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單、多晶組件衰減及發電成本對比分析

單、多晶組件衰減及發電成本對比分析

導讀: 阿特斯陽光電力集團近期將推出系列文章,從單多晶材料的原理,單多晶系統的度電成本和實際電站案例測試數據,分析單多晶的各自優勢。

OFweek太陽能光伏網訊:阿特斯陽光電力集團近期將推出系列文章,從單多晶材料的原理,單多晶系統的度電成本和實際電站案例測試數據,分析單多晶的各自優勢。我們提倡行業同仁秉承科學公正的態度,通過技術的交流,相互提攜、競爭、促進,從而進一步擴大光伏市場,讓太陽能進入世界能源領域的甲級隊。同時,我們也希望通過度電成本的降低來早日實現發電側的平價上網,推動全球太陽能行業繼續蓬勃發展。

單晶硅和多晶硅光伏電池組件已有幾十年的電站發電歷史,技術相對成熟,學術界對單、多晶技術各自的優劣之處也早有共識:單晶的光電轉化效率相對高一些;多晶的衰減小,度電成本低。

組件光致衰減由兩部分組成:

初始衰減和老化衰減

1) 初始衰減

Light Induced Degradation,LID

光致衰減,俗稱初始衰減,產生的本質原因是太陽能電池受到光照后,材料內部產生了硼氧複合體,降低了少子的壽命。摻硼晶硅中的替位硼和間隙氧在光照下激發形成的較深能級缺陷引起載流子複合和電池性能衰退,造成光伏組件在初始應用的幾天內輸出功率發生急劇性下降,這種現象稱為光致衰減。在一段時間(一般2~3個月)后輸出功率逐漸穩定。

光致衰減LID的多少直接和硅晶體中的氧含量成正比。 多晶和單晶矽片中均含有氧,但多晶的氧含量要比單晶低很多。在多晶鑄錠或CZ直拉單晶過程中,氧主要是通過坩堝界面擴散到液態熔融硅中。相對於多晶鑄錠, CZ單晶硅投料量少,硅和坩堝的相對接觸面積要大; CZ單晶拉晶時間長,氧有更多的時間擴散到液態硅中。一般CZ單晶的氧含量在15—20ppm範圍,而鑄錠多晶可控制在2ppm左右。另外,多晶晶界中的大量懸挂鍵複合了大部分的氧原子,從而使間隙氧原子的數量進一步降低。多晶電池片的平均光致衰減大約為1-1.1%左右,而單晶電池片平均光致衰減至少在1.6-2%以上,尤其是近一年來部分廠家為了快速降低單晶成本而開發的快拉單晶和坩堝長時間使用,導致間隙氧更高。以阿特斯自2016年8月以來對第三方組件的實際監控數據來看,多晶組件的平均光衰為1.2%,而同期單晶組件的平均光衰高達2.2%,兩者差別為1%,部分廠商的矽片所做成的電池片光致衰減甚至高達3%以上。

多晶和單晶組件光致衰減差異的另一個佐證是組件質保第一年的衰減率。從下圖可以看出,國內各廠對多晶組件的質保首年衰減均為2.5%,而單晶為3-3.5%,兩者差別為0.5-1%,與大量電站發電的實際測試數據基本吻合。

2)老化衰減

老化衰減指光伏組件長期應用中出現的緩慢的衰減,主要是封裝材料老化造成的衰減,其衰減速度與光伏組件的生產工藝和封裝材料,組件應用地環境成正相關。其中常見的開裂,外觀變黃,風沙磨損,熱斑等都可能加速組件功率衰減。根據2012年6月美國NREL實驗室出了一份關於光伏組件衰減的研究報告《Photovoltaic degradation rates-An analytical review》,單、多晶組件在年度老化衰減率之間並無明顯區別,更主要是取決於不同生產廠家的質量控制及生產工藝等非電池類型因素。

總結:

1.組件衰減由兩部分組成:初始衰減和老化衰減

2.光致衰減產生的本質原因是太陽能電池受到光照后材料內部產生了硼氧複合體,降低了少子的壽命。

3.全球各廠的多晶組件質保衰減均為2.5%, 而單晶組件為3-3.5%

阿特斯陽光電力集團今天與大家分享單多晶系統LCOE的計算,希望通過單多晶太陽能電站每瓦系統成本對比,系統度電成本LCOE對比,與各位同仁一起加深了解光伏電站成本和投資回報率的科學計算方法。同時也希望藉此推動光伏早日實現發電側的平價上網。

單、多晶組件系統發電成本分析對比

如果你們要在青海格爾木投資一座55兆瓦地面電站。假設目前可選的多晶組件功率為330瓦,單晶組件功率為340瓦,電站投資者應該選擇多晶組件還是單晶組件?這個選擇取決於太陽能電站的平準化度電成本計算,即Levelized Cost of Electricity (LCOE)。

下表是我們假設電站系統選用多晶330瓦或單晶340瓦組件所對應的系統成本對比,包含組件、逆變器、匯流箱、支架、線纜、土地、人工等成本。其中假設多晶組件價格為3.20元/瓦,單晶組件價格為3.35元/瓦。

根據計算可知,多晶系統每瓦可以少花0.108元人民幣。

當電站系統的成本確定后, 影響平準化度電成本(LCOE)的另一個重要因素是組件的初始光衰。

我們假設初始光衰如下:

A. 多晶組件的平均初始光衰為1.1% (質保2.5%)

單晶組件的平均初始光衰為1.6%(質保3%)

B. 電站運營年限均為20年

根據以上的假設條件,我們通過數學模型對單、多晶系統進行平準化度電成本LCOE測算。首先我們測算不同價格的組件度電成本差價,然後我們測算為了確保同樣度電成本,單多晶組件的價格差。

以下是我們的測算結果:

1 )如果單晶組件每瓦的價格比多晶組件高0.15元/瓦, 單晶系統投資就比多晶高0.108元/瓦,單晶系統平準化度電成本比多晶系統高0.004元/度。多晶系統初始投資低,度電成本更低,投資回報率更高。

2) 如果要求單、多晶系統平準化度電成本(LCOE)持平,當單晶組件初始光衰為1.6%,單晶組件的每瓦售價不能超過多晶組件0.02元/瓦。當單晶的初始光衰為2%,單晶組件價格必須低於多晶0.01元/瓦,任何超出以上價差範圍(-0.01元~+0.02元/瓦)的單晶組件,將導致單晶光伏電站系統的度電成本高出多晶光伏電站系統,降低了太陽能電站的投資回報率,同時也妨礙早日實現太陽能發電側的平價上網。

當然, 在某些情況下,比如屋頂面積有限,土地成本奇高,或高電價地區自發自用時,單晶組件的優勢會大一些。電站開發商還是要具體問題具體分析。

的光伏領跑者項目,旨在鼓勵光伏技術發展,推動早日實現光伏發電平價上網。領跑者的多晶和單晶電池片和組件的標準,初定於2015年,在2016年做了一輪修訂。可能由於單晶硅電池片那時還是小眾產品,市場接受度低,領跑者標準對單晶技術門檻放的比較低,對主流的多晶技術門檻設的比較高。許多省和地方項目也紛紛向這個標準看齊,這導致了目前單晶資源供不應求,價格一路飆升,造成眾多領跑者項目和地方項目遲遲無法開工,影響了實現光伏發電平價上網的進程。

由於目前領跑者標準對多晶企業門檻很高,逼著多晶電池片和組件企業加大研發創新力度,不斷提高多晶效率。在過去的一年多時間裡,多晶技術在持續降成本的同時,進一步提高了組件功率和質量。例如,阿特斯即將發布的多晶三代高效組件已超越目前單晶領跑者的組件功率275瓦標準。

總結:

以大型地面電站為例,在單多晶組件的平均初始光衰分別為1.6%和1.1%時:

1. 如單晶組件每瓦的價格比多晶組件高0.15元/瓦, 單晶系統每瓦投資比多晶高0.108元,單晶系統的平準化度電成本比多晶系統高0.013元/度。多晶系統初始投資低,度電成本更低,投資回報率更高。

2. 如單、多晶系統度電成本持平,單晶組件每瓦價格比多晶組件的溢價不能超過0.02元/瓦,否則單晶系統的度電成本會高出多晶電站,太陽能電站的投資回報率也會相應降低。

3. 在某些情況下,比如屋頂面積有限,土地成本奇高,或高電價地區自發自用時,單晶組件的優勢會大一些。電站開發商還是要具體問題具體分析。

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