تاریخچه تکامل اندازههای ویفر فتوولتائیک
معرفی محصول
اگر تحولات ویفرهای فتوولتائیک را دنبال کرده باشید، میدانید که طول لبه ویفرهای خورشیدی از 100 میلیمتر به 125 میلیمتر، سپس به 156 میلیمتر و تا 210 میلیمتر امروزی افزایش یافته است.
به وضوح میتوانیم ببینیم که با بالغ شدن صنعت فتوولتائیک، اندازه ویفرها همچنان بزرگتر میشود. بنابراین، اندازه بزرگتر ویفر چه تأثیری بر کل زنجیره صنعت PV دارد؟ و این تغییرات اندازه اساساً بر چه مبنایی است؟
تأثیر بر زنجیره صنعت PV
1) تولیدکنندگان ویفر
اندازههای بزرگتر ویفر به شرکتهای ویفر کمک میکند تا سه هزینه عمده را کاهش دهند: مواد سیلیکونی، کشش کریستال و برش.
تجهیزات اصلی تولید ویفر (مانند کورههای تک کریستال و ماشینهای برش) معمولاً بر اساس «دسته در ساعت» یا «برش در هر شیفت ماشین» اندازهگیری میشوند. اندازه بزرگتر به این معنی است که یک کوره یا یک ماشین در هر بار تولید، ویفرهای بیشتری تولید میکند. به عنوان مثال، مساحت یک ویفر 210 میلیمتری حدود 1.82 برابر یک ویفر 156 میلیمتری است، بنابراین اگر بازده برش ثابت بماند، خروجی ساعتی یک ماشین برش میتواند بیش از 80٪ افزایش یابد.
هزینههای ثابت مانند استهلاک تجهیزات، مصرف انرژی و نیروی کار در سطح بزرگتری از ویفر توزیع میشود، بنابراین هزینه غیر سیلیکونی به ازای هر ویفر (مانند برق و مواد) به طور محسوسی کاهش مییابد. طبق دادههای صنعت، ارتقا از 156 میلیمتر به 210 میلیمتر میتواند هزینه غیر سیلیکونی مرحله ویفر را حدود 20٪ تا 30٪ کاهش دهد.
2) تولیدکنندگان سلول
ویفرهای بزرگتر «تلفات لبه» سلولها را کاهش میدهند، زیرا هرچه مساحت ویفر بزرگتر باشد، نسبت مناطق لبه غیرفعال کمتر است.
"سرعت خط" تولید سلول اساساً ثابت است (مانند زمان چرخه PECVD و چاپ صفحه)، بنابراین اندازه بزرگتر باعث افزایش خروجی سلول در یک خط تولید به نسبت میشود و هزینه مصرفی خمیر نقره، هدفها و سایر مواد به ازای هر سلول را کاهش میدهد. به عنوان مثال، مصرف خمیر نقره یک سلول 210 میلیمتری حدود 1.3 برابر سلول 182 میلیمتری است، اما مساحت آن 1.82 برابر بزرگتر است، بنابراین هزینه خمیر نقره به ازای هر وات در واقع حدود 28٪ کاهش مییابد.
3) تولیدکنندگان ماژول
سلولهای ساخته شده از ویفرهای بزرگتر باعث افزایش اندازه ماژول میشوند که به تولیدکنندگان ماژول اجازه میدهد هزینههای بستهبندی را کاهش دهند و به چگالی توان بالاتری دست یابند.
هزینههای اصلی بستهبندی ماژول شامل مواد کمکی مانند شیشه، فیلم کپسولهکننده، قابها و جعبههای اتصال، همراه با هزینههای نیروی کار و تجهیزات فرآیندهایی مانند رشتهسازی و لمینیت است. اندازه بزرگتر به معنای استفاده از مواد کمکی کمتر به ازای هر وات است و هزینه نیروی کار به ازای هر وات نیز کاهش مییابد.
4) سرمایهگذاران نیروگاه
ماژولهای بزرگتر میتوانند چگالی توان بالاتری ارائه دهند (به عنوان مثال، ماژولهای سلول 210R به 600W+ رسیدهاند و ماژولهای 700W+ ساخته شده از سلولهای 210 در حال تولید انبوه هستند)، تعداد ماژولها، مقدار سازههای نصب و طول کابل مورد نیاز نیروگاه را کاهش میدهد که به طور غیرمستقیم هزینه را برای سرمایهگذاران نیروگاه کاهش میدهد.
رشد مداوم اندازه ویفرها اساساً یک ارتقاء مشارکتی "کاهش هزینه و بهبود کارایی" برای تولیدکنندگان ویفر، آزمایش سلول، تولیدکنندگان ماژول، سرمایهگذاران نیروگاه و بسیاری از طرفهای دیگر است. با افزایش اندازه واحد تولید و کاهش هزینه واحد، سود حاصل به سمت پایین زنجیره به بازیگران پاییندستی منتقل میشود.
پارامترهای فنی
| اندازه ویفر | پلتفرم کریستال | افزایش مساحت | توان معمول ماژول | یادداشتها |
|---|---|---|---|---|
| 125 میلیمتر (5 اینچ) | 6 اینچ | خط پایه | - | پس از 2012 حذف شد |
| 156 میلیمتر (6 اینچ) | 8 اینچ | خط پایه | - | سالها جریان اصلی |
| M1 (156.75-φ205mm) | 8 اینچ | +2.2% | +5W نسبت به قبل | انتشار در پایان 2013 |
| M2 (156.75-φ210mm) | 8 اینچ | +2.2% | +5W نسبت به قبل | تبدیل به جریان اصلی شد |
| 158.75mm | 8 اینچ | جزئی | - | هزینه پایین بازسازی |
| 166.00mm | 8 اینچ | +12.22% نسبت به M2 | 420-430W (72-سلول) | نزدیک به محدودیت تجهیزات |
| M10 (182mm) | پلتفرم جدید | - | 500W+ | منتشر شده در ژوئن 2020 |
| G12 (210mm) | پلتفرم جدید | - | 600W+ | منتشر شده در اوت 2019 |
| 210*182.2mm (مستطیلی) | پلتفرم جدید | - | ماژول اندازه طلایی | منتشر شده در 2023 |
مزایای فنی
ویفرهای بزرگتر هزینه مواد سیلیکون، کشش کریستال و برش را در مرحله تولید کاهش میدهند
یک دستگاه برش میتواند خروجی ساعتی را هنگام حرکت از 156mm به 210mm بیش از 80% افزایش دهد
هزینه غیر سیلیکونی مرحله ویفر میتواند هنگام ارتقا از 156mm به 210mm حدود 20%-30% کاهش یابد
کاهش تلفات لبه و هزینه خمیر نقره کمتر به ازای هر وات (حدود 28% کمتر برای سلولهای 210mm)
ماژولهای با چگالی توان بالاتر تعداد ماژولها، سازههای نصب و طول کابل مورد نیاز را کاهش میدهند
کاربرد محصول
تاریخچه توسعه ویفر فتوولتائیک
از آنجایی که ویفرهای فتوولتائیک در اصل از مواد تک کریستالی نیمههادی آمدهاند، صنعت PV مدتها از اندازههای ویفر نیمههادی 6 اینچ و 8 اینچ (قطر) پیروی کرده است که به ترتیب با ویفرهای به اصطلاح 5 اینچ (125mm) و 6 اینچ (156mm) از نظر طول لبه مطابقت دارد.
با رشد صنعت PV و افزایش تقاضا برای ویفرها و سلولها، و با پیشرفت تجهیزات داخلی کشش کریستال، برش و تولید سلول، ویفر 5 اینچ (125mm) به تدریج از زنجیره PV خارج شد. پس از سال 2012، به جز یک یا دو تولیدکننده سلول خاص، ویفر 125mm اساساً توسط بازار کنار گذاشته شد.
ویفرهای 156mm (رشد کریستال 8 اینچ) سپس به اندازه اصلی تبدیل شدند. پس از آن، صنعت شروع به آزمایش افزایشهای کوچک بر روی پلتفرم رشد کریستال 8 اینچ کرد. در پایان سال 2013، پنج شرکت از جمله Zhonghuan و Longi به طور مشترک استانداردهای ویفر M1 (156.75-φ205mm) و M2 (156.75-φ210mm) را منتشر کردند. بدون تغییر اندازه ماژول، M2 مساحت ویفر را (2.2%) افزایش داد و توان ماژول را بیش از 5W افزایش داد و به سرعت به جریان اصلی صنعت تبدیل شد و برای چندین سال پایدار ماند.
در سالهای بعد، تولیدکنندگان بزرگ ویفر با استفاده از ارتقاهای فنی بر اساس M1 و M2، طول لبه ویفر را به 158.75، 161.7، 166 میلیمتر و اندازههای دیگر افزایش دادند. مزیت ویفر 158.75 میلیمتری این بود که تمام ظرفیت داخلی موجود میتوانست از طریق بازسازی فنی با هزینه کم ارتقا یابد. حتی برای کارخانههای سلول بسیار قدیمی، هزینه بازسازی 1 گیگاوات در محدوده قابل قبولی باقی ماند.
مزیت ویفر 166.00 میلیمتری این است که مساحت آن 12.22٪ بزرگتر از M2 است و ماژولهای نوع 72 با استفاده از این ویفر میتوانند به 420-430 وات برسند. در عین حال، این اندازه نزدیک به ظرفیت محدود تجهیزات موجود بود اما از آن فراتر نمیرفت، بنابراین هزینه بازسازی قابل کنترل باقی ماند.
از 156 میلیمتر تا 166 میلیمتر، همه تولیدکنندگان در این مرحله با ارتقاهای فنی بر روی پلتفرم رشد کریستال 8 اینچی موجود، مساحت ویفر را افزایش میدادند.
در آگوست 2019، Zhonghuan یک جهش انجام داد و ویفر تککریستالی G12 با طول لبه 210 میلیمتر را منتشر کرد و مشخصات اندازه ویفر نیمههادی را مستقیماً به PV اعمال کرد. هدف دستیابی به جهش در توان ماژول و کاهش بیشتر هزینه ساخت از طریق ویفرهای بزرگتر بود. اما در آن زمان، ویفر 210 تقریباً هیچ پشتیبانی صنعتی بالادست یا پاییندست در زنجیره PV نداشت و بیشتر صنعت نسبت به 210 بدبین بودند.
در سال 2019، Trina و Zhonghuan، اولین پذیرندگان ویفر 210، نسل بعدی محصولات ماژول جدید را منتشر کردند. بر اساس نسخه 50 ویفر 210، حداکثر توان به 500 وات رسید که همچنین اولین محصول 500 وات در صنعت PV بود. محدود به مشخصات شیشه PV آن زمان، ماژول نمیتوانست به 6 ستون سلول تبدیل شود و فقط میتوانست به تعداد فرد 5 ستون ساخته شود، و چیدمان ستون فرد به این معنی بود که ماژول باید از طراحی سیم پرنده استفاده کند. همچنین محدود به جریان اینورتر آن زمان، سلولها نمیتوانستند از برش نصف که در صنعت رایج بود استفاده کنند و فقط میتوانستند به سهیکم بریده شوند.
با انتشار ویفر با طول لبه 210 توسط Zhonghuan و مزیت اینکه ماژولهای 210 میتوانستند به توان 500+ وات برسند، تا پایان سال 2019، رهبران ماژول به نمایندگی از Jinko، JA Solar و Longi به تفکر عمیق فرو رفتند. از یک سو، این شرکتها محصولی میخواستند که با تأثیر ماژول 500 وات مقابله کند؛ از سوی دیگر، آنها نمیخواستند محصولاتی با طراحی ستونهای فرد و برش سهیکم بسازند.
بنابراین این سه شرکت 210 را انتخاب نکردند و همگی به طور تصادفی به فکر استفاده از چیدمان سنتی 6 ستونی سلول با تعداد زوج برای دستیابی به محصولات 500 وات+ افتادند. در واقع، مشخصات سه شرکت در ابتدا یکسان نبود. جینکو و جی ای سولار تقریباً در پایان سه ماهه اول سال 2020 بر اندازه ویفر 180 میلیمتری توافق کردند، در حالی که لانگی ابتدا اندازه 17X را تعیین کرد. پس از ارتباط و مذاکره، سه شرکت در نهایت اندازه را به 182 میلیمتر یکسان کردند و در ژوئن 2020، سه شرکت پیشرو به همراه 7 تولیدکننده دیگر در صنعت، به طور مشترک ویفر تک کریستالی M10 مبتنی بر مشخصات 182 میلیمتر را منتشر کردند.
اندازه سلول 183.75*182.2 که امروزه استفاده میشود، بر اساس پایه فنی 182 میلیمتر است. درست مانند افزایش قبلی طول لبه 156 میلیمتر به 158.75، این کار مساحت سلول را از طریق ارتقاء فنی بدون تغییر اندازه ماژول افزایش میدهد و بازده تولید برق را بهبود میبخشد.
منطق ویفر با طول لبه 182 با معرفی پرشی طول لبه 210 متفاوت است. 182 از طریق منطق استنتاج معکوس بر اساس شرایط مرزی موجود صنعت ایجاد شد. شرایط مرزی اصلی ارتفاع کانتینر حمل و نقل و عرض کوره شیشه بود. این دو نکته تعیین کردند که حد بالای عرض ماژول بین 1133-1134 میلیمتر است که سپس برای چیدمان 6 ستونی سلول به اندازه سلول 182 میلیمتر منجر میشود.
از یک سو، توان ماژول 182 بالاتر از ماژول 210 نسخه 50 قبلی است. مهمتر از آن، ماژول 182 به طور کامل راه حل فنی بالغ چیدمان 6 ستونی و سلول 2 برش را ادامه داد، با عملکرد محصول بهتر و زنجیره تأمین بالادست و پاییندست بالغ. بر اساس منطق تفکر صنعت در آن زمان، 210 نمیتوانست به چیدمان 6 ستونی سلول تبدیل شود، هم به دلیل اینکه کوره شیشه از آن پشتیبانی نمیکرد و هم کانتینر پشتیبانی نمیکرد. به نظر میرسید که 210 در آستانه تبدیل شدن به یک راه حل ناموفق است.
با این حال، ترینا، رهبر اردوگاه 210، تفکر ثابت اکثر فعالان صنعت را شکست و منطق طراحی سنتی را زیر و رو کرد و به سرعت محصول ماژول 210 با 60 سلول مبتنی بر چیدمان 6 ستونی سلول و سلولهای 2 برش را راهاندازی کرد، با توان ماژول تا 600 وات (ماژول با اندازه 2172*1303).
ایده ترینا این بود: اگر کانتینر از قرارگیری دو لایه جانبی ماژولهای ۶ ردیفه ۲۱۰ پشتیبانی نمیکند، پس به سادگی ماژولها را به صورت عمودی در کانتینر قرار دهید؛ اگر کوره شیشه پشتیبانی نمیکند، با کارخانههای شیشه همکاری کنید تا خط تولید را ارتقا دهند؛ اگر جریان بالای سلول ۲۱۰ دو تکه برای اینورتر زیاد است، با تولیدکنندگان اینورتر همکاری کنید تا نسل جدیدی از محصولات را توسعه دهند. در نیمه دوم سال ۲۰۲۰، ترینا همچنین گروهی از تولیدکنندگان را برای تأسیس اتحادیه صنعت ۶۰۰ وات+ رهبری کرد، با هدف دستیابی به ترویج هماهنگ کل زنجیره صنعت ۲۱۰.
نسخه ۶ ردیفه ماژول ۲۱۰ به عرض ۱۳۰۳ میلیمتر رسید و فقط میتوانست به صورت عمودی در کانتینر قرار گیرد. قرارگیری عمودی در برخی سناریوها مشکلاتی ایجاد میکرد و بسیاری از مشتریان این روش را دوست نداشتند. در مواجهه با این مشکل، در اواسط سال ۲۰۲۲، ترینا جسورانه راه حل ویفر مستطیلی را پیشنهاد کرد و یک ویفر ۱۸۲ میلیمتری را عرضه کرد.ویفر مستطیلی ۲۱۰ میلیمتری. ماژول مبتنی بر ویفر مستطیلی دارای عرض ۱۱۳۴ میلیمتر، مطابق با عرض ماژول سنتی ۱۸۲، در حالی که طول آن ۲۳۸X است. سپس در سال ۲۰۲۳، ۹ شرکت پیشرو از جمله جینکو، جیای سولار و لانگی به طور مشترک اندازه ویفر مستطیلی را اعلام کردند که ۲۳۸۲ میلیمتر تأیید شد.1134.
برای ماژول با اندازه ۲۳۸۲*۱۱۳۴ میلیمتر، روی متن کلیک کنید تا مقاله قبلی را مشاهده کنید: چرا ۲۳۸۲*۱۱۳۴ اندازه طلایی برای ماژولها است؟
در سال ۲۰۲۶ امروز، پس از چندین سال اختلافات اندازه، صنعت فتوولتائیک در حال حاضر سه مشخصات اصلی ویفر دارد: ۱۸۳.۷۵ میلیمتر۱۸۲.۲ میلیمتر، ۲۱۰ میلیمتر۱۸۲.۲ میلیمتر و ۲۱۰ میلیمتر۲۱۰ میلیمتر. در این میان، ویفر ۱۸۳.۷۵ میلیمتریویفر ۱۸۲.۲ میلیمتری، به عنوان نسخه پیشرفته سری ۱۸۲، مزیت ظرفیت موجود را دارد؛ ماژول ساخته شده از ویفر ۲۱۰ میلیمتریویفر ۱۸۲.۲ میلیمتری اندازه طلایی نامیده میشود، با هزینه حمل و نقل کمتر در صادرات فتوولتائیک، و با خطوط تولید ماژول سری ۱۸۲ سازگار است؛ سهم بازار ویفر ۲۱۰ میلیمتریویفر ۲۱۰ میلیمتری نیز به تدریج در حال افزایش است.
دیدگاه Ooitech
Ooitech معتقد است: تکامل اندازه ویفرهای فتوولتائیک از ۱۰۰ میلیمتر به ۲۱۰ میلیمتر اساساً یک ارتقاء مشارکتی در سراسر زنجیره صنعت است که واحدهای تولید را مقیاسبندی میکند تا هزینه واحد را کاهش داده و مزایا را به پایین دست منتقل کند.
