賽迪智庫電子信息產(chǎn)業(yè)研究所 ■ 江華

我國光伏設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

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1　發(fā)展現(xiàn)狀

1.1整體情況

目前，我國光伏設(shè)備企業(yè)從硅材料生產(chǎn)、硅片加工、太陽電池片、組件的生產(chǎn)及相應(yīng)的純水制備、環(huán)保處理、凈化工程的建設(shè)到與光伏產(chǎn)業(yè)鏈相應(yīng)的檢測設(shè)備、模擬器等，已經(jīng)具備成套供應(yīng)能力，部分產(chǎn)品如擴(kuò)散爐、管式PECVD、單晶爐、多晶鑄錠爐、層壓機(jī)、檢測設(shè)備等，已有不同程度的出口。

硅材料加工設(shè)備主要有多晶鑄錠爐、單晶爐、切斷機(jī)、切方機(jī)、多線切割機(jī)、硅片檢測分選設(shè)備。其中，單晶爐以優(yōu)良的性價比占據(jù)了國內(nèi)市場的絕對統(tǒng)治地位，并批量出口亞洲；多線切割機(jī)已取得突破；多晶硅鑄錠爐已大量在國內(nèi)企業(yè)中使用。

由于主流工藝的改良，目前晶硅電池常規(guī)生產(chǎn)線已將工藝過程縮減到6步，用到的主要設(shè)備也僅包括6種，即單晶槽式制絨/多晶在線式制絨、擴(kuò)散爐、在線濕法刻蝕機(jī)、PECVD、絲網(wǎng)印刷機(jī)及測試分選設(shè)備。以上設(shè)備均可由國內(nèi)設(shè)備廠家提供，其中，國產(chǎn)擴(kuò)散爐和管式PECVD在熱場設(shè)計(jì)、溫度控制、工藝控制等核心技術(shù)方面取得全面突破，設(shè)備的質(zhì)量、產(chǎn)能、能耗、自動化水平等方面達(dá)到國際先進(jìn)水平，性價比優(yōu)勢明顯。目前，一條100 MW生產(chǎn)線的工藝設(shè)備僅需3400～4500萬元，而在5年前，這個數(shù)額的投資僅能買到25 MW產(chǎn)能的設(shè)備。

組件端的設(shè)備主要有自動串焊機(jī)、自動疊層設(shè)備、層壓機(jī)、自動EL、功率測試設(shè)備和自動包裝機(jī)。目前除了功率測試設(shè)備主要由國外的PANSAN和BERGER占主導(dǎo)地位外，其余全部可以選擇國產(chǎn)設(shè)備的方案。國內(nèi)串焊機(jī)廠商有無錫奧特維、寧夏小牛、無錫先導(dǎo)、天津必利優(yōu)、武漢三工和杭州康奮威等；層壓機(jī)廠商有博碩光電、河北羿珩、上海申科等，其中博碩光電在2015年向美國客戶出口了一條完整的150 MW全自動化光伏組件生產(chǎn)線。

盡管國產(chǎn)光伏設(shè)備在國內(nèi)用戶中已建立起良好的信譽(yù)，得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可，越來越多的客戶從價格適中、性能良好、技術(shù)不斷進(jìn)步的國產(chǎn)設(shè)備中受益；但我們也應(yīng)該看到，國內(nèi)設(shè)備廠商在整體技術(shù)水平，尤其是在高效電池工藝設(shè)備、信息化及尖端技術(shù)水平上和國外廠商尚有差距。

1.2分環(huán)節(jié)情況

1.2.1硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)

從多晶鑄錠（單晶拉棒）、開方、切片到硅片檢測分選設(shè)備，經(jīng)過這幾年設(shè)備業(yè)的發(fā)展和國內(nèi)光伏設(shè)備廠商與硅片生產(chǎn)廠商的合作與協(xié)作，已基本具備國產(chǎn)設(shè)備的選型方案。單晶爐已全面國產(chǎn)化并實(shí)現(xiàn)了批量出口。國產(chǎn)多晶硅鑄錠爐在溫度控制、高效鑄錠工藝等技術(shù)上已達(dá)到或接近國際水平，性價比優(yōu)勢明顯，占據(jù)了國內(nèi)大部分市場。多線切割機(jī)雖然國內(nèi)已有樣機(jī)，但受制于穩(wěn)定性、良品率等問題，應(yīng)用在生產(chǎn)線上的不多。硅片分選設(shè)備中的高產(chǎn)能（＞3000 pcs/hr）設(shè)備還主要依賴進(jìn)口，但國內(nèi)有多家廠商已可以提供硅片多功能分選設(shè)備的方案，包括檢測硅片厚度、少子壽命、微型裂紋、表面劃痕、幾何尺寸、外觀臟污和破片缺角等，并且國產(chǎn)的測試分選設(shè)備已經(jīng)開始在英利等國內(nèi)大廠應(yīng)用。

1.2.2電池片生產(chǎn)環(huán)節(jié)

1）清洗/制絨設(shè)備：基本以國產(chǎn)為主。

單晶槽式制絨機(jī)，除了光伏起步階段使用的進(jìn)口設(shè)備外，90％以上為國產(chǎn)產(chǎn)品。多晶在線式制絨設(shè)備，在2012年以前主要以采購進(jìn)口的RENA和SCHMID為主，經(jīng)過這幾年的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，國內(nèi)的清洗制絨設(shè)備逐步成熟，如深圳捷佳偉創(chuàng)等，2015年在國內(nèi)新增電池產(chǎn)能中已開始大量采用國產(chǎn)多晶在線式制絨設(shè)備。在單、多晶制絨一體機(jī)設(shè)備的開發(fā)上，國內(nèi)與國外基本都處于設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)階段，目前國內(nèi)已有設(shè)備企業(yè)與下游電池廠商合作研發(fā)。

2）擴(kuò)散爐：經(jīng)歷了開管-閉管-全封閉（軟著陸）-負(fù)壓擴(kuò)散幾個階段，大部分電池企業(yè)采用國產(chǎn)裝備。

由于能提升擴(kuò)散均勻性和產(chǎn)能，降低能耗，實(shí)現(xiàn)高方阻（目前70 Ω/，目標(biāo)90～100 Ω/），2015年，在通威、隆基等幾個電池片產(chǎn)能擴(kuò)張較大的產(chǎn)線中，已開始大量使用負(fù)壓擴(kuò)散爐，主要設(shè)備生產(chǎn)廠商包括七星華創(chuàng)、豐盛、捷佳創(chuàng)、中電科技48所等。

我國光伏專用擴(kuò)散設(shè)備正從處理125 mm×125 mm、156 mm×156 mm方硅片向210 mm×210 mm方硅片邁進(jìn)，目前仍以156 mm×156 mm方硅片為主；擴(kuò)散的質(zhì)量從原來的單片和整管擴(kuò)散均勻性在7％以內(nèi)的水平，提高到目前單片和整管擴(kuò)散均勻性在4％以內(nèi)（常規(guī)擴(kuò)散達(dá)到5％以內(nèi)，負(fù)壓擴(kuò)散達(dá)到3％以內(nèi)）的國際先進(jìn)水平；擴(kuò)散方式從原來的開管擴(kuò)散到現(xiàn)在的負(fù)壓擴(kuò)散；單批次產(chǎn)能從原來的150片、200片、300片發(fā)展到目前的500片，尤其是現(xiàn)今市場應(yīng)用規(guī)模較大的負(fù)壓擴(kuò)散，單批次產(chǎn)能達(dá)到800～1000片，同時能耗及通源量大幅度減少，擴(kuò)散方阻均勻性大幅度提高。

3）刻蝕：基本采用濕法工藝，以國產(chǎn)設(shè)備為主。

目前市場主流工藝都采用濕法工藝，刻蝕及去磷硅玻璃（PSG）同步進(jìn)行，基本以國產(chǎn)設(shè)備為主，進(jìn)口設(shè)備包括RENA等。

4）PECVD：以管式PECVD為主，已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)。

PECVD設(shè)備是整條太陽電池生產(chǎn)線的核心設(shè)備之一。應(yīng)用于晶硅太陽電池生產(chǎn)線的PECVD設(shè)備價格已經(jīng)占到整條線設(shè)備價格的1/3左右，是所有設(shè)備中比重最大的一部分，包括管式和平板式兩種。管式PECVD的主要制造商為德國的Centrotherm公司，中國的七星華創(chuàng)、捷佳偉創(chuàng)、豐盛裝備、中電科技48所等。平板式PECVD的主要制造商為Meyer Burger旗下的Roth&Rou。

由于管式PECVD設(shè)備均勻性獲得較大提升，目前國內(nèi)市場已基本采用管式PECVD設(shè)備。而國產(chǎn)管式PECVD經(jīng)過多年工藝考驗(yàn)，與進(jìn)口管式PECVD的工藝效果相差無幾，在自動化程度、穩(wěn)定性和一致性上也已幾乎沒有差異，并且有20％以上的價格優(yōu)勢，因此得到了廣泛應(yīng)用。中國臺灣電池廠商，如昱晶等，在建設(shè)海外電池片生產(chǎn)線時也開始采購大陸管式PECVD設(shè)備。平板式PECVD設(shè)備應(yīng)用范圍逐步減小，僅在部分廠商的老線上有部分應(yīng)用，Roth&Rou也已改做PERC電池用背鈍化設(shè)備。

5）絲網(wǎng)印刷機(jī)：單印絲網(wǎng)印刷機(jī)已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)，雙軌二次印刷仍依賴進(jìn)口。

2014年開始，國產(chǎn)全自動單軌絲網(wǎng)印刷設(shè)備逐步成熟，國內(nèi)水平在穩(wěn)定性、一致性等方面已經(jīng)同國際水平相差無幾，在產(chǎn)能指標(biāo)上甚至高于進(jìn)口設(shè)備，如東莞科隆威、吳江邁為等。但進(jìn)入2015年，特別是在2015年下半年，大規(guī)模建線方案開始升級為雙通道帶二次印刷功能的設(shè)備，該類設(shè)備技術(shù)含量很高，目前國內(nèi)市場還是以應(yīng)用材料（收購的意大利BACCINI）、英國DEK等進(jìn)口設(shè)備為主導(dǎo)。

6）電池片效率測試分選設(shè)備已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，在穩(wěn)定性方面與國際設(shè)備相當(dāng)。

隨著分布式光伏的發(fā)展，客戶對電池片外觀（如顏色一致性）要求越來越高，電池片外觀自動分選成為太陽電池制造過程中一道必不可少的工序。目前國內(nèi)主要分選機(jī)廠家有武漢三工光電和天津必利優(yōu)科技，國外主要廠家有Vitronic、GP Solar等。

表1　電池片環(huán)節(jié)主要生產(chǎn)企業(yè)

2　發(fā)展趨勢

2.1“大尺寸、自動化、高產(chǎn)能”等高檔設(shè)備市場廣闊

提高產(chǎn)品性能質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本仍將是2016年光伏設(shè)備的主要需求方向。因此，進(jìn)一步發(fā)展適合大尺寸、薄硅片的工藝技術(shù)設(shè)備，節(jié)約硅材料，降低成本成為未來光伏設(shè)備行業(yè)的發(fā)展趨勢；其次，提高單機(jī)自動化水平、增加批次裝片量，以提高單機(jī)生產(chǎn)效率和產(chǎn)能、降低使用成本和維護(hù)成本，也是未來光伏設(shè)備發(fā)展趨勢之一。同手工相比，自動化可提高整線生產(chǎn)率約25％，并可降低碎片率，減少人工接觸污染，降低生產(chǎn)成本。以目前主流的多晶硅156 mm×156 mm方硅片生產(chǎn)工藝為例，未來主要趨勢是開發(fā)單機(jī)生產(chǎn)能力在50 MW的生產(chǎn)設(shè)備，同時要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動傳送、在線檢測等功能。此外，還要提高組件環(huán)節(jié)自動化水平，減少由于手工焊接等帶來的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性問題，并提高產(chǎn)能。

2.2光伏設(shè)備與“大半導(dǎo)體”結(jié)合更加緊密

光伏產(chǎn)業(yè)屬于“大半導(dǎo)體”工藝領(lǐng)域，目前已經(jīng)有不少光伏企業(yè)與半導(dǎo)體公司合作，將半導(dǎo)體領(lǐng)域中的一些先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)引進(jìn)到光伏生產(chǎn)中。如目前有一些企業(yè)引進(jìn)干法刻蝕設(shè)備，取代傳統(tǒng)的酸性制絨或堿性制絨；有的整合單晶硅生產(chǎn)線和多晶硅生產(chǎn)線，使之相互兼容；離子注入機(jī)在光伏生產(chǎn)系統(tǒng)中也已得到一定應(yīng)用。同時，設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性也將逐步提高，據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)設(shè)備的MTBF（平均無故障間隔時間）仍較國外設(shè)備低。雖然國內(nèi)設(shè)備具有維修反應(yīng)速度快、維修方便等特點(diǎn)，但仍需在國內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)制造中引入可靠性設(shè)計(jì)、分析、制造等技術(shù)內(nèi)容，提升設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性。

2.3設(shè)備研制與工藝開發(fā)的結(jié)合將更加緊密

設(shè)備研制與工藝開發(fā)結(jié)合得越來越緊密是未來的發(fā)展趨勢，使一些高水平的工藝技術(shù)和設(shè)備研制相結(jié)合，通過建立工藝示范線，采取設(shè)計(jì)、制造、工藝開發(fā)、設(shè)備開發(fā)與改進(jìn)聯(lián)合進(jìn)行的方式。這樣既可以縮短設(shè)備的開發(fā)周期，也可以促進(jìn)先進(jìn)工藝的應(yīng)用，同時降低了設(shè)備采購成本，可進(jìn)一步提高國內(nèi)光伏企業(yè)的市場競爭力。其次，在設(shè)備研制過程中，零部件配套將逐步

走向社會化、國際化，以利于專業(yè)化配套并同國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。與此同時，面對光伏行業(yè)迅速發(fā)展所帶來的巨大商機(jī)，要克服設(shè)備制造行業(yè)一哄而上造成的惡性競爭，以及企業(yè)內(nèi)部“大小通吃、全面出擊”造成的大而不專等問題。

2.4光伏制造向光伏智造轉(zhuǎn)變

2015年，國家相繼提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”及“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略。在此戰(zhàn)略推動下，光伏設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)也需要注重互聯(lián)網(wǎng)、自動化控制技術(shù)，以及數(shù)字化管理技術(shù)與設(shè)備的結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)智能制造車間。包括單臺設(shè)備的自動化和信息化，設(shè)備智能化及在線工藝自動控制，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車間設(shè)備信息通訊，利用計(jì)算機(jī)、總線控制、通訊、智能數(shù)據(jù)分析處理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈信息協(xié)同管理及監(jiān)控與決策的智能化等。未來，光伏智能制造工廠要求全面部署MES、ERP等智能化制造管理系統(tǒng)，生產(chǎn)投料、設(shè)備狀態(tài)、質(zhì)量控制、環(huán)境監(jiān)測等實(shí)現(xiàn)全程自動監(jiān)測和調(diào)度，產(chǎn)品生產(chǎn)過程可追溯，要求光伏設(shè)備生產(chǎn)廠商在自動化及智能化軟件開發(fā)上加強(qiáng)研發(fā)投入。

2016-05-06

江華（1983—），男，碩士，主要從事光伏產(chǎn)業(yè)及市場發(fā)展方面的研究。jianghua@ccidthinktank.com