大局我国光伏设备技术发展现状与趋势

1发展现状　　1.1整体情况　　目前，我国光伏设备企业从硅材料生产、硅片加工、太阳电池片、组件的生产及相应的...





1发展现状

1.1整体情况
目前，我国光伏设备企业从硅材料生产、硅片加工、太阳电池片、组件的生产及相应的纯水制备、环保处理、净化工程的建设到与光伏产业链相应的检测设备、模拟器等，已经具备成套供应能力，部分产品如扩散炉、管式PECVD、单晶炉、多晶铸锭炉、层压机、检测设备等，已有不同程度的出口。
硅材料加工设备主要有多晶铸锭炉、单晶炉、切断机、切方机、多线切割机、硅片检测分选设备。其中，单晶炉以优良的性价比占据了国内市场的绝对统治地位，并批量出口亚洲；多线切割机已取得突破；多晶硅铸锭炉已大量在国内企业中使用。
由于主流工艺的改良，目前晶硅电池常规生产线已将工艺过程缩减到6步，用到的主要设备也仅包括6种，即单晶槽式制绒/多晶在线式制绒、扩散炉、在线湿法刻蚀机、PECVD、丝网印刷机及测试分选设备。以上设备均可由国内设备厂家提供，其中，国产扩散炉和管式PECVD在热场设计、温度控制、工艺控制等核心技术方面取得全面突破，设备的质量、产能、能耗、自动化水平等方面达到国际先进水平，性价比优势明显。目前，一条100MW生产线的工艺设备仅需3400～4500万元，而在5年前，这个数额的投资仅能买到25MW产能的设备。
组件端的设备主要有自动串焊机、自动叠层设备、层压机、自动EL、功率测试设备和自动包装机。目前除了功率测试设备主要由国外的PANSAN和BERGER占主导地位外，其余全部可以选择国产设备的方案。国内串焊机厂商有无锡奥特维、宁夏小牛、无锡先导、天津必利优、武汉三工和杭州康奋威等；层压机厂商有博硕光电、河北羿珩、上海申科等，其中博硕光电在2015年向美国客户出口了一条完整的150MW全自动化光伏组件生产线。
尽管国产光伏设备在国内用户中已建立起良好的信誉，得到业界的广泛认可，越来越多的客户从价格适中、性能良好、技术不断进步的国产设备中受益；但我们也应该看到，国内设备厂商在整体技术水平，尤其是在高效电池工艺设备、信息化及尖端技术水平上和国外厂商尚有差距。
1.2分环节情况
1.2.1硅片生产环节
从多晶铸锭(单晶拉棒)、开方、切片到硅片检测分选设备，经过这几年设备业的发展和国内光伏设备厂商与硅片生产厂商的合作与协作，已基本具备国产设备的选型方案。单晶炉已全面国产化并实现了批量出口。国产多晶硅铸锭炉在温度控制、高效铸锭工艺等技术上已达到或接近国际水平，性价比优势明显，占据了国内大部分市场。多线切割机虽然国内已有样机，但受制于稳定性、良品率等问题，应用在生产线上的不多。硅片分选设备中的高产能(>3000pcs/hr)设备还主要依赖进口，但国内有多家厂商已可以提供硅片多功能分选设备的方案，包括检测硅片厚度、少子寿命、微型裂纹、表面划痕、几何尺寸、外观脏污和破片缺角等，并且国产的测试分选设备已经开始在英利等国内大厂应用。
1.2.2电池片生产环节
1)清洗/制绒设备：基本以国产为主。
单晶槽式制绒机，除了光伏起步阶段使用的进口设备外，90%以上为国产产品。多晶在线式制绒设备，在2012年以前主要以采购进口的RENA和SCHMID为主，经过这几年的技术和经验积累，国内的清洗制绒设备逐步成熟，如深圳捷佳伟创等，2015年在国内新增电池产能中已开始大量采用国产多晶在线式制绒设备。在单、多晶制绒一体机设备的开发上，国内与国外基本都处于设备设计与实验阶段，目前国内已有设备企业与下游电池厂商合作研发。
2)扩散炉：经历了开管-闭管-全封闭(软着陆)-负压扩散几个阶段，大部分电池企业采用国产装备。
由于能提升扩散均匀性和产能，降低能耗，实现高方阻(目前70Ω/□，目标90～100Ω/□)，2015年，在通威、隆基等几个电池片产能扩张较大的产线中，已开始大量使用负压扩散炉，主要设备生产厂商包括七星华创、丰盛、捷佳创、中电科技48所等。
我国光伏专用扩散设备正从处理125mm×125mm、156mm×156mm方硅片向210mm×210mm方硅片迈进，目前仍以156mm×156mm方硅片为主；扩散的质量从原来的单片和整管扩散均匀性在7%以内的水平，提高到目前单片和整管扩散均匀性在4%以内(常规扩散达到5%以内，负压扩散达到3%以内)的国际先进水平；扩散方式从原来的开管扩散到现在的负压扩散；单批次产能从原来的150片、200片、300片发展到目前的500片，尤其是现今市场应用规模较大的负压扩散，单批次产能达到800～1000片，同时能耗及通源量大幅度减少，扩散方阻均匀性大幅度提高。
3)刻蚀：基本采用湿法工艺，以国产设备为主。
目前市场主流工艺都采用湿法工艺，刻蚀及去磷硅玻璃(PSG)同步进行，基本以国产设备为主，进口设备包括RENA等。
4)PECVD：以管式PECVD为主，已基本实现国产。
PECVD设备是整条太阳电池生产线的核心设备之一。应用于晶硅太阳电池生产线的PECVD设备价格已经占到整条线设备价格的1/3左右，是所有设备中比重最大的一部分，包括管式和平板式两种。管式PECVD的主要制造商为德国的Centrotherm公司，中国的七星华创、捷佳伟创、丰盛装备、中电科技48所等。平板式PECVD的主要制造商为MeyerBurger旗下的Roth&Rou。
由于管式PECVD设备均匀性获得较大提升，目前国内市场已基本采用管式PECVD设备。而国产管式PECVD经过多年工艺考验，与进口管式PECVD的工艺效果相差无几，在自动化程度、稳定性和一致性上也已几乎没有差异，并且有20%以上的价格优势，因此得到了广泛应用。中国台湾电池厂商，如昱晶等，在建设海外电池片生产线时也开始采购大陆管式PECVD设备。平板式PECVD设备应用范围逐步减小，仅在部分厂商的老线上有部分应用，Roth&Rou也已改做PERC电池用背钝化设备。5)丝网印刷机：单印丝网印刷机已实现国产，双轨二次印刷仍依赖进口。2014年开始，国产全自动单轨丝网印刷设备逐步成熟，国内
电池用背钝化设备。
5)丝网印刷机：单印丝网印刷机已实现国产，双轨二次印刷仍依赖进口。
2014年开始，国产全自动单轨丝网印刷设备逐步成熟，国内水平在稳定性、一致性等方面已经同国际水平相差无几，在产能指标上甚至高于进口设备，如东莞科隆威、吴江迈为等。但进入2015年，特别是在2015年下半年，大规模建线方案开始升级为双通道带二次印刷功能的设备，该类设备技术含量很高，目前国内市场还是以应用材料(收购的意大利BACCINI)、英国DEK等进口设备为主导。
6)电池片效率测试分选设备已实现国产化，在稳定性方面与国际设备相当。
随着分布式光伏的发展，客户对电池片外观(如颜色一致性)要求越来越高，电池片外观自动分选成为太阳电池制造过程中一道必不可少的工序。目前国内主要分选机厂家有武汉三工光电和天津必利优科技，国外主要厂家有Vitronic、GPSolar等。



2发展趋势

2.1“大尺寸、自动化、高产能”等高档设备市场广阔
提高产品性能质量、降低生产成本仍将是2016年光伏设备的主要需求方向。因此，进一步发展适合大尺寸、薄硅片的工艺技术设备，节约硅材料，降低成本成为未来光伏设备行业的发展趋势；其次，提高单机自动化水平、增加批次装片量，以提高单机生产效率和产能、降低使用成本和维护成本，也是未来光伏设备发展趋势之一。同手工相比，自动化可提高整线生产率约25%，并可降低碎片率，减少人工接触污染，降低生产成本。以目前主流的多晶硅156mm×156mm方硅片生产工艺为例，未来主要趋势是开发单机生产能力在50MW的生产设备，同时要实现机械手自动传送、在线检测等功能。此外，还要提高组件环节自动化水平，减少由于手工焊接等带来的产品质量稳定性问题，并提高产能。
2.2光伏设备与“大半导体”结合更加紧密
光伏产业属于“大半导体”工艺领域，目前已经有不少光伏企业与半导体公司合作，将半导体领域中的一些先进生产设备和工艺技术引进到光伏生产中。如目前有一些企业引进干法刻蚀设备，取代传统的酸性制绒或碱性制绒；有的整合单晶硅生产线和多晶硅生产线，使之相互兼容；离子注入机在光伏生产系统中也已得到一定应用。同时，设备的运行稳定性也将逐步提高，据调查，目前国内设备的MTBF(平均无故障间隔时间)仍较国外设备低。虽然国内设备具有维修反应速度快、维修方便等特点，但仍需在国内的设备生产制造中引入可靠性设计、分析、制造等技术内容，提升设备稳定性和可靠性。
2.3设备研制与工艺开发的结合将更加紧密
设备研制与工艺开发结合得越来越紧密是未来的发展趋势，使一些高水平的工艺技术和设备研制相结合，通过建立工艺示范线，采取设计、制造、工艺开发、设备开发与改进联合进行的方式。这样既可以缩短设备的开发周期，也可以促进先进工艺的应用，同时降低了设备采购成本，可进一步提高国内光伏企业的市场竞争力。其次，在设备研制过程中，零部件配套将逐步走向社会化、国际化，以利于专业化配套并同国际标准接轨。与此同时，面对光伏行业迅速发展所带来的巨大商机，要克服设备制造行业一哄而上造成的恶性竞争，以及企业内部“大小通吃、全面出击”造成的大而不专等问题。
2.4光伏制造向光伏智造转变
2015年，国家相继提出了“互联网+”及“中国制造2025”发展战略。在此战略推动下，光伏设备生产企业也需要注重互联网、自动化控制技术，以及数字化管理技术与设备的结合，以实现智能制造车间。包括单台设备的自动化和信息化，设备智能化及在线工艺自动控制，利用物联网技术实现车间设备信息通讯，利用计算机、总线控制、通讯、智能数据分析处理等技术实现全产业链信息协同管理及监控与决策的智能化等。未来，光伏智能制造工厂要求全面部署MES、ERP等智能化制造管理系统，生产投料、设备状态、质量控制、环境监测等实现全程自动监测和调度，产品生产过程可追溯，要求光伏设备生产厂商在自动化及智能化软件开发上加强研发投入。

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