據(jù)了解，鑄錠、切片約占組件成本的21.6%，而傳統(tǒng)的砂漿切割約造成45%的硅料浪費(fèi)，因此，發(fā)展新型切片技術(shù)、降低切片成本是實現(xiàn)光伏電力平價上網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)之一，也是在價格下降的必然趨勢中尋求新的利潤空間所在。
早在2009年前后，金剛線切割硅片的研究率先在日本取得應(yīng)用，近年來，隨著工藝、使用效率的提升以及各方面成本的綜合助推下，金剛線切割的優(yōu)勢首先在單晶領(lǐng)域爆發(fā)；而金剛線切割技術(shù)在多晶領(lǐng)域的運(yùn)用，一直受限于電池絨面制作的困難，未能得到大范圍推廣，直到今年，隨著干法/濕法黑硅技術(shù)的逐漸成熟穩(wěn)定以及新型添加劑的突破，金剛線切割多晶的量產(chǎn)推廣開始呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。
據(jù)悉，保利協(xié)鑫截止到11月份已經(jīng)有90%產(chǎn)能采用金剛線切割,預(yù)計12月份全部替換為金剛線切割，而英利集團(tuán)年底也將全部采用金剛線切割。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，明年上半年，行業(yè)將全部切換為金剛線切割。
金剛線切割和砂漿切割的基本區(qū)別在于，金剛線切割是切削加工，即將金剛石采用粘接和電鍍的方式固定在直拉鋼線上進(jìn)行高速往返切削，而砂漿切割是“滾動-嵌入”切割，靠懸浮液的懸浮碳化硅通過線網(wǎng)的帶動，進(jìn)行磨削切割。
圖一砂漿切割示意圖
圖二金剛線切割示意圖
與傳統(tǒng)的砂漿切割技術(shù)相比，金剛線切割具有切割效率高、材料損耗少、環(huán)境污染小、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)勢。
同時，每一次新技術(shù)的推廣必然伴隨著相關(guān)設(shè)備的研發(fā)和進(jìn)步，金剛線切割在2014年起開始進(jìn)入發(fā)展的黃金期，國外的砂漿切割設(shè)備生產(chǎn)商從2013年開始紛紛推出砂漿金剛線兩用機(jī)、金剛線專機(jī)設(shè)備，同時國內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)商也從未停止砂漿切片機(jī)的金剛線切割改造和金剛線專機(jī)設(shè)備的研究。
砂漿機(jī)改造——投資成本僅為設(shè)備價值的十分之一
據(jù)了解，目前國內(nèi)共有8000多臺砂漿切片機(jī)，一旦將來全面轉(zhuǎn)為金剛線切割，這么多重資產(chǎn)將面臨報廢的風(fēng)險。因此，國內(nèi)主流切片企業(yè)紛紛開始研究砂漿機(jī)改造工程。
作為全球硅片產(chǎn)能最大的企業(yè)，保利協(xié)鑫在金剛線切多晶硅片、砂漿切片機(jī)改造等領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先位置。據(jù)保利協(xié)鑫副總裁呂錦標(biāo)介紹，協(xié)鑫旗下MB271機(jī)臺和B5機(jī)臺共有1200多臺，其中B5機(jī)臺200多臺，MB271機(jī)臺于今年八月底已全部改造完成，B5機(jī)臺預(yù)計年底可全部改完。
此前，保利協(xié)鑫切片事業(yè)部副總裁劉建平在參加“金剛線硅片切割及電池全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)研討會”時，詳細(xì)介紹了協(xié)鑫切片事業(yè)部在金剛線切片上的探索。他表示，協(xié)鑫MB271改造項目從2013年立案啟動至2016年，歷時三年，共經(jīng)歷四輪改造，最終改造成功，并在多次優(yōu)化改進(jìn)和可靠性測試后，于今年春節(jié)前后啟動大規(guī)模改造。
劉建平介紹到，導(dǎo)輪軸間距和切割線速度是金剛線切割的兩項重要數(shù)據(jù)，軸間距越大，切割質(zhì)量越差，而線速度越大則切割力越強(qiáng)。所以改造的主要方向是降低軸間距和增加線速度，另外還有改變切割機(jī)頭結(jié)構(gòu)及受力方式，改變進(jìn)給驅(qū)動方式；優(yōu)化控制系統(tǒng)程序；減小導(dǎo)輪直徑及長度，輕量化，高強(qiáng)度化；優(yōu)化張力系統(tǒng)；更改冷卻液循環(huán)系統(tǒng)，優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)增加導(dǎo)流供能等。
在成功改造MB271機(jī)臺后，劉建平又開始對基本已被“判死刑”的B5機(jī)臺發(fā)起新一輪改造，并于近日一舉成功，目前已完成十多臺B5機(jī)臺的改造。
劉建平表示，改造一臺砂漿機(jī)的成本約為20萬，僅為專機(jī)投資成本的十分之一，切片成本與專機(jī)相當(dāng)，而改造機(jī)的裝載量更大，在切片良率和硅片TTV值（指總厚度變化，即硅片表面特定測量點的最大值和最小值之差）方面甚至略占優(yōu)勢，而且原地改造只需要停機(jī)一周。
“改造完之后，硅片的產(chǎn)能大大超過了鑄錠產(chǎn)能，目前協(xié)鑫砂漿切割和金剛線切割都有富余產(chǎn)能，接一些其他廠家的代工。”呂錦標(biāo)表示，“不過明年協(xié)鑫多晶鑄錠將由G7改為G8，屆時鑄錠產(chǎn)能將由現(xiàn)在的21GW擴(kuò)到26GW。”
金剛線切片專機(jī)——面向未來的切片平臺
在砂漿機(jī)如火如荼地探索改造之路時，切割專機(jī)設(shè)備廠家也在戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢地尋求突破和出路。“金剛線切片機(jī)未來的發(fā)展方向應(yīng)該是更高的線速度，更小的軸間距，更細(xì)的金剛線和更短的加工時間。”青島高測科技股份有限公司產(chǎn)品經(jīng)理胡德焱表示。
近年來金剛線切片機(jī)發(fā)展的速度很快，專機(jī)從2013年1080m/min左右的線速度，到目前普遍使用的1500m/min線速度，以及部分廠家正在推出1800m/min線速度，線速度指標(biāo)幾乎每1-2年會提高一個臺階。“提高切割線速度，能夠降低切割時間和工藝線耗，降低整體成本。”胡德焱表示，“當(dāng)然提高線速度帶來的收益肯定是有一個臨界點的，但這個臨界點在哪里，目前還沒有探索到，眼前的目標(biāo)仍然是把線速度提的更高。”
同樣各廠家也在不斷尋求更合理的軸間距配置，但是降低軸間距的方向基本是一致的。降低軸間距能夠提高線網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，改善硅片TTV等指標(biāo)。不過降低軸間距和提高線速度實際上是相互制約的，關(guān)鍵問題在于如何保證軸承箱的使用壽命。
據(jù)了解，金剛線的線徑由2010年的120μm到目前部分單晶廠商使用的60μm，槽距下降60μm，每公斤硅棒切出的硅片約增加15片，而每公斤多出1片，成本下降約0.05¥/pcs。金剛線細(xì)線化已然是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢，根據(jù)鋼線端的預(yù)測，預(yù)計2018年下半年可以批量供應(yīng)50μm電鍍金剛線。隨著細(xì)線化的進(jìn)程，終端用戶也會對切片機(jī)提出更高的要求，更細(xì)的線要求設(shè)備精度更高，張力穩(wěn)定性更高以及更高的線速度。
此外，從單晶方面來看，加工時間和單片線耗都在逐年下降，這不僅是得益于工藝的進(jìn)步和金剛線的技術(shù)發(fā)展，更有賴于切割設(shè)備的優(yōu)化和進(jìn)步。
據(jù)胡德焱透露，目前青島高測新推出的GC-700金剛線晶硅切片機(jī)已經(jīng)上市，并在11月份成功中標(biāo)隆基楚雄切片擴(kuò)產(chǎn)項目。據(jù)悉，目前隆基基本都是購買的國產(chǎn)專機(jī)設(shè)備，少量幾臺進(jìn)口設(shè)備用于研究，“一開始做金剛線切割時，使用了大概半年時間的改造機(jī)，后來專機(jī)性能提升很快，就全部換成專機(jī)設(shè)備了。”隆基內(nèi)部員工介紹到，“從單晶路線來看，雖然購買專機(jī)資金投入較高，但很快能收回成本。”
胡德焱表示，GC-700硬件配置更高，系統(tǒng)控制精度更好，目前定義的線速度為1800m/min，使用的鋼線為70um，而其配置的電機(jī)足以滿足未來將線速提升至2500m/min，裝載量提升至800mm，滿載加工140um硅片的功率需求，也支持使用50um金剛線切割，可以說這是一款面向未來的機(jī)型，滿足未來工藝發(fā)展和設(shè)備升級的需求。
綜合來看，目前改造機(jī)具有較大的性價比優(yōu)勢，而專機(jī)在穩(wěn)定性、效率和細(xì)線化等性能方面更有優(yōu)勢。不過改造機(jī)和專機(jī)的生命周期取決于細(xì)線化的能力，兩者究竟誰能更勝一籌，還是拭目以待吧。
