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，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)和進步，金剛線切割在2014年起開始進入發(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、金剛線專機設(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的金剛線切割改造和金剛線專機設(shè)備的研究。
砂漿機改造——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，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機臺和B5機臺共有1200多臺，其中B5機臺200多臺，MB271機臺于今年八月底已全部改造完成，B5機臺預(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。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頭結(jié)構(gòu)及受力方式，改變進給驅(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機臺后，劉建平又開始對基本已被“判死刑”的B5機臺發(fā)起新一輪改造，并于近日一舉成功，目前已完成十多臺B5機臺的改造。
劉建平表示，改造一臺砂漿機的成本約為20萬，僅為專機投資成本的十分之一，切片成本與專機相當(dāng)，而改造機的裝載量更大，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擴到26GW。”
金剛線切片專機——面向未來的切片平臺
在砂漿機如火如荼地探索改造之路時，切割專機設(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發(fā)展的速度很快，專機從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。隨著細線化的進程，終端用戶也會對切片機提出更高的要求，更細的線要求設(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金剛線晶硅切片機已經(jīng)上市，并在11月份成功中標(biāo)隆基楚雄切片擴產(chǎn)項目。據(jù)悉，目前隆基基本都是購買的國產(chǎn)專機設(shè)備，少量幾臺進口設(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，后來專機性能提升很快，就全部換成專機設(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，目前改造機具有較大的性價比優(yōu)勢，而專機在穩(wěn)定性、效率和細線化等性能方面更有優(yōu)勢。不過改造機和專機的生命周期取決于細線化的能力，兩者究竟誰能更勝一籌，還是拭目以待吧。
