1、亂世烽煙：166 對戰 210，催生18x
過(guò)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(ài)旭210尺寸電池實(shí)現大批量產(chǎn)業(yè)化下線(xiàn)
2020年3月，浙江寧海，東方日升210-500W+組件通過(guò)可靠性認證和首個(gè)訂單。
2020年3月，江蘇常州，天合光能210-500W+組件通過(guò)可靠性認證和首個(gè)交付。
2020年5月，浙江海寧，晶科、晶澳推出18x-530瓦組件。
隆基從現有資產(chǎn)最大化的角度出發(fā)，推動(dòng)硅片規格從158邁向166。中環(huán)從平臺化和半導體接軌的角度，推動(dòng)硅片規格從166邁向210。東方日升第一個(gè)公開(kāi)支持210硅片規格，發(fā)布500W組件并拿到全球首個(gè)商業(yè)訂單。
天合光能、愛(ài)旭等對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。這些努力相互借鑒，使行業(yè)對尺寸規格的認識逐步提升。
210方硅片的支持者們，期望用12寸210硅片統一江湖，并穩定規格10年以上。半導體12寸晶圓從2005年到現在已穩定15年。12寸硅片也有望在光伏產(chǎn)業(yè)穩定10年以上。
18x方硅片的支持者們，則盼望210推廣的腳步放慢，允許他們現有的拉晶相關(guān)設備的存量資產(chǎn)繼續得到好的回報。166方硅片的跟進(jìn)者們，處境最為尷尬，設備改造尚未完成，就面臨著(zhù)必須進(jìn)一步改造的厄運。
尤其在終端客戶(hù)看來(lái)，166尺寸硅片只能達成450瓦左右的組件功率，度電成本上處于明顯劣勢。一方面，面臨著(zhù)被淘汰出局的風(fēng)險。另一方面，未來(lái)組件的維修和替代也成為問(wèn)題。雖然各方都同意12寸大硅片是未來(lái)發(fā)展的方向，但是考慮存量資產(chǎn)的利益沖突，只能各執己見(jiàn)。
回顧歷史：
以隆基、阿特斯為代表，依托166-450W技術(shù)平臺，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了從存量資源出發(fā)的最優(yōu)化思考和設計。
以中環(huán)、東方日升為代表，依托210-500W+技術(shù)平臺，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了全面的最優(yōu)化思考和設計。
以晶科、晶澳為代表，依托18x-530W技術(shù)平臺，在166和210平臺探索自己企業(yè)的最佳歷史過(guò)渡區。
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的邊緣。210雖然占據了絕對價(jià)值優(yōu)勢，卻沒(méi)有兼顧到自有小晶棒團隊的利益，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(lái)的好處是無(wú)法可逆的歷史潮流，18x陣營(yíng)看得到眼前利益的好處，卻又不得不為1年后缺乏競爭力而擔憂(yōu)。尤其是電池產(chǎn)能的投資不可能在1年內回收。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)品的可靠性認證仍未完成。專(zhuān)業(yè)電池制造商，愛(ài)旭和通威都毫不猶豫地選擇了投資210邊長(cháng)的12寸直徑的設備。從全產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，180得到了垂直一體化廠(chǎng)商的追捧，210得到了專(zhuān)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(wèn)題的本質(zhì)來(lái)分析。
2、客戶(hù)價(jià)值：從“標準組件”倒推“標準硅片”
“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(hù)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(kāi)花。從行業(yè)終端客戶(hù)的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，他們并不關(guān)心硅片的尺寸。
他們更關(guān)心的是組件的標準化尺寸、高功率和高效率，以及由此帶來(lái)的組件和系統成本的下降，以及度電成本的降低。
從終端客戶(hù)的要求出發(fā)，什么樣的組件才是最優(yōu)化的“標準化組件”呢?這種“標準化組件”必須有利于高效率、高功率和低成本的同時(shí)達成。
首先，這種“標準化組件”要能應用現有產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節的成本最優(yōu)化的標準化產(chǎn)品，如硅片、玻璃的尺寸。其次，這種“標準化組件”要盡量避免未填充的空白，實(shí)現電池片盡可能的滿(mǎn)填充。第三，這種“標準化組件”還需要考量到組件應用的現場(chǎng)環(huán)境，如重量要便于搬運和安裝。再次，這種“標準化組件”必須考慮標準化的物流倉儲，如適應統一規格的集裝箱;最后，這種“標準化組件”也需要考慮到和跟蹤器、電纜、逆變器等系統部件的配合。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“標準組件”倒推“標準硅片”規格，卻得出“標準組件”需要用成本最優(yōu)的標準硅片的結論，把自己推向了一個(gè)“雞生蛋”還是“蛋生雞”的窘境。這也說(shuō)明了為什么過(guò)去我們一直是從硅片的規格來(lái)定義組件規格，而不是通過(guò)組件的規格來(lái)反推硅片的規格。
對直拉單晶的圓棒基礎上的硅片制造而言，硅料利用效率最高的內接矩形是正方形。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(wú)法將任意規格的“標準組件”完美填充。常見(jiàn)的問(wèn)題是我們照顧了標準組件的短邊，就無(wú)法照顧到標準組件的長(cháng)邊。
我們試圖從物流倉儲的集裝箱出發(fā)，定義一個(gè)最佳的“標準組件”尺寸。
考慮集裝箱為40尺高柜(長(cháng)12020mm *寬2350mm *高2690mm)，以分2層，共20箱的裝箱設計，確定高功率光伏電池組件尺寸的限制條件為：長(cháng)邊Y<=2390mm，短邊X<=1135mm。
去除合理的爬電距離和誤差預留等，考慮6串電池設計，182mm 左右為考慮組件寬度方向的最佳硅片邊長(cháng)。然而182邊長(cháng)的硅片疊加到長(cháng)邊方向就會(huì )超過(guò)2410mm;或者出現大約70mm *1130mm的空白無(wú)法滿(mǎn)填充。因此，長(cháng)度方向要求硅片尺寸為180mm;折中以后尺寸為180mm。
實(shí)際上，對東方日升、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，210和180在物流上沒(méi)有任何區別。210所擁有的是對PERC電池而言至關(guān)重要的通量?jì)?yōu)勢。這是近三年P(guān)ERC成本競爭的焦點(diǎn)。
然而，面向未來(lái)，我們需要做更原理性的分析，也就是要考察鋼鐵俠所說(shuō)的“第一性原理”。
有沒(méi)有可能通過(guò)“標準組件”長(cháng)邊來(lái)定義“標準硅片”長(cháng)邊，通過(guò)“標準組件短邊來(lái)定義“標準硅片”短邊，從而實(shí)現對“標準組件”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，達到和半導體產(chǎn)業(yè)一致、15年來(lái)穩定的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)結電池用硅片已經(jīng)實(shí)現了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%;對于光伏硅片的成本降低而言，厚度降低的重要性遠遠大于邊皮料利用率。
光伏硅片實(shí)現“超大”帶來(lái)的“面積通量紅利”，不僅能大幅度降低硅材料的制造費用，也能夠全面地帶來(lái)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)現邊皮料的利用率原來(lái)是對光伏產(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，導致光伏硅片為“正方形”數10年沒(méi)變。是時(shí)候根據超大、超薄降本的要求，對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)品設計當“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(wèn)題。
那么“超大”、“超薄”如何才能同時(shí)實(shí)現呢?
一般而言，當方形硅片面積變大，邊長(cháng)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(cháng)。硅片中心到硅片邊緣的最短距離。決定了重力對硅片的影響，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(shuō)硅片的短邊邊長(cháng)。決定了硅片可以達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(cháng)，硅片的厚度就必須越厚。
對正方形硅片而言，硅片的短邊和長(cháng)邊具有相同尺度。硅片面積越大，硅片厚度越厚。
對于矩形硅片而言，如果通過(guò)長(cháng)邊做支撐，硅片厚度就只取決于硅片的短邊，而和長(cháng)邊無(wú)關(guān)。另一方面，硅片的面積和硅片的長(cháng)邊成正比，長(cháng)邊越長(cháng)，硅片面積就越大。因此，我們可以通過(guò)矩形硅片+長(cháng)邊支撐的設計，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(guò)矩形硅片，同時(shí)實(shí)現硅片的“超大”、“超薄”設計最優(yōu)化。
而在矩形硅片解決方案中，邊皮料相關(guān)問(wèn)題也可以輕松得到解決。既可以通過(guò)“超薄”帶來(lái)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(guò)準矩形硅片的圓角比例的調整，從而維持相同的邊皮料利用率。
通過(guò)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)也具有成本的競爭力。那么下面一個(gè)問(wèn)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(guò)一個(gè)好的矩形硅片的設計來(lái)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(lái)取代166，而不是用180x180來(lái)取代166。老產(chǎn)線(xiàn)升級的極限在166-171左右，升級到180有困難。如表一所示，如果升級到166，所做成的組件功率基本在450W左右，離開(kāi)500W距離太大，明顯處于被淘汰的劣勢;但是如果升級到158*182，這可以輕松達成530W以上的組件功率，走到市場(chǎng)競爭的最前沿。同時(shí)，158x182帶來(lái)的邊皮料變化僅1%，可以忽略不計。這既不影響硅料利用率，又打開(kāi)了薄片的機遇窗口，因而最符合硅片企業(yè)的利益。
表1、不同硅片尺寸對應的組件功率和尺寸
對于老產(chǎn)能，產(chǎn)線(xiàn)仍然以158為關(guān)鍵尺寸進(jìn)行調整設計，從而降低成本。
第一、以182長(cháng)邊為支撐邊，則158可以達成更薄的硅片厚度。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。而一旦厚度可以減低10um，硅片成本就能降低3%以上。
第二、設備產(chǎn)能增加，如果158或166產(chǎn)線(xiàn)升級到180產(chǎn)線(xiàn)，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。而在擴散和PECVD過(guò)程中，取得更高的面積通量和產(chǎn)能優(yōu)勢。在絲網(wǎng)印刷過(guò)程中，沿短邊158印刷，也能做到節拍更快的同時(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。由于最短擴散長(cháng)度由短邊決定，所以158x182硅片的清洗、擴散、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(guò)程中的均勻性及電池效率。同樣地，以166x182尺寸來(lái)取代166或180的原理類(lèi)似，這里就不贅述了。同時(shí)，即使是180硅片，也可以通過(guò)綜合長(cháng)邊(<2.4m)和短邊(<1.13m)的要求，如調整為180*182，或其他數值，以求得更好的電池片填充效果。
4、小結
這場(chǎng)戰爭的本質(zhì)是“垂直一體化”和“專(zhuān)業(yè)化水平分工”之爭。綜合上面的分析可以看到，210和166大戰的結果是淘汰了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+的平臺上競爭。雖然在時(shí)間上落后了半年，產(chǎn)品還需要可靠性驗證，制造成本也不符合愛(ài)旭、通威等專(zhuān)業(yè)化電池廠(chǎng)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)競爭，勢頭不可小覷。
210的天合、東方日升和180的晶科、晶澳必有一場(chǎng)惡戰。
歷史的潮流不可逆轉，趨勢和時(shí)間都是站在210(600W時(shí)代即將來(lái)臨)一邊。跟進(jìn)廠(chǎng)商的選擇不可不慎。對于已經(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。
