La storia dell'evoluzione delle dimensioni dei wafer fotovoltaici

Introduzione del prodotto

Se hai seguito lo sviluppo dei wafer fotovoltaici, saprai che la lunghezza del bordo dei wafer solari è cresciuta da 100mm a 125mm, poi a 156mm, fino ad arrivare agli attuali 210mm.

Possiamo vedere chiaramente che con la maturazione dell'industria fotovoltaica, le dimensioni dei wafer continuano ad aumentare. Quindi che tipo di impatto porta una dimensione maggiore del wafer sull'intera catena industriale del fotovoltaico? E su cosa si basano effettivamente questi cambiamenti di dimensione?

Impatto sulla Catena Industriale del Fotovoltaico

1) Produttori di Wafer

Dimensioni maggiori dei 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 monocristallini 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 un wafer da 210mm è circa 1,82 volte quella di un wafer 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 del wafer, quindi il costo non-silicio per wafer (come elettricità e materiali) diminuisce notevolmente. Secondo i dati del 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 del 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 del PECVD e della serigrafia), quindi una dimensione maggiore aumenta la produzione di celle di una singola linea di produzione proporzionalmente e riduce il costo dei materiali di consumo come pasta d'argento e target per cella. Ad esempio, il consumo di pasta d'argento per una cella da 210 mm è circa 1,3 volte quello di una cella da 182 mm, 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 con wafer più grandi costringono le dimensioni dei moduli ad aumentare, consentendo ai produttori di moduli di ridurre i costi di imballaggio e ottenere una maggiore densità di potenza.

I costi principali dell'incapsulamento dei moduli sono i materiali ausiliari come vetro, film incapsulante, telai e scatole di giunzione, insieme ai costi di manodopera e attrezzature per processi come la stringatura e la laminazione. Una dimensione maggiore significa meno materiale ausiliario utilizzato 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, abbassando indirettamente i costi per gli investitori di centrali elettriche.

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

Parametri tecnici

Vantaggi Tecnici

• Wafer più grandi riducono i costi di materiale di silicio, estrazione dei cristalli 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 della perdita di bordo e minor costo della pasta d'argento per watt (circa il 28% in meno per celle da 210mm)

• Moduli a 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 provenivano da materiali monocristallini dei semiconduttori, l'industria fotovoltaica ha a lungo seguito le dimensioni dei wafer dei semiconduttori 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, taglio e produzione di celle, il wafer da 5 pollici (125mm) è stato gradualmente eliminato dalla catena fotovoltaica. Dopo il 2012, tranne che per uno o due produttori speciali di celle, il wafer da 125mm è stato sostanzialmente ritirato dal mercato.

I wafer da 156mm (crescita cristallo da 8 pollici) sono poi diventati la dimensione mainstream. Successivamente, l'industria ha iniziato a sperimentare piccoli aumenti sulla piattaforma di crescita cristallo 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 basati su M1 e M2 per aumentare continuamente la lunghezza del bordo del wafer a 158,75, 161,7, 166 mm e altre dimensioni. Il vantaggio del wafer da 158,75 mm è che tutta la capacità interna esistente poteva essere aggiornata tramite retrofit tecnico a basso costo. Anche per impianti di celle molto vecchi, il costo di retrofit per 1 GW rimaneva entro un intervallo accettabile.

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

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

Nell'agosto 2019, Zhonghuan ha fatto un salto e ha rilasciato il wafer monocristallino G12 con una lunghezza del bordo di 210 mm, applicando direttamente la specifica del wafer dei semiconduttori al fotovoltaico. L'obiettivo era ottenere un salto nella potenza del modulo e un'ulteriore riduzione del costo di produzione attraverso wafer più grandi. Ma a quel tempo, il wafer da 210 non aveva quasi alcun supporto industriale a monte o a valle nella catena del fotovoltaico, e la maggior parte del settore era scettica riguardo al 210.

Nel 2019, Trina e Zhonghuan, i primi ad adottare il wafer da 210, hanno rilasciato la prossima generazione di nuovi prodotti modulari. Basati sulla versione 50 del wafer da 210, la potenza massima ha raggiunto 500W, che è stato 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 fili volanti. Inoltre, limitati dalla corrente dell'inverter dell'epoca, le celle non potevano utilizzare il taglio a metà che era mainstream nel settore, e potevano essere realizzate solo in terzi.

Con il rilascio del wafer con lunghezza del bordo di 210 mm da parte di Zhonghuan e il vantaggio che i moduli da 210 potevano raggiungere una potenza di 500W+, alla fine del 2019, i leader dei moduli rappresentati da Jinko, JA Solar e Longi sono caduti 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 design a colonne dispari e taglio in terzi.

Quindi queste tre aziende non hanno scelto il 210, e tutte hanno pensato casualmente di utilizzare il tradizionale layout 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 hanno stabilito approssimativamente una dimensione del wafer di 180mm alla fine del primo trimestre del 2020, mentre Longi ha inizialmente determinato una dimensione di 17X. Dopo comunicazione e negoziazione, le tre aziende hanno infine unificato la dimensione a 182mm, e nel giugno 2020, le tre aziende leader, insieme ad altri 7 produttori del settore, hanno rilasciato congiuntamente il wafer monocristallino M10 basato sulla specifica 182mm.

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

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 nel settore. Le principali condizioni al contorno erano l'altezza del container di spedizione e la larghezza del forno per vetro. Questi due punti hanno determinato che il limite superiore della larghezza del modulo è compreso tra 1133-1134mm, il che porta a una dimensione della cella di 182mm per un layout a 6 colonne di celle.

Da un lato, la potenza del modulo 182 è superiore a quella del precedente modulo 210 versione 50. Ancora più importante, il modulo 182 ha completamente continuato la soluzione tecnica matura del layout a 6 colonne e delle celle tagliate in 2, con migliori prestazioni del prodotto e una filiera a monte e a valle matura. Secondo la logica di pensiero del settore all'epoca, il 210 non poteva essere realizzato in un layout a 6 colonne di celle, sia perché il forno per 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 dei professionisti del settore e ha sovvertito la logica di progettazione tradizionale, lanciando rapidamente un prodotto modulo 210 con 60 celle basato su un layout a 6 colonne di celle e celle tagliate in 2, con una potenza del modulo che raggiunge fino a 600W (il modulo con dimensioni 2172*1303).

L'idea di Trina era: se il container non supporta il posizionamento laterale su due strati di moduli 210 a 6 colonne, allora basta posizionare i moduli verticalmente nel container; se il forno per vetro non lo supporta, allora collaborare con le vetrerie per aggiornare la linea di produzione; se la corrente della cella 210 a 2 tagli è troppo alta per l'inverter, allora cooperare 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 fondare 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 causava alcuni problemi in alcuni scenari, e molti clienti non apprezzavano questo metodo. Di fronte a questo problema, a metà 2022, Trina ha proposto audacemente 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 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 wafer rettangolare, confermata come 23821134.

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

Oggi nel 2026, dopo diversi anni di controversie sulle dimensioni, l'industria fotovoltaica ha attualmente tre specifiche di wafer principali: 183.75182.2mm, 210182.2mm e 210210mm. Tra questi, il wafer 183.75182.2mm, come versione avanzata della serie 182, ha il vantaggio della capacità esistente; il modulo realizzato con il wafer 210182.2mm 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 210210mm sta gradualmente aumentando.

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, aumentando le unità di produzione per ridurre i costi unitari e trasferire i dividendi a valle.