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光伏發(fā)電如何控制度電成本?

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人氣:-發(fā)表時(shí)間:2016-03-17 13:44【

如何提升光伏系統發(fā)電量降低LCOE(度電成本),總的來(lái)講我認為有三個(gè)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(jiǎn)單從三個(gè)方面來(lái)跟大家分享一下。

高效組件,包括了高效電池的研發(fā)和應用,這是技術(shù)上最核心的部分。這里匯總了各種太陽(yáng)電池技術(shù)的世界最高電池效率紀錄。這些結果,大家已經(jīng)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(shù)的潛力。

目前PERC電池已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化的階段。我們來(lái)看一下PERC電池技術(shù)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(yè)研發(fā)團隊,對PERC電池做了一系列的實(shí)驗室研究,早在2012年時(shí),多個(gè)機構已經(jīng)實(shí)驗了大面積PERC電池效率達到20%以上的實(shí)驗室效率。為實(shí)現產(chǎn)業(yè)化轉移打下了基礎。

在2014年,天合光能的國家重點(diǎn)實(shí)驗室研發(fā)的可量產(chǎn)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(gè)新的紀錄。信恒節能承建的光伏發(fā)電項目一般都采用天合品牌的光伏組件。PERC電池的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)在臺灣和中國大陸的一線(xiàn)企業(yè)得到規?;a(chǎn)。PERC電池效率的產(chǎn)線(xiàn)水平在平均20.4%左右,電池效率還在持續優(yōu)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(yáng)電池的技術(shù)工藝研發(fā),例如IBC,HJT電池等。提升組件系統的發(fā)電功率,可以從電池,組件,系統三個(gè)方面的光學(xué)性能及電學(xué)性能考量。這里我列舉了幾個(gè)方向。例如,在組件端,光學(xué)優(yōu)化的方案有聚光焊帶的開(kāi)發(fā),電學(xué)優(yōu)化有低電阻焊接技術(shù)工藝的開(kāi)發(fā)等。系統的溫度系數,工作溫度等都是影響實(shí)際發(fā)電量的要素。下面我會(huì )舉例說(shuō)明各主要因素對高效發(fā)電的影響和解決方案。

低的LCOE主要有三個(gè)因素決定:高效率,高發(fā)電量,低成本。這里我舉一個(gè)例子,對于一個(gè)10MW的項目來(lái)說(shuō),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(gè)重要的因素是溫度系數,電池的開(kāi)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(kāi)壓的不同對溫度系數的影響以及最終對發(fā)電量的影響。所以說(shuō),高效電池開(kāi)發(fā),提升電池的開(kāi)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(gè)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(fā)電量的實(shí)際情況,發(fā)現IBC電池在200W每平方米的低輻照條件下發(fā)電量最高。剛才許博士也介紹了,高質(zhì)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(gè)方面做了比較,高效組件的發(fā)電量有大約2%的優(yōu)勢。

光伏組件和系統的可靠性問(wèn)題

光伏組件的可靠性問(wèn)題,很多是關(guān)鍵材料的問(wèn)題。例如,EVA黃變和脫層、背板開(kāi)裂問(wèn)題、焊帶發(fā)黃問(wèn)題等,組件長(cháng)期使用后的材料老化問(wèn)題。關(guān)于組件功率的常年衰減問(wèn)題,美國NREL有一個(gè)統計,大約每年衰減0.7%,這已經(jīng)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(lái)時(shí)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(guān),主要是PID,LID衰減。而長(cháng)期衰減主要來(lái)自于封裝材料,造成黑斑,黑線(xiàn),背板開(kāi)裂等可靠性問(wèn)題。材料的老化以及引起EVA脫層以后,背板開(kāi)裂等引起的水透會(huì )發(fā)生。短期和長(cháng)期失效的模式是不一樣的。比如說(shuō),PID衰減可以在30%以上,有的甚至高達70%的衰減。常見(jiàn)的組件失效模式,我們做了一個(gè)歸類(lèi)和發(fā)生率。熱斑,濕凍,濕熱是造成組件失效的主要原因。這個(gè)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(wèn)題,這里做了一個(gè)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(gè)關(guān)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(jīng)有美國NREL,日本AIST,德國Fraunhofer等機構在積極開(kāi)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(jīng)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(chǎn)品,我們提出了雙玻組件的解決方案。因為無(wú)機材料玻璃的耐候性遠優(yōu)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(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。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(méi)法推廣。剛才我們上午聽(tīng)專(zhuān)家報告了,導電膜的國產(chǎn)化已經(jīng)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(gè)方面,我想簡(jiǎn)要談一下智能化組件,我們關(guān)注到,組件失配的短板效應,其實(shí)只發(fā)生在失配很?chē)乐氐那闆r下,這個(gè)圖說(shuō)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(yōu)化,主要有組串或集中式優(yōu)化,組件級功率優(yōu)化,子串級功率優(yōu)化幾個(gè)階段的產(chǎn)品,由于成本因素,需要分別開(kāi)發(fā)和應用推廣。這里做了一個(gè)在50%輻照遮擋的情況下,有優(yōu)化器和普通不帶優(yōu)化器的組件功率的IV曲線(xiàn),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(gè)易安裝組件結構設計,是一個(gè)降低度電成本的方案之一。我們可以看到這個(gè)是我們傳統的組件,大家可以看到會(huì )面臨很多問(wèn)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(chǎn)品之一。

有專(zhuān)家研究了組件的最佳傾角問(wèn)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(gè)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(diǎn)遮擋,找到最大發(fā)電量,找到最低度電成本的設計。