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 الزيادة. فما هو تأثير حجم الرقاقة الأكبر على سلسلة صناعة الطاقة الكهروضوئية بأكملها؟ وعلى ماذا تستند هذه التغييرات في الحجم في الواقع؟
التأثير على سلسلة صناعة الطاقة الكهروضوئية
1) مصنعو الرقائق
تساعد أحجام الرقائق الأكبر شركات الرقائق على تقليل ثلاث تكاليف رئيسية: مادة السيليكون، والسحب، والتقطيع.
عادةً ما يتم قياس المعدات الأساسية لتصنيع الرقائق (مثل أفران البلورة المفردة وآلات التقطيع) بـ "دفعات في الساعة" أو "شرائح لكل نوبة عمل للآلة". الحجم الأكبر يعني أن الفرن الواحد أو الآلة الواحدة تنتج عددًا أكبر من الرقائق لكل دورة. على سبيل المثال، مساحة رقاقة 210 مم تبلغ حوالي 1.82 ضعف مساحة رقاقة 156 مم، لذلك 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، وبالتالي تنخفض التكلفة غير السيليكونية لكل رقاقة (مثل الكهرباء والمواد) بشكل ملحوظ. وفقًا 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
تقلل الرقائق الأكبر من "فقدان الحواف" للخلايا، حيث أنه كلما زادت مساحة الرقاقة، انخفضت نسبة المناطق الحافة غير الصالحة.
سرعة خط إنتاج الخلايا ثابتة بشكل أساسي (مثل وقت دورة PECVD والطباعة بالشاشة الحريرية)، لذا فإن الحجم الأكبر يزيد إنتاج الخلايا لخط الإنتاج الواحد بشكل متناسب، ويخفض تكلفة المواد الاستهلاكية مثل عجينة الفضة والأهداف لكل خلية. على سبيل المثال، استهلاك عجينة الفضة لخلية 210 مم يبلغ حوالي 1.3 ضعف استهلاك خلية 182 مم، لكن المساحة أكبر بمقدار 1.82 مرة، لذا فإن تكلفة عجينة الفضة لكل واط تنخفض فعليًا بنحو 28٪.
3) مصنعو الوحدات
الخلايا المصنوعة من رقائق أكبر تجبر حجم الوحدة على النمو، مما يسمح لمصنعي الوحدات بتقليل تكاليف التعبئة وتحقيق كثافة طاقة أعلى.
التكاليف الأساسية لتغليف الوحدات هي المواد المساعدة مثل الزجاج، فيلم التغليف، الإطارات، 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
الوحدات الأكبر يمكنها تقديم كثافة طاقة أعلى (على سبيل المثال، وحدات خلايا 210R وصلت إلى 600 واط+، ووحدات 700 واط+ المصنوعة من خلايا 210 دخلت الإنتاج الضخم)، مما يقلل عدد الوحدات، وكمية هياكل التثبيت، وطول الكابلات التي تحتاجها المحطة، مما يخفض التكلفة بشكل غير مباشر لمستثمري محطات الطاقة.
النمو المستمر لأحجام الرقائق هو في الأساس ترقية تعاونية لـ "خفض التكلفة 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 إلى الأطراف اللاحقة.
المعايير الفنية
| حجم الرقاقة | منصة الكريستال | زيادة المساحة | قدرة الوحدة النموذجية | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| 125 مم (5 بوصة) | 6 بوصة | خط الأساس | - | تم التخلص منه تدريجيًا بعد 2012 |
| 156 مم (6 بوصة) | 8 بوصة | خط الأساس | - | سائد لسنوات |
| M1 (156.75-φ205 مم) | 8 بوصة | +2.2% | +5 واط مقارنة بالسابق | تم إطلاقه نهاية 2013 |
| M2 (156.75-φ210 مم) | 8 بوصة | +2.2% | +5 واط مقارنة بالسابق | أصبح سائدًا |
| 158.75mm | 8 بوصة | طفيف | - | تكلفة تعديل منخفضة |
| 166.00mm | 8 بوصة | +12.22% مقابل M2 | 420-430W (72 خلية) | قريب من حد المعدات |
| M10 (182mm) | منصة جديدة | - | 500W+ | تم إطلاقه في يونيو 2020 |
| G12 (210mm) | منصة جديدة | - | 600W+ | تم إطلاقه في أغسطس 2019 |
| 210*182.2mm (مستطيل) | منصة جديدة | - | وحدة الحجم الذهبي | تم إطلاقه في 2023 |
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 156mm إلى 210mm
يمكن أن تنخفض تكلفة غير السيليكون في مرحلة الرقاقة بنحو 20%-30% عند الترقية من 156mm إلى 210mm
انخفاض فقدان الحواف وانخفاض تكلفة معجون الفضة لكل واط (حوالي 28% أقل لخلايا 210mm)
الوحدات عالية الكثافة تقلل عدد الوحدات، وهياكل التثبيت، وطول الكابلات المطلوبة
تطبيق المنتج
تاريخ تطور رقائق الطاقة الشمسية
نظرًا لأن رقائق الطاقة الشمسية جاءت أصلاً من مواد بلورية أحادية من أشباه الموصلات، فقد اتبعت صناعة الطاقة الشمسية منذ فترة طويلة أحجام رقائق أشباه الموصلات 6 بوصة و8 بوصة (قطر)، المقابلة لما يسمى برقاقة 5 بوصة (125mm) ورقاقة 6 بوصة (156mm) من حيث طول الحافة.
مع نمو صناعة الطاقة الشمسية وزيادة الطلب على الرقائق والخلايا، ومع تقدم معدات سحب البلورات المحلية والتقطيع وإنتاج الخلايا، خرجت رقاقة 5 بوصة (125mm) تدريجياً من سلسلة الطاقة الشمسية. بعد عام 2012، باستثناء مصنع أو اثنين من مصنعي الخلايا الخاصة، تم التخلص من رقاقة 125mm بشكل أساسي من قبل السوق.
أصبحت رقائق 156mm (نمو بلوري 8 بوصة) بعد ذلك الحجم السائد. بعد ذلك، بدأت الصناعة في تجربة زيادات صغيرة على منصة نمو البلورات 8 بوصة. في نهاية عام 2013، أصدرت خمس شركات بما في ذلك Zhonghuan و Longi بشكل مشترك معايير الرقاقة M1 (156.75-φ205mm) و M2 (156.75-φ210mm). دون تغيير حجم الوحدة، رفعت M2 مساحة الرقاقة (بنسبة 2.2%) وزادت طاقة الوحدة بأكثر من 5W، وسرعان ما أصبحت سائدة في الصناعة وظلت مستقرة لعدة سنوات.
في السنوات التالية، استخدم مصنعو الرقاقات الرئيسيون الترقيات التقنية على أساس M1 وM2 لمواصلة رفع طول حافة الرقاقة إلى 158.75 و161.7 و166 مم وأحجام أخرى. ميزة الرقاقة 158.75 مم هي أنه يمكن ترقية جميع القدرات الداخلية الحالية من خلال التعديل التقني بتكلفة منخفضة. حتى بالنسبة لمصانع الخلايا القديمة جدًا، ظلت تكلفة التعديل لـ 1 جيجاواط ضمن نطاق مقبول.
ميزة الرقاقة 166.00 مم هي أن مساحتها أكبر بنسبة 12.22% من M2، ويمكن للوحدات من النوع 72 التي تستخدم هذه الرقاقة أن تصل إلى 420-430 واط. في الوقت نفسه، كان هذا الحجم قريبًا من حد سعة المعدات الحالية لكنه لم يتجاوزه، لذا ظلت تكلفة التعديل قابلة للتحكم.
من 156 مم إلى 166 مم، كان جميع المصنعين في هذه المرحلة يزيدون مساحة الرقاقة من خلال الترقيات التقنية على منصة نمو البلورات 8 بوصة الحالية.
في أغسطس 2019، قامت Zhonghuan بقفزة وأطلقت رقاقة G12 أحادية البلورة بطول حافة 210 مم، مطبقة مباشرة مواصفات حجم رقاقة أشباه الموصلات على الطاقة الشمسية الكهروضوئية. كان الهدف هو تحقيق قفزة في قدرة الوحدة وتقليل إضافي في تكلفة التصنيع من خلال رقاقات أكبر. ولكن في ذلك الوقت، لم يكن للرقاقة 210 أي دعم من الصناعات العلوية أو السفلية في سلسلة القيمة الكهروضوئية، وكان معظم الصناعة متشككًا بشأن 210.
في عام 2019، أصدرت Trina وZhonghuan، أول من تبنى الرقاقة 210، الجيل التالي من منتجات الوحدات الجديدة. بناءً على الإصدار 50 من الرقاقة 210، وصلت القدرة القصوى إلى 500 واط، وهو أيضًا أول منتج بقدرة 500 واط في الصناعة الكهروضوئية. محدودة بمواصفات زجاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية في ذلك الوقت، لم يمكن صنع الوحدة بـ 6 أعمدة من الخلايا، بل فقط بعدد فردي من 5 أعمدة، وتصميم الأعمدة الفردية يعني أن الوحدة اضطرت لاستخدام تصميم الأسلاك الطائرة. أيضًا محدودة بتيار العاكس في ذلك الوقت، لم يمكن استخدام القطع النصفي السائد في الصناعة، بل فقط القطع الثلثي.
مع إطلاق رقاقة Zhonghuan بطول حافة 210 وميزة أن وحدات 210 يمكن أن تصل إلى قدرة 500 واط+، بحلول نهاية عام 2019، وقع قادة الوحدات ممثلين 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 بتصميم الأعمدة الفردية والقطع الثلثي.
لذا فإن هذه الشركات الثلاث لم تختر 210، وقد فكرت جميعها بالصدفة في استخدام التخطيط التقليدي للخلايا المكون من 6 أعمدة بأعداد زوجية لتحقيق منتجات بقدرة 500 واط+. في الواقع، لم تكن مواصفات الثلاثة متطابقة في البداية. استقرت شركتا Jinko وJA Solar تقريبًا على حجم رقاقة 180 مم في نهاية الربع الأول من عام 2020، بينما حددت Longi في البداية حجمًا قدره 17X. بعد التواصل والتفاوض، وحدت الشركات الثلاث الحجم أخيرًا إلى 182 مم، وفي يونيو 2020، أصدرت الشركات الثلاث الرائدة، إلى جانب 7 مصنعين آخرين في الصناعة، بشكل مشترك رقاقة M10 أحادية البلورة بناءً على مواصفات 182 مم.
حجم الخلية 183.75*182.2 المستخدم اليوم يعتمد على الأساس التقني 182 مم. تمامًا مثل الزيادة السابقة في طول الحافة 156 مم إلى 158.75، فإنه يرفع مساحة الخلية من خلال الترقيات التقنية دون تغيير حجم الوحدة، مما يحسن كفاءة توليد الطاقة.
منطق رقاقة طول الحافة 182 يختلف عن التقديم القفزي لطول الحافة 210. تم إنشاء 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 1133-1134 مم، مما يؤدي إلى حجم خلية 182 مم لتخطيط خلايا من 6 أعمدة.
من ناحية، قدرة وحدة 182 أعلى من وحدة 210 السابقة من الإصدار 50. والأهم من ذلك، أن وحدة 182 واصلت بالكامل الحل التقني الناضج للتخطيط المكون من 6 أعمدة وخلايا مقطوعة مرتين، مع أداء منتج أفضل وسلسلة توريد ناضجة تدعم المنبع والمصب. بمنطق 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 تدعم ذلك. بدا أن 210 على وشك أن يصبح حلاً فاشلاً.
ومع ذلك، فإن Trina، قائدة معسكر 210، اخترقت التفكير الثابت لمعظم العاملين في الصناعة وقلبت منطق التصميم التقليدي، وأطلقت بسرعة منتج وحدة 210 مكون من 60 خلية بناءً على تخطيط خلايا من 6 أعمدة وخلايا مقطوعة مرتين، مع قدرة وحدة تصل إلى 600 واط (الوحدة بحجم 2172*1303).
كانت فكرة ترينا: إذا كانت الحاوية لا تدعم وضع الطبقة المزدوجة الجانبية لوحدات 210 ذات 6 أعمدة، فما عليك سوى وضع الوحدات عموديًا في الحاوية؛ إذا كان فرن الزجاج لا يدعم ذلك، فتعاون مع مصانع الزجاج لترقية خط الإنتاج؛ إذا كان تيار خلية 210 ذات القطعتين 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 600 واط+، بهدف تحقيق الترويج المنسق لسلسلة صناعة 210 بأكملها.
وصل عرض إصدار 6 سلاسل من وحدة 210 إلى 1303 مم ولم يكن من الممكن وضعه إلا عموديًا في الحاوية. تسبب الوضع العمودي في بعض المشكلات في بعض السيناريوهات، ولم يعجب العديد من العملاء هذه الطريقة. في مواجهة هذه المشكلة، في منتصف عام 2022، اقترحت ترينا بجرأة حل الرقاقة المستطيلة، وأطلقت رقاقة 182 ممرقاقة مستطيلة 210 مم. يبلغ عرض الوحدة القائمة على الرقاقة المستطيلة 1134 مم، بما يتوافق مع عرض الوحدة التقليدية 182 مم، بينما يبلغ الطول 238X. ثم في عام 2023، أصدرت 9 شركات رائدة بما في ذلك Jinko وJA Solar وLongi بشكل مشترك حجم رقاقة الوحدة المستطيلة، وأكدت أنها 23821134.
بالنسبة لحجم الوحدة 2382*1134، انقر على النص لعرض المقال السابق: لماذا يعتبر 2382*1134 الحجم الذهبي للوحدات؟
في عام 2026 الحالي، بعد عدة سنوات من النزاعات حول الأحجام، يوجد حاليًا في صناعة الطاقة الشمسية ثلاث مواصفات رئيسية للرقائق: 183.75182.2 مم، 210182.2 مم، و210210 مم. من بينها، رقاقة 183.75رقاقة 182.2 مم، كإصدار متقدم من سلسلة 182، لها ميزة القدرة الحالية؛ الوحدة المصنوعة من رقاقة 210تسمى رقاقة 182.2 مم الحجم الذهبي، مع تكاليف نقل أقل في صادرات الطاقة الشمسية، وهي متوافقة مع خطوط إنتاج وحدات سلسلة 182؛ حصة السوق من رقاقة 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، وتوسيع نطاق وحدات الإنتاج لدفع التكاليف الوحدوية إلى الأسفل ونقل الفوائد إلى المصب.
