Wafer fotovoltaici: evoluzione da 100mm a 210mm

Risposta rapida: I wafer fotovoltaici sono cresciuti da lunghezze di lato di 100 mm e 125 mm, passando per 156 mm fino ai formati odierni da 182 mm e 210 mm. Ogni passo è stato guidato dalla stessa aritmetica: un wafer più grande produce più watt per cella, e una cella più grande riduce il numero di celle, giunzioni di saldatura e fasi di manipolazione per modulo, il che riduce il costo per watt anche quando il wafer stesso costa di più. La transizione non ha mai riguardato solo il wafer. Il passaggio a 210 mm ha imposto cambiamenti nella gestione dello stringer, nella lunghezza del nastro, nelle dimensioni della camera del laminatore e nell'imballaggio per il trasporto, e ha spinto la potenza del modulo da circa 400 W verso 600 W e oltre. Per un impianto che sceglie le attrezzature, la domanda pratica è su quale formato dovrebbe essere costruita la vostra linea, perché uno stringer specificato per una famiglia di formati non è automaticamente ri-specificabile per quella successiva.

Produzione di moduli fotovoltaici · di Jerry, Ooitech

Introduzione al prodotto

Se hai seguito lo sviluppo delle wafer fotovoltaiche, saprai che la lunghezza del bordo delle wafer solari è cresciuta da 100mm a 125mm, poi a 156mm, e fino ad arrivare ai 210mm di oggi.

Possiamo vedere chiaramente che con la maturità dell'industria fotovoltaica, le dimensioni delle wafer continuano ad aumentare. Quale impatto ha quindi una dimensione maggiore delle wafer sull'intera catena industriale del fotovoltaico? E su cosa si basano effettivamente questi cambi di dimensione?

Impatto sulla catena industriale del fotovoltaico

1) Produttori di wafer

Dimensioni maggiori delle wafer aiutano le aziende produttrici di wafer a ridurre tre costi principali: materiale di silicio, estrazione del cristallo e taglio.

Le attrezzature principali per la produzione di wafer (come forni per cristallo singolo e macchine per il taglio) sono solitamente misurate in "lotti all'ora" o "fette per turno macchina". Una dimensione maggiore significa che un singolo forno o una singola macchina produce più wafer per ciclo. Ad esempio, l'area di una wafer da 210mm è circa 1,82 volte quella di una da 156mm, quindi se la resa di taglio rimane la stessa, la produzione oraria di una singola macchina di taglio può aumentare di oltre l'80%.

I costi fissi come ammortamento delle attrezzature, consumo energetico e manodopera vengono distribuiti su un'area maggiore della wafer, quindi il costo non-silicio per wafer (come elettricità e materiali) diminuisce notevolmente. Secondo dati di settore, il passaggio da 156mm a 210mm può ridurre il costo non-silicio della fase wafer di circa il 20%-30%.

2) Produttori di celle

Wafer più grandi riducono la "perdita di bordo" delle celle, poiché maggiore è l'area della wafer, minore è la proporzione di regioni di bordo non valide.

La "velocità di linea" della produzione di celle è sostanzialmente fissa (come il tempo di ciclo di PECVD e serigrafia), quindi una dimensione maggiore aumenta proporzionalmente la produzione di celle di una singola linea e riduce il costo dei materiali di consumo come pasta d'argento e target per cella. Ad esempio, il consumo di pasta d'argento di una cella da 210mm è circa 1,3 volte quello di una da 182mm, ma l'area è 1,82 volte maggiore, quindi il costo della pasta d'argento per watt diminuisce effettivamente di circa il 28%.

3) Produttori di Moduli

Le celle realizzate da wafer più grandi costringono le dimensioni del modulo a crescere, consentendo ai produttori di moduli di ridurre i costi di imballaggio e ottenere una maggiore densità di potenza.

I costi principali del packaging dei moduli sono i materiali ausiliari come vetro, incapsulante film, telai e junction boxes, insieme ai costi di manodopera e attrezzature per processi come la stringatura e la laminazione. Una dimensione maggiore significa che viene utilizzato meno materiale ausiliario per watt, e anche il costo della manodopera per watt è ridotto.

4) Investitori di Centrali Elettriche

Moduli più grandi possono fornire una maggiore densità di potenza (ad esempio, i moduli con celle 210R hanno raggiunto 600W+, e i moduli da 700W+ realizzati con celle 210 sono già in produzione di massa), riducendo il numero di moduli, la quantità di strutture di montaggio e la lunghezza dei cavi necessari per un impianto, il che riduce indirettamente i costi per gli investitori di centrali elettriche.

La crescita continua delle dimensioni dei wafer è essenzialmente un aggiornamento collaborativo di "riduzione dei costi e miglioramento dell'efficienza" per produttori di wafer, test delle celle, produttori di moduli, investitori di centrali elettriche e molte altre parti. Aumentando la dimensione dell'unità di produzione e abbassando il costo unitario, i dividendi vengono trasmessi lungo la catena agli attori a valle.

Parametri tecnici

Vantaggi Tecnici

• Wafer più grandi riducono i costi di silicio, estrazione del cristallo e taglio in fase di produzione

• Una singola macchina di taglio può aumentare la produzione oraria di oltre l'80% passando da 156mm a 210mm

• Il costo non-silicio della fase wafer può scendere di circa il 20%-30% passando da 156mm a 210mm

• Riduzione delle perdite sui bordi e minore costo della pasta d'argento per watt (circa il 28% in meno per celle da 210mm)

• Moduli con maggiore densità di potenza riducono il numero di moduli, strutture di montaggio e lunghezza dei cavi necessari

Applicazione del prodotto

La storia dello sviluppo dei wafer fotovoltaici

Poiché i wafer fotovoltaici originariamente derivavano da materiali monocristallini a semiconduttore, l'industria fotovoltaica ha a lungo seguito le dimensioni dei wafer a semiconduttore di 6 pollici e 8 pollici (diametro), corrispondenti ai cosiddetti wafer da 5 pollici (125mm) e 6 pollici (156mm) in termini di lunghezza del bordo.

Con la crescita dell'industria fotovoltaica e l'aumento della domanda di wafer e celle, e con il progresso delle attrezzature domestiche per estrazione del cristallo, taglio e produzione di celle, il wafer da 5 pollici (125mm) è gradualmente uscito dalla catena fotovoltaica. Dopo il 2012, tranne uno o due produttori speciali di celle, il wafer da 125mm è stato sostanzialmente eliminato dal mercato.

I wafer da 156mm (crescita cristallina da 8 pollici) sono poi diventati la dimensione principale. Successivamente, l'industria ha iniziato a sperimentare piccoli aumenti sulla piattaforma di crescita cristallina da 8 pollici. Alla fine del 2013, cinque aziende tra cui Zhonghuan e Longi hanno rilasciato congiuntamente gli standard di wafer M1 (156,75-φ205mm) e M2 (156,75-φ210mm). Senza cambiare le dimensioni del modulo, M2 ha aumentato l'area del wafer (del 2,2%) e ha incrementato la potenza del modulo di oltre 5W, diventando rapidamente lo standard di settore e rimanendo stabile per diversi anni.

Negli anni successivi, i principali produttori di wafer hanno utilizzato aggiornamenti tecnici sulla base di M1 e M2 per continuare ad aumentare la lunghezza del bordo del wafer a 158,75, 161,7, 166mm e altre dimensioni. Il vantaggio del wafer da 158,75mm è che tutta la capacità interna esistente poteva essere aggiornata tramite retrofit tecnico a basso costo. Anche per gli impianti di celle molto vecchi, il costo di retrofit per 1GW è rimasto entro un intervallo accettabile.

Il vantaggio della wafer da 166,00 mm è che la sua area è del 12,22% più grande rispetto alla M2, e i moduli di tipo 72 che utilizzano questa wafer potrebbero raggiungere 420-430W. Allo stesso tempo, questa dimensione era vicina ma non superava il limite di capacità delle apparecchiature esistenti, quindi il costo di ammodernamento rimaneva controllabile.

Da 156mm a 166mm, tutti i produttori in questa fase stavano aumentando l'area della wafer attraverso aggiornamenti tecnici sulla piattaforma di crescita dei cristalli da 8 pollici esistente.

Nell'agosto 2019, Zhonghuan fece un balzo in avanti e rilasciò la wafer monocristallina G12 con una lunghezza del bordo di 210mm, applicando direttamente la specifica delle dimensioni delle wafer dei semiconduttori al fotovoltaico. L'obiettivo era ottenere un salto nella potenza dei moduli e un'ulteriore riduzione dei costi di produzione attraverso wafer più grandi. Ma a quel tempo, la wafer da 210 non aveva quasi alcun supporto industriale a monte o a valle nella catena fotovoltaica, e la maggior parte del settore era scettica riguardo al 210.

Nel 2019, Trina e Zhonghuan, i primi ad adottare la wafer da 210, rilasciarono la prossima generazione di nuovi prodotti di moduli. Basati sulla versione 50 della wafer da 210, la potenza massima raggiungeva i 500W, che era anche il primo prodotto da 500W nell'industria fotovoltaica. Limitati dalle specifiche del vetro fotovoltaico dell'epoca, il modulo non poteva essere realizzato con 6 colonne di celle e poteva essere realizzato solo con un numero dispari di 5 colonne, e la disposizione a colonne dispari significava che il modulo doveva utilizzare un design a filo volante. Inoltre, limitati dalla corrente dell'inverter dell'epoca, le celle non potevano utilizzare il taglio a metà che era predominante nel settore, e potevano essere realizzate solo in terzi.

Con il rilascio della wafer da 210mm di lunghezza del bordo da parte di Zhonghuan e il vantaggio che i moduli da 210 potevano raggiungere una potenza di 500W+, entro la fine del 2019, i leader dei moduli rappresentati da Jinko, JA Solar e Longi caddero in profonda riflessione. Da un lato, queste aziende volevano un prodotto per contrastare l'impatto del modulo da 500W; dall'altro, non volevano realizzare prodotti con colonne dispari e design a terzi.

Quindi queste tre aziende non scelsero il 210, e tutte pensarono casualmente di utilizzare la tradizionale disposizione a 6 colonne di celle con numero pari per ottenere prodotti da 500W+. In effetti, le specifiche delle tre non erano le stesse all'inizio. Jinko e JA Solar stabilirono approssimativamente una dimensione della wafer di 180mm alla fine del primo trimestre del 2020, mentre Longi determinò inizialmente una dimensione di 17X. Dopo comunicazione e negoziazione, le tre aziende unificarono finalmente la dimensione a 182mm, e nel giugno 2020, le tre aziende leader, insieme ad altri 7 produttori del settore, rilasciarono congiuntamente la wafer monocristallina M10 basata sulla specifica di 182mm.

La dimensione della cella 183.75*182.2 utilizzata oggi si basa sulla base tecnica di 182mm. Proprio come il precedente bordo di 156mm è aumentato fino a 158.75, aumenta l'area della cella attraverso aggiornamenti tecnici senza modificare le dimensioni del modulo, migliorando l'efficienza di generazione di energia.

La logica del wafer con bordo di 182mm è diversa dall'introduzione a salto del bordo di 210mm. Il 182 è stato generato attraverso una logica di deduzione inversa basata sulle condizioni al contorno esistenti dell'industria. Le principali condizioni al contorno erano l'altezza del container di spedizione e la larghezza del forno per il vetro. Questi due punti hanno determinato che il limite superiore della larghezza del modulo è tra 1133-1134mm, il che porta a una dimensione della cella di 182mm per una disposizione a 6 colonne di celle.

Da un lato, la potenza del modulo 182 è superiore a quella del precedente modulo 210 versione 50. Più importante, il modulo 182 ha completamente continuato la soluzione tecnica matura a 6 colonne e celle tagliate in 2 parti, con migliori prestazioni del prodotto e una filiera di fornitura a monte e a valle matura. Secondo la logica di pensiero dell'industria all'epoca, il 210 non poteva essere realizzato in una disposizione a 6 colonne, sia perché il forno per il vetro non lo supportava sia perché il container non lo supportava. Sembrava che il 210 stesse per diventare una soluzione fallita.

Tuttavia, Trina, il leader del campo 210, ha superato il pensiero fisso della maggior parte degli operatori del settore e ha sovvertito la logica di progettazione tradizionale, lanciando rapidamente un prodotto di modulo 210 con 60 celle basato su una disposizione a 6 colonne e celle tagliate in 2 parti, con una potenza del modulo fino a 600W (il modulo con dimensioni di 2172*1303).

L'idea di Trina era: se il container non supporta il posizionamento laterale su due strati dei moduli 210 a 6 colonne, allora basta posizionare i moduli verticalmente nel container; se il forno per il vetro non lo supporta, allora collaborare con le fabbriche di vetro per aggiornare la linea di produzione; se la corrente della cella 210 tagliata in 2 parti è troppo alta per l'inverter, allora collaborare con i produttori di inverter per sviluppare una nuova generazione di prodotti. Nella seconda metà del 2020, Trina ha anche guidato un gruppo di produttori per istituire l'alleanza industriale 600W+, con l'obiettivo di ottenere una promozione coordinata dell'intera catena industriale 210.

La versione a 6 stringhe del modulo 210 ha raggiunto una larghezza di 1303mm e poteva essere posizionata solo verticalmente nel container. Il posizionamento verticale ha causato alcuni problemi in alcuni scenari, e molti clienti non apprezzavano questo metodo. Di fronte a questo problema, a metà del 2022, Trina ha proposto coraggiosamente la soluzione del wafer rettangolare, lanciando un 182mmWafer rettangolare da 210mm. Il modulo basato sul wafer rettangolare ha una larghezza di 1134mm, coerente con la larghezza tradizionale del modulo da 182, mentre la lunghezza è 238X. Poi nel 2023, 9 aziende leader tra cui Jinko, JA Solar e Longi hanno rilasciato congiuntamente la dimensione del modulo a wafer rettangolare, confermata come 23821134.

Per il modulo di dimensioni 2382*1134, clicca sul testo per vedere l'articolo precedente: Perché 2382*1134 è la dimensione aurea per i moduli?

Oggi nel 2026, dopo diversi anni di dispute sulle dimensioni, l'industria fotovoltaica ha attualmente tre specifiche di wafer mainstream: 183.75182.2mm, 210182.2mm e 210210mm. Tra questi, il wafer da 183.75Il wafer da 182.2mm, come versione avanzata della serie 182, ha il vantaggio della capacità esistente; il modulo realizzato con il wafer da 210Il wafer da 182.2mm è chiamato dimensione aurea, con costi di trasporto inferiori nelle esportazioni fotovoltaiche, ed è compatibile con le linee di produzione dei moduli della serie 182; la quota di mercato del wafer da 210Anche la quota di mercato del wafer da 210mm sta gradualmente salendo.

Punto di vista di Ooitech

Ooitech ritiene: l'evoluzione delle dimensioni dei wafer fotovoltaici da 100mm a 210mm è fondamentalmente un aggiornamento collaborativo dell'intera catena industriale, che scala le unità di produzione per ridurre i costi unitari e trasferire i dividendi a valle.