBC 电池平均转换效率达到24.1%。未来随着生产成本的降低及良率的提升,N 型电池将会是电池技术的主要发展方向之一。

 

2.2.转换效率:理论转换效率高达28.7%,量产效率为24%~24.5%

 

TOPCon 电池理论转换效率居各种类电池之首,极限效率高达28.7%。从理论极限效率来看,根据权威测试机构德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测算,TOPCon 电池的理论极限效率达到 28.7%,高于HJT 的27.5%和PERC的 24.5%,且最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率29.43%。根据隆基最新测算,TOPCon 电池理论极限效率维持28.7%,HJT 理论极限效率提升至28.5%,仍小幅低于双面 TOPCon 极限效率,双面TOPCon 电池极限效率居各种类电池之首。

 

 

 

2.3.成本端:兼容 PERC 产线设备,大硅片+银铝浆进一步推动成本下降

3.3.1.兼容并延长 PERC 产线的生命周期,短期看最具性价比

TOPCon 电池和 PERC 电池的技术和产线设备兼容性极高。从设备角度来看,大部分的 TOPCon 产线可以从 PERC 产线升级得来,极大降低设备投资成本。此外,TOPCon 产线延长了PERC 产线生命周期,有助于降低折旧费用。TOPCon 和 PERC 产线均为高温工艺,且TOPCon 技术最大程度保留和利用了现有传统 P 型电池设备制程,主要新增的设备包括:多晶硅/非多晶硅沉积的 LPCVD/PECVD/PVD 设备、硼扩散设备等。

 

短期来看,TOPCon 技术的产能释放最具性价比。从设备投资额来看,1)新建:根据中国光伏行业协会统计,2021 年TOPCon 电池线设备投资成本约 2.2 亿元/GW,略高于 PERC 电池的1.94 亿元/GW,但较其他N型电池更具经济性;

2)改造:根据拉普拉斯披露,电池产线从 PERC 升级至 TOPCon 单 GW 投资成本在5000~8000万元左右。目前 TOPCon 产能大都为新建产线,很少从PERC 产线升级而来,主要原因系 1.新建产线可以自由选择产能最大、性能最优的设备,在产能方面更具优势;2.并非所有 PERC 产线均可以进行改造;3.待新建产线经济效益显现后,再估算老线改造的性价比更为合理。

从折旧费用来看,在面临大规模 PERC 产线设备资产折旧计提的条件下,改造为TOPCon 产线将拉长设备的使用周期,降低折旧费用。从设备投资角度来看,TOPCon技术产能释放较其他 N 型技术更具性价比。(报告来源:未来智库)

3.3.2.非硅成本逐渐逼近 PERC,良率仍有提升空间

从非硅成本上来看,可以通过使用多主栅技术或使用银铝浆替代银浆来降低成本。根据 Solarzoom,TOPCon 电池成本结构中,主要包括硅片、银浆、水电和折旧,分别占总成本比重的 62%、16%、6%和4%。目前TOPCon的成本仍显著高于 PERC 电池,主要原因系新增的工艺设备和高双面率导致银浆耗量提升。

根据 PV Info Link 统计,截至2021 年底,TOPCon电池的非硅成本已经有能力低于 0.3 元/瓦,对比PERC 电池仍然有0.18-0.22元/瓦的差距,主要原因系银浆单耗高,TOPCon 的双面率高,正反面都需要使用银浆,根据 PV Info Link,M6 型 TOPCon 电池使用的银浆约130mg,较M6 型 PERC 电池高出约 60mg,预计未来可以通过多主栅或背面使用银铝浆来降低非硅成本。

 

 

TOPCon 电池的良率整体低于 PERC,仍有提升空间。TOPCon电池的整体良率在 93%-95%左右,而 PERC 电池的整体良率在97%-98%之间。TOPCon 电池良率整体低于 PERC 电池良率,主要原因系:1)隧穿氧化层和多晶硅层的制备工艺路线不统一,且加工步骤较多,TOPCon生产流程共12~13 步,PERC 为 10 步左右,HJT 为 6 步左右;2)TOPCon技术低压隧穿氧化的均匀性导致暗片、脏污的情况仍有待改善。TOPCon 良率较低导致成本有所上升,未来随着 TOPCon 产业化进度加速,技术不断迭代,TOPCon良率较低的问题或将得到逐步改善。

3.4.产能规划:预计2022 年TOPCon落地产能有望超过 50GW

预计 2022 年 TOPCon 落地产能有望超过50GW。从产能角度来看,根据各公司生产规划统计,我们预计2022年TOPCon落地产能有望超过50GW。具体来看,2022 年,晶科能源安徽合肥和浙江海宁项目预计投产规模将达到 16GW,公司也是最早实现 GW 级 TOPCon 电池出货的厂商;从电池效率角度来看,目前公司 N 型 TOPCon 实验室转换效率高达25.7%,处于行业之首,量产效率则达 24.5%,处于行业内领先地位。

中来股份作为最早布局 TOPCon 的企业,目前山西一期 8GW 产线正处于设备安装阶段,预计2022 年新增产能将达到 6GW;从电池效率角度来看,目前公司N型TOPCon实验室转换效率高达到25.4%,量产效率则再24%以上。

天合光能将TOPCon作为公司主打产品,宿迁 8GW TOPCon 项目预计将于今年下半年投产;从电池效率角度来看,N 型 i-TOPCon 实验室转换效率达25.5%,量产平均效率达 24.5%,此外,公司聚焦于高效 N 型TOPCon/钙钛矿叠层电池,拟达到钙钛矿/晶体硅两端叠层太阳电池效率大于29%的目标。

根据我们预计,2022 年 TOPCon 落地产能有望超 50GW。从产能规划总量来看,根据Energy Trend 统计,截至目前 TOPCon 总产能规划达到162GW,目前新建的 TOPCon 产能都为新建产线,很少从PERC 产线升级而来。

3.HJT 电池:颠覆性技术异军突起,产业化降本路径清晰明确

 

 

3.2.转换效率:理论转换效率为28.5%,量产效率为24%~24.5%

HJT 电池理论极限效率为 28.5%,目前量产效率在24%~24.5%,最高实验室效率高达 26.5%。从理论极限效率来看,根据隆基最新测算,HJT理论极限效率为 28.5%,仍小幅低于双面TOPCon 电池的28.7%。从量产效率来看,根据 Energy Trend,目前国内多条HJT 中试线上平均转换效率达24%~24.5%,HJT 电池产业化效率仍有较大的提升空间。

从最高效率来看,截至目前,HJT 电池最高效率由隆基绿能于2022 年6 月创造,由德国ISFH研究所认证,M6 全尺寸电池光电转换效率高达26.5%。根据PVInfoLink预计,随着设备的不断升级,2022 年 HJT 有望实现25%+的量产效率。

 

HJT 电池是中期最适合的发展方向之一,效率潜力明显优于PERC电池。HJT电池的功率温度系数约为-0.25%/℃,相比 PERC 电池-0.38%/℃的温度系数存在0.13%/℃的优势。据测算,如果考虑电池工作温度超出环境温度 10~40℃,而全年平均环境温度相比实验室标准工况低5~10℃,则HJT每 W 发电量高出双面 PERC 电池约 0.6%~3.9%。从温度系数角度来看,HJT电池能更好地减少太阳光带来的热损失;

4.3.成本端:成本仍处高位,多种降本路线齐头并进

4.3.1.高成本导致竞争力不足,限制HJT 电池规模化生产

HJT 电池生产成本相较于 PERC 电池每瓦高0.18 元。

HJT电池总生产成本来看,我们假设:

1)税率为 13%;2)设备折旧年限为6年;3)根据 CPIA 预计,2022 年 PERC 电池转换效率将达23.3%,2022年HJT电池转换效率将达 24.6%;4)根据硅业分会,上周硅片均价为5.72元/片,假设 N 型硅片溢价 6%;5)根据普乐科技,目前M6 PERC电池单片银浆耗量约 80mg,根据 CPIA,假设 2022 年 HJT 电池单片银浆耗量下降至170mg;6)根据中科院电工所,HJT 电池使用的低温银浆较传统银浆溢价为2000元/千克;7)根据中科院电工所,M6 HJT 电池单片靶材耗量为168mg,靶材价格为 2000 元/千克。

基于以上假设,我们测算2022 年HJT电池总生产成本较 PERC 电池高 0.18 元/瓦,其中 HJT 电池非硅成本较PERC电池非硅成本高 0.18 元/瓦。

 

 

 

4.3.2.材料端:银浆、靶材、硅片都是HJT 电池未来主要的降本路径

从材料端来看:未来主要的降本路径落脚点分别为银浆、靶材、硅片,具体来看:

1)银浆:目前的光伏银浆分为高温银浆和低温银浆两种,主要的区别在于工艺温度,传统的 P 型电池和 N 型 TOPCon 使用高温银浆,HJT只能使用低温银浆。HJT 电池是在晶硅基片使用薄膜技术制作PN结、减反射层和导电层的新型电池工艺技术,其整个电池制作前道过程的工艺温度均不超过 200℃。

高温银浆成型需要 700℃以上的高温,若使用高温银浆作HJT电池的正负极,会对其薄膜结构造成非常大的损伤,故目前HJT电池只能采用树脂固化型的低温银浆制作电池的正负极。由于低温银浆的导电性和印刷性较差并且 HJT 电池双面均需要使用银浆,为了保证低电阻和高电导传输,HJT 电池的低温银浆浓度要求更高,耗量更大。

2)靶材:靶材的选择决定了薄膜的光电特性,进而影响电池转换效率,目前市场化的靶材有 AZO(铝锌氧化物)和ITO(氧化铟锡)等。AZO材料价格相对较低,但是导电性较差。ITO 靶材通过把氧化铟和氧化锡粉末按一定比例混合后经过一系列的生产工艺加工成型,再高温气氛烧结(160度,通氧气烧结)形成的黑灰色陶瓷半导体,通过调整氧化铟和氧化锡粉末的比例,可以提高 HJT 电池的转换效率。

根据中国铟网,目前国内ITO靶材超过一半依赖于进口,国产的 ITO 靶材主要供应中低端市场,仅占国内市场 30%的份额,而高端 ITO 靶材几乎全部从日本、韩国进口,占70%的市场份额。HJT 电池通过靶材的降本路径包括:1.靶材国产化替代进程不断加速,目前广东先导稀材股份等企业 ITO 靶材生产技术已经逐渐成熟;2.实现靶材规模化回收;3.使用 AZO 替代等。

3)硅片:HJT 电池的异质结结构更适合硅片的薄片化,具备天然优势。HJT 电池的对称结构能够降低机械应力,硅片的碎片率更低;低温工艺使得良品率更高;在硅片变薄的情况下,HJT 开路电压上升,短路电流下降,转换效率基本不变。根据 CPIA 测算,2021 年,用于TOPCon 电池的N型硅片平均厚度为 165μm,用于异质结电池的硅片厚度约150μm,用于IBC电池的硅片厚度约 130μm,根据东方日升公司公告,HJT电池的硅片厚度降到 100μm 基本不影响效率。根据索比光伏网,硅片厚度每降低10μm,单片硅片成本将降低 3%~5%。

 

 

4.3.3.设备端:国产替代加速,未来HJT 设备有望降至3亿元/GW

随着国产设备替代+规模化生产,未来HJT 设备投资成本有望进一步降低。2019 年之前,HJT 设备主要由外资品牌提供,设备成本约为10-20亿元/GW,2019 年之后,HJT 设备投资端逐渐进行国产厂商替代,迈为股份、钧石能源、捷佳伟创等推进国产设备研发,HJT 设备投资成本降至5-10亿元/GW。

根据 CPIA,2021 年 HJT 设备成本进一步降至4 亿元/GW,主要得益于国产设备替代进程不断加速。根据Solarzoom预计,2022年HJT设备成本有望降至 3 亿元/GW 以内,折旧成本下降0.03 元/W,未来随着国产替代进程不断加速,HJT 电池设备投资成本有望持续下行。

4.4.产能规划:预计2022 年新增产能20-30GW

HJT 产业化持续推进,产线适配仍需磨合。HJT 电池产线与PERC产线不兼容,行业“新进者”纷纷布局 HJT 电池,使得目前HJT电池产线大部分仍以小规模为主。具体来看,截至目前,华晟新能源已形成异质结电池和组件产能各 2.7GW,规模居全球异质结领域第一金刚玻璃 1.2GW 产线目前处于产能爬坡状态,东方日升将原先100MW的异质结产线改造并扩产至 500MW 的异质结薄片产线,第一片产品于5月10日顺利下线,公司宁海 15GWHJT 电池+15GW 组件的一期部分(即5GW电池+10GW 组件)预计 2023 年 4 月达产,根据迈为股份预计,2022 年 HJT 新增产能大概在 20-30GW。根据Energy Trend预测,HJT电池项目总产能规划超过 150GW。

5.IBC 电池:平台型长期电池技术路线,国内仍难实现大规模量产

 

4.2.转换效率:经典IBC 效率溢价难以覆盖成本溢价,TBC+HBC 吸引产业转型

IBC 电池在当前各电池技术效率最高,国际上SunPower 处于领先地位。自 1985 年以来,美国 SunPower 聚焦于研发IBC 电池,是首个能够实现量产 IBC 电池的公司。自推出一代 IBC 电池后,SunPower 不断往两个方向升级 IBC 电池技术:1)更简化的制程,及更低成本工艺;2)更好的钝化技术。从 SunPower 最新披露信息来看,其最新一代IBC电池成本在可接受范围,转换效率达到 25%以上。

HJT+IBC=HBC,当前晶硅电池研发效率的最高水平。HBC工艺即在硅片表面采用本征非晶硅进行钝化,在背面分别采用N型和P型的非晶硅薄膜形成异质结,该结构充分利用了非晶硅优越的表面钝化性能,并结合了 IBC 结构没有金属遮挡的优点,有效提升电池转换效率。

HBC量产效率来看,根据普乐科技,HBC 电池量产转换效率达25%~26.5%。从HBC最高效率来看,2017 年,Kaneka 将 HBC 电池世界纪录刷新到26.63%,这也是迄今为止晶硅太阳能电池研发效率的最高水平。IBC与非晶硅钝化技术的结合是未来 IBC 电池效率提升的方向之一。

 

从转换效率来看,TBC 技术和 HBC 技术均优于经典IBC技术。根据普乐科技,经典 IBC 的量产效率在 23.5%-24%之间,TBC在24.5%-25.5%之间,HBC在25%-26.5%之间,实验室中的效率分别能够达到25.2%,26.1%,26.63%。TBC 技术和 HBC 技术在转换效率层面优于经典IBC技术。

5.3.成本端:精简工艺步骤和降低制造成本是降本核心,XBC 降本路线与融合前的技术具有相关性

精简工艺步骤、降低制造成本,是实现IBC 电池产业化的关键因素。IBC 电池只需背面印刷银浆,银浆耗量比TOPCon 和HJT电池低,且背面银浆不必考虑栅线遮挡问题,可适当加宽栅线,从而降低串联电阻。电极背置需要用到掩膜工艺,该工艺对图形化和分辨率有一定要求,产线上要增加背部掩膜、开槽、激光消融等图形化处理设备,根据普乐科技测算,目前经典 IBC 的设备投资额约为 3 亿元/GW左右。

XBC 电池的降本路线与融合前的技术有强相关性。例如HJT的降本路线也是 HBC 的降本路线,以此类推,XBC 主要有以下降本路径:

1)产线投资上:由于 IBC、TBC、HBC 电池工艺路线分别兼容部分PERC、TOPCon、HJT 的设备,通过开发配套工艺和设备升级改造,以最小代价实现与目前规模化的生产线兼容的IBC 工艺路线,能够带动XBC电池的工艺成熟,带动设备投资端的下降;

2)工艺设备上:可采用半导体常用的精度更高、均匀性更好的离子注入设备代替光伏中均匀性较差的高温磷扩散设备制备前场区和背场区,叠加丝网印刷、PECVD 沉积掩膜、激光开膜等产业化工艺取代复杂且昂贵的光刻掩膜、电镀等高成本技术,适用于量产化IBC 电池;

3)材料选择上:选用更低成本的 TCO 膜和靶材,比如选用AZO或其他低成本 TCO 膜;选用更低成本的金属电极工艺,比如采用铜电极工艺,或配合微晶工艺采用中高温银浆方案。

5.4.产能规划:头部厂商布局,预计今年少量产能落地

头部电池厂商开始布局 XBC 电池,预计今年能看到少量产能落地。具体来看,隆基绿能计划在泰州隆基电池厂内,在原年产2GW单晶电池项目的基础上对生产线进行技术提升改造,改建成8 条HPBC(即P-IBC电池)高效单晶电池产线,4GW的电池片产线预计将于今年8 月投产。

爱旭股份于 2021 年发布了具有自主知识产权的基于IBC 技术的ABC电池,目前已有 800MW 的实验及中试线产能,共计规划N 型ABC 产能52GW(珠海基地 26GW+义乌基地 26GW),其中珠海基地6.5GW量产项目正有序推进中,预计今年三季度可建成投产。(报告来源:未来智库)

 

 




Copyright © 2022 山东润马光能科技有限公司 鲁ICP备20024132号-2