在此前的很長一段時間，硅片尺寸是統(tǒng)一的156毫米，行業(yè)內(nèi)企業(yè)都執(zhí)行這一標準，歸一化的標準有利于行業(yè)成本的降低，近些年隨著單多晶競爭趨于激烈，且領(lǐng)跑者項目對功率有要求，于是大家紛紛在硅片尺寸是做起了“文章”，但由于各家企業(yè)各自為戰(zhàn)，使得硅片尺寸紛繁復(fù)雜，156.75、157.25、157.4、157.75、158.75、161.7甚至還有166.7等多種規(guī)格。而且不同邊長的硅片對應(yīng)多種尺寸的導(dǎo)角、多種尺寸的組件版型。復(fù)雜而不統(tǒng)一的規(guī)格型號增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本、企業(yè)間的交流成本以及電站業(yè)主的設(shè)計成本。由于各自為戰(zhàn)的硅片標準帶來諸多生產(chǎn)、交流成本，不符合光伏平價化的大趨勢，所以行業(yè)需要一個新的、統(tǒng)一的硅片尺寸標準來消除上述成本，然不同規(guī)格對應(yīng)不同成本也有不同的收益，不同企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備不同，對新的規(guī)格尺寸適應(yīng)能力也不一樣，什么規(guī)格的尺寸才是能滿足大家需求、各方均能接受的尺寸？是本文要討論的議題。

 

　　一、硅片大尺寸會帶來哪些好處？

 

　　由于一些企業(yè)最初硅片大尺寸化的原因是：單多晶激烈的競爭和為了滿足領(lǐng)跑者的功率要求，所以“硅片大尺寸化”被一些朋友扣上了“投機取巧”這個不太光彩的帽子。然而實際上硅片大尺寸化有其現(xiàn)實的經(jīng)濟意義。

 

　　1、電池片生產(chǎn)線產(chǎn)能是按照“通量”來計算的，例如最新一代的電池片生產(chǎn)線每小時可印刷5500片電池，生產(chǎn)節(jié)拍是按照1.3秒/張×2（雙軌設(shè)備）來計算的，在生產(chǎn)設(shè)備允許的范圍內(nèi)，更大的硅片尺寸意味著更大功率的電池產(chǎn)出，雖然單條生產(chǎn)線的出片量還是一定的，但是單張電池片的功率提高了。雖然單張電池片上所要攤銷的人力、折舊等消耗還是一致的，但是單瓦的攤銷更低了。

 

　　2、組件環(huán)節(jié)也是同樣，串焊機和層壓設(shè)備也是按照“量”來的，在生產(chǎn)設(shè)備允許的范圍內(nèi)，更大的硅片、電池片意味著更高的生產(chǎn)效率。

 

　　3、老一代生產(chǎn)設(shè)備精度不夠高，在標準制定時電池片之間留有更大的空隙為精度不夠高的設(shè)備留下足夠的容錯空間。隨著以先導(dǎo)智能、捷佳偉創(chuàng)為代表的一系列優(yōu)秀的電池設(shè)備、組件設(shè)備生產(chǎn)商供應(yīng)一代又一代更加廉價、高精度的設(shè)備后，我們需要的容錯空間更小，電池片之間的縫隙可以減小，隆基股份推出的M2尺寸規(guī)格（硅片尺寸由原156mm改為156.75mm）就是通過縮小電池片間縫隙、沒有改動組件尺寸的情況下實現(xiàn)的，這等效于單位組件面積內(nèi)功率提升。這個方面的潛力挖掘似乎還沒有到頭，晶澳太陽能近期在不改變組件尺寸的前提下把硅片尺寸做到了157.4mm。

 

　　通過以上幾個方面例子我們發(fā)現(xiàn)，硅片大尺寸化絕非投機取巧，經(jīng)過測算，在不明顯增加電池環(huán)節(jié)成本、不明顯改變下游組件尺寸、不增加下游電站建設(shè)成本的情況下，通過改善硅片尺寸化可以使組件功率提升1——3%（不同硅片規(guī)格對應(yīng)不同提升幅度），雖然這個提升微不足道，但在電池片效率提升越來越難得情況下，硅片大尺寸化勢在必行，從這些角度上看，一定程度內(nèi)的大尺寸化是挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力的“微創(chuàng)新”。

 

　　二、硅片大尺寸化面臨哪些障礙？

 

　　適度的硅片大尺寸化好處多多，但并非沒有盡頭，伴隨著硅片尺寸的增大，阻礙也就越來越多。硅片尺寸增大到158.75需要更換花籃、夾具等設(shè)備，對于老的電池設(shè)備產(chǎn)能而言技改費用約為40萬/100兆瓦；尺寸進一步增大到161.7mm時電池產(chǎn)線需要更換的設(shè)備就更多，技改費用增加到60萬/百兆瓦；而當硅片尺寸大于161.7mm時就超過了現(xiàn)有PECVD設(shè)備的承受極限，此時對于較老的電池產(chǎn)能就失去了技改的經(jīng)濟意義。而對于166.7mm這種超大尺寸硅片則就需要定制化設(shè)備才行了。從標準的制定角度看，一個標準的出臺就要盡可能多的適應(yīng)不同企業(yè)的訴求。如果我們認為這一輪大尺寸化的過程是挖掘設(shè)備潛力而又不明顯改變組件尺寸的“微創(chuàng)新”，那么太大硅片尺寸就是創(chuàng)新過度。

 

　　從組件環(huán)節(jié)看，硅片尺寸從156mm增大到157.4mm不需要增加組件尺寸；158.75的硅片需要60型組件長度增加1.4cm，增寬0.8cm；161.7尺寸的硅片需要60型組件長度增加4.5cm；寬度增加2.6cm；使用166.7mm硅片的60型組件尺寸長度增加約12cm，寬度增加6cm。歷史經(jīng)驗看：亞太地區(qū)青睞60型組件、歐美地區(qū)親來72型組件，之所以出現(xiàn)這樣現(xiàn)象的背后就是各地安裝工人的體格不同，當前組件尺寸是經(jīng)過多年經(jīng)驗摸索確定下來的，我們可以一夜間把組件尺寸加長12CM，但不可能讓安裝工人的平均身高一夜間長高12cm。組件尺寸過于顯著的變化，將會使終端客戶接受過程中面臨眾多障礙。不僅是終端接受度的問題，伴隨著組件尺寸的增大，我們需要更大的光伏玻璃、更大的封裝邊框和膠膜、更昂貴的運輸費用和安裝費用、更結(jié)實的光伏支架和更大的占地面積。所以我們可以看到，硅片尺寸大到一定程度其帶來的邊際效益為零，而且由于非標組件帶來更高的設(shè)計成本，當硅片尺寸超過一定程度時，甚至可能出現(xiàn)大尺寸化邊際效益為負的情況。

 

　　三、“微創(chuàng)新”視角下的下一代單晶硅片規(guī)格的選擇

 

　　熟悉我的朋友應(yīng)當知道我喜歡從第一性原理出發(fā)思考問題，寫過一些光伏行業(yè)研究方法論的文章，也寫過光伏哲思錄系列。“微創(chuàng)新”是我今天反復(fù)強調(diào)的三個字，也是我對此輪硅片大尺寸化本質(zhì)的理解，和上一輪硅片尺寸由125mm提升至156mm進而革命性的降低光伏發(fā)電成本不同，現(xiàn)在行業(yè)上下并沒有顯著改變硅片尺寸的訴求，而是盡量不改變現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)格局下的潛力挖掘，是一種微創(chuàng)新、微進步。在選型下一代硅片尺寸時，如果我們能把它理解為“微創(chuàng)新”，那么很多問題也就迎刃而解，166mm尺寸的硅片自然是一個首先排除的選項，因為這個標準顯著改變了組件尺寸，終端客戶必定會有強烈反彈進而使之不能成為主流標準。同樣道理，我也不是特別看好161.7這個尺寸，畢竟組件長度增加4.5cm已經(jīng)算得上是十分顯著。

 

　　事物總是有兩面性，在產(chǎn)業(yè)上下不能接受太大的改變的同時，太小的改變又容易讓人忽略不接。既然是“微創(chuàng)新”，要增加投入成本，我們在新一代硅片尺寸的選擇上至少要做出能讓終端客戶感知的到的提升。近期多晶組件應(yīng)用157.25等尺寸，僅是為了更高比率的組件能做到275W以上的無奈選擇，遠算不上是一次創(chuàng)新。所以改變太小就可能算不上創(chuàng)新了，因為終端客戶可能就沒有明顯感知了，自然也就無法在組件端帶來明顯的溢價。

 

　　在“微創(chuàng)新”視角下硅片尺寸改變在既不能太大（產(chǎn)業(yè)接受有問題），又不能太?。ㄟM步不明顯消費者無法感知）兩方約束下，我們發(fā)現(xiàn)選擇似乎豁然開朗，直接得出我自己的結(jié)論吧：我認為下一代更合適的單晶硅片尺寸為160mm厚度、158.75mm邊長的方形單晶硅片。理由如下：

 

　　1、158.75mm邊長的硅片比現(xiàn)有156.75mm的硅片僅長2mm，現(xiàn)有的全部產(chǎn)能都能通過技術(shù)改造升級，且技改費用合理、可承受。根據(jù)某大企業(yè)電池技術(shù)總監(jiān)給我提供的數(shù)據(jù)，即便對于很老的電池產(chǎn)能，100MW的技改費用也可以控制在40萬以內(nèi)。

 

　　2、158.75mm邊長的方形單晶硅片的面積（25,197m㎡）比現(xiàn)在的M2規(guī)格單晶硅片面積（24,429m㎡）大3.14%，根據(jù)我從愛旭方面的了解，在現(xiàn)在M2尺寸下2019年年底預(yù)期主流功率可以達到315——320W，那么電池片面積增大3.14%從理論上測算帶來的功率提升最大可達到10.05瓦，相當于組件兩個功率當，提升幅度已經(jīng)達到了“顯著”的水平，消費者可明顯感知這一提升，若這一規(guī)格尺寸的硅片能得以推廣并疊加電池技術(shù)的進步，我們在2019年年底有望見到60版型單晶perc組件主流功率接近甚至達到330瓦的水準。

 

　　3、158.75mm邊長的電池片封裝后的組件規(guī)格尺寸僅增長1.4cm，按照百分比測算相當于增加1%，且由于應(yīng)用到了160um更薄的硅片以及與之相對應(yīng)的更薄的EVA，雖然組件面積增大1%，組件整體總重量保持不變。對于安裝運輸?shù)拳h(huán)節(jié)把不利影響降低到了最小。

 

　　4、生產(chǎn)158.78mm的方形單晶硅片拉晶體環(huán)節(jié)和硅料環(huán)節(jié)的成本有所增加，但硅片厚度從180um降低到160um帶來的成本下滑更為顯著。所以綜合測算：生產(chǎn)158.75mm、160um厚度的方形單晶硅片的成本會比180um厚度的M2硅棒成本低8分錢（后面會有詳盡測算）。

 

　　綜上四點：158.75mm邊長、160um厚度、224.5mm對角線的方形單晶硅片有生產(chǎn)成本降低、組件重量不變、功率提升兩檔、電池端接受度高等諸多優(yōu)勢。

 

　　四、方形單晶硅片是“微創(chuàng)新”視角下的必選項

 

　　這一節(jié)先普及一些基礎(chǔ)知識，專業(yè)人士可直接跳過

 

　　硅片尺寸不僅涉及邊長，還要涉及形狀。所以今天討論的議題不僅涉及硅片的邊長，自然還需要涉及硅片的形狀。在以前，單晶硅棒的長晶成本十分高昂，硅料價格也是高高在上，所以為了盡量減少浪費，單晶硅片都會留有四個“導(dǎo)角”。

 

　　這四個導(dǎo)角最終體現(xiàn)在組件上就是封裝留白。

 

　　組件封裝留白本質(zhì)上是一種浪費，在以前拉晶成本高、硅料價貴的時代，封裝的導(dǎo)角留白是經(jīng)濟理性的，而時間點來到當下，硅料價格已經(jīng)相比去年已經(jīng)跌去一半，單晶拉晶成本也顯著性的下滑，金剛線切割和薄片化的推廣更顯著降低了切片成本，我們是否到了可以消滅單晶硅片導(dǎo)角、消滅單晶組件的封裝留白的歷史性時刻呢？

 

　　我們更進一步把問題量化：要想生產(chǎn)158.75mm方形單晶硅片需要硅棒的生長直徑由原先的215mm增加到228mm，進而增加長晶和硅料的成本。但與此同時消滅單晶硅片導(dǎo)角可使組件有效利用面積增加，下游電池和組件環(huán)節(jié)在完全不增加任何成本的情況下可提升組件功率進而帶來價值。所以要回答是否要使用方形單晶本質(zhì)上就是要回答：方形單晶帶來功率提升的價值是否顯著大于拉晶、硅料環(huán)節(jié)增加的成本？其實這又可以分解為兩個問題：

 

　　1、生產(chǎn)方形單晶硅片成本會增加多少？

 

　　2、方形單晶硅片帶來的功率提升價值有多少？

 

　　計算前的一個原理、兩個假設(shè)：

 

　　基本原理：面向未來的分析要基于面向未來的假設(shè)。

 

　　兩個假設(shè)：由于我認為未來P型單晶硅片會過渡到160um厚度，且根據(jù)本文第三節(jié)的分析，硅片邊長有潛力成為158.75mm，所以下面的測算中我們都是基于160um厚度以及158.75mm邊長這兩個面向未來的假設(shè)。

 

　　問題一的解答：生產(chǎn)方形單晶硅片成本會增加3.78元/60片。

 

　　生產(chǎn)對角線長度為210mm、邊長為158.75mm、厚度160um的帶導(dǎo)角的單晶硅片的成本為：2.358元/片，計算過程如下：

　　生產(chǎn)對角線長度為224.5mm，邊長為158.75mm、厚度為160um的方形單晶硅片的成本為：2.421元/片。

　?。ㄗ⑨專河嬎阒屑僭O(shè)215直徑圓棒每1kg的長晶成本為34元（粉色部分），而228直徑的圓棒1kg的長晶成本為32元，這所以這樣假設(shè)是因為228直徑的圓棒橫截面更大，晶體生長的接觸面更大從而可帶來單位kg長晶成本的降低）

 

　　答案：在158.75尺寸上引入方形單晶的尺寸會使得每張單晶硅片成本增加2.421-2.358=0.063元，每片組件成本增加0.063×60=3.78元。這是引入方形單晶硅片所需要增加的成本。

 

　　問題二的解答方形單晶硅片帶來的功率提升價值有多少？

 

　　158.75的方形單晶硅片有效面積（25,193m㎡）比158.75的帶導(dǎo)角的單晶硅片的有效面積（24,983m㎡）大0.84%，對應(yīng)明年單晶perc主流315瓦的功率，0.84%面積增大可帶來315×0.84%=2.65瓦的功率提升。組件功率提升有兩個方面的價值，一個方面是更大功率組件帶來的面積相關(guān)成本更有效的攤銷（反過來說是更高功率組件可以賣更貴）；另一方面是增加的功率本身具有價值。兩方面的價值分別為：

 

　　面積相關(guān)成本500元的假設(shè)下，組件功率提升2.65瓦帶來面積相關(guān)攤銷價值為：500 ÷ 315 — 500 ÷ 317.65=0.0132×315=4.17元（看不懂此部分的朋友參考我之前文章：《用一個公式清晰明了地計算高低功率組件合理價差》）。

 

　　按照2019年perc組件1.9元的預(yù)期售價，2.65瓦的價值為2.65×1.9=5.03元。

 

　　所以消滅導(dǎo)角帶來的價值為4.17+5.03=9.2元。

 

　　本節(jié)結(jié)論：

 

　　對于一張60型的組件而言，消滅單晶硅片的導(dǎo)角所需增加的成本為3.78元，而消滅導(dǎo)角所帶來的功率提升的價值為9.2元，帶來的價值顯著大于所增加的成本，理性分析下，新一代單晶硅片尺寸的制定消滅單晶硅片導(dǎo)角，全面推廣方形單晶是必選項。而且從長久角度考慮：方形單晶硅片有利于未來推廣疊瓦技術(shù)，是為下一輪組件封裝技術(shù)革命的標準準備工作。

 

　　再回到本節(jié)的主題，從晶科、天合等光伏出貨量龍頭企業(yè)的技術(shù)負責(zé)人方面了解到：對于電池和組件環(huán)節(jié)，使用方形的單晶硅片沒有任何障礙、無需增加任何成本就可以帶來功率提升。推廣方形單晶硅片唯一需要改變的就是長晶環(huán)節(jié)生長更“粗”的硅棒，從隆基方面了解，這個也沒有什么技術(shù)難度。產(chǎn)業(yè)上下所需要作出的改變很少，帶來的價值顯著大于帶來的成本，方形單晶硅片是典型的“微創(chuàng)新”活動。反過來也是“微創(chuàng)新”思路下的最沒有障礙的選擇、最容易作出的改變。所以我本節(jié)題目才說：方形單晶硅片是“微創(chuàng)新”視角下的必選項。

 

　　文章結(jié)語：

 

　　下一代單晶硅片尺寸規(guī)格是邊長158.75mm、厚度160um、對角線224.5mm的方形單晶硅片是我基于一系列思考和匯總的信息得到的結(jié)論。這一規(guī)格下：硅片成本不增加甚至?xí)痊F(xiàn)在156.75的180um厚度的單晶硅片略有降低、組件尺寸不發(fā)生大的改變、組件重量保持不變但是組件功率有望提升兩檔（10瓦）。若這一尺寸能在2019年得到普及，60版型的單晶perc組件功率有望在2019年末達到330瓦，從而繼續(xù)保持組件功率每年10瓦以上提升的高速度。

 

　　與此同時我還特別想強調(diào)的是，這個規(guī)格僅是我自己的思考，不絕代表它一定就是最合理、最好的，我在本文章詳盡記錄了分析的過程和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。結(jié)論不是關(guān)鍵的，思考的過程和方法才是關(guān)鍵。我更希望能在思考方法上給大家在下一代硅片尺寸標準選定上提供一些借鑒。若本文能對大家思考未來單晶硅片尺寸選擇上有丁點作用，我便心滿意足。