Obleas fotovoltaicas: evolución de 100mm a 210mm
Índice
Respuesta rápida: Las obleas fotovoltaicas han crecido desde longitudes de borde de 100 mm y 125 mm, pasando por 156 mm, hasta los formatos actuales de 182 mm y 210 mm. Cada paso estuvo impulsado por la misma aritmética: una oblea más grande produce más vatios por célula, y una célula más grande reduce el número de células, uniones soldadas y pasos de manipulación por módulo, lo que reduce el costo por vatio incluso cuando la oblea en sí cuesta más. La transición nunca se trató solo de la oblea. El paso a 210 mm forzó cambios en la manipulación del stringer, la longitud de la cinta, el tamaño de la cámara del laminador y el embalaje de transporte, e impulsó la potencia del módulo desde aproximadamente 400 W hacia 600 W y más allá. Para una planta que elige equipos, la pregunta práctica es en torno a qué formato debería construirse su línea, porque un stringer especificado para una familia de formatos no es automáticamente re-especificable para la siguiente.
Fabricación de módulos fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech
Introducción del producto
Si ha seguido el desarrollo de las obleas fotovoltaicas, sabrá que la longitud de borde de las obleas solares ha crecido de 100 mm a 125 mm, luego a 156 mm, y hasta los 210 mm actuales.
Podemos ver claramente que, a medida que la industria fotovoltaica ha madurado, los tamaños de oblea siguen aumentando. Entonces, ¿qué tipo de impacto trae un tamaño de oblea más grande a toda la cadena de la industria fotovoltaica? ¿Y en qué se basan realmente estos cambios de tamaño?
Impacto en la cadena de la industria fotovoltaica
1) Fabricantes de obleas
Los tamaños de oblea más grandes ayudan a las empresas de obleas a reducir tres costos principales: material de silicio, extracción de cristal y corte.
El equipo central para la fabricación de obleas (como hornos monocristalinos y máquinas de corte) generalmente se mide por "lotes por hora" o "obleas por turno de máquina". Un tamaño más grande significa que un solo horno o una sola máquina produce más obleas por ciclo. Por ejemplo, el área de una oblea de 210 mm es aproximadamente 1,82 veces la de una de 156 mm, por lo que si el rendimiento de corte se mantiene igual, la producción por hora de una sola máquina de corte puede aumentar más del 80 %.
Los costos fijos, como la depreciación del equipo, el consumo de energía y la mano de obra, se distribuyen sobre un área de oblea más grande, por lo que el costo no relacionado con el silicio por oblea (como electricidad y materiales) disminuye notablemente. Según datos de la industria, actualizar de 156 mm a 210 mm puede reducir el costo no relacionado con el silicio de la etapa de oblea en aproximadamente un 20 %-30 %.
2) Fabricantes de células
Las obleas más grandes reducen la "pérdida de borde" de las células, ya que cuanto mayor es el área de la oblea, menor es la proporción de regiones de borde no válidas.
La "velocidad de línea" de la producción de células es básicamente fija (como el tiempo de ciclo de PECVD y serigrafía), por lo que un tamaño más grande aumenta proporcionalmente la producción de células de una sola línea de producción y reduce el costo de consumibles como pasta de plata, blancos y otros materiales por célula. Por ejemplo, el consumo de pasta de plata de una célula de 210 mm es aproximadamente 1,3 veces el de una célula de 182 mm, pero el área es 1,82 veces mayor, por lo que el costo de pasta de plata por vatio en realidad disminuye alrededor del 28 %.
3) Fabricantes de módulos
Las células fabricadas con obleas más grandes obligan a que el tamaño del módulo crezca, lo que permite a los fabricantes de módulos reducir los costos de embalaje y lograr una mayor densidad de potencia.
Los costos principales del embalaje de módulos son materiales auxiliares como vidrio, encapsulante película, marcos y caja de conexionesos, junto con los costos de mano de obra y equipos de procesos como el stringing y el laminado. Un tamaño más grande significa que se usa menos material auxiliar por vatio, y el costo de mano de obra por vatio también se reduce.
4) Inversores de plantas de energía
Los módulos más grandes pueden ofrecer una mayor densidad de potencia (por ejemplo, los módulos de células 210R han alcanzado 600 W+, y los módulos de 700 W+ fabricados con células de 210 ya están en producción en masa), lo que reduce el número de módulos, la cantidad de estructuras de montaje y la longitud de cable que requiere una planta, lo que indirectamente reduce el costo para los inversores de plantas de energía.
El crecimiento continuo de los tamaños de oblea es esencialmente una actualización colaborativa de "reducción de costos y mejora de la eficiencia" para los fabricantes de obleas, las pruebas de células, los fabricantes de módulos, los inversores de plantas de energía y muchas otras partes. Al ampliar el tamaño de la unidad de producción y reducir el costo unitario, los dividendos se transmiten en la cadena a los actores posteriores.
Parámetros técnicos
| Tamaño de oblea | Plataforma de cristal | Aumento de área | Potencia típica del módulo | Notas |
|---|---|---|---|---|
| 125 mm (5 pulgadas) | 6 pulgadas | Línea base | - | Eliminado después de 2012 |
| 156 mm (6 pulgadas) | 8 pulgadas | Línea base | - | Dominante durante años |
| M1 (156,75-φ205 mm) | 8 pulgadas | +2.2% | +5 W respecto al anterior | Lanzado a finales de 2013 |
| M2 (156,75-φ210 mm) | 8 pulgadas | +2.2% | +5 W respecto al anterior | Se volvió dominante |
| 158,75 mm | 8 pulgadas | Menor | - | Bajo costo de adaptación |
| 166,00 mm | 8 pulgadas | +12,22 % respecto a M2 | 420-430 W (72 células) | Cerca del límite del equipo |
| M10 (182 mm) | Nueva plataforma | - | 500 W+ | Lanzado en junio de 2020 |
| G12 (210 mm) | Nueva plataforma | - | 600 W+ | Lanzado en agosto de 2019 |
| 210*182,2 mm (rectangular) | Nueva plataforma | - | Módulo de tamaño dorado | Lanzado en 2023 |
Ventajas técnicas
Las obleas más grandes reducen los costos de material de silicio, extracción de cristal y corte en la etapa de fabricación
Una sola máquina de corte puede aumentar la producción por hora en más del 80 % al pasar de 156 mm a 210 mm
El costo no relacionado con el silicio de la etapa de oblea puede disminuir aproximadamente un 20 %-30 % al actualizar de 156 mm a 210 mm
Menor pérdida de borde y menor costo de pasta de plata por vatio (aproximadamente un 28 % menos para células de 210 mm)
Los módulos de mayor densidad de potencia reducen el número de módulos, estructuras de montaje y longitud de cable necesarios
Aplicación del producto
La historia del desarrollo de las obleas fotovoltaicas
Dado que las obleas fotovoltaicas provienen originalmente de materiales monocristalinos semiconductores, la industria fotovoltaica ha seguido durante mucho tiempo los tamaños de oblea semiconductora de 6 pulgadas y 8 pulgadas (diámetro), correspondientes a la llamada oblea de 5 pulgadas (125mm) y oblea de 6 pulgadas (156mm) en términos de longitud de borde.
A medida que la industria fotovoltaica creció y la demanda de obleas y celdas aumentó, y con el progreso de los equipos nacionales de extracción de cristal, corte y producción de celdas, la oblea de 5 pulgadas (125mm) salió gradualmente de la cadena fotovoltaica. Después de 2012, excepto por uno o dos fabricantes de celdas especiales, la oblea de 125mm fue básicamente eliminada por el mercado.
Las obleas de 156mm (crecimiento de cristal de 8 pulgadas) se convirtieron entonces en el tamaño predominante. Después de eso, la industria comenzó a experimentar con pequeños aumentos en la plataforma de crecimiento de cristal de 8 pulgadas. A finales de 2013, cinco empresas, incluidas Zhonghuan y Longi, lanzaron conjuntamente los estándares de oblea M1 (156.75-φ205mm) y M2 (156.75-φ210mm). Sin cambiar el tamaño del módulo, M2 aumentó el área de la oblea (en un 2.2%) e incrementó la potencia del módulo en más de 5W, convirtiéndose rápidamente en el estándar predominante de la industria y manteniéndose estable durante varios años.
En los años siguientes, los principales fabricantes de obleas utilizaron actualizaciones técnicas sobre la base de M1 y M2 para seguir aumentando la longitud del borde de la oblea a 158.75, 161.7, 166mm y otros tamaños. La ventaja de la oblea de 158.75mm es que toda la capacidad interna existente podía actualizarse mediante reacondicionamiento técnico a bajo costo. Incluso para plantas de celdas muy antiguas, el costo de reacondicionamiento de 1GW se mantuvo dentro de un rango aceptable.
La ventaja de la oblea de 166.00mm es que su área es un 12.22% más grande que M2, y los módulos del tipo 72 que utilizan esta oblea podían alcanzar 420-430W. Al mismo tiempo, este tamaño estaba cerca pero no excedía el límite de capacidad de los equipos existentes, por lo que el costo de reacondicionamiento permaneció controlable.
De 156mm a 166mm, todos los fabricantes en esta etapa aumentaron el área de la oblea mediante actualizaciones técnicas en la plataforma existente de crecimiento de cristal de 8 pulgadas.
En agosto de 2019, Zhonghuan dio un salto y lanzó la oblea monocristalina G12 con una longitud de borde de 210mm, aplicando directamente la especificación de tamaño de oblea semiconductora a la fotovoltaica. El objetivo era lograr un salto en la potencia del módulo y una reducción adicional en el costo de fabricación mediante obleas más grandes. Pero en ese momento, la oblea de 210 casi no tenía soporte de la industria upstream o downstream en la cadena fotovoltaica, y la mayor parte de la industria era escéptica sobre 210.
En 2019, Trina y Zhonghuan, los primeros adoptantes de la oblea de 210, lanzaron la siguiente generación de nuevos productos de módulos. Basado en la versión 50 de la oblea de 210, la potencia máxima alcanzó 500W, que también fue el primer producto de 500W en la industria fotovoltaica. Limitado por las especificaciones de vidrio fotovoltaico de la época, el módulo no podía fabricarse con 6 columnas de celdas y solo podía fabricarse con un número impar de 5 columnas, y el diseño de columna impar significaba que el módulo tenía que usar un diseño de cable volante. También limitado por la corriente del inversor en ese momento, las celdas no podían usar el medio corte que era predominante en la industria, y solo podían fabricarse en tercios.
Con el lanzamiento de la oblea de longitud de borde 210 de Zhonghuan y la ventaja de que los módulos de 210 podían alcanzar una potencia de 500W+, a finales de 2019, los líderes de módulos representados por Jinko, JA Solar y Longi cayeron en una profunda reflexión. Por un lado, estas empresas querían un producto para contrarrestar el impacto del módulo de 500W; por otro lado, no querían fabricar productos con columnas impares y diseños de corte en tercios.
Así que estas tres empresas no eligieron 210, y todas coincidieron en usar el diseño tradicional de celdas de 6 columnas de número par para lograr productos de 500W+. De hecho, las especificaciones de las tres no eran las mismas al principio. Jinko y JA Solar se establecieron aproximadamente en un tamaño de oblea de 180mm a finales del primer trimestre de 2020, mientras que Longi inicialmente determinó un tamaño de 17X. Después de la comunicación y negociación, las tres empresas finalmente unificaron el tamaño a 182mm, y en junio de 2020, las tres empresas líderes, junto con otros 7 fabricantes de la industria, lanzaron conjuntamente la oblea monocristalina M10 basada en la especificación de 182mm.
El tamaño de celda de 183.75*182.2 utilizado hoy se basa en la base técnica de 182mm. Al igual que la longitud de borde anterior de 156mm que siguió aumentando a 158.75, aumenta el área de la celda mediante actualizaciones técnicas sin cambiar el tamaño del módulo, mejorando la eficiencia de generación de energía.
La lógica de la oblea de longitud de borde 182 es diferente de la introducción revolucionaria de la longitud de borde 210. 182 se generó mediante una lógica de deducción inversa basada en las condiciones límite existentes de la industria. Las principales condiciones límite eran la altura del contenedor de envío y el ancho del horno de vidrio. Estos dos puntos determinaron que el límite superior del ancho del módulo está entre 1133-1134mm, lo que luego conduce a un tamaño de celda de 182mm para un diseño de celda de 6 columnas.
Por un lado, la potencia del módulo de 182 es mayor que la del módulo de 210 versión 50 anterior. Más importante aún, el módulo de 182 continuó completamente el diseño maduro de 6 columnas y la solución técnica de celdas de 2 cortes, con mejor rendimiento del producto y una cadena de suministro upstream y downstream madura de apoyo. Según la lógica de pensamiento de la industria en ese momento, 210 no podía fabricarse en un diseño de celda de 6 columnas, tanto porque el horno de vidrio no lo soportaba como porque el contenedor no lo soportaba. Parecía que 210 estaba a punto de convertirse en una solución fallida.
Sin embargo, Trina, el líder del campo de 210, rompió el pensamiento fijo de la mayoría de los profesionales de la industria y subvirtió la lógica de diseño tradicional, lanzando rápidamente un producto de módulo de 210 de 60 celdas basado en un diseño de celda de 6 columnas y celdas de 2 cortes, con una potencia de módulo que alcanzaba hasta 600W (el módulo con un tamaño de 2172*1303).
La idea de Trina era: si el contenedor no soporta la colocación lateral de dos capas de módulos de 210 de 6 columnas, entonces simplemente colocar los módulos verticalmente en el contenedor; si el horno de vidrio no lo soporta, entonces unir fuerzas con las fábricas de vidrio para actualizar la línea de producción; si la corriente de la celda de 210 de 2 cortes es demasiado alta para el inversor, entonces cooperar con los fabricantes de inversores para desarrollar una nueva generación de productos. En la segunda mitad de 2020, Trina también lideró un grupo de fabricantes para establecer la alianza industrial 600W+, con el objetivo de lograr la promoción coordinada de toda la cadena industrial de 210.
La versión de 6 cadenas del módulo de 210 alcanzó un ancho de 1303mm y solo podía colocarse verticalmente en el contenedor. La colocación vertical causó ciertos problemas en algunos escenarios, y muchos clientes no les gustaba este método. Frente a este problema, a mediados de 2022, Trina propuso audazmente la solución de oblea rectangular, lanzando una oblea rectangular de 182mm210mm. El módulo basado en la oblea rectangular tiene un ancho de 1134mm, consistente con el ancho tradicional del módulo de 182, mientras que la longitud es 238X. Luego, en 2023, 9 empresas líderes, incluidas Jinko, JA Solar y Longi, lanzaron conjuntamente el tamaño del módulo de oblea rectangular, confirmado como 23821134.
Para el módulo de tamaño 2382*1134, haga clic en el texto para ver el artículo anterior: ¿Por qué 2382*1134 es el tamaño dorado para los módulos?
En el 2026 actual, tras varios años de disputas sobre tamaños, la industria fotovoltaica cuenta actualmente con tres especificaciones principales de obleas: 183.75182.2mm, 210182.2mm y 210210mm. Entre ellas, la oblea de 183.75182.2mm, como versión avanzada de la serie 182, tiene la ventaja de la capacidad existente; el módulo fabricado con la oblea de 210182.2mm se denomina tamaño dorado, con menores costos de transporte en las exportaciones fotovoltaicas, y es compatible con las líneas de producción de módulos de la serie 182; la cuota de mercado de la oblea de 210210mm también está aumentando gradualmente.
Perspectiva de Ooitech
Ooitech considera: la evolución de los tamaños de obleas fotovoltaicas de 100mm a 210mm es fundamentalmente una actualización colaborativa en toda la cadena industrial, que amplía las unidades de producción para reducir los costos unitarios y trasladar los beneficios a los eslabones posteriores.
