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編者按：M6尺寸更適配當(dāng)下，已建產(chǎn)能巨大、上下游良率及可靠性驗(yàn)證、終端LCOE有效降低，預(yù)計(jì)將快速上升并在未來五年內(nèi)占據(jù)市場主流。但同時(shí)我們更要思考，光伏硅片大尺寸未來如何開辟出適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的創(chuàng)新之路、降本之路。

近兩年光伏最熱門話題之一當(dāng)屬硅片尺寸之爭，毋庸置疑的是，大尺寸硅片成為行業(yè)發(fā)展趨勢。今日我們將結(jié)合硅片尺寸發(fā)展歷程、當(dāng)下各硅片尺寸對比等，與各位同仁分享中節(jié)能太陽能科技（鎮(zhèn)江）有限公司（以下簡稱中節(jié)能太陽能鎮(zhèn)江）在大硅片尺寸組件上的探索。

大尺寸已成行業(yè)趨勢

（a）硅片尺寸發(fā)展歷程

硅片尺寸經(jīng)歷了三次主要的變革：第一階段1981年-2012年，硅片尺寸以100mm、125mm為主；第二階段2012年-2015年，以156mm（M0）、156.75mm（M2）為主；第三階段2018年以來，出現(xiàn)了158.75mm（G1）、161.7mm（M4）、163mm、166mm（M6）、210mm（G12）等更大尺寸硅片。

（b）大尺寸快速普及

自2018年以來，硅片尺寸快速迭代，18年晶科率先推出G1硅片，19年韓華、隆基、中環(huán)相繼推出M4、M6、G12硅片，大硅片迅速成為市場新寵，并成為改造、新建車間的基本前提。

一方面，平價(jià)上網(wǎng)迫在眉睫。
根據(jù)IRENA最新統(tǒng)計(jì)，全球光伏發(fā)電平均度電成本仍高于傳統(tǒng)化石燃料（圖1.1），光伏裝機(jī)容量仍需財(cái)政補(bǔ)貼才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)量增長，截止2018年底中國財(cái)政補(bǔ)貼累計(jì)拖欠2000億元（包含風(fēng)電和生物質(zhì)發(fā)電），因而2018年以來相繼出臺(tái)了《關(guān)于推進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電無補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)的工作方案（征求意見稿）》《關(guān)于完善光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制有關(guān)問題的通知》《關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》等相關(guān)文件以促進(jìn)光伏平價(jià)上網(wǎng)。美國、法國、德國也相繼出臺(tái)各項(xiàng)政策以推動(dòng)光伏平價(jià)上網(wǎng)。


另一方面，高功率組件可有效降低度電成本，但存在諸多限制。
第一，高效電池技術(shù)的應(yīng)用可顯著提升組件功率，但近年量產(chǎn)的多晶PERC、鑄錠單晶PERC、單晶PERC等效率增速逐年降低，因而降本空間越來越小（圖1.2）；同時(shí)高效電池需進(jìn)行多種技術(shù)優(yōu)化及疊加，以單晶PERC電池為例，從23%提至24%，量產(chǎn)成本反而可能增高（圖1.3）。


第二，高效組件技術(shù)百家齊放，目前僅多主柵半片技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；慨a(chǎn)，雖然提升組件功率10-15W，但是產(chǎn)生的收益仍無法滿足市場降本需求。

組件提效技術(shù)主要包括：半片、反光膜、多主柵、疊瓦、三角焊帶拼片、多主柵疊瓦等技術(shù)。半片及反光膜技術(shù)升級(jí)簡單、已普及量產(chǎn)，但提效有限，兩者疊加后可提升8-9W；多主柵疊加半片技術(shù)可提升組件功率10-15W，處于快速擴(kuò)張中；疊瓦技術(shù)可提升組件功率20W以上，但技術(shù)門檻高、投資成本高、封裝損失高、專利風(fēng)險(xiǎn)及設(shè)備成熟度有待提高等限制了大規(guī)模應(yīng)用；三角拼片、多主柵疊瓦可提升組件功率25W以上，正處于實(shí)驗(yàn)或小規(guī)模量產(chǎn)階段，設(shè)備穩(wěn)定性、技術(shù)可靠性及市場接受度有待進(jìn)一步驗(yàn)證。


第三，電池成本快速降低、非硅成本占比越來越高。圖1.5展現(xiàn)了組件成本結(jié)構(gòu)的變遷歷史，2010年電池成本占比高達(dá)91%、非硅成本占9%，2018年電池成本占比降至49%、非硅成本則增至51%。同時(shí)由于非硅材料成本已趨于極限，因而降低單瓦材料封裝成本可有效降低組件成本，從而促進(jìn)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)。


正是基于以上原因，同時(shí)大尺寸硅片具有獨(dú)特優(yōu)勢：一是兼容性好，與多主柵半片、疊瓦、拼片等組件技術(shù)兼容；二是大幅提升組件功率12W-100W，顯著降低電池及組件端制造及非硅成本，同時(shí)有效降低電站系統(tǒng)投入和度電成本。因而迅速成為市場主流。

根據(jù)CPIA最新預(yù)測，2022年大尺寸硅片將完全占據(jù)市場、M2硅片將退出歷史（圖1.6），同時(shí)2019年IEC TC82/WG8會(huì)議在原156.75mm基礎(chǔ)上新增158.75mm、166mm兩種大尺寸硅片作為行業(yè)推薦使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸。


大尺寸硅片路線之抉擇

上文已經(jīng)闡述大尺寸硅片的應(yīng)用可降低度電成本、大規(guī)模普及勢在必行，那么是否硅片尺寸是否越大越好？大尺寸會(huì)帶來哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)？哪種尺寸會(huì)成為行業(yè)主流？接下來我們將從半導(dǎo)體、收益對比、供應(yīng)鏈、量產(chǎn)、可靠性、系統(tǒng)端等角度分析。

半導(dǎo)體行業(yè)12英寸主流、18英寸已初見端倪

眾所周知，光伏硅片與半導(dǎo)體硅片技術(shù)極為相似，早期光伏硅片尺寸標(biāo)準(zhǔn)主要源自半導(dǎo)體硅片行業(yè)。在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，半導(dǎo)體行業(yè)硅片尺寸從初始的4英寸發(fā)展到主流的12英寸。1980年代4英寸占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代8英寸占主流，目前主流的12英寸硅片預(yù)計(jì)在2022年達(dá)到市場份額的峰值，后續(xù)將朝著18英寸過渡。


但是半導(dǎo)體硅片技術(shù)與光伏硅片技術(shù)仍存在一定差異性。一方面，半導(dǎo)體硅片在摩爾定律驅(qū)動(dòng)下每18個(gè)月芯片數(shù)量增加一倍，制造成本越來越高，因而硅片尺寸擴(kuò)大、單片芯片數(shù)量增加是降低成本的必由之路。而光伏硅片尺寸增大是由于硅片價(jià)格的大幅下跌、平價(jià)上網(wǎng)壓力、其它降本技術(shù)乏力所共同推動(dòng)的。另一方面，半導(dǎo)體硅片需切割成n個(gè)芯片、單獨(dú)封裝使用，而光伏領(lǐng)域則是將n個(gè)硅片串聯(lián)后封裝使用。

模仿借鑒是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的前提準(zhǔn)備、量變的積累和質(zhì)變的必然。早期光伏處于起步階段，需參考借鑒半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，但隨著光伏領(lǐng)域多年高速成長、經(jīng)驗(yàn)積累、科技創(chuàng)新，光伏硅片尺寸的發(fā)展方向必然會(huì)走出適合自身的發(fā)展道路。

G12大硅片降本最多、G1硅片最低

針對三種尺寸硅片進(jìn)行不同維度對比詳見表2.1：硅片面積G12、M6較G1分別高75%、8.8%，組件功率則分別提升21.5%、8.8%（G12組件為50版型）；G12、M6組件較G1組件可實(shí)現(xiàn)降本9.4%、2.9%；系統(tǒng)端BOS投入則實(shí)現(xiàn)3.4%、1.9%的成本節(jié)約，并助力LCOE分別降低6.5%、1.9%。

因而從收益角度G12硅片最具優(yōu)勢、M6其次。


G12組件設(shè)計(jì)受限，可靠性風(fēng)險(xiǎn)增加

目前基于G1、M6硅片的組件主流采用60或72片、6串串并聯(lián)設(shè)計(jì)，而基于G12硅片的組件僅能采用50片、5串串并聯(lián)設(shè)計(jì)，這是由于窯爐出料口及鋼化爐尺寸限制、僅能滿足長2.2m、寬1.1m的玻璃量產(chǎn)。同時(shí)為保持外觀的相對一致性，G12組件設(shè)計(jì)需加接跳線（圖2.1）。


組件短路電流取決于電池受光面積、電路設(shè)計(jì)。G12硅片較M2硅片面積增加80.5%，單片電流即增加80.5%，若基于主流的切半設(shè)計(jì)、組件短路電流高達(dá)18.1A，已經(jīng)臨界接線盒承受極限，同時(shí)也超出逆變器的可接受范圍；即使采用三分片設(shè)計(jì)，組件短路電池降至12.3A，與G1、M6組件相比，接線盒結(jié)溫及反向熱擊穿風(fēng)險(xiǎn)已顯著提升，同時(shí)三分切對應(yīng)單串電池?cái)?shù)量增加，這增加了熱斑風(fēng)險(xiǎn)及電池反向擊穿風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)我們的實(shí)測及模擬結(jié)果（表2.2）：G1組件在結(jié)溫、熱斑溫度最具優(yōu)勢；M6組件結(jié)溫、熱斑溫度略有增加，但仍可控；G12組件則面臨較大的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)G12組件需對電池切割2次，增加制程碎片風(fēng)險(xiǎn)，而切邊數(shù)量及組件尺寸增加也提升了抗載荷風(fēng)險(xiǎn)。而中節(jié)能太陽能鎮(zhèn)江量產(chǎn)的M6組件可通過3倍IEC老化測試、動(dòng)載及靜載加嚴(yán)測試（圖2.2），并順利通過TUV萊茵認(rèn)證。
G12需新建線體，M6可升級(jí)改造

本文主要從拉晶、切片、電池及組件環(huán)節(jié)進(jìn)行闡述。
拉晶環(huán)節(jié)，多數(shù)爐臺(tái)改造后拉棒可兼容M6，但是實(shí)現(xiàn)G12硅片拉晶需購置新爐臺(tái)。切片環(huán)節(jié)，絕大多數(shù)新上金剛線劃片機(jī)可兼容M6，但是完成G12切片需購置新設(shè)備。電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)，現(xiàn)有電池產(chǎn)線可通過改造兼容M6，改造費(fèi)用較低，但是完成G12電池量產(chǎn)需新建線體，成本投入高。組件生產(chǎn)環(huán)節(jié),流水線可通過改造兼容M6電池組件的量產(chǎn)，但是G12組件需新建線體。

根據(jù)CPIA最新統(tǒng)計(jì)，截止2019年全國硅片、電池、組件產(chǎn)能分別為134.6GW、108.6GW、98.6GW，而其中有相當(dāng)產(chǎn)能是近兩年擴(kuò)建的新產(chǎn)線，可完全滿足M6硅片、電池、組件的量產(chǎn)，由于所有產(chǎn)能均不支持G12的量產(chǎn)，而新建線體耗資巨大，因而市場推動(dòng)力不足。

G12組件系統(tǒng)兼容性有待提升

目前電站端均支持G1、M6硅片組件的規(guī)模化安裝，對于G12硅片組件，組件版型、重量進(jìn)一步增大（表2.3），對支架承重、現(xiàn)場安裝均提出更高的挑戰(zhàn)；同時(shí)組串逆變器對電流要求小于13A，而G12組件基于1/3切短路電流已經(jīng)達(dá)到12.3A（表2.2），疊加雙面電池技術(shù)后短路電池更高，逆變器風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增大。


硅片薄化是未來趨勢，M6更具優(yōu)勢

目前主流硅片尺寸在180μm，而硅片薄片化對于組件價(jià)格有立竿見影的作用，硅片每減薄20μm價(jià)格下降約10%，組件價(jià)格可降低5-6分/W。根據(jù)CPIA統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)2025年硅片厚度可降至140-160μm（圖2.3）。但厚度減薄的同時(shí)，更大尺寸將承擔(dān)更高的風(fēng)險(xiǎn)，切片良率降低、厚度均勻性更難控、電池及組件制程裂片風(fēng)險(xiǎn)增加、組件抗應(yīng)力及熱沖擊的風(fēng)險(xiǎn)增加。目前M6已實(shí)現(xiàn)硅片、電池、組件規(guī)?；慨a(chǎn)，且良率、可靠性已經(jīng)經(jīng)過上下游共同驗(yàn)證，因而更具優(yōu)勢。


M6尺寸為當(dāng)下最優(yōu)選擇

大尺寸硅片的發(fā)展已成行業(yè)共識(shí)，關(guān)于尺寸規(guī)格的選擇百家爭鳴。由于G1對降低度電成本無顯著作用，未來將作為過渡產(chǎn)品。G12硅片的降本優(yōu)勢毋庸置疑，但當(dāng)下更應(yīng)解決的是供應(yīng)、良率、可靠性及系統(tǒng)應(yīng)用，并最終轉(zhuǎn)化為終端LCOE的降低，若只是“止于理論、脫于實(shí)際”，則很快淹沒于滾滾歷史中。M6尺寸更適配當(dāng)下，已建產(chǎn)能巨大、上下游良率及可靠性驗(yàn)證、終端LCOE有效降低，預(yù)計(jì)將快速上升并在未來五年內(nèi)占據(jù)市場主流。但同時(shí)我們更要思考，光伏硅片大尺寸未來如何開辟出適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的創(chuàng)新之路、降本之路。

原標(biāo)題：現(xiàn)階段站隊(duì)166，M6尺寸為當(dāng)下最優(yōu)選擇