تاريخ تطور أحجام رقائق الخلايا الكهروضوئية

مقدمة المنتج

إذا كنت قد تابعت تطور رقائق السيليكون الكهروضوئية، فستعرف أن طول حافة رقائق الطاقة الشمسية نما من 100 مم إلى 125 مم، ثم إلى 156 مم، وصولاً إلى 210 مم اليوم.

يمكننا أن نرى بوضوح أنه مع نضوج صناعة الطاقة الكهروضوئية، تستمر أحجام الرقائق في التزايد. فما هو التأثير الذي يجلبه حجم الرقاقة الأكبر على سلسلة صناعة الطاقة الكهروضوئية بأكملها؟ وما الذي تستند إليه هذه التغييرات في الحجم فعلياً؟

التأثير على سلسلة صناعة الطاقة الكهروضوئية

1) مصنعو الرقائق

تساعد أحجام الرقائق الأكبر شركات الرقائق على تقليل ثلاث تكاليف رئيسية: مادة السيليكون، وسحب البلورات، والتقطيع.

عادةً ما تُقاس المعدات الأساسية لتصنيع الرقائق (مثل أفران البلورة المفردة وآلات التقطيع) بـ"دفعات في الساعة" أو "رقائق لكل نوبة آلة". الحجم الأكبر يعني أن الفرن الواحد أو الآلة الواحدة تنتج المزيد من الرقائق في كل دورة. على سبيل المثال، مساحة رقاقة 210 مم تبلغ حوالي 1.82 ضعف مساحة رقاقة 156 مم، لذا إذا ظل إنتاج التقطيع كما هو، يمكن أن يزيد الإنتاج في الساعة لآلة التقطيع الواحدة بأكثر من 80%.

يتم توزيع التكاليف الثابتة مثل استهلاك المعدات واستهلاك الطاقة والعمالة على مساحة رقاقة أكبر، لذا تنخفض التكلفة غير السيليكونية لكل رقاقة (مثل الكهرباء والمواد) بشكل ملحوظ. وفقاً لبيانات الصناعة، يمكن أن يؤدي الترقية من 156 مم إلى 210 مم إلى خفض التكلفة غير السيليكونية لمرحلة الرقاقة بنحو 20%-30%.

2) مصنعو الخلايا

الرقائق الأكبر تقلل من "فقدان الحواف" للخلايا، حيث كلما زادت مساحة الرقاقة، انخفضت نسبة المناطق الحافة غير الصالحة.

"سرعة الخط" لإنتاج الخلايا ثابتة بشكل أساسي (مثل وقت دورة PECVD والطباعة بالشاشة)، لذا الحجم الأكبر يزيد إنتاج الخلايا لخط الإنتاج الواحد بشكل متناسب، ويقلل تكلفة المواد الاستهلاكية مثل معجون الفضة والأهداف وغيرها لكل خلية. على سبيل المثال، استهلاك معجون الفضة لخلية 210 مم يبلغ حوالي 1.3 ضعف خلية 182 مم، لكن المساحة أكبر بـ 1.82 مرة، لذا تنخفض تكلفة معجون الفضة لكل واط فعلياً بحوالي 28%.

3) مصنعو الوحدات

الخلايا المصنوعة من رقائق أكبر تجبر حجم الوحدة على النمو، مما يسمح لمصنعي الوحدات بتقليل تكاليف التغليف وتحقيق كثافة طاقة أعلى.

التكاليف الأساسية لتغليف الوحدات هي المواد المساعدة مثل الزجاج، وفيلم التغليف، والإطارات، وصناديق التوصيل، بالإضافة إلى تكاليف العمالة والمعدات لعمليات مثل الربط والتصفيح. الحجم الأكبر يعني استخدام مواد مساعدة أقل لكل واط، كما تنخفض تكلفة العمالة لكل واط.

4) مستثمرو محطات الطاقة

يمكن للوحدات الأكبر توفير كثافة طاقة أعلى (على سبيل المثال، وصلت وحدات خلايا 210R إلى 600 واط+، ووحدات 700 واط+ المصنوعة من خلايا 210 في الإنتاج الضخم بالفعل)، مما يقلل عدد الوحدات وكمية هياكل التركيب وطول الكابلات التي تتطلبها المحطة، مما يخفض التكلفة بشكل غير مباشر لمستثمري محطات الطاقة.

النمو المستمر لأحجام الرقائق هو في الأساس ترقية تعاونية لـ"خفض التكاليف وزيادة الكفاءة" لمصنعي الرقائق، واختبار الخلايا، ومصنعي الوحدات، ومستثمري محطات الطاقة، والعديد من الأطراف الأخرى. من خلال زيادة حجم وحدة الإنتاج وخفض التكلفة لكل وحدة، يتم تمرير الأرباح إلى الأسفل في السلسلة إلى اللاعبين في المراحل اللاحقة.

المعايير الفنية

المزايا التقنية

• الرقائق الأكبر تقلل من تكاليف مادة السيليكون، وسحب البلورات، والتقطيع في مرحلة التصنيع

• يمكن لآلة تقطيع واحدة زيادة الإنتاج في الساعة بأكثر من 80% عند الانتقال من 156مم إلى 210مم

• يمكن أن تنخفض التكلفة غير السيليكونية لمرحلة الرقاقة بحوالي 20%-30% عند الترقية من 156مم إلى 210مم

• تقليل فقد الحواف وانخفاض تكلفة معجون الفضة لكل واط (حوالي 28% أقل لخلايا 210مم)

• الوحدات ذات كثافة الطاقة الأعلى تقلل من عدد الوحدات، وهياكل التركيب، وطول الكابلات المطلوبة

تطبيق المنتج

تاريخ تطور رقائق الطاقة الشمسية

نظرًا لأن رقائق الطاقة الشمسية نشأت في الأصل من مواد أحادية البلورة لأشباه الموصلات، فقد اتبعت صناعة الطاقة الشمسية منذ فترة طويلة أحجام رقائق أشباه الموصلات 6 بوصة و8 بوصة (القطر)، وهو ما يتوافق مع ما يسمى برقاقة 5 بوصة (125مم) ورقاقة 6 بوصة (156مم) من حيث طول الحافة.

مع نمو صناعة الطاقة الشمسية وزيادة الطلب على الرقائق والخلايا، ومع تقدم معدات سحب البلورات والتقطيع وإنتاج الخلايا المحلية، خرجت رقاقة 5 بوصة (125مم) تدريجيًا من سلسلة الطاقة الشمسية. بعد عام 2012، باستثناء مصنع أو مصنعين خاصين للخلايا، تم التخلص من رقاقة 125مم بشكل أساسي من السوق.

أصبحت رقاقات 156مم (نمو بلورات 8 بوصة) بعد ذلك الحجم الرئيسي. بعد ذلك، بدأت الصناعة في تجربة زيادات صغيرة على منصة نمو بلورات 8 بوصة. في نهاية عام 2013، أصدرت خمس شركات بما في ذلك Zhonghuan وLongi بشكل مشترك معايير الرقاقات M1 (156.75-φ205مم) وM2 (156.75-φ210مم). دون تغيير حجم الوحدة، رفعت M2 مساحة الرقاقة (بنسبة 2.2%) وزادت قوة الوحدة بأكثر من 5 واط، وسرعان ما أصبحت الاتجاه السائد في الصناعة وظلت مستقرة لعدة سنوات.

في السنوات التالية، استخدم مصنعو الرقاقات الرئيسيون ترقيات تقنية على أساس M1 وM2 لمواصلة رفع طول حافة الرقاقة إلى 158.75، 161.7، 166مم وأحجام أخرى. ميزة رقاقة 158.75مم هي أن جميع القدرة الداخلية الحالية يمكن ترقيتها من خلال التعديل التقني بتكلفة منخفضة. حتى بالنسبة لمصانع الخلايا القديمة جدًا، ظلت تكلفة التعديل لـ 1 جيجاواط ضمن نطاق مقبول.

ميزة رقاقة 166.00 مم هي أن مساحتها أكبر بنسبة 12.22% من M2، ووحدات النوع 72 التي تستخدم هذه الرقاقة يمكن أن تصل إلى 420-430 واط. في نفس الوقت، كان هذا الحجم قريبًا من حد السعة للمعدات الحالية لكنه لم يتجاوزه، لذا ظلت تكلفة التعديل قابلة للتحكم.

من 156 مم إلى 166 مم، كانت جميع الشركات المصنعة في هذه المرحلة تزيد مساحة الرقاقة من خلال ترقيات تقنية على منصة نمو البلورات مقاس 8 بوصات الحالية.

في أغسطس 2019، قامت Zhonghuan بقفزة وأصدرت رقاقة أحادية البلورة G12 بطول حافة 210 مم، مطبقةً مباشرة مواصفات حجم رقاقة أشباه الموصلات على الطاقة الكهروضوئية. كان الهدف تحقيق قفزة في قوة الوحدة وتخفيض إضافي في تكلفة التصنيع من خلال رقاقات أكبر. لكن في ذلك الوقت، لم يكن لرقاقة 210 أي دعم صناعي من المنبع أو المصب في سلسلة الطاقة الكهروضوئية، وكان معظم الصناعة متشككًا في 210.

في عام 2019، أصدرت Trina وZhonghuan، أول من تبنى رقاقة 210، الجيل التالي من منتجات الوحدات الجديدة. استنادًا إلى الإصدار 50 من رقاقة 210، وصلت الطاقة القصوى إلى 500 واط، وكان هذا أيضًا أول منتج بقدرة 500 واط في صناعة الطاقة الكهروضوئية. بسبب مواصفات زجاج الطاقة الكهروضوئية في ذلك الوقت، لم يمكن صنع الوحدة بستة أعمدة من الخلايا، بل فقط بخمسة أعمدة فردية، والترتيب الفردي للأعمدة يعني أن الوحدة كان يجب أن تستخدم تصميم الأسلاك الطائرة. أيضًا بسبب تيار العاكس في ذلك الوقت، لم يمكن استخدام القطع النصفي السائد في الصناعة، بل كان يجب صنعها بأثلاث.

مع إصدار رقاقة Zhonghuan بطول حافة 210 وميزة أن وحدات 210 يمكن أن تصل إلى قوة 500 واط+، بحلول نهاية عام 2019، دخل قادة الوحدات الممثلون بـ Jinko وJA Solar وLongi في تفكير عميق. من ناحية، أرادت هذه الشركات منتجًا لمواجهة تأثير وحدة 500 واط؛ ومن ناحية أخرى، لم يرغبوا في صنع منتجات بتصميمات الأعمدة الفردية والقطع بالأثلاث.

لذلك لم تختار هذه الشركات الثلاث 210، وكلها فكرت بالصدفة في استخدام تخطيط الخلايا التقليدي بستة أعمدة زوجية لتحقيق منتجات بقدرة 500 واط+. في الواقع، لم تكن مواصفات الثلاثة متطابقة في البداية. استقرت Jinko وJA Solar تقريبًا على حجم رقاقة 180 مم في نهاية الربع الأول من عام 2020، بينما حددت Longi في البداية حجمًا 17X. بعد التواصل والتفاوض، وحدت الشركات الثلاث الحجم أخيرًا إلى 182 مم، وفي يونيو 2020، أصدرت الشركات الثلاث الرائدة، مع 7 مصنعين آخرين في الصناعة، رقاقة M10 أحادية البلورة بناءً على مواصفات 182 مم.

حجم الخلية 183.75*182.2 المستخدم اليوم يعتمد على الأساس التقني 182mm. تمامًا مثلما استمر طول الحافة السابق 156mm في الزيادة إلى 158.75، فإنه يرفع مساحة الخلية من خلال ترقيات تقنية دون تغيير حجم الوحدة، مما يحسن كفاءة توليد الطاقة.

منطق رقاقة طول الحافة 182 يختلف عن الإدخال القفزي لطول الحافة 210. تم توليد 182 من خلال منطق الاستنتاج العكسي بناءً على الظروف الحدودية الحالية للصناعة. كانت الظروف الحدودية الرئيسية هي ارتفاع حاوية الشحن وعرض فرن الزجاج. حددت هاتان النقطتان أن الحد الأعلى لعرض الوحدة يتراوح بين 1133-1134mm، مما يؤدي إلى حجم خلية 182mm لتخطيط خلايا من 6 أعمدة.

من ناحية، تكون قوة وحدة 182 أعلى من وحدة 210 السابقة من إصدار 50. والأهم من ذلك، أن وحدة 182 واصلت بالكامل الحل التقني الناضج لتخطيط 6 أعمدة وخلايا مقطوعة مرتين، مع أداء منتج أفضل وسلسلة توريد ناضجة للموردين والمشترين. وفقًا لمنطق تفكير الصناعة في ذلك الوقت، لم يكن من الممكن صنع 210 في تخطيط خلايا من 6 أعمدة، لأن فرن الزجاج لم يدعم ذلك والحاوية لم تدعمه أيضًا. بدا أن 210 على وشك أن يصبح حلاً فاشلاً.

ومع ذلك، قامت ترينا، قائدة معسكر 210، بكسر التفكير الثابت لمعظم العاملين في الصناعة وقلبت منطق التصميم التقليدي، وسرعان ما أطلقت منتج وحدة 210 بخلايا 60 بناءً على تخطيط 6 أعمدة وخلايا مقطوعة مرتين، مع قوة وحدة تصل إلى 600W (الوحدة بحجم 2172*1303).

كانت فكرة ترينا: إذا كانت الحاوية لا تدعم وضعًا جانبيًا من طبقتين لوحدات 210 ذات 6 أعمدة، فببساطة ضع الوحدات عموديًا في الحاوية؛ إذا كان فرن الزجاج لا يدعم ذلك، فتعاون مع مصانع الزجاج لترقية خط الإنتاج؛ إذا كان تيار خلية 210 المقطوعة مرتين مرتفعًا جدًا بالنسبة للعاكس، فتعاون مع مصنعي العاكسات لتطوير جيل جديد من المنتجات. في النصف الثاني من عام 2020، قادت ترينا أيضًا مجموعة من المصنعين لتأسيس تحالف صناعة 600W+، بهدف تحقيق ترويج منسق لسلسلة صناعة 210 بأكملها.

وصل إصدار 6 سلاسل من وحدة 210 إلى عرض 1303mm ولا يمكن وضعه إلا عموديًا في الحاوية. تسبب الوضع العمودي في مشاكل معينة في بعض السيناريوهات، ولم يعجب العديد من العملاء بهذه الطريقة. في مواجهة هذه المشكلة، في منتصف عام 2022، اقترحت ترينا بجرأة حل الرقاقة المستطيلة، وأطلقت وحدة 182mmرقاقة مستطيلة 210 مم. الوحدة المعتمدة على الرقاقة المستطيلة يبلغ عرضها 1134 مم، بما يتوافق مع عرض الوحدة التقليدية 182 مم، بينما يبلغ طولها 238X. ثم في عام 2023، أصدرت 9 شركات رائدة بما في ذلك Jinko وJA Solar وLongi بشكل مشترك حجم وحدة الرقاقة المستطيلة، وتم تأكيده على أنه 23821134.

بالنسبة لوحدة الحجم 2382*1134، انقر على النص لعرض المقال السابق: لماذا يعتبر 2382*1134 الحجم الذهبي للوحدات؟

في عام 2026 الحالي، بعد عدة سنوات من الخلافات حول الأحجام، تمتلك صناعة الطاقة الشمسية حاليًا ثلاثة مواصفات رئيسية للرقائق: 183.75182.2 مم، 210182.2 مم، و210210 مم. من بينها، رقاقة 183.75رقاقة 182.2 مم، كنسخة متقدمة من سلسلة 182، تتمتع بميزة القدرة الإنتاجية الحالية؛ الوحدة المصنوعة من 210رقاقة 182.2 مم تسمى الحجم الذهبي، مع تكاليف نقل أقل في صادرات الطاقة الشمسية، وهي متوافقة مع خطوط إنتاج وحدات سلسلة 182؛ الحصة السوقية لرقاقة 210رقاقة 210 مم تتسلق أيضًا تدريجيًا.

وجهة نظر Ooitech

تعتقد Ooitech: تطور أحجام رقائق الطاقة الشمسية من 100 مم إلى 210 مم هو في الأساس ترقية تعاونية عبر سلسلة الصناعة بأكملها، مع توسيع وحدات الإنتاج لخفض التكاليف لكل وحدة ونقل الأرباح إلى المصب.