光伏發(fā)電如何控制度電成本?
如何提升光伏系統(tǒng)發(fā)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(fā)和應(yīng)用,這是技術(shù)上最核心的部分。這里匯總了各種太陽電池技術(shù)的世界最高電池效率紀錄。這些結(jié)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)開始進入了產(chǎn)業(yè)化的階段。我們來看一下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(gòu)和企業(yè)研發(fā)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(gòu)已經(jīng)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(xiàn)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移打下了基礎(chǔ)。
在2014年,天合光能的國家重點實驗室研發(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%。這是一個新的紀錄。信恒節(jié)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企業(yè)得到規(guī)?;a(chǎn)。PERC電池效率的產(chǎn)線水平在平均20.4%左右,電池效率還在持續(xù)優(yōu)化提升中,規(guī)模也在快速增加。在今年5,6月份美國NREL公布的最權(quán)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(shù)工藝研發(fā),例如IBC,HJT電池等。提升組件系統(tǒng)的發(fā)電功率,可以從電池,組件,系統(tǒng)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(yōu)化的方案有聚光焊帶的開發(fā),電學優(yōu)化有低電阻焊接技術(shù)工藝的開發(fā)等。系統(tǒng)的溫度系數(shù),工作溫度等都是影響實際發(fā)電量的要素。下面我會舉例說明各主要因素對高效發(fā)電的影響和解決方案。
低的LCOE主要有三個因素決定:高效率,高發(fā)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(shù),電池的開壓高,溫度系數(shù)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(shù)的影響以及最終對發(fā)電量的影響。所以說,高效電池開發(fā),提升電池的開壓,對降低溫度系數(shù)有益,如何有效散熱降低系統(tǒng)工作溫度也是需要考量的因數(shù)。
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(tǒng)計了各種電池的發(fā)電量的實際情況,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)更好一些。我們可以看到,以常州地區(qū)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(shù),工作溫度,低輻照,LID等幾個方面做了比較,高效組件的發(fā)電量有大約2%的優(yōu)勢。
光伏組件和系統(tǒng)的可靠性問題
光伏組件的可靠性問題,很多是關(guān)鍵材料的問題。例如,EVA黃變和脫層、背板開裂問題、焊帶發(fā)黃問題等,組件長期使用后的材料老化問題。關(guān)于組件功率的常年衰減問題,美國NREL有一個統(tǒng)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年來時的組件數(shù)據(jù)看,在0.7%的衰減率之內(nèi)。功率衰減的內(nèi)部原因,短期衰減主要跟電池相關(guān),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(fā)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(fā)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(shù)據(jù)分析,在美國NREL也有分析數(shù)據(jù)。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(guān)鍵失效模式,最后可能把組件燒毀。
在組件系統(tǒng)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(gòu)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(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。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(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
第三個方面,我想簡要談一下智能化組件,我們關(guān)注到,組件失配的短板效應(yīng),其實只發(fā)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(yīng)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)化幾個階段的產(chǎn)品,由于成本因素,需要分別開發(fā)和應(yīng)用推廣。這里做了一個在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,其最大輸出功率的區(qū)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(jié)構(gòu)設(shè)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(tǒng)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?shù)妮d荷也可以降低。并不破壞屋頂防水。這是易安裝組件的設(shè)計,也是天合的產(chǎn)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(tǒng)計算的。分布式系統(tǒng)的組件安裝的最佳傾角設(shè)計,需要考慮屋頂成本,例如單位面積租金,面積,等參數(shù)。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(shè)計,甚至允許有一點遮擋,找到最大發(fā)電量,找到最低度電成本的設(shè)計。
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