如何提升光伏系統(tǒng)發(fā)電量降低LCOE(度電成本),總的來(lái)講我認(rèn)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(bào)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(yīng)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(jì)錄。這些結(jié)果,大家已經(jīng)很清楚了,我就不再一一細(xì)講了,這些紀(jì)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(jī)構(gòu)和企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì),對(duì)PERC電池做了一系列的實(shí)驗(yàn)室研究,早在2012年時(shí),多個(gè)機(jī)構(gòu)已經(jīng)實(shí)驗(yàn)了大面積PERC電池效率達(dá)到20%以上的實(shí)驗(yàn)室效率。為實(shí)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的可量產(chǎn)單晶156的PERC電池效率達(dá)到21.4%的紀(jì)錄,2015年SolarWorld宣布其PERC電池效率達(dá)到21.7%。這是一個(gè)新的紀(jì)錄。信恒節(jié)能承建的光伏發(fā)電項(xiàng)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(tái)灣和中國(guó)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(guó)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(jì)錄了天合光能在2014年研制的多晶PERC電池效率的世界紀(jì)錄20.8%,更新了2004年德國(guó)Fraunhofer ISE研制的小面積多晶PERC電池20.4%的紀(jì)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(tǒng)的發(fā)電功率,可以從電池,組件,系統(tǒng)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(tǒng)的溫度系數(shù),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(duì)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(duì)于一個(gè)10MW的項(xiàng)目來(lái)說(shuō),效率每提升0.25%,相當(dāng)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(shù),電池的開(kāi)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(kāi)壓的不同對(duì)溫度系數(shù)的影響以及最終對(duì)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(duì)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(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(tǒng)計(jì)了各種電池的發(fā)電量的實(shí)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(duì)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(gè)方面做了比較,高效組件的發(fā)電量有大約2%的優(yōu)勢(shì)。
光伏組件和系統(tǒng)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(zhǎng)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(guó)NREL有一個(gè)統(tǒng)計(jì),大約每年衰減0.7%,這已經(jīng)是共識(shí)。天合光能對(duì)自身的組件也做了功率衰減的檢測(cè),從2008年來(lái)時(shí)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(zhǎng)期衰減主要來(lái)自于封裝材料,造成黑斑,黑線,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(zhǎng)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(dá)70%的衰減。常見(jiàn)的組件失效模式,我們做了一個(gè)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(gè)在TUV中國(guó)認(rèn)證組件有數(shù)據(jù)分析,在美國(guó)NREL也有分析數(shù)據(jù)。熱斑問(wèn)題,這里做了一個(gè)失效機(jī)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(tǒng)可靠性研究方面,國(guó)際上已經(jīng)有美國(guó)NREL,日本AIST,德國(guó)Fraunhofer等機(jī)構(gòu)在積極開(kāi)展,中國(guó)也正在積極參與這方面的研究。例如,PID機(jī)理的研究,已經(jīng)作為國(guó)家863項(xiàng)目立項(xiàng),由英利和天合共同承擔(dān)研究。對(duì)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?yàn)闊o(wú)機(jī)材料玻璃的耐候性遠(yuǎn)優(yōu)于高分子背板;玻璃不透水,高溫高濕下更好地保護(hù)電池片;組件不接地,對(duì)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(rèn)為采用導(dǎo)電膜材料,能改善性能。以前由于導(dǎo)電膜成本高沒(méi)法推廣。剛才我們上午聽(tīng)專家報(bào)告了,導(dǎo)電膜的國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)有前景。如果能夠普遍的采用,將對(duì)組件的耐熱沖擊可靠性是有益的。
智能化組件