電池轉換效率逼近天花板,光伏技術迭代路在何方?

2020-11-29 澎湃新聞

原創蘇南董梓童中國能源報

我國光伏行業高速發展的背後是企業不斷的「降本增效」，尤其是近幾年，降價成為國內光伏市場的主題。為此，不少光伏企業把提高光電轉換效率作為搶佔先機的「法寶」。在受訪業內人士看來，雖然目前光伏電池轉換率臨近天花板，但隨著技術的不斷迭代，提高轉換效率仍將是光伏上下遊產業鏈的主攻方向。

（文丨本報記者蘇南實習記者董梓童）

超高功率市場崛起

回顧光伏行業發展趨勢，技術進步驅動轉換效率不斷提升。自中環股份2019年發布210mm大尺寸矽片以來，短短一年，超高功率光伏生態鏈日漸完善，保利協鑫、愛旭、通威等電池製造商紛紛入場，適配210產品的支架、接線盒等相關配件均已做好匹配，目前天合光能、東方日升等210組件企業更可以量產超高功率電池。

「更大矽片、更高功率組件市場頗為樂觀。隨著超高功率產業化的推動，技術不斷創新超越，24%+高效電池的大規模量產將超過預期，預計明年超高功率電池將迎來爆發期。」天合光能中國區組件銷售創團總裁曾義判斷。

據悉，截至目前天合光能今年已5次擴產，預計到2021年底，電池產能將達26GW，超高功率組件超50GW。經過不斷的技術與工藝的研發和產業化落地，PERC電池量產平均效率已達到23.20%以上，並通過自主研發的PERC+項目技術的導入，電池的平均量產效率還將持續提升，預計到今年底可突破量產平均效率23.50%。

東方日升新能源股份有限公司副總裁黃強接受記者採訪時也表示，光伏超高功率市場前景光明。東方日升通過「210+異質結」，引領了行業在組件高功率和電池高效率上的進展。作為首批實現158.75mm 9BB異質結電池量產的廠家，最高量產效率高達24.2%，成為業內首批實現9BB異質結半片低溫焊接封裝工藝的供應商。2020年6月，首個重大客戶35MW訂單順利併網發電。

PERC電池轉換效率接近天花板

在受訪的業內人士看來，P型單晶PERC電池產品是現階段市場的主流，其量產效率已經超過23%，正在向24%進發。「我們認為，P型PERC電池效率在未來兩三年內還有提升空間，也是目前量產化性價比最高的技術。」隆基股份品牌總經理王英歌對記者表示。

東方日升全球市場總監莊英宏接受記者採訪時稱，目前，公司單晶電池片的轉換效率突破23.5%，類單晶電池片的轉換效率突破23%，矽片N型單晶電池片的轉換效率突破24.2%，單晶組件轉換效率突破21.4%，半片異質結組件轉換效率突破21.9%。

集邦諮詢旗下新能源研究機構EnergyTrend分析認為，2020年全球光伏市場P型PERC電池產能達到199.7GW，約佔電池片環節產能78%。其中，市場上銷售的單晶PERC電池片轉化效率集中在21.8%-23%，2020年新建成的產線效率普遍在22.5%以上，實驗室單晶PERC效率在24%左右，可見PERC電池量產效率已接近實驗室效率，該技術發展已進入成熟階段。

記者採訪了解到，由於TOPCon技術與主流PERC電池產線大部分工藝兼容，目前該技術在投資成本、配套設備成熟度上更有優勢。TOPCon電池實驗室研發效率可達24.8%，量產效率能夠達到23.2%-23.8%。包括LG、REC、中來、天合、林洋、阿特斯、晶科、國電投等多家企業均擁有TOPCon電池技術儲備，並實現了較高的研發或量產轉換效率，預計2020年TOPCon電池片產能達到5.4GW。

盈亞證券研究認為，電池是光伏產業鏈技術發展最快的環節，目前PERC轉換效率已接近天花板，行業正探索並布局新的技術。PERC+、TOPCON、HJT等多種新興技術有望推動產業持續進步，並推動產業進入新一輪的降本增效浪潮。

「從短期看，TOPCon成本優勢較強，與現有PERC產線兼容性高，但從中長期看，HJT量產潛力更大。」EnergyTrend分析表示，目前各企業中長期規劃均以HJT+IBC(HBC)、TOPCon+IBC(TBC)等技術疊加方式進行電池片研發。

晉能科技總經理楊立友對記者表示，看好異質結技術在提高轉換效率上的前景。該技術具有工藝流程少、轉換效率高、超低衰減、超低溫度係數、高雙面率、弱光響應性能優異等優勢。公司在探索異質結技術量產與降本的同時，還在探索異質結技術與鈣鈦礦等前沿技術結合，以期待不斷的提高轉換效率、降低光伏發電度電成本。

技術迭代謀求效率突破

縱觀近幾年光伏電池發展趨勢，其發電成本持續下降，電池轉換率快速提升。數據顯示，2007年至2020年上半年，組件成本下降24倍，系統成本下降15倍。而在光伏電池效率方面，多晶、單晶PERC、TOPCon、IBC、異質結等技術路線效率不斷打破紀錄。僅天合光能一家公司的高效P型單晶PERC太陽能電池光電轉換效率就累計15次打破電池和組件效率世界紀錄。

今年，基於矽片大尺寸化趨勢，從光伏產業鏈主流組件企業的量產水平來看，切片、多主柵、焊帶改進、高密度封裝等技術從組件環節優化光伏效率，主流企業在建的大尺寸組件產線基本都採用了多種組件技術疊加，將組件效率推升至20%以上，功率可達600W。

記者採訪了解到，目前PERC電池技術量產效率提升主要搭配各環節先進工藝升級為「PERC+」,其工藝電池升級路線主要包括PERC+SE、PERC+MWT、雙面PERC、SiNx優化等。天合、晶澳、正泰等主流企業PERC電池量產平均效率在22.8%以上，從電池片生產企業研發預期來看，「PERC+」電池轉化效率有望進一步達到24.5%左右。

在王英歌看來，光伏技術迭代，前提是可靠性，在可靠性保障下，一方面看轉化效率；另一方面看光伏與不同應用場景、不同能源的融合技術發展，比如光伏+儲能、光伏+氫能、光伏+建築一體化、光伏+電動汽車充電樁、光伏+數據中心，光伏+5G基站等。

EnergyTrend表示，處於量產導入期的TOPCon與HJT電池技術，需要產業鏈各環節內設備、輔材等企業與產品端協同優化產線，隨著產品通過終端電站應用測試驗證，才有望進入市場推廣階段。

晶科能源相關負責人接受記者採訪時表示，光伏技術的轉化效率提高有相對清晰的技術進步路徑，各項技術的開展都圍繞著：襯底材料提升、鈍化結構優化、金屬化性能提升、光學路徑優化等幾個主流的研究方向上。從目前技術來看，N型電池的TOPCon技術代表的高效、低成本電池，將是技術發展的主流，在此基礎上會有很多新興附屬技術形成一代產品。此外，還應關注新型光伏基底材料，如鈣鈦礦、碳化矽、三代半導體材料等。針對結構性提效技術，疊層電池技術、光子轉換技術等都能夠成為提效利器。

國家發改委能源研究所一位不願具名專家對記者表示，光伏轉換效率雖然臨近天花板，但目前效率已可以實現與煤電成本相當，且未來仍有效率提升空間。「此外，一些新興技術，如目前較為成熟的異質結、處於技術前沿的鈣鈦礦，如能突破規模與經濟性，成本可以降至更低水平。」