Wafers fotovoltaicos: evolução de 100mm para 210mm

Resposta rápida: As lâminas fotovoltaicas cresceram de comprimentos de aresta de 100 mm e 125 mm, passando por 156 mm, até os formatos atuais de 182 mm e 210 mm. Cada passo foi impulsionado pela mesma aritmética: uma lâmina maior produz mais watts por célula, e uma célula maior reduz o número de células, juntas de solda e etapas de manuseio por módulo, o que reduz o custo por watt mesmo quando a própria lâmina custa mais. A transição nunca foi apenas sobre a lâmina. A mudança para 210 mm forçou alterações no manuseio do stringer, no comprimento da fita, no tamanho da câmara do laminador e na embalagem de transporte, e impulsionou a potência do módulo de aproximadamente 400 W para 600 W e além. Para uma fábrica escolhendo equipamentos, a questão prática é em torno de qual formato sua linha deve ser construída, porque um stringer especificado para uma família de formato não é automaticamente reespecificável para a próxima.

Fabricação de Módulos Fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech

Introdução do Produto

Se você acompanhou o desenvolvimento das lâminas fotovoltaicas, saberá que o comprimento da aresta das lâminas solares cresceu de 100mm para 125mm, depois para 156mm, e até os 210mm de hoje.

Podemos ver claramente que, à medida que a indústria fotovoltaica amadureceu, os tamanhos das lâminas continuam aumentando. Então, que tipo de impacto um tamanho de lâmina maior traz para toda a cadeia da indústria fotovoltaica? E em que se baseiam realmente essas mudanças de tamanho?

Impacto na Cadeia da Indústria Fotovoltaica

1) Fabricantes de Lâminas

Tamanhos de lâmina maiores ajudam as empresas de lâminas a reduzir três custos principais: material de silício, puxamento de cristal e corte.

O equipamento central para a fabricação de lâminas (como fornos de monocristal e máquinas de corte) é geralmente medido por "lotes por hora" ou "lâminas por turno de máquina". Um tamanho maior significa que um único forno ou uma única máquina produz mais lâminas por execução. Por exemplo, a área de uma lâmina de 210mm é cerca de 1,82 vezes a de uma de 156mm, então, se o rendimento de corte permanecer o mesmo, a produção horária de uma única máquina de corte pode aumentar em mais de 80%.

Custos fixos como depreciação de equipamentos, consumo de energia e mão de obra são distribuídos por uma área de lâmina maior, então o custo não relacionado ao silício por lâmina (como eletricidade e materiais) cai notavelmente. De acordo com dados da indústria, a atualização de 156mm para 210mm pode reduzir o custo não relacionado ao silício da etapa de lâmina em cerca de 20%-30%.

2) Fabricantes de Células

Lâminas maiores reduzem a "perda de borda" das células, já que quanto maior a área da lâmina, menor a proporção de regiões de borda inválidas.

A "velocidade de linha" da produção de células é basicamente fixa (como o tempo de ciclo do PECVD e da serigrafia), então um tamanho maior aumenta a produção de células de uma única linha de produção proporcionalmente, e reduz o custo de consumíveis de pasta de prata, alvos e outros materiais por célula. Por exemplo, o consumo de pasta de prata de uma célula de 210mm é cerca de 1,3 vezes o de uma célula de 182mm, mas a área é 1,82 vezes maior, então o custo de pasta de prata por watt na verdade cai cerca de 28%.

3) Fabricantes de Módulos

Células feitas com lâminas maiores forçam o tamanho do módulo a crescer, o que permite aos fabricantes de módulos reduzir custos de embalagem e alcançar maior densidade de potência.

Os custos principais da embalagem de módulos são materiais auxiliares como vidro, encapsulante filme, molduras e caixa de junçãoes, juntamente com os custos de mão de obra e equipamento de processos como stringing e laminação. Um tamanho maior significa que menos material auxiliar é usado por watt, e o custo de mão de obra por watt também é reduzido.

4) Investidores de Usinas de Energia

Módulos maiores podem entregar maior densidade de potência (por exemplo, módulos de célula 210R alcançaram 600W+, e módulos de 700W+ feitos com células 210 já estão em produção em massa), reduzindo o número de módulos, a quantidade de estruturas de montagem e o comprimento de cabos que uma usina requer, o que indiretamente reduz o custo para os investidores de usinas de energia.

O crescimento contínuo dos tamanhos de lâmina é essencialmente uma atualização colaborativa de "redução de custos e melhoria de eficiência" para fabricantes de lâminas, testes de células, fabricantes de módulos, investidores de usinas de energia e muitas outras partes. Ao ampliar o tamanho da unidade de produção e reduzir o custo unitário, os dividendos são repassados pela cadeia aos players a jusante.

Parâmetros Técnicos

Vantagens Técnicas

• Lâminas maiores reduzem os custos de material de silício, puxamento de cristal e corte na fase de fabricação

• Uma única máquina de corte pode aumentar a produção horária em mais de 80% ao passar de 156mm para 210mm

• O custo não relacionado ao silício da etapa de lâmina pode cair cerca de 20%-30% ao atualizar de 156mm para 210mm

• Perda de borda reduzida e menor custo de pasta de prata por watt (cerca de 28% menor para células de 210mm)

• Módulos de maior densidade de potência reduzem o número de módulos, estruturas de montagem e comprimento de cabos necessários

Aplicação do Produto

A História do Desenvolvimento das Lâminas Fotovoltaicas

Como as lâminas fotovoltaicas originalmente vieram de materiais monocristalinos semicondutores, a indústria fotovoltaica seguiu por muito tempo os tamanhos de lâmina semicondutora de 6 polegadas e 8 polegadas (diâmetro), correspondendo à chamada lâmina de 5 polegadas (125mm) e lâmina de 6 polegadas (156mm) em termos de comprimento de aresta.

À medida que a indústria fotovoltaica cresceu e a demanda por lâminas e células aumentou, e com o progresso do puxamento de cristal, corte e equipamentos de produção de células domésticos, a lâmina de 5 polegadas (125mm) gradualmente saiu da cadeia fotovoltaica. Após 2012, exceto por um ou dois fabricantes de células especiais, a lâmina de 125mm foi basicamente descontinuada pelo mercado.

As bolachas de 156mm (crescimento de cristal de 8 polegadas) tornaram-se então o tamanho mainstream. Depois disso, a indústria começou a experimentar pequenos aumentos na plataforma de crescimento de cristal de 8 polegadas. No final de 2013, cinco empresas, incluindo a Zhonghuan e a Longi, lançaram conjuntamente os padrões de bolacha M1 (156,75-φ205mm) e M2 (156,75-φ210mm). Sem alterar o tamanho do módulo, o M2 aumentou a área da bolacha (em 2,2%) e impulsionou a potência do módulo em mais de 5W, tornando-se rapidamente o mainstream da indústria e mantendo-se estável durante vários anos.

Nos anos seguintes, os principais fabricantes de bolachas usaram atualizações técnicas com base no M1 e M2 para continuar a aumentar o comprimento da aresta da bolacha para 158,75, 161,7, 166mm e outros tamanhos. A vantagem da bolacha de 158,75mm é que toda a capacidade interna existente podia ser atualizada através de retrofit técnico a baixo custo. Mesmo para fábricas de células muito antigas, o custo de retrofit de 1GW manteve-se dentro de um intervalo aceitável.

A vantagem da bolacha de 166,00mm é que a sua área é 12,22% maior do que a M2, e os módulos do tipo 72 que usam esta bolacha podiam atingir 420-430W. Ao mesmo tempo, este tamanho estava próximo, mas não excedia, o limite de capacidade do equipamento existente, pelo que o custo de retrofit permaneceu controlável.

De 156mm a 166mm, todos os fabricantes nesta fase estavam a aumentar a área da bolacha através de atualizações técnicas na plataforma existente de crescimento de cristal de 8 polegadas.

Em agosto de 2019, a Zhonghuan deu um salto e lançou a bolacha monocristalina G12 com um comprimento de aresta de 210mm, aplicando diretamente a especificação de tamanho de bolacha semicondutora à energia fotovoltaica. O objetivo era alcançar um salto na potência do módulo e uma redução adicional no custo de fabrico através de bolachas maiores. Mas, na altura, a bolacha de 210 quase não tinha apoio da indústria a montante ou a jusante na cadeia fotovoltaica, e a maior parte da indústria estava cética em relação à 210.

Em 2019, a Trina e a Zhonghuan, os primeiros adotantes da bolacha de 210, lançaram a próxima geração de novos produtos de módulos. Com base na versão 50 da bolacha de 210, a potência máxima atingiu 500W, que foi também o primeiro produto de 500W na indústria fotovoltaica. Limitado pelas especificações de vidro fotovoltaico da época, o módulo não podia ser feito com 6 colunas de células e só podia ser feito com um número ímpar de 5 colunas, e o layout de coluna ímpar significava que o módulo tinha de usar um design de fio voador. Também limitado pela corrente do inversor na época, as células não podiam usar o corte pela metade que era mainstream na indústria, e só podiam ser feitas em terços.

Com o lançamento da bolacha de comprimento de aresta 210 da Zhonghuan e a vantagem de que os módulos de 210 podiam atingir potência de 500W+, no final de 2019, os líderes de módulos representados pela Jinko, JA Solar e Longi ficaram em profunda reflexão. Por um lado, estas empresas queriam um produto para contrariar o impacto do módulo de 500W; por outro lado, não queriam fazer produtos com designs de colunas ímpares e corte em terços.

Então estas três empresas não escolheram a 210, e todas pensaram coincidentemente em usar o tradicional layout de células de 6 colunas pares para alcançar produtos de 500W+. Na verdade, as especificações das três não eram as mesmas no início. A Jinko e a JA Solar fixaram-se aproximadamente num tamanho de bolacha de 180mm no final do primeiro trimestre de 2020, enquanto a Longi determinou inicialmente um tamanho de 17X. Após comunicação e negociação, as três empresas acabaram por unificar o tamanho para 182mm, e em junho de 2020, as três empresas líderes, juntamente com outras 7 fabricantes da indústria, lançaram conjuntamente a bolacha monocristalina M10 com base na especificação de 182mm.

O tamanho de célula de 183,75*182,2 usado atualmente baseia-se na base técnica de 182mm. Tal como o anterior comprimento de aresta de 156mm continuou a aumentar para 158,75, aumenta a área da célula através de atualizações técnicas sem alterar o tamanho do módulo, melhorando a eficiência de geração de energia.

A lógica da bolacha de comprimento de aresta 182 é diferente da introdução revolucionária do comprimento de aresta 210. A 182 foi gerada através de uma lógica de dedução inversa com base nas condições-limite existentes da indústria. As principais condições-limite eram a altura do contentor de transporte e a largura do forno de vidro. Estes dois pontos determinaram que o limite superior da largura do módulo está entre 1133-1134mm, o que depois leva a um tamanho de célula de 182mm para um layout de células de 6 colunas.

Por um lado, a potência do módulo de 182 é superior à do anterior módulo de 210 versão 50. Mais importante, o módulo de 182 continuou totalmente o layout maduro de 6 colunas e a solução técnica de células de 2 cortes, com melhor desempenho do produto e uma cadeia de abastecimento a montante e a jusante madura e de apoio. Pela lógica de pensamento da indústria na época, a 210 não podia ser feita num layout de células de 6 colunas, tanto porque o forno de vidro não o suportava como o contentor não o suportava. Parecia que a 210 estava prestes a tornar-se uma solução falhada.

No entanto, a Trina, a líder do campo da 210, quebrou o pensamento fixo da maioria dos profissionais da indústria e subverteu a lógica de design tradicional, lançando rapidamente um produto de módulo de 210 com 60 células baseado num layout de células de 6 colunas e células de 2 cortes, com uma potência de módulo a atingir até 600W (o módulo com um tamanho de 2172*1303).

A ideia da Trina era: se o contentor não suporta a colocação lateral em duas camadas de módulos de 210 de 6 colunas, então basta colocar os módulos verticalmente no contentor; se o forno de vidro não o suporta, então juntar-se às fábricas de vidro para atualizar a linha de produção; se a corrente da célula de 210 de 2 cortes for demasiado alta para o inversor, então cooperar com os fabricantes de inversores para desenvolver uma nova geração de produtos. No segundo semestre de 2020, a Trina também liderou um grupo de fabricantes para estabelecer a aliança industrial 600W+, com o objetivo de alcançar a promoção coordenada de toda a cadeia industrial de 210.

A versão de 6 cordas do módulo de 210 atingiu uma largura de 1303mm e só podia ser colocada verticalmente no contentor. A colocação vertical causou certos problemas em alguns cenários, e muitos clientes não gostaram deste método. Perante este problema, em meados de 2022, a Trina propôs audaciosamente a solução de bolacha retangular, lançando uma bolacha retangular de 182mm210mm. O módulo baseado na bolacha retangular tem uma largura de 1134mm, consistente com a largura tradicional do módulo de 182, enquanto o comprimento é 238X. Depois, em 2023, 9 empresas líderes, incluindo a Jinko, JA Solar e Longi, lançaram conjuntamente o tamanho do módulo de bolacha retangular, confirmado como 23821134.

Para o módulo de tamanho 2382*1134, clique no texto para ver o artigo anterior: Porque é que 2382*1134 é o tamanho de ouro para módulos?

No atual 2026, após vários anos de disputas de tamanho, a indústria fotovoltaica tem atualmente três especificações de bolacha mainstream: 183,75182,2mm, 210182,2mm, e 210210mm. Entre elas, a bolacha de 183,75182,2mm, como a versão avançada da série 182, tem a vantagem da capacidade existente; o módulo feito a partir da bolacha de 210182,2mm é chamado de tamanho de ouro, com custos de transporte mais baixos nas exportações fotovoltaicas, e é compatível com as linhas de produção de módulos da série 182; a quota de mercado da bolacha de 210210mm também está a subir gradualmente.

Ponto de Vista da Ooitech

A Ooitech acredita: a evolução dos tamanhos de wafer fotovoltaico de 100mm para 210mm é fundamentalmente uma atualização colaborativa em toda a cadeia produtiva, ampliando as unidades de produção para reduzir os custos unitários e repassar os dividendos para os elos seguintes.