隆基股份的發(fā)展之路
大家都知道隆基現(xiàn)在是毋庸置疑的單晶硅片龍頭老大,可又有多少人知道,隆基為了贏得今日單晶龍頭的位置,經(jīng)歷過怎樣艱難而又具有遠(yuǎn)見的抉擇!為了生存下來,在技術(shù)上做出多少努力,為光伏行業(yè)的發(fā)展,做出了多大貢獻(xiàn)!
一、隆基的抉擇
在光伏行業(yè),單晶硅的歷史比多晶鑄錠更悠久,在半導(dǎo)體時(shí)代單晶甚至是一度占據(jù)主導(dǎo)地位。但事情卻在2004年-2005年間發(fā)生了巨變。
2005年,德國可再生能源法的通過,引發(fā)了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱潮,巨大的需求讓光伏大多轉(zhuǎn)向了盡管品質(zhì)稍差,但擴(kuò)張更快、門檻更低的多晶路線。這一時(shí)期,大量投資進(jìn)入光伏產(chǎn)業(yè),基本都選擇了多晶方向。
此時(shí),隆基股份創(chuàng)始人李振國已經(jīng)干了十多年的單晶,他自己的公司已經(jīng)注冊成立了四五年(隆基股份的前身,注冊資本50萬元),但規(guī)模很小。而當(dāng)時(shí),光伏行業(yè)典型代表企業(yè)無錫尚德,已經(jīng)成為巨頭型企業(yè),并在當(dāng)年年底成功在紐交所上市。
單晶還是多晶?在當(dāng)時(shí)的市場環(huán)境下,在技術(shù)路線的選擇上,隆基也并非沒有搖擺過。
2006年,公司進(jìn)行了長達(dá)半年的研究討論,對薄膜、單晶、多晶、物理硅、聚光等技術(shù)路線進(jìn)行了深入研究,最終得出的結(jié)論是,單晶技術(shù)路線才是未來度電成本能夠降到最低的技術(shù)路線。這一結(jié)論最終堅(jiān)定了隆基的路線選擇。
在當(dāng)時(shí),由于單晶技術(shù)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于多晶技術(shù),絕大多數(shù)的企業(yè)都選擇了后者,隆基選定的方向幾乎可以說是“逆流而行”。但如今看來,這其實(shí)是非常明智和超前的選擇,10年種下的種子一步步的生下根、發(fā)了芽。
從此以后,隆基堅(jiān)定的選擇了在單晶這條路線深耕,專注到近乎偏執(zhí),偏執(zhí)到“一條道走到黑”:
2006年12月,隆基成立寧夏公司,致力于單晶硅棒的研發(fā)和制造,是公司重要的研發(fā)和制造基地;
2007年9月,寧夏隆基一期1000噸單晶硅棒項(xiàng)目建成;
2009年11月,西安隆基一期350MW噸單晶硅片項(xiàng)目建成;
2011年1月,銀川隆基一期項(xiàng)目建成,投產(chǎn)單晶硅棒產(chǎn)能達(dá)到3000噸。12月,無錫隆基一期項(xiàng)目建成,單晶硅片產(chǎn)能達(dá)到600MW;
2012年10月,西安隆基完成擴(kuò)產(chǎn),硅片產(chǎn)能突破1GW。2012年12月,寧夏隆基二期項(xiàng)目建成,單晶硅棒產(chǎn)能達(dá)到8000噸。
2013年10月,隆基公司硅片年度出貨量突破1GW。在這一年,隆基的單晶硅片出貨量站上了全球第一的位置。用了7年的堅(jiān)持和專注,隆基一路狂奔,最終成長成為了當(dāng)之無愧的單晶之王。
2018年,隆基的產(chǎn)能將超過25GW。
單晶從2015年的低谷,到現(xiàn)在單晶硅片的供不應(yīng)求,給多晶造成巨大的壓力,都離不開隆基的身影,那么隆基是怎么做到呢?
二、領(lǐng)先的拉晶技術(shù)
隆基的拉晶技術(shù),也是遙遙領(lǐng)先。大裝料、高拉速、多次拉晶等新工藝及配套的裝備改良技術(shù),以及一些新材料及自動控制系統(tǒng)的引入大大降低了隆基的拉晶成本。疊加這些技術(shù),有助于隆基拉棒直追多晶鑄錠的成本。以下為這些技術(shù)簡介:
大裝料。從投料量來看,多晶鑄錠爐一次投料量從早期的200kg逐步增加到800-1500kg,而拉晶單爐投料量目前只增加到200-300kg,與多晶投料規(guī)模存在差距,造成多晶鑄錠環(huán)節(jié)相對于單晶長晶環(huán)節(jié)成本較低,這是目前多晶硅片成本相對較低的主因。因此,設(shè)計(jì)采用更大尺寸的熱場增加投料量,有助于縮小單多晶之間的成本差異。RCZ技術(shù)(多次裝料拉晶技術(shù))已從研發(fā)階段進(jìn)入大規(guī)模推廣應(yīng)用階段;CCZ技術(shù)(連續(xù)拉晶技術(shù))已經(jīng)從研發(fā)階段向小試階段過渡。這兩項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用,將縮小單多晶生長環(huán)節(jié)在裝料量方面的差距。
高拉速。CZ法拉晶降低成本的有效手段之一是提高長晶速度,增加硅棒單位時(shí)間產(chǎn)出。目前,單晶拉速已從幾年前的0.6mm/min提高到1.2mm/min以上,先進(jìn)企業(yè)甚至實(shí)現(xiàn)了更高拉速。由于改善了晶體熱歷史,高拉速還能帶來品質(zhì)上的好處。
多次拉晶。多次拉晶工藝是在傳統(tǒng)的一爐拉一根晶棒工藝基礎(chǔ)上,拉完第一根后,通過二次加料工藝向坩堝內(nèi)重新裝料,進(jìn)而拉制第二、第三甚至更多根晶棒的過程。這種工藝減少了停、拆爐時(shí)間,從而降低了分?jǐn)偟矫抗锞О舻睦r(shí)間和坩堝成本,能源利用率也提高。
新材料的使用。拉晶使用的非硅原輔材占整個成本的30%左右,因此,提高非硅原輔材的使用壽命是降低拉晶成本的又一個重要手段。比如,使用碳碳復(fù)合材料可有效提高熱場使用爐數(shù),采用新型熱場保溫材料可有效降低電保成本,而坩堝涂層技術(shù)的應(yīng)用則能夠大幅延長坩堝使用壽命,更好地適應(yīng)多次拉晶。
自動化與智能化。采用自動化、智能化手段控制單晶爐以減少長晶過程人為干預(yù),提高成晶率正在成為未來技術(shù)發(fā)展趨勢。逐步實(shí)現(xiàn)的車間“無人化”操作將很大程度上改變單晶生產(chǎn)模式,提高有效產(chǎn)能并大幅減少用工數(shù)量,提高晶體生長過程的一致性。
低衰減單晶。通過單晶硅片品質(zhì)提升和電池端工藝優(yōu)化,單晶已基本解決了初始衰減問題,并愿意向全行業(yè)公開該項(xiàng)技術(shù)。
三、率先推廣金剛線切片技術(shù),并主導(dǎo)金剛線供應(yīng)商良性競爭
為了降低切片成本,隆基率先將金剛線切片技術(shù)全面量產(chǎn),大大降低了切片成本,給競爭對手造成了巨大的壓力;為了不受日本中村等進(jìn)口金剛線供應(yīng)商掣肘,隆基一直在培養(yǎng)國內(nèi)金剛線供應(yīng)商,并讓他們進(jìn)行良性競爭,不斷細(xì)化金剛線直徑,不斷降低切片成本。據(jù)說國內(nèi)有一家金剛線供應(yīng)商其50微米金剛線已經(jīng)實(shí)驗(yàn)成功。
可以說,隆基最早在行業(yè)推動金剛線切片技術(shù)應(yīng)用,培育了國內(nèi)供應(yīng)鏈企業(yè),支持了全行業(yè)金剛線切割技術(shù)的推廣,此一項(xiàng)技術(shù)的推廣,每年可為光伏行業(yè)節(jié)約成本120億元。
金剛線切片的優(yōu)勢簡介:
大切速。傳統(tǒng)的砂漿鋼線切割是通過高速運(yùn)動的鋼線帶動摻在切割液中的碳化硅游離顆粒磨刻硅棒,切割形成硅片,通常切速僅有0.4mm/min。金剛線切割是在鋼線表面利用電鍍或樹脂層固定金剛石顆粒,切割過程中金剛石運(yùn)動速度與鋼線速度一致,其切割能力相比傳統(tǒng)的游離切割有大幅提升,因而可采用1.0mm/min甚至1.2mm/min以上的大切速,切割效率可大幅度提升2-3倍以上。以8吋硅棒為例,傳統(tǒng)砂漿切割一刀需要10小時(shí)左右,而金剛線切割只需4小時(shí),先進(jìn)企業(yè)甚至可做到3小時(shí)以下,帶來設(shè)備折舊和人工成本的大幅度下降。
降線耗。相對于傳統(tǒng)砂漿鋼線切割技術(shù)耗材價(jià)格已逼近成本線,當(dāng)前,金剛線耗材成本占切片環(huán)節(jié)的非硅成本超過50%,主要在于金剛線量產(chǎn)初期的價(jià)格虛高和技術(shù)應(yīng)用初期的工藝用線量偏多。隨著金剛線制作技術(shù)的普及和行業(yè)競爭,價(jià)格預(yù)計(jì)會以每年20%的速度下降。與此同時(shí),金剛線切片技術(shù)的發(fā)展,單片硅片耗線量也在成倍下降,由原先的3米/片已經(jīng)降到現(xiàn)在的1.5米/片,預(yù)計(jì)未來會下降到0.8米/片以下。
金剛線切割細(xì)線化。傳統(tǒng)的砂漿鋼線切割過程中,游離態(tài)的碳化硅顆粒在磨刻硅棒的同時(shí)也在磨刻鋼線,造成鋼線極大磨損,因而細(xì)線化非常困難。金剛線切割由于金剛石顆粒固結(jié)在鋼線表面,切割過程中金剛石運(yùn)動速度與鋼線一致,金剛石顆粒不會對鋼線造成傷害,其切割能力也相比傳統(tǒng)游離切割有大幅提升,這給細(xì)線化提供了可能。數(shù)據(jù)測算顯示,金剛線徑每下降10um,單片硅成本下降約0.15元、產(chǎn)能提升約4%,可見降成本空間巨大。近年來,金剛線基本以每年10-20um的速度在細(xì)線化。
金剛線切割薄片化。薄片化可大幅提高每公斤單晶出片率、提升切片產(chǎn)能,價(jià)值貢獻(xiàn)巨大,可為不遠(yuǎn)將來單多晶硅片成本逆轉(zhuǎn)提供有力支撐。而且硅片越薄柔性越好,可降低太陽能硅片對安裝環(huán)境的要求,不僅適用于分布式及地面電站,還可安裝在復(fù)雜物體表面,如無人機(jī)翼上,擴(kuò)大單晶組件的應(yīng)用范圍。單晶所具備的薄片化切割優(yōu)勢正在逐步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)需求。