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Telegram群组:降本增效大背景下,电池技术HJT和TOPCon谁能率先突围?

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同为第二代电池技术,异质结与TOPCon正展开一场无硝烟的竞争。通常认为,异质结技术每GW产线投资额高达4亿元,而TOPCon技术由于可以在传统的PERC产线上改造,每GW产线投资仅2.5亿元左右。但异质结技术最大的优势是其可实现的高效率、更高的双面率和更好的与钙钛矿叠层可能。尽管TOPCon在晶科、天合、晶澳等龙头企业的推动下产能突飞猛进,但对于海外企业,通常认为其对第二代电池技术的选择是异质结。异质结和TOPCon技术,巨头又会如何选择?


一、光伏技术历史和分类


第一块太阳能电池1954年诞生于美国贝尔实验室,转换效率仅为6%,而后太阳能电池从太空应用转至陆地应用,受到能源转换的需求和国家政策的推动,光伏技术快速发展。光伏技术分为两大类,晶体硅和薄膜,而中国主要在晶体硅技术中领先全球。早期技术主要来自国外的理论基础,但在欧美专家10年前转型薄膜技术时,中国在晶体硅技术上实现了突破。首先在硅料生产方面,协鑫、通威等企业将硅料成本大幅下降。电池生产设备也实现了国产替代,例如捷佳伟创等企业。


相比薄膜电池,晶体硅电池有很大的性价比优势,适用度也相对广泛。从全球出货量看,晶体硅占95%以上,而薄膜电池只有5%以下,因此晶体硅技术占绝对的主导地位。晶体硅又细分为单晶和多晶技术,而隆基将单晶技术的工艺制造流程进行优化,大大降低了单位制造成本,因此单晶成为主流,大概占总出货量的98%。单晶硅的主流技术为PERC,其他技术包括异质结(HJT),TOPCon,IBC等。


异质结电池最早来自日本,1990年由三洋公司研发。2010年专利保护结束后,中国光伏企业逐渐大量进入异质节电池的研发。起初异质结做得最好的是汉能,但是因为商业运作不佳,企业的核心研发成员大多去了其他光伏企业,比如隆基。近五年异质结发展迅猛,达到了惊人的26.81%的转换效率。


光伏电池以衬底材料进行分类可以分成P型电池和N型电池。目前P型是现在的主流光伏电池,市占率超过了85%。而P型又分为两种,BSF电池和RERC电池,前者是2020年前绝对的主流、后者是目前绝对的主流,两者出现角色变换的时间是2016年,也是在这个过程中量能的转换才从原来的不到20%提升到23%。


N型电池分为TOPCon、HJT、IBC三种,他们的量能转换效率大概在25.5%,此P型电池高出2个点左右,据权威预测到2030年,N型电池的市占率将达到56%左右。虽然说N型电池有三种,但现在得到商业普及和应用的就只有TOPCon和HJT,目前而言TOPCon普及率更高。

二、异质结电池、TOPCon电池


TOPCon电池


相对于目前常规P型太阳能电池,N型硅片通常少子寿命较大,电池效率可以做得更高,但是工艺更加复杂。TOPCon电池具有以下特点:


1、效率高:TOPCon目前量产效率最高的厂家效率高达24.8%,当前主流的PERC是23.2%,TOPCon高1.6个百分点。预计到2023年下半年,TOPCon可以达到26.8%,PERC的效率在23.5%左右,效率差能达到3.3个百分点。


2、衰减低:一方面,TOPCon电池没有掉档的情况,而PERC电池目前的测试效率经一段时间后复测效率掉1~2个档;另一方面,对于组件端,TOPCon发电功率不存在衰减,PERC首年有接近8%的功率衰减。


3、长波响应好:PERC只是对短波响应好,TOPCon不管是长波还是短波响应都很好。TOPCon不受天气影响,发电量持续保障,而PERC发电量受天气影响严重。


异质结电池


异质结的竞争优势还未完全体现,目前前十厂家都在向这个方向发展,比如通威、爱康等都有布局,以及一些即将上市的电子厂家甚至规划了5-10G瓦的异质结产能,十分看好异质结的发展。随着国产设备替代比例上升,技术成熟化,预计异质结未来发展前景广阔。优势主要包括:


1、制程相对简单,仅有4段


2、性能优势,温度系数非常低,比PERC和IBC电池都低,大概为0.25%,普通电池一般为0.4%;


3、光衰低,因为N型电池比P型电池杂质浓度低,转换效率高;


4、双面率高,双面电池比单面电池发电效率高3-10%。

三、降本增效大背景下,巨头会如何选择?

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对于我国新能源发展而言,光伏发电无疑是最重要的一环。而聚焦至光伏产业内部,提高发电效率、降低成本,始终是决定产业命脉的核心。


当下,随着技术的不断发展,光伏产业似乎又来到了新的拐点。现在行业普遍认为,光伏的第三次技术变革最有可能发生在电池片领域,PERC电池是目前光伏产业的主流电池技术。


为突破产业瓶颈,市场开始呼唤功率更高的光伏新技术。8月18日,科技部、发改委、能源局等九部委发布《科技支撑碳达峰碳中和方案》,指出要重点“研发高效硅基光伏电池”。


所谓“硅基光伏电池”,一般包括P型电池与N型电池两种。前者制作工艺简单,设备建设成本较低,一直以来都是性价比最高的电池技术路线。不论是上一代主流的铝背场电池(BSF),还是当下正充当市场主力的PERC电池,均属P型电池序列。但另一面,目前P型电池已逼近其理论上的发电效率极限,降本增效的空间所剩无几。


市场上足以替代P型电池成为市场主流的,便是N型电池。其技术路线多且清晰,发展相对成熟,各类技术的光电转化效率均已超过24%,应用潜力巨大,商业化空间十分可观。


目前,N型电池的主要种类包括三种,即TOPCon、IBC以及异质结。在行业看来,未来的光伏市场主流,大概率会从这三种技术中产生。


行业人士分析,在这三种技术中,前期生产壁垒最低的就是TOPCon。该技术的最大特点是生产线无需另造,只需改造现有的PERC产线即可,前期投产成本低。但它的光电转化效率较低,目前的实验室极限是26%(ISE,双面接触),优于PERC,低于异质结和IBC。此外,TOPCon的工序太过复杂——寻常的光伏电池一般只需经过9道生产工序,而TOPCon的工序高达12~13道,大大提升了量产难度,良品率也因此极难把握。


至于IBC电池,是目前所有电池技术中发电效率最优的一种,实验室极限效率已经能达到26.63%。但工艺也最不成熟,加工成本极高,生产设备昂贵,距离商业化还很遥远。


对比之下,异质结电池的表现更符合市场要求,被认为是最有希望成为下一代主流电池的技术路线。根据CPIA公布的实证数据,目前,异质结电池相比P型电池,在发电量上具备绝对优势,每千瓦发电量可增益6-10%。其实验室最高光电转换效率在26.5%左右,高于PERC和TOPCon电池,且工序最少,仅有4道,生产步骤可控性强,良品率最高。


目前异质结技术已从探索准备期进入到发展期,一些已入局异质结技术赛道的光伏企业正在积极扩大生产规模,规模化生产正在推动异质结设备投资和材料价格降低,行业案例数据亦有印证。


据某项目上的数据显示,异质结双面组件与PERC双面组件相比,每瓦收益率提高7.5% ,与PERC单面组件相比,每瓦收益率提高14.4%。因此,综合考虑发电量和成本,异质结产品已具备电站应用价值(目前异质结LCOE和PERC组件基本接近)。

而随着设备和材料国产化实现成本大幅降低,产品供应量和市场的增大,异质结电池成本有望到2023年达到0.65元/M。


行业专家表示,低温度系数、低衰减、高转化效率、工艺简单等,是N型异质结技术最主要的优势。异质结电池的结构决定了可以天然双面发电,工艺流程只有清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、导电膜沉积、丝印固化四个环节,相比8道工序的PERC电池大大简化。在技术延伸上,随着异质结技术的逐渐成熟,未来有望成为一种平台型技术,与钙钛矿结合形成叠层电池。


REC Group首席执行官Jan Enno Bicker称,未来的研发工作将完全集中在异质结技术上。


“我们知道这是未来几年一项最具潜力的技术,可以真正改善功率密度,令组件效率越来越高。”


Bicker表示:“REC Alpha Pure-R在尺寸、重量、功率输出和操作方面确实达到了最佳状态。通过这种新组件,我们再次成功的在更加紧凑的组件中实现了更高的功率,让业主能够实现更高的能源独立性并为全球能源转型作出贡献。”      同时,为了提升产品的可持续性,该系列产品没有使用铅,这符合RoHS标准,对环境影响较小。REC Alpha Pure是市面上极少数的无铅太阳能组件之一。


值得关注的是,据CPIA此前估算,假设2021-2025年全球装机量分别为170、225、270、300、330GW,假设异质结渗透率2021-2025年分别为5%、12%、26%、42%、60%。由此可见,异质结市场前景不容小觑。


推动技术迭代,开发出更高功率、更高效率、更高发电量的光伏组件产品,始终是光伏企业满足终端市场需求的关键。未来,将有更多优秀企业继续坚持以创新为驱动,进一步加大研发投入异质结产品,实现现有技术及产品更新迭代之余,开发更多新技术和新产品,同步完善光伏电池片、光伏组件及相关产品产能布局,满足更广泛的市场需求,加快推进碳中和发展进程。


来源:中国电力网,闻基起股,壹点网

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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