Tấm wafer quang điện: Sự phát triển từ 100mm đến 210mm

Câu trả lời nhanh: Tấm wafer quang điện đã phát triển từ chiều dài cạnh 100 mm và 125 mm qua 156 mm đến các định dạng 182 mm và 210 mm ngày nay. Mỗi bước đều được thúc đẩy bởi cùng một phép tính: một tấm wafer lớn hơn tạo ra nhiều watt hơn trên mỗi cell, và một cell lớn hơn làm giảm số lượng cell, mối hàn và bước xử lý trên mỗi module, điều này cắt giảm chi phí trên mỗi watt ngay cả khi bản thân tấm wafer có giá cao hơn. Quá trình chuyển đổi chưa bao giờ chỉ là về tấm wafer. Việc chuyển sang 210 mm đã buộc phải thay đổi trong xử lý máy stringer, chiều dài ribbon, kích thước buồng laminator và bao bì vận chuyển, và nó đã đẩy công suất module từ khoảng 400 W lên tới 600 W và hơn thế nữa. Đối với một nhà máy đang chọn thiết bị, câu hỏi thực tế là dây chuyền của bạn nên được xây dựng xoay quanh định dạng nào, bởi vì một máy stringer được chỉ định cho một họ định dạng không tự động có thể được chỉ định lại cho định dạng tiếp theo.

Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech

Giới thiệu sản phẩm

Nếu bạn đã theo dõi sự phát triển của tấm wafer quang điện, bạn sẽ biết rằng chiều dài cạnh của tấm wafer năng lượng mặt trời đã tăng từ 100mm lên 125mm, rồi đến 156mm, và lên tới 210mm như ngày nay.

Chúng ta có thể thấy rõ rằng khi ngành quang điện đã trưởng thành, kích thước wafer không ngừng tăng lên. Vậy kích thước wafer lớn hơn mang lại tác động như thế nào đến toàn bộ chuỗi ngành PV? Và những thay đổi kích thước này thực sự dựa trên điều gì?

Tác động đến chuỗi ngành PV

1) Các nhà sản xuất wafer

Kích thước wafer lớn hơn giúp các công ty wafer giảm ba chi phí chính: vật liệu silicon, kéo tinh thể và cắt lát.

Thiết bị cốt lõi để sản xuất wafer (như lò đơn tinh thể và máy cắt lát) thường được đo bằng "số lô mỗi giờ" hoặc "số lát mỗi ca máy". Kích thước lớn hơn nghĩa là một lò hoặc một máy sản xuất nhiều wafer hơn mỗi lần chạy. Ví dụ, diện tích của wafer 210mm lớn hơn khoảng 1,82 lần so với wafer 156mm, vì vậy nếu tỷ lệ thu hồi khi cắt lát giữ nguyên, sản lượng mỗi giờ của một máy cắt lát có thể tăng hơn 80%.

Các chi phí cố định như khấu hao thiết bị, tiêu thụ năng lượng và nhân công được phân bổ trên diện tích wafer lớn hơn, do đó chi phí phi silicon trên mỗi wafer (như điện và vật liệu) giảm đáng kể. Theo dữ liệu ngành, nâng cấp từ 156mm lên 210mm có thể giảm chi phí phi silicon của công đoạn wafer khoảng 20%-30%.

2) Các nhà sản xuất pin

Wafer lớn hơn giảm "tổn thất cạnh" của pin, vì diện tích wafer càng lớn thì tỷ lệ vùng cạnh không hợp lệ càng thấp.

"Tốc độ dây chuyền" của sản xuất pin về cơ bản là cố định (như thời gian chu kỳ của PECVD và in lụa), vì vậy kích thước lớn hơn làm tăng sản lượng pin của một dây chuyền sản xuất theo tỷ lệ thuận, và giảm chi phí vật tư tiêu hao như bột bạc, bia bắn và các vật liệu khác trên mỗi pin. Ví dụ, mức tiêu thụ bột bạc của pin 210mm lớn hơn khoảng 1,3 lần so với pin 182mm, nhưng diện tích lớn hơn 1,82 lần, vì vậy chi phí bột bạc trên mỗi watt thực tế giảm khoảng 28%.

3) Các nhà sản xuất mô-đun

Pin được làm từ wafer lớn hơn buộc kích thước mô-đun phải tăng lên, điều này cho phép các nhà sản xuất mô-đun giảm chi phí đóng gói và đạt được mật độ công suất cao hơn.

Chi phí cốt lõi của việc đóng gói mô-đun là các vật liệu phụ trợ như kính, chất đóng gói màng, khung và hộp nốies, cùng với chi phí nhân công và thiết bị cho các quy trình như nối chuỗi và ép lớp. Kích thước lớn hơn nghĩa là ít vật liệu phụ trợ được sử dụng trên mỗi watt hơn, và chi phí nhân công trên mỗi watt cũng giảm.

4) Các nhà đầu tư nhà máy điện

Các mô-đun lớn hơn có thể cung cấp mật độ công suất cao hơn (ví dụ, mô-đun pin 210R đã đạt 600W+, và các mô-đun 700W+ được làm từ pin 210 đã được sản xuất hàng loạt), giảm số lượng mô-đun, lượng cấu trúc gắn và chiều dài cáp mà một nhà máy cần, điều này gián tiếp giảm chi phí cho các nhà đầu tư nhà máy điện.

Sự tăng trưởng liên tục của kích thước wafer về cơ bản là sự nâng cấp hợp tác của "giảm chi phí và nâng cao hiệu quả" cho các nhà sản xuất wafer, kiểm tra pin, nhà sản xuất mô-đun, nhà đầu tư nhà máy điện và nhiều bên khác. Bằng cách mở rộng quy mô đơn vị sản xuất và giảm chi phí đơn vị, cổ tức được chuyển xuống chuỗi cho các bên hạ nguồn.

Thông số kỹ thuật

Ưu Điểm Kỹ Thuật

• Wafer lớn hơn giảm chi phí vật liệu silicon, kéo tinh thể và cắt lát ở giai đoạn sản xuất

• Một máy cắt lát có thể tăng sản lượng mỗi giờ hơn 80% khi chuyển từ 156mm lên 210mm

• Chi phí phi silicon của công đoạn wafer có thể giảm khoảng 20%-30% khi nâng cấp từ 156mm lên 210mm

• Giảm tổn thất cạnh và giảm chi phí bột bạc trên mỗi watt (thấp hơn khoảng 28% đối với pin 210mm)

• Mô-đun có mật độ công suất cao hơn giảm số lượng mô-đun, cấu trúc gắn và chiều dài cáp cần thiết

Ứng dụng sản phẩm

Lịch sử phát triển wafer PV

Vì tấm wafer quang điện ban đầu đến từ vật liệu đơn tinh thể bán dẫn, ngành PV từ lâu đã tuân theo kích thước wafer bán dẫn 6 inch và 8 inch (đường kính), tương ứng với cái gọi là wafer 5 inch (125mm) và wafer 6 inch (156mm) về chiều dài cạnh.

Khi ngành PV phát triển và nhu cầu về wafer và pin tăng lên, cùng với sự tiến bộ của thiết bị kéo tinh thể, cắt lát và sản xuất pin trong nước, wafer 5 inch (125mm) dần rời khỏi chuỗi PV. Sau năm 2012, ngoại trừ một hoặc hai nhà sản xuất pin đặc biệt, wafer 125mm về cơ bản đã bị thị trường loại bỏ.

Các tấm wafer 156mm (nuôi tinh thể 8 inch) sau đó đã trở thành kích thước chủ đạo. Sau đó, ngành công nghiệp bắt đầu thử nghiệm những bước tăng nhỏ trên nền tảng nuôi tinh thể 8 inch. Vào cuối năm 2013, năm công ty bao gồm Zhonghuan và Longi đã cùng công bố tiêu chuẩn wafer M1 (156,75-φ205mm) và M2 (156,75-φ210mm). Mà không thay đổi kích thước module, M2 đã tăng diện tích wafer (thêm 2,2%) và nâng công suất module lên hơn 5W, nhanh chóng trở thành xu hướng chủ đạo của ngành và duy trì ổn định trong nhiều năm.

Trong những năm tiếp theo, các nhà sản xuất wafer lớn đã sử dụng các nâng cấp kỹ thuật trên cơ sở M1 và M2 để tiếp tục tăng chiều dài cạnh wafer lên 158,75, 161,7, 166mm và các kích thước khác. Ưu điểm của wafer 158,75mm là tất cả công suất nội bộ hiện có đều có thể được nâng cấp thông qua cải tạo kỹ thuật với chi phí thấp. Ngay cả đối với các nhà máy cell rất cũ, chi phí cải tạo 1GW vẫn nằm trong phạm vi chấp nhận được.

Ưu điểm của wafer 166,00mm là diện tích của nó lớn hơn 12,22% so với M2, và các module loại 72 sử dụng wafer này có thể đạt 420-430W. Đồng thời, kích thước này gần với nhưng không vượt quá giới hạn công suất của thiết bị hiện có, do đó chi phí cải tạo vẫn trong tầm kiểm soát.

Từ 156mm đến 166mm, tất cả các nhà sản xuất trong giai đoạn này đều tăng diện tích wafer thông qua các nâng cấp kỹ thuật trên nền tảng nuôi tinh thể 8 inch hiện có.

Vào tháng 8 năm 2019, Zhonghuan đã tạo bước đột phá và công bố wafer đơn tinh thể G12 với chiều dài cạnh 210mm, trực tiếp áp dụng thông số kích thước wafer bán dẫn vào quang điện. Mục tiêu là đạt được bước nhảy vọt về công suất module và giảm hơn nữa chi phí sản xuất thông qua các wafer lớn hơn. Nhưng vào thời điểm đó, wafer 210 hầu như không có sự hỗ trợ từ ngành công nghiệp thượng nguồn hoặc hạ nguồn trong chuỗi quang điện, và phần lớn ngành công nghiệp hoài nghi về 210.

Vào năm 2019, Trina và Zhonghuan, những đơn vị áp dụng wafer 210 sớm nhất, đã công bố thế hệ sản phẩm module mới tiếp theo. Dựa trên phiên bản 50 của wafer 210, công suất tối đa đạt 500W, đây cũng là sản phẩm 500W đầu tiên trong ngành quang điện. Bị giới hạn bởi thông số kính quang điện vào thời điểm đó, module không thể được làm thành 6 cột cell và chỉ có thể được làm thành số lẻ 5 cột, và bố cục cột lẻ có nghĩa là module phải sử dụng thiết kế dây bay. Cũng bị giới hạn bởi dòng điện inverter vào thời điểm đó, các cell không thể sử dụng half-cut vốn là xu hướng chủ đạo trong ngành, và chỉ có thể được làm thành thirds.

Với việc công bố wafer chiều dài cạnh 210 của Zhonghuan và lợi thế rằng các module 210 có thể đạt công suất 500W+, vào cuối năm 2019, các nhà lãnh đạo module đại diện bởi Jinko, JA Solar và Longi đã rơi vào suy nghĩ sâu sắc. Một mặt, các công ty này muốn một sản phẩm để chống lại tác động của module 500W; mặt khác, họ không muốn làm sản phẩm với thiết kế cột lẻ và thirds-cut.

Vì vậy ba công ty này đã không chọn 210, và tất cả họ đều tình cờ nghĩ đến việc sử dụng bố cục cell 6 cột chẵn truyền thống để đạt được sản phẩm 500W+. Trên thực tế, thông số kỹ thuật của ba công ty ban đầu không giống nhau. Jinko và JA Solar đại khái đã chốt kích thước wafer 180mm vào cuối quý đầu tiên của năm 2020, trong khi Longi ban đầu xác định kích thước 17X. Sau khi trao đổi và đàm phán, ba công ty cuối cùng đã thống nhất kích thước thành 182mm, và vào tháng 6 năm 2020, ba công ty dẫn đầu, cùng với 7 nhà sản xuất khác trong ngành, đã cùng công bố wafer đơn tinh thể M10 dựa trên thông số kỹ thuật 182mm.

Kích thước cell 183,75*182,2 được sử dụng ngày nay dựa trên nền tảng kỹ thuật 182mm. Giống như chiều dài cạnh 156mm trước đây liên tục tăng lên 158,75, nó tăng diện tích cell thông qua các nâng cấp kỹ thuật mà không thay đổi kích thước module, cải thiện hiệu quả phát điện.

Logic của wafer chiều dài cạnh 182 khác với sự ra đời nhảy vọt của chiều dài cạnh 210. 182 được tạo ra thông qua logic suy luận ngược dựa trên các điều kiện biên hiện có của ngành. Các điều kiện biên chính là chiều cao của container vận chuyển và chiều rộng của lò kính. Hai điểm này xác định rằng giới hạn trên của chiều rộng module nằm trong khoảng 1133-1134mm, từ đó dẫn đến kích thước cell 182mm cho bố cục cell 6 cột.

Một mặt, công suất của module 182 cao hơn module 210 phiên bản 50 trước đó. Quan trọng hơn, module 182 hoàn toàn tiếp nối bố cục 6 cột trưởng thành và giải pháp kỹ thuật cell 2-cut, với hiệu suất sản phẩm tốt hơn và chuỗi cung ứng thượng nguồn và hạ nguồn hỗ trợ trưởng thành. Theo logic tư duy của ngành vào thời điểm đó, 210 không thể được làm thành bố cục cell 6 cột, cả vì lò kính không hỗ trợ nó và container không hỗ trợ nó. Có vẻ như 210 sắp trở thành một giải pháp thất bại.

Tuy nhiên, Trina, nhà lãnh đạo của phe 210, đã phá vỡ tư duy cố định của hầu hết những người hành nghề trong ngành và đảo ngược logic thiết kế truyền thống, nhanh chóng ra mắt sản phẩm module 210 60-cell dựa trên bố cục cell 6 cột và cell 2-cut, với công suất module đạt tới 600W (module có kích thước 2172*1303).

Ý tưởng của Trina là: nếu container không hỗ trợ đặt nghiêng hai lớp module 210 6 cột, thì chỉ cần đặt các module theo chiều dọc trong container; nếu lò kính không hỗ trợ, thì hợp tác với các nhà máy kính để nâng cấp dây chuyền sản xuất; nếu dòng điện cell 210 2-cut quá cao đối với inverter, thì hợp tác với các nhà sản xuất inverter để phát triển thế hệ sản phẩm mới. Trong nửa cuối năm 2020, Trina cũng đã dẫn đầu một nhóm nhà sản xuất thành lập liên minh ngành 600W+, nhằm đạt được sự thúc đẩy phối hợp của toàn bộ chuỗi ngành 210.

Phiên bản 6-string của module 210 đạt chiều rộng 1303mm và chỉ có thể được đặt theo chiều dọc trong container. Đặt theo chiều dọc gây ra một số vấn đề trong một số tình huống nhất định, và nhiều khách hàng không thích phương pháp này. Đối mặt với vấn đề này, vào giữa năm 2022, Trina đã mạnh dạn đề xuất giải pháp wafer hình chữ nhật, ra mắt wafer hình chữ nhật 182mm210mm. Module dựa trên wafer hình chữ nhật có chiều rộng 1134mm, nhất quán với chiều rộng module 182 truyền thống, trong khi chiều dài là 238X. Sau đó vào năm 2023, 9 doanh nghiệp hàng đầu bao gồm Jinko, JA Solar và Longi đã cùng công bố kích thước của module wafer hình chữ nhật, được xác nhận là 23821134.

Đối với module kích thước 2382*1134, nhấp vào văn bản để xem bài viết trước đây: Tại sao 2382*1134 là kích thước vàng cho module?

Trong năm 2026 ngày nay, sau nhiều năm tranh chấp về kích thước, ngành quang điện hiện có ba thông số wafer chủ đạo: 183,75182,2mm, 210182,2mm, và 210210mm. Trong số đó, wafer 183,75182,2mm, là phiên bản nâng cao của dòng 182, có lợi thế về công suất hiện có; module được làm từ wafer 210182,2mm được gọi là kích thước vàng, với chi phí vận chuyển thấp hơn trong xuất khẩu quang điện, và nó tương thích với dây chuyền sản xuất module dòng 182; thị phần của wafer 210210mm cũng đang dần tăng lên.

Quan điểm của Ooitech

Ooitech tin rằng: sự phát triển kích thước tấm wafer PV từ 100mm lên 210mm về cơ bản là một nâng cấp hợp tác trên toàn bộ chuỗi ngành, mở rộng quy mô đơn vị sản xuất để giảm chi phí đơn vị và chuyển lợi ích đến hạ nguồn.