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HJT及叠层电池技术:新时代的新质生产力
  • 2024-08-24 10:45:50
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一、新质生产力的定义

新质生产力,是创新起主导作用,摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径,具有高科技、高效能、高质量特征,符合新发展理念的先进生产力质态。它由技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级而催生,以劳动者、劳动资料、劳动对象及其优化组合的跃升为基本内涵,以全要素生产率大幅提升为核心标志,特点是创新,关键在质优,本质是先进生产力。

新质生产力是2023年9月自习总书记在黑龙江考察调研期间首次提到的新词汇。2024年1月,习总书记在中共中央政治局第十一次集体学习时强调,加快发展新质生产力,扎实推进高质量发展。2024年7月,中国共产党第二十届三中全会所通过《决定》中更是提出:

“推动技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级,推动劳动者、劳动资料、劳动对象优化组合和更新跃升,催生新产业、新模式、新动能,发展以高技术、高效能、高质量为特征的生产力。加强关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新,加强新领域新赛道制度供给,建立未来产业投入增长机制,完善推动新一代信息技术、人工智能、航空航天、新能源、新材料、高端装备、生物医药、量子科技等战略性产业发展政策和治理体系,引导新兴产业健康有序发展。加快形成同新质生产力更相适应的生产关系,促进各类先进生产要素向发展新质生产力集聚,大幅提升全要素生产率。”

根据新质生产力的上述定义,新质生产力具备四个本质的特征:

(1)新兴的、创新的、革命性突破的,而非同质化、过剩的生产力。    

(2)质量高、效能高、技术水平高。

(3)全生产要素效率更优组合下的先进生产力,以更少劳动力、土地、能源、关键性原材料消耗,叠加更多的技术与管理创新,以实现低成本的大规模生产。

(4)能带动产业的深度转型升级。

二、新质生产力在光伏电池领域的具体标准

根据新质生产力的一般性普遍标准,其在光伏电池生产制造领域的特殊性具体标准包括以下方面:

(1)光伏电池的新质生产力应从电池工艺结构的角度实现颠覆式、革命性的创新,以区别于渐进式改良的、“存在效率天花板”的、产能全面过剩的技术路线。新质生产力应在相当一段时间内体现出技术壁垒性、产能稀缺性。

(2)光伏电池的新质生产力相比市场主流技术普通生产力应具备“高电池转换效率”、“高组件功率”、“高每W发电量”、“低度电成本(LCOE)”等特征。

(3)光伏电池的新质生产力在生产要素的组合效率上具备明显的“先进性”,即:每W光伏电池产品的人耗低、土地占用低、硅料、银金属等原材料耗量低、电耗低,单位工业增加值的上述指标耗用量低。由于新质生产力本质上与技术与管理要素投入量高度正相关,故而,在同等产出情况下的新质生产力理应出现劳动、土地、能源、关键性原材料投入减少的现象;反过来,在劳动、土地、能源、关键性原材料要素投入不变的情况下,新质生产力的产出应当远高于常规生产力。

(4)光伏电池的新质生产力所处的发展阶段应能足以带动全产业的深度转型,其生产力的先进性应当现实的具备较强的溢出效应;即:光伏电池的新质生产力不能只是处于遥远的“实验室技术”状态,而应当兼具充分的“技术引领性”、“可经济性量产性”、“产业链全局扩散性”。    

三、异质结及叠层电池是高度符合新时代特征的新质生产力

在光伏电池的技术路线图谱中:BSF电池、PERC电池已经成为光伏电池技术的历史和过去式,TOPCon电池是当下的主流技术但已出现产能严重过剩的现象,BC结构是一种仅适用于单面产品的、可以与各种电池技术路线相结合的、对于金属化工序有所创新但并不改变PN结工艺结构的修饰性技术,HJT电池是当前具备最高“电池制造量产性价比优势”的、已实现10GW出货的、方兴未艾的下一代主流技术。但无论上述哪种技术路线,均是利用单一PN结实现光电转换的单结电池,其理论电池转换效率极限为29.4%,其大面积实验室最高效率记录为国际公认ISFH标准下的27.3%。

HJT+钙钛矿叠层电池是以HJT电池为底电池、钙钛矿电池为顶电池,利用太阳光不同波段的光子、拓宽太阳能光谱利用范围的复合式双结电池。HJT+钙钛矿叠层电池当前的效率世界纪录为34.2%(2024年6月的记录34.6%尚未录入)。HJT+钙钛矿叠层电池相比BSF电池、PERC电池、TOPCon电池、BC结构、HJT电池最大的优势,是将光伏电池的电池结构从“单结”升级至了“双结”,开启了低成本实现多层材料联合吸收太阳能的新时代。更为重要的是,HJT+钙钛矿叠层电池,相比三五族材料多结电池、三五族材料与晶硅叠层电池等能实现35%以上实验室转换效率的高效电池,其核心原材料的充足性、生产过程的无毒性、远期生产成本的可控性是重要的优势。可以说,HJT+钙钛矿叠层电池,在可以预见的未来20年时间内,是唯一可能实现30%以上电池转换效率低成本、超大规模(100GW级)商业化量产的终极光伏电池技术路线。    

HJT+钙钛矿叠层电池目前正处于即将走出实验室,逐步走向中试、量产的关键窗口期。2025年,或将有多家企业布局HJT+钙钛矿叠层电池的中试线,将这一技术推向商业化。而作为HJT+钙钛矿叠层电池的底电池技术,HJT电池技术经过了33年的发展,已先后达到了量产(2019)、量产设备国产化(2021)、大规模经济性量产(2023)三个重要里程碑,并即将于2025年上半年进入“生产成本全面低于主流技术+功率及发电量优势累计达5%=无争议的全面超越主流电池技术路线并加速颠覆与迭代”的新发展时期。

在此,鉴于HJT电池技术即将进入“无争议的全面超越主流电池技术路线”的新发展时期,且HJT+钙钛矿叠层电池即将从实验室走向中试,SOLARZOOM新能源智库正式提出:在2025-2035年间的未来十年,HJT及其钙钛矿叠层电池,作为新时代平台级电池技术的初级阶段及终极方向,是全球能源发展新时代中名副其实的新质生产力从新质生产力的一般性普遍标准及光伏电池新质生产力的特殊性具体标准来看,HJT及叠层电池的高度符合性论证如下:(1)HJT及叠层电池从电池工艺结构的角度看,是对当前主流技术的颠覆式、革命性创新。HJT电池相比当前主流电池技术,其PN结及钝化层的形成方式是以设备与工艺完全不同于主流技术路线的板式PECVD在硅片体外沉积薄膜,其全生产过程均保持在250℃以下的低温水平——前者是HJT电池实现高效率的工艺结构前提,后者则是HJT电池采用主流技术所无法采用的银包铜材料大规模降本并最终成本胜出的关键。HJT+钙钛矿叠层电池更是将光伏电池从单结时代推向多结,将光伏电池的转换效率从25%+时代推向30%+时代。因此,HJT及叠层技术的电池工艺结构对当前主流技术构成颠覆与革命。这一颠覆特性,阻碍了原有主流技术路线产能的转型,从而避免了HJT及叠层电池在未来几年内快速出现产能过剩的可能性。截止目前,相比主流电池技术路线将近700GW的过剩产能及2024年全年400-500GW的全球终端装机量需求,能够在210半片尺寸上实现ISFH标准25.5%以上效率电池80%以上高比例出货的先进HJT产能仅有20GW左右。这20GW产能中,有80%是由2020年后成立的新进入者所拥有的,故而在主体构成上,HJT及叠层电池技术亦构成对现有主流电池技术的逐步替代。    (2)HJT技术在电池转换效率、组件功率、每W发电量等表征光伏电池产品品质和质量的指标上具有明显的、可被大规模量产数据所验证的优势。在国际公认的ISFH标准下,HJT电池先进产能当前已实现平均超过25.6%的量产转换效率,在中高温度、中高地面反射率场景下的每W发电量(或电站有效发电小时数)高于主流电池技术3%以上。若以生产成本定价,鉴于当前HJT电池与主流技术路线的成本差距(在同等规模下)已经缩小到0.04-0.05元/W,HJT电池在全球绝大多数地点下的LCOE已经低于当前主流路线。进入2025年,HJT电池的转换效率仍有不低于0.5%的提升空间,量产平均组件出货功率有望冲击740W+;每W生产成本将因0BB技术量产导入、规模效应、大宗商品涨价而全面超越主流技术路线,故而HJT产品以生产成本计算的LCOE将进一步降低。由此可证,HJT技术相比当前主流技术路线,符合新质生产力对“质”所提出的要求。HJT+钙钛矿叠层电池,虽然目前尚未进入中试阶段,但其在实验室效率上的超高表现更是与“新质生产力”的定义高度相吻合。HJT电池的大规模发展,将推动HJT+钙钛矿叠层电池从实验室走向大规模的商业化。    (3)当前全球已形成20GW左右技术先进的HJT电池产能供给,根据HJT主要厂商当前的实际运营数据,其每两条产线(当前1.2GW)的一线生产人员数量低至90-120人,电池车间土地占用面积约为460米×25米,每GW电池片所消耗的硅料是0.17万吨左右,每GW电池片所消耗的银金属约为6吨,每GW电池片生产所耗电量不到6000万度,每W电池片碳足迹当量约为370克二氧化碳。HJT电池在当前时点上的上述数值,相比当前主流技术路线均有明确优势。更为重要的是,HJT电池在生产要素组合上的效率进步远未停止:HJT设备厂商主打设备机型的产能将在2025年超过1GW/条,其今年6月投产的GW级量产线已经成功实现了良好运行。GW级产线的大规模推广,并不提升单线的生产人员数量(从而每GW人员耗用量降低50%),并不提升单线的占地面积(从而每GW土地占用面积降低50%);其设备部分的每GW耗电量虽然没有显著降低,但设施部分耗电量则至少降低40%。单位物料消耗方面,由于0BB技术2024年底的全面导入使得100μm硅片量产导入成为可能,而30%银包铜的大规模应用更将在2025年上半年被普遍接受,故而每GW电池片所消耗的硅料、银金属量将分别降低至0.16万吨、4吨左右,每W电池片的碳足迹当量将降至350克二氧化碳以下。HJT电池技术在生产要素组合效率上的显著优势,在HJT+钙钛矿叠层技术逐步成熟后将获得进一步的释放。特别是,HJT+钙钛矿叠层技术在差异化用能设施场景下的应用,将提升终端客户在价格上的接受度。由此,HJT+钙钛矿叠层电池的超高销售溢价将带来每GW工业增加值(=工资+折旧+利润+税收)的大幅提升。故而,HJT+钙钛矿叠层电池的“单位工业增加值能耗等效值”指标将显著降低至0.5吨标煤/万元以下,符合地方引入新质生产力产业的能耗标准。    (4)如果说,HJT+钙钛矿叠层电池技术是3-5年后的“未来新质生产力”,那么HJT电池技术就是当下的新质生产力。当前的HJT电池已经跨过了10GW出货这一门槛,进入大规模发展阶段。而HJT技术的上下游产业链上,将全面带动颗粒硅、CCZ设备、HJT专用硅片、HJT电池设备、银包铜浆料、靶材、全开口网版、0BB串焊设备、光转膜、低温焊带、高阻水粘结胶等产业链环节的快速发展。上述产业链是完全差异于当前主流电池技术路线的部分,故而,当HJT电池技术在产业规模上全面胜出当前主流技术路线之时(预计在2027-2028年),也就是整个光伏制造全产业链全面深度转型之时。HJT这一新质生产力将具备全面的外溢效应,将颠覆性、革命性创新从电池片环节扩展到整个光伏制造业。HJT+钙钛矿叠层电池方面,在3-5年后,伴随着其技术的成熟(量产经济性达到),其1GW出货、10GW出货、100GW出货所能带动的产业链纵深更将进一步扩大。钙钛矿电池结构所对应的全部新设备、新材料的产业发展,都将被HJT+钙钛矿叠层电池这一未来新质生产力的大规模发展所带动。四、央国企对HJT及叠层电池这一新质生产力的认可及布局2023年以来,能源电力央国企对HJT及叠层电池这一技术的认可度在逐步提升。从两个方面可以看出这一趋势:(1)从电站应用端的角度看,2023年初的中核汇能500MW异质结产品招标是央国企HJT技术招标的首例。2023年底以来,国电投900MW、华能500MW、绿发3.5GW、大唐1GW、中广核540MW+780MW、中核汇能2GW招标逐步公告并落地。2024年HJT产品招标量相比2023年提高了接近一个数量级,这反映了诸多能源电力央国企对于HJT电池这一新质生产力的认可。从HJT的产品价格上看,当前710-715W的HJT产品无论是电池、组件,相比TOPCon同版型产品的溢价在0.15元/W左右,而695-700W左右功率的HJT产品相比TOPCon的溢价在0.09元/W左右。这一溢价,准确反映了HJT相比TOPCon产品的性价比优势。710-715W功率HJT产品相比695-700W功率TOPCon产品的0.15元/W溢价可分解为0.06元/W的功率溢价,加上0.09元/W的发电量溢价。当前我国央国企电站运营商外部收购电站的每W价格大约在3元/W左右,故而,HJT组件在功率上胜出TOPCon的幅度(15W正好对应2%左右),恰好匹配功率溢价的幅度(即:3元/W×2%=0.06元/W);而HJT组件在中高温度、中高地面反射率场景下相比TOPCon的发电量增益可达3%左右,恰好匹配发电量溢价的幅度(即:3元/W×3%=0.09元/W)。由此,我们不难得到结论:能源电力央国企在过去几年的电站发电量实证中,已经充分掌握了HJT技术相比当前主流电池技术路线的先进性的数据事实,从而已经在产品定价中充分反映了对HJT先进性的肯定。以市场价格所计算的央国企收购电站的LCOE,在HJT电站和TOPCon电站之间实现了“等效IRR法则”。    (2)从HJT电池这一当下新质生产力的产业投资及一级市场投资上看,央国企也是极为积极的:山西晋能、国电投是2020年前最早一批以产业投资推动HJT发展的央国企。此后,浙江润海(股东是华润、舟山海投)、中建材、上海电气等企业也积极布局HJT这一技术。而在一级市场投资方面,绿发集团更是在2023年大手笔的参与了安徽华晟的C轮融资。央国企在产业投资、一级市场投资上的积极布局,相比在产品使用上的眷顾,更加体现了国家对光伏制造新质生产力的认定。五、地方政府对HJT及叠层电池这一新质生产力的认可及期许2023年底以来,光伏制造业各环节出现了持续的景气下行,硅料、硅片、电池、组件四大环节的主流技术均出现了高度同质性传统产能的大幅过剩。在2021-2023年间大幅扩张的不少地方政府、银行均因光伏制造业的深刻调整而避之不及。    但正是在这样的行业、资本大背景下,我国不少光伏大省的主要领导人,却对HJT及叠层技术这一新质生产力保持高度的关注。2024年8月9日,安徽省委书记梁言顺到宣城调研安徽华晟,走入展厅详细了解公司的业务、发展历程及研发团队情况,更是走进车间察看HJT这一新质生产力的生产工艺。梁书记勉励华晟加大在研发方面的持续投入,着力延伸产业链,提高附加值,不断升级技术产品、优化产业生态、锻造核心竞争力。2024年8月15日,四川省委书记、省人大常委会主任王晓晖前往眉山市调研琏升光伏,其走入公司产品展示区详细询问了产品性能、应用及产业链上下游配套情况,沿参观通道察看了HJT电池智能化数字化生产线的运行后强调:光伏产业是培育发展新质生产力的重要赛道,要聚焦行业前沿加大研发投入,推动产品在迭代升级中更好满足市场需求,不断把企业做大做强。2024年8月23日,光势能异质结叠层电池及组件研发制造项目落户南通经济技术开发区,项目分三期建设,总投资46亿元。由此可见,当下光伏制造业传统产能全面过剩的大环境,并不能阻挡新质生产力的发展趋势。相反,产业链传统产能的景气越是低迷,承载行业发展新希望的新质生产力反而越能脱颖而出。多个光伏大省一把手的亲临调研考察HJT技术,代表了地方政府对光伏制造产业转型的态度与期待。六、HJT技术——全球海外产业资本发展光伏制造的共同选择近年来,中国光伏制造的全球竞争力日益增强,中国或中国资本主导的产能在光伏硅料、硅片、电池、组件四大环节的份额均达到90%上下。而海外各国政府对于下一代能源战略安全的关注,导致其各国仍然愿以高成本发展光伏制造业作为进口中国光伏产品的重要补充。    从当前美国、欧洲、印度三大国家的光伏电池产业投资趋势来看,均毫无例外的选择了HJT技术。而欧美的本土出身光伏制造企业,却并未有对当前的主流技术路线的青睐与眷顾。综上所述,HJT及叠层电池技术,作为新时代的新质生产力,已经获得能源电力央国企、地方政府、海外产业资本的共同确认。HJT及叠层电池技术,也将以其高功率优势、高每W发电量优势、全要素超高组合效率优势,在未来十年中带领光伏产业链上下游企业,实现颠覆式、革命性的创新,为我国第三代能源关键设备的长远发展,承担历史的重任。

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