為什么TOPCon主流地位難撼動?這兩大技術“撒手锏”引領價值

2024-09-05 17:13  來源:華夏能源網  瀏覽:  

在光伏行業(yè)陷入寒冬期的當下,對技術路線的預判比以往任何時候都更加重要。選錯方向,大概率就將失去未來。

2023年以來,隨著光伏行業(yè)新舊技術和產能迭代,PERC退場,TOPCon以技術最領先、產業(yè)化成熟度最高、設備單吉瓦投資最低、未來提效空間大等優(yōu)勢,迅速占據市場主流。與此同時,XBC、HJT、鈣鈦礦等各種路線并存,行業(yè)也進入了“技術大討論”。

在近期由中國光伏行業(yè)協會牽頭舉辦的2024 TOPCon太陽能電池技術發(fā)展趨勢研討會上,技術大咖們就“未來五年TOPCon都將是行業(yè)主流”再次達成共識。


五位CTO大咖同臺“論道”TOPCon(來源:CPIA)

在討論熱火朝天的同時,行業(yè)不妨理性地復盤一下:如今市場的TOPCon技術和產品是何以占據主流江湖地位的?到底靠的是什么?從技術端、應用端到生態(tài)維度,TOPCon的制勝法寶是什么?

技術端:TOPCon雙面率壓倒性優(yōu)勢高達15%

技術大拿們能斷言TOPCon技術在5年內都是主流,主要是TOPCon產品相比其他技術路線產品的兩大“制勝”優(yōu)勢:低輻照優(yōu)勢及雙面率優(yōu)勢。

光伏組件大部分時間都是在低于1000W/m2的輻照度下工作,因此低輻照性能越優(yōu),組件單瓦發(fā)電能力越高。XBC因其背接觸的工藝結構,而具有低并聯電阻特性,導致其低輻照性能相比TOPCon低了約5%。

而TOPCon組件卻具有顯著的低輻照性能優(yōu)勢。天合光能以青海電站為例的實證數據顯示,由于具備低輻照優(yōu)勢,TOPCon比XBC單瓦發(fā)電能力提升約1%;而在常州,在早上7—8點時,TOPCon相比TBC高了6.9%;晚上在18—19點時,相對增益更是高達8.3%—8.4%。

另一大優(yōu)勢在于,雙面率成為TOPCon吊打XBC的“撒手锏”。

“雙面率”是指光伏電池組件正反面的發(fā)電能力之比,即背面效率/正面效率。背面效率與正面效率差異越小,雙面率越高,在雙面場景下單瓦發(fā)電能力越強。

據天合光能戰(zhàn)略、產品與市場負責人張映斌博士介紹,“TOPCon的雙面率較XBC高15%,在5%—30%的地面反射率下,單瓦發(fā)電能力增益0.4%-1.09%。”

對此,業(yè)內技術專家對華夏能源網進一步解釋其中原理稱,雙面率高不高,取決于兩大因素:發(fā)電運營狀態(tài)下,組件和電池對太陽光的遮擋和吸收。

一方面,遮擋越多,電池表面收集的光照越少,發(fā)電效率就越受限。上述技術專家介紹,“TOPCon為正背雙面接觸結構,即柵線、電極分布于兩面。而XBC為交叉指狀背接觸結構,柵線、電極全部集中在背面。兩相比較,TOPCon背面遮擋率為1.8%(電流損失占比),而XBC的背面遮擋率達到7.5%(電流損失占比),遠大于TOPCon。因此XBC正背面的效率差遠大于TOPCon正背面效率差,雙面率遠低于TOPCon雙面率,單瓦發(fā)電能力顯著低于TOPCon。

TOPCon與XBC雙面率對比

另一方面,再從光照吸收角度看。電池背面光的吸收還受Poly-Si厚度影響。Poly-Si是一種微晶硅,是XBC和TOPCon都引入的一種鈍化材料,涂于電池片背面,形成Poly-Si膜,其對光能的寄生吸收,直接影響背面發(fā)電效率,也間接影響雙面率性能。“Poly-Si越厚,對光的寄生吸收越多,射入到硅基底的光就越少,就越不利于背面發(fā)電。這主要是被Poly-Si寄生吸收的這部分光不會轉換成光生載流子,是一種無效吸收。”專家解釋。

XBC的Poly-Si厚度遠大于TOPCon,這就導致其Poly-Si寄生吸收對背面影響為19%(電流損失占比),而TOPCon為10.7%,有效利用的光更多。

“XBC的電池結構決定了其Poly-Si厚度更厚。作為發(fā)射極的一部分,Poly-Si如果太薄,電阻會太高,不利于優(yōu)化效率。另外,現在TBC電池所用漿料,也要求Poly-Si厚一點,才不會導致漿料燒穿。”上述專家表示,XBC對Poly-Si厚度的要求一定程度上還提高了單瓦成本。

隨著背面技術的攻關,TOPCon的雙面率還有望進一步提升。一道新能CTO宋登元博士在研討會中曾表示,這一技術未來的提升空間仍很大,目前一道新能也正致力于將TOPCon電池背面Poly-Si膜的厚度從目前的80微米降到50微米,減少寄生吸收,提升背部電流。

另據天合光能技術專家表示,通過背面結構的減薄以及摻雜材料的改進,TOPCon的Poly-Si的寄生吸收在目前10.7%的基礎上還能再降一半,進一步提高雙面率。

實際上,HJT相關產品也具備雙面率高優(yōu)勢,但在技術不成熟、產業(yè)基礎還不夠深厚的現階段,暫無法與TOPCon相匹敵。

應用端:TOPCon綜合客戶價值有0.06-0.15元/W增益

在客戶價值就是生命線的光伏行業(yè),TOPCon電池及產品在應用市場的表現,更能說明其江湖地位。

中煤天津設計工程公司新能源設計研究院院長董曉青透露,在中煤集團集采的光伏組件中,n型TOPCon組件的占比已從2023年的31%調整到今年的45%,此外p型、HJT也占有一定比例;同時是否把XBC組件納入集采“仍在討論中”。

作為央企典型,中煤的變化頗具代表性。

另據山東省太陽能協會副會長張曉斌透露,最近幾批大項目招標,TOPCon是主流,同時HJT的采購占比也在明顯提升。而在分布式市場,他表示“部分業(yè)內人士說XBC類產品更適合分布式場景。但截至目前,分布式市場70%以上仍然是TOPCon。在戶用租賃市場,我們更是很少見到XBC產品的應用。”

TOPCon如此受終端市場歡迎,主要也緣于TOPCon產業(yè)基礎好,既有價格優(yōu)勢,又有性能優(yōu)勢。

張曉斌表示,目前戶用光伏市場的出資方以融資租賃公司為主體,更希望盡快回本,在產品選擇更青睞行業(yè)主流品牌產品。“XBC的價格每瓦貴2、3分錢,尺寸還與統一規(guī)劃的尺寸不匹配,造成在戶用租賃市場的弱勢。”

對大基地建設組件“選型”更熟悉的董曉青介紹,目前光伏電站的場景,主要為大基地項目、沙戈荒、海上光伏、農光互補等,需要應對高溫高濕、高鹽霧、高腐蝕性、紫外線照射較強帶來的挑戰(zhàn),TOPCon電池有高效率、高雙面率、低衰減率、特別優(yōu)秀的溫度系數、弱光性(即低輻照)佳、場地適用性較強六大優(yōu)勢,具有良好的穩(wěn)定性,因而在這些場景的組件選型中取勝。

在張映斌看來,雙面率和低輻照這兩大優(yōu)勢對TOPCon最為關鍵。張映斌介紹說,未來五年,全球光伏電站應用場景中70%以上為雙面場景,同時全球典型地區(qū)低輻照時長占比超90%。TOPCon在這些場景中明顯更具性能優(yōu)勢,中午的時候,雙面率高起主要作用;而低輻照性能則在早晚發(fā)揮增益優(yōu)勢。


全球雙面場景占比(來源:CPIA)

綜合來看,XBC雖具有低BOS和低溫度系數優(yōu)勢,但綜合價值卻不及TOPCon——TOPCon不僅單瓦發(fā)電能力比XBC高1.87-3.53%,綜合客戶價值也高于XBC 0.06-0.15元/W。這也難怪TOPCon在全球70%以上的市場具有絕對優(yōu)勢。


全球雙面場景TOPCon優(yōu)勢

此外,光伏發(fā)電的并網政策也在反過來影響用戶產品選擇。對光伏第一大省山東情況非常了解的張曉斌表示,“即將出臺的新的分布式管理辦法中有一條很關鍵,叫‘未來一般工商業(yè)不允許全額上網,大型工商業(yè)以上的不允許上網’。這將使未來工商業(yè)光伏的開發(fā)模式也變成‘盡快回本’。未來TOPCon的優(yōu)勢會更加顯著。”(業(yè)內普遍認為,TOPCon的回本周期為3-5年時間。與之相比,XBC的回本周期在六年)。

綜合來看,張曉斌認為:“TOPCon可以說是一個德智體美勞全面發(fā)展的‘同學’,所有的場景,TOPCon都完美適配并結合。當客戶遇到選擇難題時,選擇TOPCon不會出錯。”

產業(yè)端:TOPCon的生態(tài)優(yōu)勢上還無人能及

在競爭激烈的光伏市場,比拼性能是必要的,但性能不是全部。任何一項太陽能電池技術,能否獲得絕對領先優(yōu)勢,還與這一因素密切相關:上下游產業(yè)鏈配套支撐的良好生態(tài)。

宋登元在研討會中表示,“從產業(yè)生態(tài)看,TOPCon全鏈條的技術創(chuàng)新,產業(yè)生態(tài)非常完整。這是成為主流技術必備的要素。”

TOPCon技術發(fā)展至今,已經建立了良好的上下游產業(yè)生態(tài),因而整體投資會大幅下降,這是其他技術路線所不具備的優(yōu)勢。

具體而言,其一,TOPCon相關產線可兼容了上一代PERC關鍵設備和工藝;其二,我國對TOPCon整線全套核心設備自主可控;其三,TOPCon產線投資及電池、組件所用的輔材成本較其他n型技術明顯要低,并且還在持續(xù)下降。

天合光能副總裁、光伏科學與技術全國重點實驗室副主任陳奕峰以HJT電池來舉例做對比,HJT的溫度系數和雙面率都很好,但與TOPCon量產的效率并未拉開差距——效率只高0.2%,組件功率大概高5W左右,HJT裝備的單GW投資卻幾乎是TOPCon的3倍。

張映斌在分享中進行了一個測算,假如XBC成為主流,根據當前700GW的市場需求計算,超過50%,意味著僅主產業(yè)鏈就至少要投建400GW,投資額至少需要1000億。“基于目前行業(yè)的艱難情況以及資本融資受限背景,這1000億要從哪里來?”

實際上,光伏產品要想實現從實驗室研發(fā)到大規(guī)模市場應用,光靠某一家企業(yè)的力量是遠遠不夠的,這離不開整個行業(yè)生態(tài)的支持。TOPCon這三年來能夠迅速占據主流(2024年預計TOPCon市場占比將超過70%),正是得益于從產品、技術到產業(yè)合作等環(huán)節(jié)上,全產業(yè)鏈的配套與融合不斷加深。

從未來技術發(fā)展趨勢的角度看,XBC和HJT等“后浪”們各有千秋,在理論效率上更具有天花板優(yōu)勢,但目前擺在他們面前最嚴峻的挑戰(zhàn)在于,要如何加速擴大其產業(yè)生態(tài)“朋友圈”?

正如天合光能董事長高紀凡所言,“一人行可以走得快,眾人行可以走的遠。面對復雜的行業(yè)變局,堅持協同而不是脫鉤,堅持合作而不是獨行。”

站在穿越新一輪周期的關鍵時點上,光伏行業(yè)需要盡快跨越技術溝壑,在協作共贏中實現高質量發(fā)展。

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