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光伏发电如何控制度电成本?

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人气:-发表时间:2016-03-17 13:44【

如何提升光伏系统发电量降低LCOE(度电成本),总的来讲我认为有三个方向需要努力:高效组件、高可靠性组件和智能化组件。我的报告简单从三个方面来跟大家分享一下。

高效组件,包括了高效电池的研发和应用,这是技术上最核心的部分。这里汇总了各种太阳电池技术的世界最高电池效率纪录。这些结果,大家已经很清楚了,我就不再一一细讲了,这些纪录,反映了各种电池技术的潜力。

目前PERC电池已经开始进入了产业化的阶段。我们来看一下PERC电池技术的研究历程,从2010年到2014年,包括欧洲和亚洲的一些研究机构和企业研发团队,对PERC电池做了一系列的实验室研究,早在2012年时,多个机构已经实验了大面积PERC电池效率达到20%以上的实验室效率。为实现产业化转移打下了基础。

在2014年,天合光能的国家重点实验室研发的可量产单晶156的PERC电池效率达到21.4%的纪录,2015年SolarWorld宣布其PERC电池效率达到21.7%。这是一个新的纪录。信恒节能承建的光伏发电项目一般都采用天合品牌的光伏组件。PERC电池的产业化已经在台湾和中国大陆的一线企业得到规模化生产。PERC电池效率的产线水平在平均20.4%左右,电池效率还在持续优化提升中,规模也在快速增加。在今年5,6月份美国NREL公布的最权威的世界最高电池效率图的更新版里面,首次纪录了天合光能在2014年研制的多晶PERC电池效率的世界纪录20.8%,更新了2004年德国Fraunhofer ISE研制的小面积多晶PERC电池20.4%的纪录。

除了PERC电池外,天合光能也在致力于更高效的太阳电池的技术工艺研发,例如IBC,HJT电池等。提升组件系统的发电功率,可以从电池,组件,系统三个方面的光学性能及电学性能考量。这里我列举了几个方向。例如,在组件端,光学优化的方案有聚光焊带的开发,电学优化有低电阻焊接技术工艺的开发等。系统的温度系数,工作温度等都是影响实际发电量的要素。下面我会举例说明各主要因素对高效发电的影响和解决方案。

低的LCOE主要有三个因素决定:高效率,高发电量,低成本。这里我举一个例子,对于一个10MW的项目来说,效率每提升0.25%,相当于功率提升约5W,可使BOS成本下降约0.8%,大约是2-3分人民币。效率的提升,一个重要的因素是温度系数,电池的开压高,温度系数就低,这里比较了普通电池,PERC电池,IBC电池由于开压的不同对温度系数的影响以及最终对发电量的影响。所以说,高效电池开发,提升电池的开压,对降低温度系数有益,如何有效散热降低系统工作温度也是需要考量的因数。

这里我们做了一个组件的工作温度分布模型的模拟。另外,在低辐照的条件下,我们统计了各种电池的发电量的实际情况,发现IBC电池在200W每平方米的低辐照条件下发电量最高。刚才许博士也介绍了,高质量单晶电池,低辐照表现更好一些。我们可以看到,以常州地区的气候条件为例,我们对普通多晶组件和高效组件,在温度系数,工作温度,低辐照,LID等几个方面做了比较,高效组件的发电量有大约2%的优势。

光伏组件和系统的可靠性问题

光伏组件的可靠性问题,很多是关键材料的问题。例如,EVA黄变和脱层、背板开裂问题、焊带发黄问题等,组件长期使用后的材料老化问题。关于组件功率的常年衰减问题,美国NREL有一个统计,大约每年衰减0.7%,这已经是共识。天合光能对自身的组件也做了功率衰减的检测,从2008年来时的组件数据看,在0.7%的衰减率之内。功率衰减的内部原因,短期衰减主要跟电池相关,主要是PID,LID衰减。而长期衰减主要来自于封装材料,造成黑斑,黑线,背板开裂等可靠性问题。材料的老化以及引起EVA脱层以后,背板开裂等引起的水透会发生。短期和长期失效的模式是不一样的。比如说,PID衰减可以在30%以上,有的甚至高达70%的衰减。常见的组件失效模式,我们做了一个归类和发生率。热斑,湿冻,湿热是造成组件失效的主要原因。这个在TUV中国认证组件有数据分析,在美国NREL也有分析数据。热斑问题,这里做了一个失效机理的流程图,遮挡引起的电池局部高温,反向偏压和漏电流造成的旁路二极管升温,是两个关键失效模式,最后可能把组件烧毁。

在组件系统可靠性研究方面,国际上已经有美国NREL,日本AIST,德国Fraunhofer等机构在积极开展,中国也正在积极参与这方面的研究。例如,PID机理的研究,已经作为国家863项目立项,由英利和天合共同承担研究。对于耐湿热的高可靠性组件产品,我们提出了双玻组件的解决方案。因为无机材料玻璃的耐候性远优于高分子背板;玻璃不透水,高温高湿下更好地保护电池片;组件不接地,对抗PID性能更加优异等优点。而耐热冲击的组件,我们认为采用导电膜材料,能改善性能。以前由于导电膜成本高没法推广。刚才我们上午听专家报告了,导电膜的国产化已经有前景。如果能够普遍的采用,将对组件的耐热冲击可靠性是有益的。

智能化组件

第三个方面,我想简要谈一下智能化组件,我们关注到,组件失配的短板效应,其实只发生在失配很严重的情况下,这个图说明了只有在填充因子FF越大,其失效的短板效应月明显。智能组件,需要一步一步优化,主要有组串或集中式优化,组件级功率优化,子串级功率优化几个阶段的产品,由于成本因素,需要分别开发和应用推广。这里做了一个在50%辐照遮挡的情况下,有优化器和普通不带优化器的组件功率的IV曲线,其最大输出功率的区别是很大的。最大可以达到20%的差别。

还有一个易安装组件结构设计,是一个降低度电成本的方案之一。我们可以看到这个是我们传统的组件,大家可以看到会面临很多问题。那么如果我们把安装支架跟组件一体化,那就很方便,可以快速安装,降低安装成本,对屋顶的载荷也可以降低。并不破坏屋顶防水。这是易安装组件的设计,也是天合的产品之一。

有专家研究了组件的最佳倾角问题。值得重视和需要系统计算的。分布式系统的组件安装的最佳倾角设计,需要考虑屋顶成本,例如单位面积租金,面积,等参数。这里给出一个模拟和公式,可以对具体的情况计算出最佳的倾角设计,甚至允许有一点遮挡,找到最大发电量,找到最低度电成本的设计。