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光伏产业链中,电池环节的技术仍在快速进步与迭代,继p-PERC 快速推广之后N 型电池开始受到业内越来越多的关注或认可,在各类N 型电池中,异质结电池(HIT)由于效率更高,在一些BOS 成本高的市场已具备一定的经济性。业内部分参与者认为,其生产成本有望在未来数年降低一半。当前,业内PERC 规模适中的企业投入HIT 意愿较强,部分企业已开始中试或小批量投运,而PERC 规模较大的公司也在关注HIT 进展。目前主要参与方规划规HIT 产能超过15GW,我们预计,明年将有4-7GW 以上的产能投放,2020 年可能是HIT 的产业化元年。
1.1 异质结电池简介
何为异质结电池?晶体硅异质结太阳电池(HIT/HDT:Heterojunctionwith Intrinsic Thinfilm)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,它综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳电池的热点方向之一。
硅基太阳能电池在2015 年之前由铝背场(BSF)电池主导,2015 年p-PERC 开始起量,目前PERC 电池已经成为市场主流电池,伴随着PERC 电池效率提升开始逐渐放缓,同时基于N 型硅片的异质结电池产业化已经成熟,光伏电池产业发展的重心正在转变。
1.2 HIT 发电效率、发电量优势突出,提升空间大
HIT 电池具备诸多优势。相对于常规晶硅电池以及目前主流的p 型PERC 电池,HIT 电池具备效率高、无光衰、温度系数低、弱光响应高等诸多优势。这些优势带来的最明显的特征就是,HIT 电池具备更高的发电能力。
HIT 电池效率优势显著,后续提升空间大。从原理上,HIT 电池由于Voc(开路电压) 高,其理论效率高达27%以上,处于目前技术路线的前列。目前,HIT 电池的实验室效率在26%以上,现有设施的平均量产效率在23%以上,效率优势显著。此外,HIT 电池还可以与IBC 等技术路线叠加(HIT 电池高开路电压、IBC 电池高短路电流的优势可以完美结合),叠加后的实验室效率更高,在HIT 技术路线的基础上,后续叠加其他技术路线效率的提升空间非常大。
相同功率下,HIT 电池发电能力也更强。HIT 电池由于其温度系数低、无衰减、弱光响应强等特点,相同功率下,较其类型的组件发电能力更强,较多晶组件高10%以上,较单晶PERC 组件高5%-10%。同时,HIT 组件双率更高,若考虑双面发电,HIT 组件具备更高的发电增益。
1.3 HIT 电池结构相对简单,量产化步骤少
HIT 电池结构相对简单。HIT 电池为天然的对称结构,主要包括:N 型晶硅层,
本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)、p 型非晶薄膜(p-a-Si:H)、透明导电氧化物薄膜(TCO)、以及金属集电极,结构相对简单。
HIT 电池生产工序仅需4 步,量产具备优势。目前,主流的PERC 电池量产需要8 道工序,Topcon需要12 道工序,而HIT 电池的工序仅为4 道。从理论上讲,HIT 工艺步骤少,可以极大的降低电池的不良率,以及人工、运维等其他生产成本。
需要指出的是,HIT 电池产线和传统的电池产线完全不一样,传统电池或者目前的PERC 产线不能够通过简单的新增设备来改造成HIT 电池厂线。
2.1 HIT 电池成本构成及下降路径
HIT 电池成本构成:截至2018 年底,HIT 电池生产成本约为1.22 元/W,主要包括,硅片成本(47.13%)、浆料成本(24.34%)、折旧(12.30%)、靶材(4.34%),以及其他材料、动力、人工等。
HIT 电池成本有望持续降低。HIT 电池的生产成本有望在未来的3-5 年内降低至目前的50%左右,主要下降的手段包括:硅片薄片化降低硅片成本,银浆用量减少及国产化降低浆料成本,单机生产设备产能提高以及国产化降低折旧成本(见后文详细分析)。
2.2 硅片薄片化
HIT 电池具备薄片化的能力。HIT 电池采用的是N 型单晶硅片,与P 型单晶硅片不同,N 型硅片薄片化以后不影响硅片的电性能,也即薄片化不影响HIT 电池的发电效率。硅片厚度有望从目前的180um 降低至120um,甚至100um。
薄片化将带来硅成本大幅降低。硅片薄片化以后,能够降低每片硅片的硅耗量,同时,提升硅片生产环节的生产效率,从而有效的降低硅片的生产成本。如果考虑电池效率每年提升0.5%,HIT 电池的硅片成本有望从目前的0.488 元/w 降低至0.295 元/w 左右,降低40%左右。
2.3 低温银浆有望通过用量减少,国产化降低成本
HIT 浆料成本高主要由于采用低温银浆导致。不同于PERC 电池,HIT 电池由于生产工艺温度较低,只能采用价格更高的低温银浆。低温银浆由于生产工艺难度更高,同时需要冷链运输,价格较常规银浆要高10-20%。
低温银浆有望通过用量减少,国产化降低成本。通过无主栅电池和组件的封装技术,银浆消耗量有望降低50%-60%。而低温银浆的生产商也开始增多,从最初只有日系几家提供,到目前合资企业、民企等也开始具备低温银浆的生产能力。通过用量减少、国产化,HIT 电池浆料成本有望持续降低。
2.4 设备成本有望通过规模化、国产化降低
HIT 电池设备成本约PERC 的3 倍。目前,HIT 电池进口设备约为8-10 亿元/GW,国产设备约为5-8 亿元/GW,而PERC 只需要2.5-3 亿元/GW。HIT 电池设备成本约为PERC 的3 倍。
规模化是设备成本下降的主要路径之一。目前,HIT 电池设备的单机产能相对较低,清洗机、PVD、丝网印刷机单机产能大约在200MW/台左右,PECVD 只有100MW/台左右的产能。单机产能低是目前HIT 电池投资较高的主要原因之一。
通过做大单机产能,其成本提升相对较低,能够有效降低设备成本。例如,Von Ardenne 公司的PVD 设备,单机产能从160MW/台提升至250MW/台,产能提升56.3%,售价仅提升12.5%,单位投资额降低了26.4%。
国产化也有望大幅降低设备成本。目前HIT 设备主要以国外设备为主,国产设备正在进入。捷佳伟创、迈为、钧石等公司已经在清洗、TCO、丝印等不同的环节具备了产品能力,随国产设备成熟,HIT 设备的成本有望大幅降低。
3.1 HIT 在部分市场已具有经济性
HIT 电池在部分市场已具有经济性。HIT 电池的成本、售价较其他技术路线均相对较高。但由于其功率更高,在组件封装环节以及电站安装环节,HIT 电池的单瓦封装成本以及单瓦BOS 成本均要更低。另外,HIT 电池单瓦发电量相对于其他电池也要更高,根据业内测算,其发电能力远高于其他电池。因而,在一些BOS 成本较高的地区,HIT 电池的LCOE 较低,已具有一定经济性。
3.2 2020 年可能是 HIT 产业化元年
HIT 电池的产业化进程正在加快。HIT 电池已经处于产业化阶段,产业中新老玩家纷纷加快HIT 电池产线的投产。目前全球已有HIT 电池产能接近3GW,但主要参与方当前的规划产能已经超过16GW。
我们预计,2020 年国内就将有4-7GW 左右的HIT 投运,一批标杆与标杆项目的投运,将进一步提升行业对HIT 电池的信心,2020 年可能是HIT 电池的元年。
过去几年,投入较大的装备企业有钧石能源、梅耶博格,另外迈为股份、捷佳伟创、江苏中智、德国新格拉斯等也在加大投入。由于HIT 装备的半导体know-how 要求更高,还需要低温工艺,因此,预计HIT 相关技术与工艺的扩散较p-PERC 应该会更慢一些。
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(报告来源:招商证券;分析师:游家训、普绍增)