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      光伏發電如何控制度電成本?

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      人氣:-發表時間:2016-03-17 13:44【

      如何提升光伏系統發電量降低LCOE(度電成本),總的來講我認為有三個方向需要努力:高效組件、高可靠性組件和智能化組件。我的報告簡單從三個方面來跟大家分享一下。

      高效組件,包括了高效電池的研發和應用,這是技術上最核心的部分。這里匯總了各種太陽電池技術的世界最高電池效率紀錄。這些結果,大家已經很清楚了,我就不再一一細講了,這些紀錄,反映了各種電池技術的潛力。

      目前PERC電池已經開始進入了產業化的階段。我們來看一下PERC電池技術的研究歷程,從2010年到2014年,包括歐洲和亞洲的一些研究機構和企業研發團隊,對PERC電池做了一系列的實驗室研究,早在2012年時,多個機構已經實驗了大面積PERC電池效率達到20%以上的實驗室效率。為實現產業化轉移打下了基礎。

      在2014年,天合光能的國家重點實驗室研發的可量產單晶156的PERC電池效率達到21.4%的紀錄,2015年SolarWorld宣布其PERC電池效率達到21.7%。這是一個新的紀錄。信恒節能承建的光伏發電項目一般都采用天合品牌的光伏組件。PERC電池的產業化已經在臺灣和中國大陸的一線企業得到規?;a。PERC電池效率的產線水平在平均20.4%左右,電池效率還在持續優化提升中,規模也在快速增加。在今年5,6月份美國NREL公布的最權威的世界最高電池效率圖的更新版里面,首次紀錄了天合光能在2014年研制的多晶PERC電池效率的世界紀錄20.8%,更新了2004年德國Fraunhofer ISE研制的小面積多晶PERC電池20.4%的紀錄。

      除了PERC電池外,天合光能也在致力于更高效的太陽電池的技術工藝研發,例如IBC,HJT電池等。提升組件系統的發電功率,可以從電池,組件,系統三個方面的光學性能及電學性能考量。這里我列舉了幾個方向。例如,在組件端,光學優化的方案有聚光焊帶的開發,電學優化有低電阻焊接技術工藝的開發等。系統的溫度系數,工作溫度等都是影響實際發電量的要素。下面我會舉例說明各主要因素對高效發電的影響和解決方案。

      低的LCOE主要有三個因素決定:高效率,高發電量,低成本。這里我舉一個例子,對于一個10MW的項目來說,效率每提升0.25%,相當于功率提升約5W,可使BOS成本下降約0.8%,大約是2-3分人民幣。效率的提升,一個重要的因素是溫度系數,電池的開壓高,溫度系數就低,這里比較了普通電池,PERC電池,IBC電池由于開壓的不同對溫度系數的影響以及最終對發電量的影響。所以說,高效電池開發,提升電池的開壓,對降低溫度系數有益,如何有效散熱降低系統工作溫度也是需要考量的因數。

      這里我們做了一個組件的工作溫度分布模型的模擬。另外,在低輻照的條件下,我們統計了各種電池的發電量的實際情況,發現IBC電池在200W每平方米的低輻照條件下發電量最高。剛才許博士也介紹了,高質量單晶電池,低輻照表現更好一些。我們可以看到,以常州地區的氣候條件為例,我們對普通多晶組件和高效組件,在溫度系數,工作溫度,低輻照,LID等幾個方面做了比較,高效組件的發電量有大約2%的優勢。

      光伏組件和系統的可靠性問題

      光伏組件的可靠性問題,很多是關鍵材料的問題。例如,EVA黃變和脫層、背板開裂問題、焊帶發黃問題等,組件長期使用后的材料老化問題。關于組件功率的常年衰減問題,美國NREL有一個統計,大約每年衰減0.7%,這已經是共識。天合光能對自身的組件也做了功率衰減的檢測,從2008年來時的組件數據看,在0.7%的衰減率之內。功率衰減的內部原因,短期衰減主要跟電池相關,主要是PID,LID衰減。而長期衰減主要來自于封裝材料,造成黑斑,黑線,背板開裂等可靠性問題。材料的老化以及引起EVA脫層以后,背板開裂等引起的水透會發生。短期和長期失效的模式是不一樣的。比如說,PID衰減可以在30%以上,有的甚至高達70%的衰減。常見的組件失效模式,我們做了一個歸類和發生率。熱斑,濕凍,濕熱是造成組件失效的主要原因。這個在TUV中國認證組件有數據分析,在美國NREL也有分析數據。熱斑問題,這里做了一個失效機理的流程圖,遮擋引起的電池局部高溫,反向偏壓和漏電流造成的旁路二極管升溫,是兩個關鍵失效模式,最后可能把組件燒毀。

      在組件系統可靠性研究方面,國際上已經有美國NREL,日本AIST,德國Fraunhofer等機構在積極開展,中國也正在積極參與這方面的研究。例如,PID機理的研究,已經作為國家863項目立項,由英利和天合共同承擔研究。對于耐濕熱的高可靠性組件產品,我們提出了雙玻組件的解決方案。因為無機材料玻璃的耐候性遠優于高分子背板;玻璃不透水,高溫高濕下更好地保護電池片;組件不接地,對抗PID性能更加優異等優點。而耐熱沖擊的組件,我們認為采用導電膜材料,能改善性能。以前由于導電膜成本高沒法推廣。剛才我們上午聽專家報告了,導電膜的國產化已經有前景。如果能夠普遍的采用,將對組件的耐熱沖擊可靠性是有益的。

      智能化組件

      第三個方面,我想簡要談一下智能化組件,我們關注到,組件失配的短板效應,其實只發生在失配很嚴重的情況下,這個圖說明了只有在填充因子FF越大,其失效的短板效應月明顯。智能組件,需要一步一步優化,主要有組串或集中式優化,組件級功率優化,子串級功率優化幾個階段的產品,由于成本因素,需要分別開發和應用推廣。這里做了一個在50%輻照遮擋的情況下,有優化器和普通不帶優化器的組件功率的IV曲線,其最大輸出功率的區別是很大的。最大可以達到20%的差別。

      還有一個易安裝組件結構設計,是一個降低度電成本的方案之一。我們可以看到這個是我們傳統的組件,大家可以看到會面臨很多問題。那么如果我們把安裝支架跟組件一體化,那就很方便,可以快速安裝,降低安裝成本,對屋頂的載荷也可以降低。并不破壞屋頂防水。這是易安裝組件的設計,也是天合的產品之一。

      有專家研究了組件的最佳傾角問題。值得重視和需要系統計算的。分布式系統的組件安裝的最佳傾角設計,需要考慮屋頂成本,例如單位面積租金,面積,等參數。這里給出一個模擬和公式,可以對具體的情況計算出最佳的傾角設計,甚至允許有一點遮擋,找到最大發電量,找到最低度電成本的設計。

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