1、亂世烽煙：166 對(duì)戰(zhàn) 210，催生18x
過去一年硅片從156-158，到166，210，加上最近推出的18x，行業(yè)備受折磨。
2019年8月，陜西華山，隆基隆重推出“166大尺寸硅片時(shí)代”
2019年8月，天津，中環(huán)股份隆重發(fā)布“210大尺寸硅片”
2019年12月，浙江寧海，東方日升推出210-500W+組件產(chǎn)品
2020年1月，浙江義烏，愛旭210尺寸電池實(shí)現(xiàn)大批量產(chǎn)業(yè)化下線
2020年3月，浙江寧海，東方日升210-500W+組件通過可靠性認(rèn)證和首個(gè)訂單。
2020年3月，江蘇常州，天合光能210-500W+組件通過可靠性認(rèn)證和首個(gè)交付。
2020年5月，浙江海寧，晶科、晶澳推出18x-530瓦組件。
隆基從現(xiàn)有資產(chǎn)最大化的角度出發(fā)，推動(dòng)硅片規(guī)格從158邁向166。中環(huán)從平臺(tái)化和半導(dǎo)體接軌的角度，推動(dòng)硅片規(guī)格從166邁向210。東方日升第一個(gè)公開支持210硅片規(guī)格，發(fā)布500W組件并拿到全球首個(gè)商業(yè)訂單。
天合光能、愛旭等對(duì)210電池、500W組件進(jìn)行優(yōu)化，大大促進(jìn)了市場(chǎng)化落地。晶科從集裝箱物流和存量拉晶資產(chǎn)優(yōu)化的角度，首次提出了18x正方形硅片，并得到晶澳響應(yīng)。這些努力相互借鑒，使行業(yè)對(duì)尺寸規(guī)格的認(rèn)識(shí)逐步提升。
210方硅片的支持者們，期望用12寸210硅片統(tǒng)一江湖，并穩(wěn)定規(guī)格10年以上。半導(dǎo)體12寸晶圓從2005年到現(xiàn)在已穩(wěn)定15年。12寸硅片也有望在光伏產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定10年以上。
18x方硅片的支持者們，則盼望210推廣的腳步放慢，允許他們現(xiàn)有的拉晶相關(guān)設(shè)備的存量資產(chǎn)繼續(xù)得到好的回報(bào)。166方硅片的跟進(jìn)者們，處境最為尷尬，設(shè)備改造尚未完成，就面臨著必須進(jìn)一步改造的厄運(yùn)。
尤其在終端客戶看來，166尺寸硅片只能達(dá)成450瓦左右的組件功率，度電成本上處于明顯劣勢(shì)。一方面，面臨著被淘汰出局的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，未來組件的維修和替代也成為問題。雖然各方都同意12寸大硅片是未來發(fā)展的方向，但是考慮存量資產(chǎn)的利益沖突，只能各執(zhí)己見。
回顧歷史：
以隆基、阿特斯為代表，依托166-450W技術(shù)平臺(tái)，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了從存量資源出發(fā)的最優(yōu)化思考和設(shè)計(jì)。
以中環(huán)、東方日升為代表，依托210-500W+技術(shù)平臺(tái)，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了全面的最優(yōu)化思考和設(shè)計(jì)。
以晶科、晶澳為代表，依托18x-530W技術(shù)平臺(tái)，在166和210平臺(tái)探索自己企業(yè)的最佳歷史過渡區(qū)。
166雖然有重大的歷史意義，但是已經(jīng)被18x逼迫到了退出歷史舞臺(tái)的邊緣。210雖然占據(jù)了絕對(duì)價(jià)值優(yōu)勢(shì)，卻沒有兼顧到自有小晶棒團(tuán)隊(duì)的利益，而遭到激烈反抗，甚至不惜放棄166，邁向18x。
然而，210尺寸硅片大通量帶來的好處是無法可逆的歷史潮流，18x陣營看得到眼前利益的好處，卻又不得不為1年后缺乏競(jìng)爭(zhēng)力而擔(dān)憂。尤其是電池產(chǎn)能的投資不可能在1年內(nèi)回收。投資18x電池產(chǎn)能不是明智之舉。
因此，18x是喊得響，走得慢，組件產(chǎn)品的可靠性認(rèn)證仍未完成。專業(yè)電池制造商，愛旭和通威都毫不猶豫地選擇了投資210邊長的12寸直徑的設(shè)備。從全產(chǎn)業(yè)鏈來看，180得到了垂直一體化廠商的追捧，210得到了專業(yè)化水平分工制造商的追捧。
180是取代166的最佳選擇嗎?也許我們要從問題的本質(zhì)來分析。
2、客戶價(jià)值：從“標(biāo)準(zhǔn)組件”倒推“標(biāo)準(zhǔn)硅片”
“價(jià)值創(chuàng)新”的本質(zhì)是資源利用效率最大化。
只有終端客戶利益最大化，才能落地和發(fā)展壯大。相關(guān)參與方合理受益，才能加速落地開花。從行業(yè)終端客戶的觀點(diǎn)出發(fā)，他們并不關(guān)心硅片的尺寸。
他們更關(guān)心的是組件的標(biāo)準(zhǔn)化尺寸、高功率和高效率，以及由此帶來的組件和系統(tǒng)成本的下降，以及度電成本的降低。
從終端客戶的要求出發(fā)，什么樣的組件才是最優(yōu)化的“標(biāo)準(zhǔn)化組件”呢?這種“標(biāo)準(zhǔn)化組件”必須有利于高效率、高功率和低成本的同時(shí)達(dá)成。
首先，這種“標(biāo)準(zhǔn)化組件”要能應(yīng)用現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的成本最優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，如硅片、玻璃的尺寸。其次，這種“標(biāo)準(zhǔn)化組件”要盡量避免未填充的空白，實(shí)現(xiàn)電池片盡可能的滿填充。第三，這種“標(biāo)準(zhǔn)化組件”還需要考量到組件應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，如重量要便于搬運(yùn)和安裝。再次，這種“標(biāo)準(zhǔn)化組件”必須考慮標(biāo)準(zhǔn)化的物流倉儲(chǔ)，如適應(yīng)統(tǒng)一規(guī)格的集裝箱;最后，這種“標(biāo)準(zhǔn)化組件”也需要考慮到和跟蹤器、電纜、逆變器等系統(tǒng)部件的配合。確保其抗風(fēng)、抗雪、抗陰影以及電流等性能參數(shù)的匹配。所有上述優(yōu)化都必須服務(wù)于度電成本的降低。
我們期望從“標(biāo)準(zhǔn)組件”倒推“標(biāo)準(zhǔn)硅片”規(guī)格，卻得出“標(biāo)準(zhǔn)組件”需要用成本最優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)硅片的結(jié)論，把自己推向了一個(gè)“雞生蛋”還是“蛋生雞”的窘境。這也說明了為什么過去我們一直是從硅片的規(guī)格來定義組件規(guī)格，而不是通過組件的規(guī)格來反推硅片的規(guī)格。
對(duì)直拉單晶的圓棒基礎(chǔ)上的硅片制造而言，硅料利用效率最高的內(nèi)接矩形是正方形。不考慮硅片厚度，正方形硅片成本最低，因而正方形硅片為行業(yè)通用。而一旦硅片的形狀為正方形，它就無法將任意規(guī)格的“標(biāo)準(zhǔn)組件”完美填充。常見的問題是我們照顧了標(biāo)準(zhǔn)組件的短邊，就無法照顧到標(biāo)準(zhǔn)組件的長邊。
我們?cè)噲D從物流倉儲(chǔ)的集裝箱出發(fā)，定義一個(gè)最佳的“標(biāo)準(zhǔn)組件”尺寸。
考慮集裝箱為40尺高柜(長12020mm *寬2350mm *高2690mm)，以分2層，共20箱的裝箱設(shè)計(jì)，確定高功率光伏電池組件尺寸的限制條件為：長邊Y<=2390mm，短邊X<=1135mm。
去除合理的爬電距離和誤差預(yù)留等，考慮6串電池設(shè)計(jì)，182mm 左右為考慮組件寬度方向的最佳硅片邊長。然而182邊長的硅片疊加到長邊方向就會(huì)超過2410mm;或者出現(xiàn)大約70mm *1130mm的空白無法滿填充。因此，長度方向要求硅片尺寸為180mm;折中以后尺寸為180mm。
實(shí)際上，對(duì)東方日升、天合、隆基、晶澳等在500-535W的主流產(chǎn)品而言，由于距離物流極限尺寸較遠(yuǎn)，210和180在物流上沒有任何區(qū)別。210所擁有的是對(duì)PERC電池而言至關(guān)重要的通量優(yōu)勢(shì)。這是近三年P(guān)ERC成本競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
然而，面向未來，我們需要做更原理性的分析，也就是要考察鋼鐵俠所說的“第一性原理”。
有沒有可能通過“標(biāo)準(zhǔn)組件”長邊來定義“標(biāo)準(zhǔn)硅片”長邊，通過“標(biāo)準(zhǔn)組件短邊來定義“標(biāo)準(zhǔn)硅片”短邊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)組件”完美的“全填充”呢?
3、以158x182mm或180*182矩片取代166和180
為實(shí)現(xiàn)硅片材料成本最優(yōu)化，光伏硅片一方面要邁向“超大”，逐步從158mm、166mm、180mm，最終邁向210mm，達(dá)到和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一致、15年來穩(wěn)定的12寸晶棒尺寸。
另一方面，光伏硅片也要不斷的邁向“超薄”，從220um、200um、190um、180um、170um邁向150um甚至更低。其中，異質(zhì)結(jié)電池用硅片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了130-150um的超薄厚度。
一般而言，硅片厚度每降低10um，硅片成本降低~3%。而硅片的邊皮料利用率每降低1%，硅片成本增加~0.3%;對(duì)于光伏硅片的成本降低而言，厚度降低的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊皮料利用率。
光伏硅片實(shí)現(xiàn)“超大”帶來的“面積通量紅利”，不僅能大幅度降低硅材料的制造費(fèi)用，也能夠全面地帶來切片、電池、組件端的“面積通量紅利”，減低硅片、電池的制造成本，提升產(chǎn)能、材料利用率和生產(chǎn)效率。因此，超大的“面積通量紅利”，其重要性又大于硅片的厚度。對(duì)于PERC電池制造而言：
超大面積(20x)> 超薄厚度 (10x) > 邊皮利用率(1x)
這里，我們發(fā)現(xiàn)邊皮料的利用率原來是對(duì)光伏產(chǎn)品成本影響最小的一個(gè)因素。而正是這樣一個(gè)較小的因素，以及我們的思維定勢(shì)，導(dǎo)致光伏硅片為“正方形”數(shù)10年沒變。是時(shí)候根據(jù)超大、超薄降本的要求，對(duì)光伏硅片的形狀作出優(yōu)化變更的歷史時(shí)刻了。
理想的硅片產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)“超大”、“超薄”為首要考慮點(diǎn)，兼顧硅棒切方時(shí)的邊皮料利用率問題。
那么“超大”、“超薄”如何才能同時(shí)實(shí)現(xiàn)呢?
一般而言，當(dāng)方形硅片面積變大，邊長也會(huì)變大。從硅片中心到硅片邊緣的最短距離也會(huì)加長。硅片中心到硅片邊緣的最短距離。決定了重力對(duì)硅片的影響，也決定了硅片的彎曲程度，從而間接的決定了硅片的厚薄程度。也就是說硅片的短邊邊長。決定了硅片可以達(dá)到的超薄程度的極限。硅片的短邊越短，硅片就可以越薄。硅片的短片越長，硅片的厚度就必須越厚。
對(duì)正方形硅片而言，硅片的短邊和長邊具有相同尺度。硅片面積越大，硅片厚度越厚。
對(duì)于矩形硅片而言，如果通過長邊做支撐，硅片厚度就只取決于硅片的短邊，而和長邊無關(guān)。另一方面，硅片的面積和硅片的長邊成正比，長邊越長，硅片面積就越大。因此，我們可以通過矩形硅片+長邊支撐的設(shè)計(jì)，成功地將方形硅片中硅片面積(超大)和硅片厚度(超薄)的關(guān)聯(lián)關(guān)系脫鉤，通過矩形硅片，同時(shí)實(shí)現(xiàn)硅片的“超大”、“超薄”設(shè)計(jì)最優(yōu)化。
而在矩形硅片解決方案中，邊皮料相關(guān)問題也可以輕松得到解決。既可以通過“超薄”帶來的成本下降，從而抵消邊皮利用率的輕微成本上升。也可以通過準(zhǔn)矩形硅片的圓角比例的調(diào)整，從而維持相同的邊皮料利用率。
通過上面的分析，我們看到采用矩型硅片進(jìn)行光伏產(chǎn)品的制造，不僅具有可行性，同時(shí)也具有成本的競(jìng)爭(zhēng)力。那么下面一個(gè)問題就是，什么樣的矩形硅片才是一個(gè)合理的、好的矩型硅片呢?我們能不能通過一個(gè)好的矩形硅片的設(shè)計(jì)來更好地取代166呢?
答案是可能的!
這個(gè)答案就是采用158x182或來取代166，而不是用180x180來取代166。老產(chǎn)線升級(jí)的極限在166-171左右，升級(jí)到180有困難。如表一所示，如果升級(jí)到166，所做成的組件功率基本在450W左右，離開500W距離太大，明顯處于被淘汰的劣勢(shì);但是如果升級(jí)到158*182，這可以輕松達(dá)成530W以上的組件功率，走到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的最前沿。同時(shí)，158x182帶來的邊皮料變化僅1%，可以忽略不計(jì)。這既不影響硅料利用率，又打開了薄片的機(jī)遇窗口，因而最符合硅片企業(yè)的利益。
表1、不同硅片尺寸對(duì)應(yīng)的組件功率和尺寸
對(duì)于老產(chǎn)能，產(chǎn)線仍然以158為關(guān)鍵尺寸進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，從而降低成本。
第一、以182長邊為支撐邊，則158可以達(dá)成更薄的硅片厚度。而矩形硅片158*182的邊皮料損失，和正方形170*170mm硅片比只有1%，這部分成本增加可以忽略不計(jì)。而一旦厚度可以減低10um，硅片成本就能降低3%以上。
第二、設(shè)備產(chǎn)能增加，如果158或166產(chǎn)線升級(jí)到180產(chǎn)線，很可能造成15%以上的產(chǎn)能損失。如清洗工藝中的5道變?yōu)?道。158*180的矩形硅片可以維持158的橫向尺寸，在維持清洗仍然為5道。而在擴(kuò)散和PECVD過程中，取得更高的面積通量和產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)。在絲網(wǎng)印刷過程中，沿短邊158印刷，也能做到節(jié)拍更快的同時(shí)獲得更高面積通量，產(chǎn)能大幅度提升。
第三、效率、良率提升。由于最短擴(kuò)散長度由短邊決定，所以158x182硅片的清洗、擴(kuò)散、PE等各制程的均勻度都由短邊158決定，有利于提升制造工藝過程中的均勻性及電池效率。同樣地，以166x182尺寸來取代166或180的原理類似，這里就不贅述了。同時(shí)，即使是180硅片，也可以通過綜合長邊(<2.4m)和短邊(<1.13m)的要求，如調(diào)整為180*182，或其他數(shù)值，以求得更好的電池片填充效果。
4、小結(jié)
這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的本質(zhì)是“垂直一體化”和“專業(yè)化水平分工”之爭(zhēng)。綜合上面的分析可以看到，210和166大戰(zhàn)的結(jié)果是淘汰了166尺寸。
180新尺寸的推出，使得晶科、晶澳等垂直一體化的公司可以再次和東方日升、天合等210領(lǐng)先公司站在500W+的平臺(tái)上競(jìng)爭(zhēng)。雖然在時(shí)間上落后了半年，產(chǎn)品還需要可靠性驗(yàn)證，制造成本也不符合愛旭、通威等專業(yè)化電池廠商的利益(損失電池產(chǎn)能20%或以上)，但是晶科、晶澳可以依靠“垂直一體化”的商業(yè)模式殺價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，勢(shì)頭不可小覷。
210的天合、東方日升和180的晶科、晶澳必有一場(chǎng)惡戰(zhàn)。
歷史的潮流不可逆轉(zhuǎn)，趨勢(shì)和時(shí)間都是站在210(600W時(shí)代即將來臨)一邊。跟進(jìn)廠商的選擇不可不慎。對(duì)于已經(jīng)大幅度在166布局的隆基及其追隨者而言，也許158x182(或者180x182)才是最佳選擇，讓我們拭目以待。
