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光伏设备:具备整线装备能力 向高端设备迈进




 
图为国内企业生产的多晶硅铸锭炉



 
特邀嘉宾

中电科技集团公司第48研究所所长唐景庭
中电科技集团公司第45研究所副所长裴二章
中电科技集团公司第2研究所副总工程师杜海文
江苏华盛天龙光电设备股份有限公司总工程师李留臣
北京京运通科技股份有限公司副总经理王军 

编者按:背靠全球最大的光伏装备应用市场,我国光伏装备行业的规模不断扩大,技术水平不断提升,已经基本具备太阳能电池制造整线装备能力。未来国内设备企业还应该在提高设备稳定性和可靠性的同时,加快自动化设备的研发步伐。

  我国太阳能电池设备具备整线装备能力
●国产光伏装备主要集中在晶硅太阳能电池领域,其中硅材料加工、电池和组件制造环节的设备所占比例最高。
●国产单晶炉、硅棒切断机、硅片清洗机、甩干机、扩散炉等主要设备已完全替代进口。

唐景 庭国产太阳能电池制造设备已完全具备了整线交钥匙工程的装备能力,真正实现了电池生产线全工序设备的本土化。去年以来,以这种国产设备为主的整线交钥匙建设方案已经得到越来越多投资者的认同并在产业实践过程中取得了非常不错的效果。
这些设备有些不仅技术上达到或接近国际先进水平,而且拥有巨大的成本优势(一条25MW太阳能电池生产线设备全进口需6000多万元,而国产设备只需2500多万元)和快捷便利的本土化服务优势,大大提高了我国光伏电池制造企业的竞争力。
裴二章 组件生产用的层压机、太阳模拟器等在行业获得广泛应用。硅片加工设备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,45所生产的DXQ-601型太阳能多线切割机已进入国内材料加工企业,并打破了国外多线切割机统领材料市场的局面,为国产设备争得一席之地。
杜海文 国产光伏装备主要集中在晶硅太阳能电池领域,而硅材料加工、电池和组件制造环节的设备所占比例又最高,部分设备已成为主流选用设备,占据了国内大部分市场,从硅材料生产、硅片加工到太阳能电池片的生产以及相应的纯水制备、环保处理、净化工程的建设等,都已经初步具备成套供给能力。
李留臣 目前,国产单晶炉、硅棒切断机、硅片清洗机、甩干机、扩散炉等主要设备已完全替代进口,成为太阳能电池设备的一大亮点。
王军 目前多晶硅原料制造设备大多依靠进口,单晶硅生产设备基本上是国产设备的天下。在多晶硅硅锭生长设备,也就是多晶硅铸锭炉领域国产设备异军突起,已与美国GT、德国AGL、法国ECM等国外设备商形成激烈的市场竞争;在硅晶体切方设备方面,国产设备基本过关,并逐渐为顾客所接受。国产硅晶切片机尚不成熟,还未对同类国外设备厂商形成较大威胁。
在硅材料生产上,我认为我国光伏装备的亮点主要表现在:
首先,国产单晶硅生长炉已经一统天下,基本覆盖国内市场,各家均有不同数量的出口,在这点上足以体现出国产设备的竞争优势。
其次,国产单晶硅生长炉在半自动炉型占主流的基础上,市场趋势和需求逐渐向自动化炉型靠拢。
再次,多晶硅铸锭炉市场被美国GT公司、德国AGL及法国ECM公司垄断的局面已经被打破,北京京运通科技股份有限公司、浙江精功科技、上海汉虹等多家国产设备供应商推出自己的多晶硅铸锭炉,并与国外供应商在市场上产生激烈竞争。
最后,硅晶切方切片设备国产化进程加快,已与相关国外设备形成竞争。

记者点评

国产光伏设备取得长足发展

中国电子专用设备工业协会的资料显示,目前太阳能光伏设备已经成为我国电子专用设备的主力军。光伏设备企业已基本具备太阳能电池制造整线装备能力,部分产品如扩散炉、等离子刻蚀机等开始少量出口,可提供10种太阳能电池大生产线设备中的8种,其中有6种(扩散炉、等离子刻蚀机、清洗/制绒机、石英管清洗机、低温烘干炉)已在国内生产线占据主导地位,2种(管式PECVD、快速烧结炉)和进口设备并存但份额在逐步增大,3种(全自动丝网印刷机、自动分捡机、平板式PECVD)则完全依赖进口。

  加强产学研合作向高端设备迈进
●国产设备厂商间应多加合作,技术资源共享交流。
●设备企业应采用多元化策略,延伸产业链。

唐景 庭为了真正实现我国太阳能光伏设备的本土化,为我国光伏产业的高效低成本扩张提供强有力的支持并迈出国门走向世界,我们必须从硬和软两方面下工夫。
第一,围绕高效、薄型化、大面积、高成品率、高整线生产率进而低成本以及长寿命、大规模生产经营与应用等趋势,大力开展技术创新,进一步提升晶体硅光伏制造装备技术水平,不断开发新设备产品。同时,应该注重产品质量,扩大晶硅光伏制造装备生产能力,降低设备投资,满足市场需要,提高市场占有率。
第二,借鉴国际先进经验,极大改善设备使用的软环境条件,缩小与进口设备价差。
第三,打破传统,使工艺研发和设备创新有机结合,建设研发太阳能光伏装备的“三大平台”,即太阳能光伏装备升级换代及新产品研发的实验平台、太阳能光伏产业链整线交钥匙工程的示范平台以及太阳能光伏产业链各环节大规模生产验证平台。
裴二章 太阳能设备业的发展支撑了光伏产业的持续发展,而设备的可靠性、自动化程度又直接影响了企业的竞争力。所以今后设备将向在线式、全自动化方向发展,并且将以提高电池转换效率、降低生产成本、节能环保为发展目标。
王军 国产光伏设备要想取得长足发展,首先应该建立产业联盟,加强国产设备厂商间合作及技术资源共享交流,并提倡有序竞争,形成一个规范有序,以合作为主流的行业环境。其次在技术上应加强产学研联盟,推出代表性的先进产品,提高国际竞争力和国内先进制造水平,坚持以科学创新为导向,以高端制造、高端创新、高端研发为突破口,加大在产品研发方面的投入,从而发展其他具有高技术含量设备,走上自主创新的发展道路。最后,企业向多元化方向发展,采用多元化策略,延伸产业链,提高光伏装备企业的竞争能力。 
 
记者点评

设备业支撑作用不可小觑

对光伏装备业具体而言,需要设备厂家眼光更远大、交流更广泛、力量更集中,加大研发和技术投入奠定坚实基础提高自主创新能力,加强售后服务提升设备实用化水平,也需要零部件供应商不断提高产品性能,提供优质可靠的单元配套部件,更需要设备供需双方真正做到相互理解、相互支持,坦诚相对、紧密合作,求大同存小异。只有这样,才能使中国从光伏装备市场大国走向光伏装备制造大国,继而从光伏装备制造大国走向光伏装备制造强国。

在多晶硅电池设备方面应加大投入
●强化我国光伏产业专用设备的配套率。
●优先选取一些有一定技术基础、已成为产业发展瓶颈的关键设备进行突破。

  唐景 庭目前我国的单晶炉及多晶铸锭炉的确都有了较高的市场占有率,但值得注意的是设备的技术水平并不高,依旧沿袭着模仿进口设备的老路,没有工艺配套能力,不具备核心竞争力。我们应该加大研发力度,提升自主创新能力,方能有所突破。
裴二章 由于多晶硅具有比单晶硅相对低的材料成本,且材料成本随着硅片的厚度而降低以及工艺的进步和发展,多晶硅太阳能电池片的光电转换效率也在不断提高,已经越来越接近单晶硅电池片,所以多晶硅太阳能电池将进一步取代单晶硅太阳能电池,成为未来太阳能电池片的发展趋势。
王军 毋庸置疑,多元化发展是企业扩大生产范围与影响范围的有效方法,但是我们也应该考虑到企业自身实际情况,不能单以经济效益为企业多元化导向,而更要针对太阳能设备行业特点制定以技术为导向的多元化策略。
李留臣 在其他关键设备上应该加大投入也应该有所突破。目前,国产单晶炉、切割机、扩散炉等关键设备已基本实现国产化;浇铸炉、烧结炉、多线切方机、等离子刻蚀机、层压机等已有重要突破,将逐步替代进口实现批量市场化;而对于PECVD、多线切片机、全自动丝网印刷机、自动测试分选机以及薄膜太阳能电池设备,尽管有所研究,但仍没有取得明显的成绩,需要下工夫进行研究。应受到政府、行业协会、研究机构、企业共同重视,完善电池产业链各种设备的配套,强化我国光伏产业专用设备的配套率。

记者点评

加强多晶硅设备工艺适应性

目前我国的单晶炉及多晶硅铸锭炉在市场上都有了一定的口碑,尤其是单晶炉设备市场占有率逾90%%。
国内光伏设备企业在其他的关键设备上也应该加大投入,有所突破,根据市场需要开发工艺适应性强、满足大规模生产并最终实现产业化的多晶硅太阳能电池片制绒清洗设备是大势所趋。

国产设备自动化仍需努力
●未来将会有一条由国产整线设备装备的全自动电池生产线诞生。
●国产光伏装备自动化进展不大,配置和使用成本是阻碍其应用的首要原因。

唐景 庭目前国产太阳能设备在自动化方面正由单台设备自动化向设备间自动转送,整线系统考虑组合设备,最终实现整线设备全自动电池生产线发展。目前我国的光伏生产线上已经出现了国产的自动插片、取片、上下料机构以及设备间的部分转送装置,相信在未来一两年内一定会有一条全国产整线设备全自动电池生产线诞生。
杜海文 一般而言,电池片和电池组件生产环节要求使用专用性非常高的自动化设备。与集成电路生产流程有很多相同或相似的地方,从硅片到电池片进而到电池组件对运动控制的要求比较严格,生产设备除了使用到伺服电机等较为高端、精准的运动控制方式外,还会用到装有单轴或多轴机器人的特定搬运设备。从硅片的清洗及制绒工艺、扩散制结工艺到PECVD,自动化搬运设备都可以提供强有力的支持。而一旦这样的设备集成了视觉系统的功能,还可以检测硅片外观性能及硅片几何尺寸,甚至集成测试模块测试硅片基本几何性能参数以及基本电性能参数等。
从国外经济发展情况来看,人均收入水平达到1500美元~2000美元的时候,对劳动力的素质要求也大幅度提高,同时劳动力对生产环境和自动化也提出了更高要求,而且劳动力的成本与采用自动化设备的成本也基本相当。目前国内状况面临着大量采用自动化设备的局面。
王军 就硅晶生长设备而言,单晶硅生长设备几年前是半自动化为主流,现在各家都在向自动化发展,这些设备能最大限度地减少人员的操作失误,保证单晶质量的一致性与稳定性。
多晶硅生长设备方面国产设备从自动化程度上不逊于国外同等设备,但是由于国产设备的开发较晚,尽管长晶情况很好,但在一些小部件的运行稳定性上尚与发展历史较长的国外设备有一定差距,这也是国产设备努力改进的方向。

记者点评

自动化更多体现在电池和组件生产环节

光伏设备用户的首要任务之一,是最大限度地降低电池和组件每瓦的成本,一个方法是提高设备自动化的性能。日趋增大的市场需求,使太阳能电池的生产和工艺流程需要更加高效。越来越多的自动化设备用来降低光伏生产过程中的成本和破损率,同时提高效率和产量。
同手工传递相比,自动传送可提高整线约20%%的生产率,还降低了人工接触污染,提高产品质量。实现设备自动化,还可使设备使用率最大化,对于制程设备和安放设备的厂房设施成本极高的光伏制造行业来说,只有保证设备不停地运转,并尽可能地消除故障才能提升产能。同时还能防止人工失误,随着技术的发展,硅片的尺寸越大厚度越薄,制造工艺更复杂,使用自动化设备处理硅片时速度要更快,可靠性要更高。
就太阳能光伏制造产业链来讲,自动化设备更多地体现在电池制造和组件生产环节。由于昂贵的设备投入成本和对产品(硅片或电池片)几何尺寸等物理特性更严格苛刻的要求,国内尚没有一条真正自动的电池或组件生产线,但在各个单机设备和部分链接环节已开始尝试引入自动化技术、如硅片自动测试台、连续式清洗制绒设备、管式扩散炉自动装载机构、连续式去磷硅玻璃和湿法刻蚀设备、PECVD自动装载机构等。



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