В солнечной энергетике идёт переход на крупноформатные кремниевые пластины?
Кремниевые пластины (silicon wafers) являются «промежуточным полуфабрикатом» для производства солнечных модулей (панелей), основой на которой «печатаются» солнечные элементы, из которых и собирается модуль.
По данным последнего доклада ITRPV 2019, доля пластины в стоимости солнечной панели составляет 14%, гораздо меньше, чем в 2017 году, когда эта доля равнялась 23%. Причина – 1) снижение стоимости сырья – поликремния, 2) повышение эффективности производства, технологические усовершенствования.
Одним из технологических трендов в промышленности по выпуску солнечных модулей является переход на кремниевые пластины более крупных форматов. Более крупный формат пластины позволяет увеличить максимальную мощность фотоэлектрического модуля при том же количестве солнечных элементов (ячеек), отмечает Роман Москвитин, генеральный директор ООО «Солар Кремниевые Технологии».
Увеличение размеров пластин является давней тенденцией. Сорок лет назад стандартная длина стороны (ребра) кремниевой пластины составляла всего около 100 мм. К 2000-м годам она увеличилась до 125 мм. В 2012 году был внедрён тип M0 с длиной ребра 156 мм, который в итоге стал доминирующим. В дальнейшем происходили небольшие поправки этого стандарта, внедрялись пластины M1 (156,75 / 205 мм — диаметр), M2 (156,75 / 210 мм).
В настоящее время абсолютно доминирующим стандартом на рынке является М2. Однако, как видно на следующем графике, PV InfoLink прогнозирует стремительный рост доли пластин типоразмера G1 с последующим быстрым переходом на кремниевые пластины формата М6.
Формат M6 активно продвигает китайская компания LONGi, которая стала мировым лидером по объёмам выпуска пластин, и намерена увеличить объемы производства до 100 ГВт и даже больше в самое ближайшее время. Пластины М6 используются в новых модулях LONGi Hi-MO 4 и Hi-MOX.
Размер M6 представляет собой квадрат со скошенными углами с длиной ребра 166 мм и диаметром 223 мм. Площадь пластины M6 увеличена на 12,21% в сравнении с М2. В обычном модуле с 72 ячейками M6 может увеличить выходную мощность с 395 Вт до 430 Вт.
Почему LONGi решила поставить на М6?
Компания говорит, что M6 (166 мм) предлагает хороший баланс между снижением затрат и совместимостью с компонентами, которые сегодня используются при создании солнечных электростанций. Согласно расчетам LONGi, цена пластины M6 (за штуку) на 0,34 юаня выше, чем M2, но в 2020 году разница сократится до 0,20 юаня. При такой величине дополнительных затрат M6 может обеспечить снижение прочих затрат солнечной установки (кроме модулей и инверторов) на 6-7% по сравнению с M2.
Ещё одна причина, по которой LONGi продвигает M6 – это заявляемая совместимость с обычно используемой силовой электроникой и возможность применения привычных технологий монтажа. Солнечный модуль с 72 ячейками М6 весит около 30 кг, что допускает возможность использования ручного труда при установке (хотя и на пределе возможностей). Учитывая увеличенную выходную мощность, включая потенциальное двухфазное усиление, пластина M6 увеличит рабочий ток примерно до 13А, что является верхним пределом для стринговых инверторов. Модули с пластинами M6, также совместимы с центральными инверторами.
В производстве солнечных модулей из элементов M6 можно добиться значительного снижения затрат, считает LONGi, поскольку сокращается удельное потребление материалов (алюминиевые рамы, стекло, кабели, кремний, упаковочные материалы). По расчётам производителя, за счёт М6 стоимость модуля может быть снижена на 0,025 юаней / Вт.
Aiko Solar, крупный производитель солнечных элементов, заявил, что может адаптировать свои производственные линии к производству M6 с небольшими дополнительными инвестициями. Компания считает, что доля M6 в её поставках достигнет 60% уже в 2020 году, а в 2021 году увеличится до 90%.
Таким образом, есть вероятность, что рыночная доля кремниевых пластин М6 вырастет намного быстрее, чем прогнозировалось, скажем, в вышеупомянутом докладе ITRPV 2019 года. Его авторы считают, что М2 будет однозначно доминировать до середины 2020-х годов, а в сегменте поликристаллических (mc-Si) кремниевых пластин – гораздо дольше (хотя, конечно, сейчас наблюдается явный отход от продукции mc-Si, вплоть до полного отказа от её выпуска ведущих производителей).
Нельзя не отметить, что движителем перехода на М6 является прежде всего LONGi, поэтому остаётся вопрос, достаточно ли сил у компании, чтобы «продавить» рынок.
И это ещё не вся история.
В 2019 году китайская Zhonghuan Semiconductor представила кремниевую пластину гигантского размера М12 «Kwafoo» — 210 мм в длину и 295 мм по диагонали.
По словам компании, солнечный модуль из 60 элементов М12 будет обладать мощностью до 610 Вт.
Новый продукт приведет к «гораздо более низкому BOS [баланс системы – прочие расходы солнечной установки за исключением модуля и инвертора] и LCOE [приведенная стоимость электроэнергии] в проектах солнечной энергетики, а также к большей рентабельности», — говорит председатель Zhonghuan Шен Хаопин.
Рыночные перспективы кремниевой пластины М12 ещё менее понятны, чем М6. Помимо Zhonghuan, в настоящее время ни один производитель солнечных элементов не объявил о корректировке производственных процессов, чтобы приспособиться к M12. Поставщики монтажных систем и трекеров выражают озабоченность по поводу статической и динамической стабильности установок с фотоэлектрическими панелями M12, которые будут намного тяжелее, чем любые другие массово устанавливаемые модули.
«Увеличение размеров пластины приведет к увеличению геометрических размеров солнечного модуля, что может негативно сказаться на его прочностных и эксплуатационных характеристиках (например, приведет к утолщению стекла, ужесточению требований к несущим конструкциям и т.д.), и соответственно снизит взаимозаменяемость с модулями стандартного размера», — говорит Роман Москвитин.
Некоторые эксперты считают, что M12 от Zhonghuan нацелена на использование в технологиях фотоэлементов следующего поколения, таких как IBC (Interdigitated Back Contact), то есть М12 – это технология относительно удалённого будущего, и, возможно, нишевая.
В то же время крупный китайский производитель солнечных модулей Risen Energy уже объявил о поддержке формата M12 и выпустил на рынок солнечный модуль мощностью 500+ Вт, скомпонованный из ста половинчатых (half cut) монокристаллических ячеек, «нарезанных» из кремниевых пластин M12 Zhonghuan.
Таким образом, появление формата М12 привносит дополнительную интригу в прогнозы будущего развития промышленных технологий солнечной энергетики.
В России сегодня действует единственное современное предприятие, производящее монокристаллические и поликристаллические кремниевые пластины — ООО «Солар Кремниевые технологии» («Солар Системс»). Сегодня предприятие выпускает пластины самого массового формата М2.
По данным компании, «технологические возможности ООО «Солар Кремниевые технологии» позволяют производить пластины размером М4 без глубоких изменений производственной цепочки. Дальнейшее увеличение размера пластины потребует частичной модернизации оснастки и оборудования и целесообразно лишь в случае изменения ситуации на рынке».
Объемы производства завода «Солар Кремниевые технологии»: около 240 МВт в год. В то же время годовой объём мирового рынка в 2019 году порядка 120-130 ГВт (120000 – 130000 МВт).
Российские масштабы развития солнечной энергетики малы, а прогнозируемые темпы роста явно отстают от мировых. Для модернизации отечественного производства и обеспечения возможности выпуска пластин более крупных форматов, разумеется, требуются более высокие целевые показатели развития солнечной энергетики в стране.