阜宁集成1.2 GW高效光伏组件扩产项目的技术及成本优势分析

王春成，王 磊，李宗佰，吴孙阳

(阜宁协鑫集成科技有限公司，阜宁 224400)

0 引言

“降低光伏财政补贴，下调光伏发电上网电价，严格控制需要补贴的光伏电站建设规模，鼓励平价光伏发电项目的发展”被认为是光伏“531”新政出台发出的最强烈信号——光伏发电平价上网时代已经到来[1]。政府通过实施“领跑者”项目不断催生出一代又一代的高效光伏组件，以多主栅(Multi-Busbar，MBB)光伏组件、半片光伏组件和叠瓦光伏组件为代表的高效光伏组件迅速迎来了发展曙光。随着太阳电池光电转换效率及其尺寸的提升，以及MBB技术、半片技术和叠瓦技术的开发，高效光伏组件的单位面积光电转换效率提升显著，这不仅降低了光伏组件生产的非硅单位成本，还降低了光伏电站的单位用地成本，使高效光伏组件成为光伏市场上追逐的“宠儿”。

阜宁协鑫集成科技有限公司(下文简称“阜宁集成”)根据协鑫(集团)控股有限公司(下文简称“协鑫集团”)对于光伏组件生产基地的定位及进行的市场调研，制定了1.2 GW高效光伏组件扩产项目(下文简称“扩产项目”)。本文以该扩产项目为例，从车间规划设计、产品规划设计和设备规划设计3个方面对该扩产项目的建设方案设计进行了阐述，并介绍了MBB光伏组件和半片光伏组件的技术优势；然后针对扩产项目形成的纵向一体化效应、横向规模经济效应和财务协同效应进行了论述；最后肯定了该扩产项目实施的必要性与先进性。

1 扩产项目的建设方案设计

据国际能源署(IEA)预测，到2030年，全球光伏发电累计装机容量有望达到1721 GW，到2050年将进一步增加至4670 GW，光伏行业的发展潜力巨大[2]。在新兴光伏市场规模不断增长的前提下，市场对于高效光伏组件的需求不断增加，导致针对落后产能的需求严重不足，即常规光伏组件的产能过剩已成为不可忽视的现状。同时，考虑到欧洲及澳洲市场对双玻光伏组件的青睐，以及美国对双面双玻光伏组件取消了“双反”政策，对常规光伏组件生产线设备进行技改，并使之兼容双玻光伏组件及双面双玻光伏组件的生产已成为趋势，这意味着常规光伏组件生产线将迎来“重生”。

基于上述原因，阜宁集成决定开展1.2 GW高效光伏组件扩产项目，以满足市场需求。下文从车间规划设计、产品规划设计、设备规划设计3个方面对扩产项目的建设设计方案进行详细介绍。

1.1 车间规划设计

阜宁集成坐落于江苏省盐城市阜宁县开发区香港路，临靠阜宁港，位于阜宁新能源科技产业园内，目前拥有3座生产车间(包括1.2 GW扩产项目所在车间)，原辅材物料仓库1座，成品仓库2座(含代建仓库1座)，动力车间1座。

C1#生产车间原本是阜宁协鑫光伏科技有限公司(下文简称“阜宁光伏”)的预留生产车间，整个车间的尺寸约为78 m×168 m，占地面积约为13104 m2，现作为高效光伏组件的生产车间使用。C1#生产车间位于阜宁光伏现有生产车间的北侧，在其现有占地面积基础上扣除两侧的辅房占地面积后，车间内可利用面积的宽度为66 m；从现有流水线设计角度来看，单线流水线的宽度在18～25 m之间，同时考虑通道等至少需要预留6 m的宽度，因此C1#生产车间设计为3条流水线。

C1#生产车间的整体走向为自东向西，因此流水线设计可以有2种设计方案。第1种设计方案为流水线的运作方向是自东向西，即光伏组件的原辅材物料从东侧进入生产车间，成品光伏组件从西侧出生产车间，然后进入成品仓库。该设计方案的优势是成品光伏组件靠近成品仓库，因此成品光伏组件的搬运距离最短。第2种设计方案为流水线的运作方向是自西向东，即光伏组件的原辅材物料从西侧进入生产车间，成品光伏组件从东侧绕过连廊，然后进入成品仓库。该设计方案的优势是原辅材物料靠近西侧BC2#原辅材物料仓库，因此原辅材物料的搬运距离最短。

考虑到原辅材物料的搬运量、搬运频次、搬运重量等因素，经过讨论后，最终选定第1种设计方案作为C1#生产车间流水线的设计方案，即自东向西布设流水线，而为了降低原辅材物料的搬运距离，采用在车间两侧的辅房设置“原辅材物料暂存区”的方案。由于原辅材物料需要在生产车间内进行二次包装拆除及分线送料步骤，且光伏组件分档后需要进行成品包装作业，这些工序需要占用2个跨距的区域即24 m(每跨距标准为12 m)；同时，由于需要预留两端通道以便于原辅材物料的运输，因此，整条流水线的最终设计长度为135 m。

1.2 产品规划设计

阜宁集成目前拥有600 MW的常规5BB光伏组件生产车间(根据协鑫集团对于生产车间的整体命名，此车间称为“五车间”，所在位置标号为B2#)及600 MW的5BB半片光伏组件生产车间(根据协鑫集团对于生产车间的整体命名，此车间称为“六车间”，所在位置标号为A2#)。

B2#生产车间以常规5BB光伏组件的生产为基础，兼容双玻光伏组件、双玻封边光伏组件、双面双玻光伏组件及贴膜光伏组件的生产。A2#生产车间以5BB半片光伏组件的生产为基础，兼容双玻半片光伏组件、双面双玻半片光伏组件及贴膜半片光伏组件的生产。B2#、A2#生产车间构成了5BB全系列常规光伏组件、半片光伏组件、双玻光伏组件、双面双玻光伏组件及贴膜光伏组件全覆盖，但是在MBB系列光伏组件的生产方面尚属空白，且因空间不足及流水线使用年限不足等因素，无法进行MBB生产线技术改造。

此次扩产项目在考虑市场前景及技术发展趋势的前提下，以9BB半片光伏组件作为基础产品，太阳电池尺寸兼容156 mm×156 mm至166 mm×166 mm；太阳电池主栅线以9BB为基础，兼容5BB～12BB；生产的光伏组件类型覆盖常规光伏组件、半片光伏组件、双玻光伏组件、双玻半片光伏组件、双面双玻(兼容带框)光伏组件、双面双玻半片(兼容带框)光伏组件、双面(透明背板，兼容网格片材背板)半片光伏组件。由此，阜宁集成形成了主栅线覆盖5BB～12BB、太阳电池尺寸覆盖156 mm×156 mm至166 mm×166 mm，常规光伏组件、双玻光伏组件、双面双玻光伏组件、贴膜光伏组件产品全覆盖的生产能力。

1.3 设备规划设计

基于车间规划设计及产品规划设计，扩产项目的设备规划设计分为10个关键工序，分别为拆包上线、串焊机、叠层前纠偏、叠层、电致发光(electroluminescence，EL)测试、层压、装框、固化房、流水线和包装。下文将针对这10道工序进行逐一分析。

1)拆包上线工序。为确保生产1.2 GW高效光伏组件的年生产能力，通过在生产车间两侧辅房预留2个原辅材物料暂存区，解决了玻璃上料前端针对玻璃运输的需求，而对于层压后使用的接线盒、胶类、边框，在C1#生产车间内南侧辅房进行单独放置，便于后道取料；同时设置了放置乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和聚氟乙烯复合膜(TPT)的恒温恒湿区域；对于较为贵重且质量相对较轻的太阳电池、焊带和汇流条，需要进行单独隔离存储，并全程监控。

2)串焊机工序。扩产项目生产的光伏组件的基础版型为9BB半片光伏组件，因此需要对整片太阳电池进行划片作业。考虑到相关工作人员的工作效率与离线划片检测的困难程度后，扩产项目采用在线划片串焊一体机，以保证太阳电池划片后可以实现在线全部检查，降低制程损失；同时，在在线划片串焊一体机程序中引入自动串检和单串EL测试，以降低电池叠层的返修率，提升制程效率。

3)叠层前纠偏工序。叠层前纠偏是指对太阳电池串进行精准排版。为保证叠层焊接机的排版精度，采用六轴排版机械手，在叠层焊接机处使用纠偏技术，以保证太阳电池串的排版准确性；同时，在排版焊接后使用全自动贴胶带机，实现全自动粘贴胶带，避免人工粘贴可能会造成的光伏组件隐裂。

4)叠层工序。叠层工序包括2个步骤，第1步是叠层焊接，采用目前市场成熟度较高的DH150系列叠层焊接机，实现了中间焊接汇流条与两端焊接汇流条的自动化；另1步是2层铺设，采用最新的高精度自动铺设技术，自动辅设机可实现光伏组件穿孔式自动定位与2层自动铺设，效率高且铺设效果较好。

5) EL测试工序。EL测试区域分为2个部分，一部分是合格半成品测试，测试完成后直接进入层压机进行层压作业；另一部分是不合格半成品返修后的二次测试，为避免二次测试造成原测试线的瞬时瓶颈，在返修线安装第2套EL测试装置，返修后的半成品直接在第2套EL测试装置上进行测试作业。

6)层压工序。层压工序节拍以单班1500件/产线进行评估，同时充分考虑后期生产双面双玻光伏组件时因工艺参数延迟导致的产能损失，通过对车间内流水线的横向间距预测及流水线产能反复评估后，决定采用双层双腔层压机，以保证在有效占地面积内实现层压产能最大化。

7)装框工序。为保证产品兼容性，装框处需同时满足大尺寸、半片及封边双玻光伏组件的需求，同时满足节拍不高于23 s/件的要求。

8)固化房工序。由于固化房的恒温恒湿冷却要求不低于4 h，经过测算，确定至少需要23托光伏组件(1托光伏组件的标准数量为26块)为评估固化房需要的面积，同时考虑到生产线后期可能会生产双玻光伏组件，因此固化房设计时要求具备双玻工装回流技术。

9)流水线工序。整条流水线设计要求应满足不高于23 s/件的节拍，以确保单班1500件/产线的产能。

10)包装工序。包装工序的重点在于分档作业处，此次分档作业要求实现常规光伏组件与双玻光伏组件直插式放置，以减少后道包装中内包作业的工作量。为满足不良光伏组件的放置需求，设置常规的2个功率档位、3个电流档位，合计6个需求档位；同时，预留1个掉档光伏组件档位、1个不良光伏组件档位，因此合计共8个档位区域。

2 扩产项目的技术优势分析

2.1 MBB技术优势

MBB光伏组件通常指太阳电池采用更多更细的主栅[3]，且太阳电池之间使用更多更细的焊带进行互联。MBB光伏组件技术的发展过程为3BB→4BB→5BB→MBB。

在设备方面，目前多主栅串焊机已实现了国产化，国内设备企业如宁夏小牛自动化设备有限公司、无锡奥特维科技股份有限公司、无锡先导智能装备股份有限公司等，生产的设备都可以实现MBB焊接，预计2020年下半年整个多主栅串焊机设备将迎来较大规模的产能扩充。

MBB技术的特点主要体现在以下2个方面：

1)MBB技术既可以大幅降低太阳电池生产过程中的银浆耗量，又能够提高光伏组件的输出功率，同时实现了降本增效，并且提升了光伏组件的抗隐裂可靠性。

2)随着近2年生产工艺及技术设备的不断发展，MBB光伏组件逐步从实验室生产进入了批量生产。从焊接工艺来看，国内多主栅串焊机采用技术成熟的传统焊接法，制程良率等指标接近常规光伏组件的生产水平。

2.2 半片技术优势

半片技术就是将太阳电池进行1/2切割后对其进行封装的光伏组件封装技术。半片技术使光伏组件内部太阳电池从串联设计变为并联设计，本质上是降低了光伏组件的内阻。该技术既可以用来封装多晶硅光伏组件，也可以用来封装单晶硅光伏组件[4]。

半片技术的优点主要在体现在以下3个方面：

1)提升了光伏组件的封装效率：半片光伏组件的封装损失较低，一般在0.2%～0.5%，而常规光伏组件的封装损失一般大于1.5%。

2)降低了光伏组件的温升幅度：半片光伏组件的工作温度比常规光伏组件的低2～4 ℃，因此可以减少热斑现象和隐裂情况。实验数据表明，由于光伏组件温升幅度降低得到的发电量增量可达1%以上。

3)减少了光伏组件的遮挡损失。半片技术结合多主栅技术应用，通过使用多主栅焊带，降低焊带宽度，从而实现降低太阳电池表面的焊带遮挡。

2.3 扩产项目的技术优势

通过结合MBB技术和半片技术，制备出了MBB半片光伏组件。MBB半片光伏组件采用9BB结合半片技术，使电流汇集路径更短、电阻损耗更低；再结合三角焊带的使用，MBB半片光伏组件比常规5BB光伏组件的整体功率增益约为4.3%。以光电转换效率为21.5%的PERC单晶硅太阳电池为例，常规5BB光伏组件的铭牌功率为370 W，采用MBB半片技术后，5BB半片光伏组件的铭牌功率可达到385～390 W，则整体功率增益在15～20 W之间。

在阜宁集成常规5BB技术、5BB半片技术、双玻技术的积累下，高效光伏组件扩产项目使公司原本的量产能力得到了增强。

3 扩产项目的成本优势分析

3.1 园区产业协同形成纵向一体化效应

阜宁协鑫新能源产业园目前拥有阜宁光伏、阜宁苏民科技有限公司(下文简称“阜宁苏民”)和阜宁集成3家公司。阜宁光伏生产硅片，然后运输到阜宁苏民；阜宁苏民通过制绒等方式将硅片生产成太阳电池，然后运输到阜宁集成；阜宁集成将太阳电池组装形成光伏组件，再加上阜宁地区的安装终端，最终形成了纵向一体化效应[5]，实现了生产中间过程成本的降低。

园区产业协同形成纵向一体化效应后的优势主要体现在以下3个方面：

1)减少了硅片、太阳电池和光伏组件在流转过程中的中间环节，仅硅片和太阳电池两端的运输成本及检测成本，按照1.0 GW/年计算，预计即可节省2000万元。

2)可以加强硅片、太阳电池和光伏组件环节的生产计划配合，提升协作化生产效率。

3)园区新能源产业规模的扩大可以极大节约营销费用，由于纵向协作化经营，不但可以使营销手段更为有效，还可以大幅降低单位产品的销售费用。

3.2 光伏组件扩产形成横向规模经济效应

通过A2#600 MW 5BB半片光伏组件生产车间、B2#600 MW常规5BB光伏组件生产车间和C1#1.2 GW高效光伏组件生产车间形成了阜宁集成2.4 GW光伏组件重要生产基地，有效形成了光伏组件横向规模经济效应[6]，实现了光伏组件生产成本的降低。

光伏组件扩产形成横向规模经济效应后的优势主要体现在以下4个方面：

1)随着整体生产规模的扩大，光伏组件的单位生产成本和经营费用均可相对降低，从而形成成本优势。

2)随着整体生产规模的扩大，原辅材物料采购需求量增加，增强了阜宁集成在资金、产品竞争力等主要市场要素方面的地位，公司物资采购的议价权利增加，从而在采购方面更具有规模经济效应。

3)光伏组件形成横向规模经济效应后，可采购更大型且效率更高的共用设备，降低了共用设备的使用成本，体现了共用设备的规模效应。

4)整体生产规模的扩大，使生产线的产品类型覆盖面更广，接单能力更强，具备更好的销售优势。

与此同时，随着光伏组件生产规模的扩大，还可形成“乐队花车效应”[7]，即协鑫品牌的产品在市场上处于有利地位，客户进行光伏组件产品选择时，会更容易选择具有较高知名度的协鑫品牌的产品，从而使阜宁集成在市场上的经营变得越来越容易，从而可取得包括成本在内的集群优势。

3.3 光伏组件扩产形成财务协同效应

通过光伏组件扩产项目使阜宁集成的产品覆盖面变广，其可以把原本用于生产低收益产品的资金用到高收益产品上，从而可提升阜宁集成的资金效益。

光伏组件扩产形成财务协同效应后的优势主要体现在以下3个方面：

1)不同产品及订单生产过程中的资金回收能力增强，产品资金需求周期分布更为广泛，从而可使企业内部现金流入更为充足，资金的使用在时间分布上更为合理。

2)由于光伏组件扩产项目使阜宁集成拥有了光伏组件所有类型全覆盖的生产能力，因此在针对产品订单选择生产过程时，会根据产品订单效益选择更有效率的方案，提升自有资金的使用效率和使用效益，同时通过组合式产品订单生产方式，能够有效降低生产风险。

3)通过实施扩产项目，体现出阜宁集成的效益优势，提高了融资偿还能力，且公司信用等级得到整体性提高，使公司在资本市场上能够获得更多的融资机会。

4 结论

本文针对阜宁集成实施的1.2 GW高效光伏组件扩产项目，从建设方案设计、技术优势、成本优势等方面对扩产项目进行了分析。扩产项目的实施使阜宁集成实现了光伏组件产品类型的全覆盖，这对于阜宁集成销售部门接订单将大有益处；在生产高效光伏组件时，通过园区产业协同形成的纵向一体化效应和光伏组件扩产形成的横向规模经济效应，可大幅降低物流运输成本、人员复测成本等，使光伏组件的生产成本不断下降，同时还可以提升阜宁集成的产品知名度。

通过产业集群和扩产项目的实施，可将相对成熟的技术体系、品控措施等直接运用到新车间的流水线上，降低新产品导入造成的制程损失。从可期的一段时间来看，MBB半片光伏组件将成为光伏市场的主流产品，该扩产项目将至少可保证3年的技术领先优势，保持5年技术不落后。因此，扩产项目的实施具有必要性与先进性，其带来的产品优势可不断促进阜宁集成奋发进取。