雙面、大尺寸、差異化一文讀懂光伏玻璃技術(shù)發(fā)展方向

隨著光伏補貼的降低和平價上網(wǎng)時代的到來，在持續(xù)降本的巨大壓力下，近年來光伏電池和組件的技術(shù)發(fā)展日新月異，形式多種多樣。但是，與光伏玻璃相關(guān)的組件技術(shù)發(fā)展方向主要是：雙面雙玻光伏組件、大尺寸光伏組件和差異化光伏組件。與光伏玻璃相關(guān)的組件技術(shù)方向1.1雙面光伏組件雙面組件是指采用了雙面電池的光伏組件，可顯著提高系統(tǒng)的發(fā)電量和降低系統(tǒng)的發(fā)電成本。近年來，隨著制作工藝的成熟和對應成本的降低，從2018年開始國內(nèi)多家大型組件企業(yè)已經(jīng)進入雙面組件規(guī)?；慨a(chǎn)階段，2019年雙面組件實際產(chǎn)量超過15GW，雙面組件產(chǎn)能達到25GW以上。雙面發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為光伏企業(yè)的重要發(fā)力點，正以燎原之勢快速發(fā)展。雙面組件出現(xiàn)于2016年，截至2018年底，主要采用2.5mm+2.5mm雙玻無框和有框兩種封裝方式。2018年底，由于2.0mm半鋼化光伏玻璃量產(chǎn)能力的提升以及成本的明顯下降，隆基和阿特斯率先大規(guī)模地開啟了對于2.0mm+2.0mm雙面雙玻有框組件的量產(chǎn)，在滿足強度和成本要求的情況下，大幅度降低了雙面雙玻組件的重量（以72片電池組件為例，雙面雙玻組件重量可降低5KG），逐漸贏得了市場的高度認可。因此，2019年光伏組件企業(yè)對雙面組件主要采用的是2.0mm+2.0mm雙玻有框的封裝方式。2019年，市面上也出現(xiàn)一些對雙面組件新的封裝方式，如1.6mm+1.6mm雙玻有框和3.2mm+透明背板有框的封裝方式。隨著透明背板加入而產(chǎn)生的競爭，雙面雙玻組件有必要進一步降低玻璃厚度和提升玻璃強度來增強雙面雙玻組件的競爭優(yōu)勢。1.2大尺寸光伏組件光伏行業(yè)逐漸形成共識，通過增大電池尺寸或增加電池數(shù)量來大幅度增加單個光伏組件的發(fā)電功率，可以明顯降低電站的系統(tǒng)發(fā)電成本（BOS成本），這比提高電池效率做起來更容易、效果也更明顯。從2018年開始，隆基率先推出M6電池片（長度166.75mm），比主流M2電池片（長度156.75mm）的單片面積大了13％左右，也就意味著同樣電池片數(shù)量的組件發(fā)電功率提高了13％左右。但是，中環(huán)于2019年8月召開新產(chǎn)品發(fā)布會，革命性地推出了M12電池片（長度210mm），比主流M2電池片（長度156.75mm）的單片面積大了80％左右。隨著中環(huán)M12電池片以及相對應的500W和600W組件的推出，由于其可以大幅度降低電站的BOS成本而引起市場的高度關(guān)注。面對M12電池組件的高功率挑戰(zhàn)，國內(nèi)外大型組件廠已經(jīng)計劃采取增加單個組件電池數(shù)量的方式來應對。高功率大尺寸組件的競爭格局已經(jīng)逐步顯現(xiàn)！1.3差異化光伏組件出于對光伏組件不同安裝環(huán)境和使用需求，終端客戶對光伏組件會作出一些特殊要求，這就會出現(xiàn)不同類型的光伏組件，如：用于機場或機場附近的防眩光光伏組件、用于屋頂?shù)暮谏珶o色差光伏組件、用于海邊或水面的防潮型光伏組件、用于沙漠地區(qū)的耐風沙光伏組件以及特殊尺寸的BIPV或RIPV光伏組件等。目前差異化光伏組件的市場占比還非常小，但隨著光伏組件的成本的進一步降低、應用場景越來越廣泛，市場上對于差異化光伏組件的需求一定會越來越多，這需要有與之配套的差異化或定制化光伏材料，尤其是作為光伏組件關(guān)鍵輔材的光伏玻璃（此處提到的差異化組件主要是和光伏玻璃的差異性相關(guān)聯(lián)，不包括市場上所有類型的差異化組件類型）。光伏玻璃的減薄方向2.1雙玻組件的玻璃厚度選擇截至2018年，市面上對雙面雙玻組件主要采用的是2.5mm+2.5mm雙玻有框的封裝方式，而從2019年開始，雙面雙玻組件主要采用的是2.0mm+2.0mm雙玻有框的封裝方式，目前部分采用2.5mm玻璃作為雙面雙玻組件前后板的組件廠家也正在積極地認證2.0mm玻璃的雙面雙玻組件，計劃盡快將2.5mm玻璃切換為2.0mm玻璃。雙面雙玻組件的玻璃從2.5mm降低到2.0mm的主要原因是：2.0mm玻璃的重量降低了20％、2.0mm玻璃的成本降低了4％左右、2.0mm玻璃的機械強度也能滿足組件的機械載荷要求，且供應能力也得到了保障。目前，有些企業(yè)已經(jīng)開始生產(chǎn)1.6mm的光伏玻璃，同時個別組件企業(yè)也開始生產(chǎn)1.6mm+1.6mm雙面雙玻組件。隨著1.6mm光伏玻璃鋼化性能的提升、成本的下降以及供應能力的提升，筆者認為1.6mm+1.6mm雙面雙玻組件將會更多的應用于屋頂，并逐步替代現(xiàn)有的3.2mm的單玻常規(guī)組件。因為在重量、成本基本相同的情況下，屋頂客戶會更傾向于選擇質(zhì)保更長久的雙玻雙面組件。從雙面組件的背板玻璃類型選擇來看，各家組件廠為了追求更高的光伏組件雙面率，目前雙面組件的背板玻璃基本選擇的是超白壓花光伏玻璃而不是浮法玻璃，是因為在背板玻璃無需鍍膜的情況下，2.0mm超白壓花光伏玻璃92％左右的透過率明顯高于2.0mm浮法玻璃90％左右的透過率。但是，在未來可能存在的壓花玻璃供應緊張和浮法玻璃成本優(yōu)勢的情況下，雙面雙玻組件背板玻璃類型可能會一部分轉(zhuǎn)向?qū)Ω》úＡУ氖褂谩?.2單玻組件的玻璃厚度選擇在2014年之前，還有較多用于歐美的72電池片的光伏組件采用的是4.0mm厚的光伏玻璃。在消除了對玻璃強度的顧慮后，出于成本、重量考慮，光伏組件基本上采用的都是3.2mm光伏玻璃，4.0mm的光伏玻璃在2014年之后便逐漸地退出了歷史舞臺。在2014年左右，韓國LG了解到2.8mm厚的玻璃是玻璃行業(yè)長期以來能夠進行全鋼化的厚度下限后，在測試和認證完成后，韓國LG便全面采用2.8mm光伏玻璃作為其光伏組件的蓋板玻璃，直到現(xiàn)在全球采用低于3.2mm光伏玻璃作為單玻光伏組件蓋板玻璃的組件廠家依然是少數(shù)。在2017年初，中航三鑫推出2.5mm的全鋼化玻璃，其各方面的機械性能直逼3.2mm鋼化玻璃，讓我們看到了2.5mm全鋼化玻璃替代3.2mm或2.8mm光伏玻璃作為單玻組件蓋板的可能性。隨后便引起了海外多家知名組件企業(yè)的關(guān)注。在美國2019年的SPI展會上，我們已經(jīng)看到知名組件企業(yè)美國Sunpower和臺灣URE已經(jīng)展出中航三鑫2.5mm全鋼化光伏玻璃的單玻組件，其中Sunpower已于2017年底便拿到了其認證。此次展會后，韓國知名組件企業(yè)便對2.5mm全鋼化光伏玻璃取代單玻組件上的3.2mm光伏玻璃產(chǎn)生了極強的興趣，并計劃進行2.5mm全鋼化光伏玻璃的測試和認證。因此，未來會有很大一部分的屋頂用單玻光伏組件會開始采用2.5mm全鋼化玻璃作為其蓋板，因為這是一個非常明確的降本和減重的方向，目前已經(jīng)引起了多家知名光伏組件企業(yè)的關(guān)注。2.3光伏玻璃減薄對產(chǎn)能的影響由上表可見，玻璃公稱厚度從3.2mm分別降到2.5mm、2.0mm和1.6mm時，目前同樣窯爐的玻璃產(chǎn)能分別可提升17％、41％和60％。但是，隨著薄玻璃成品率的提升和厚度控制得更加精準，薄玻璃的產(chǎn)能有望可以進一步的提升。2.4光伏玻璃減薄對成本的影響隨著厚度的降低和規(guī)模化的生產(chǎn)，變薄的光伏玻璃的制造成本和售價會出現(xiàn)相應明顯的下降。目前，市場上2.5mm的半鋼化玻璃比3.2mm的鋼化玻璃價格低10~12％，2.0mm的半鋼化玻璃比3.2mm的鋼化玻璃的價格低12~15％。因此，從降本和盡快實現(xiàn)光伏發(fā)電全面“平價上網(wǎng)”的角度來看，光伏玻璃的減薄一定是個必然趨勢。2.5光伏玻璃減薄對能源和環(huán)境的影響光伏玻璃的生產(chǎn)是一個高能耗和有污染物排放的過程，目前全球90％以上的光伏玻璃窯爐是建在中國的。我們?nèi)绻軌蛲ㄟ^光伏玻璃的減薄來提升單個窯爐的產(chǎn)能用來滿足更多的市場需求，反過來看就是減少了窯爐的數(shù)量，從而降低了能源的消耗和對環(huán)境的污染。因此，從節(jié)能、減排的角度來看，光伏玻璃的減薄是個必然趨勢。光伏玻璃的大尺寸方向3.1光伏玻璃的尺寸現(xiàn)狀長期以來，光伏組件主要是使用60片或72片的M2電池片封裝而成，相應的光伏玻璃尺寸主要為長度為1.6~2.0米和寬度0.9~1.0米。為了盡可能的提高成品率和降低成本，光伏玻璃制造企業(yè)的生產(chǎn)線基本上都是按照玻璃長度不超過2.2米、寬度不超過1.1米的標準來設置，如果超出這個尺寸，目前幾乎大部分光伏玻璃制造企業(yè)都不能生產(chǎn)。3.2光伏玻璃的尺寸未來隨著半片、疊瓦、大尺寸電池片的興起，光伏組件的組件尺寸設計得也越來越大、越來越雜，光伏玻璃的尺寸也隨之變大、變多。近期，M12電池的600W光伏組件設計的玻璃尺寸長度接近2300mm、寬度約1300mm，同時最新M6電池的500W光伏組件（6*14=84片電池片）設計的玻璃尺寸長度在2400mm左右、寬度1050mm左右。筆者認為未來1~3年，大尺寸光伏玻璃的最大長度為2400mm左右、最大寬度為1300mm左右。在BOS成本持續(xù)下降和全面實現(xiàn)“平價上網(wǎng)”的目標壓力下，預計會有越來越多的光伏組件企業(yè)參與到高功率組件的競爭中來，在2020年三季度左右就會出現(xiàn)超大尺寸組件的批量生產(chǎn)和面世。那么，作為光伏玻璃的制造企業(yè)，是否會在大尺寸玻璃的需求爆發(fā)前，做好提前準備呢？3.3光伏玻璃的產(chǎn)線改造針對長度2400mm、寬度1300mm的大尺寸光伏玻璃，下面從幾個主要的光伏玻璃生產(chǎn)工序來分析其改造必要性、周期和成本。3.3.1從壓延工序分析因為板面寬度不足原因，市場上現(xiàn)有的部分窯爐口壓延機可能需要拓寬改造，改造周期一般在3~4個月，成本在150萬元左右/線。3.3.2從磨邊工序分析因為長度的磨邊能力限制原因，市場上現(xiàn)有的絕大部分磨邊機都需要更換，改造周期一般在4~5個月，成本在150萬元左右/大線。3.3.3從鍍膜工序分析因為鍍膜輥寬度原因，市場上現(xiàn)有的絕大部分鍍膜設備和鍍膜輥都需要更換，改造周期一般在4~5個月，成本在300萬元左右/大線。3.3.4從鋼化工序分析因為鋼化寬度限制的主要原因，市場上現(xiàn)有的絕大部分鋼化設備都需要更換，改造周期一般在4~5個月，成本在650萬元左右/線。3.3.5從清洗工序分析因為寬度限制的主要原因，市場上現(xiàn)有的絕大部分清晰設備都需要更換，改造周期一般在2~3個月，成本在50萬元左右/大線。3.3.6從堆垛工序分析因為玻璃長度限制原因，市場上現(xiàn)有的絕大部分堆垛設備都需要更換，改造周期一般在2~3個月，成本在100萬元左右/線。從以上情況來看，針對大尺寸光伏玻璃的需求，建議是可以改造原片線的窯爐口壓延機設備，對于加工線來說，考慮到大尺寸玻璃還存在傳輸?shù)榷喾矫娴挠绊?，建議有針對性地直接建設新線專門用于大尺寸光伏玻璃的生產(chǎn)。光伏玻璃的差異化方向4.1雙層鍍膜高透玻璃相較于常規(guī)的單層鍍膜光伏玻璃，雙層鍍膜高透玻璃具有提高太陽光透過率和增強光伏玻璃的抗?jié)裥阅軆纱筇攸c。雙層鍍膜提高太陽光透過率的原理是：先在光伏玻璃表面分別鍍上底層膜和表層膜，底層膜主要成分為二氧化硅，折射率1.44，厚度約為80nm，表層膜和常規(guī)單層鍍膜一樣，折射率約為1.29，厚度約為110nm。通過調(diào)節(jié)底層膜和表層膜的厚度可以進一步降低太陽光的反射率和提高紅外線波段的光線透過率，從而獲得比單層鍍膜玻璃更高的太陽光透過率。雙層鍍膜增強光伏玻璃的抗?jié)裥阅艿脑硎牵河捎诘讓幽な侵旅艿亩趸鑼?，可以更好地阻擋空氣中水汽到達玻璃表面，較好地避免了玻璃中Na2SiO3等發(fā)生水解反應從而形成金屬氫氧化物而進一步侵蝕SiO2膜層結(jié)構(gòu)并最終會導致光伏玻璃的透過率下降的情況。因此，雙層鍍膜玻璃具有更好地適應濕熱環(huán)境的性能。從權(quán)威測試機構(gòu)的濕熱測試報告來看，雙層鍍膜確實相較于單層鍍膜玻璃有著更好的抗?jié)駸嵝阅鼙憩F(xiàn)。因此，需要高功率的光伏組件或安裝于較為潮濕位置如海邊或水上電站用光伏組件，筆者建議可以選擇雙層鍍膜高透玻璃。在成本和價格控制方面，雙層鍍膜高透玻璃較單層鍍膜玻璃僅僅增加3~4％左右，具有較高的性價比。4.2雙層鍍膜無色玻璃雙層鍍膜玻璃，可以通過底層膜和表層膜的厚度調(diào)節(jié)來降低紫外線和紅外線波段的光線反射率，從而使得雙層鍍膜的外觀顏色看起來非常淡，甚至可以調(diào)節(jié)到“透明色”，因而稱為“雙層鍍膜無色玻璃”。而單層鍍膜玻璃對紫外線和紅外線波段的光線反射率較高，因而單層鍍膜玻璃的表面容易出現(xiàn)紅紫相間的情況，整體看起來呈現(xiàn)為不太均勻的藍色。對于歐美的屋頂客戶來說，其對光伏組件的外觀顏色一致性的要求較高，因而部分國內(nèi)外知名的組件企業(yè)開始選用雙層鍍膜無色玻璃作為其屋頂組件的專用光伏玻璃，尤其是黑色屋頂組件的選擇更是傾向于選用雙層鍍膜無色玻璃。雙層鍍膜無色玻璃的成本增加和雙層鍍膜高透玻璃基本一致。筆者相信，隨著光伏組件的成本降低而帶動的屋頂光伏組件的需求將進一步擴大，對于雙層鍍膜無色玻璃的需求一定會快速增長。