第三批光伏发电“领跑者”提高发电量

 

 

根据通知中的技术要求，要建设拥有最先进技术产品的光伏发电示范基地和最先进工艺技术应用的示范工程，此类项目充分代表了行业最先进的设计技术，依托技术创新，一方面提高发电量，另一方面降低建设成本，从而达到降低光伏发电系统度电成本的目的。

 

 

光伏发电系统中最重要的发电单元是光伏组件，而光伏组件是由大量的太阳电池组合构成的。在组件的选择上，需考虑目前已商业化应用的各种光伏组件的产业形势、技术成熟度、运行可靠性、未来技术发展趋势等，并参考“领跑者”项目的技术要求，通过技术性和经济性的综合比较，选择适合大型集中式并网光伏发电系统使用的光伏组件类型。

 

目前光伏组件的类别主要有：晶体硅( 包括单晶硅、多晶硅) 光伏组件和薄膜( 包括非晶硅、硒化铜铟、碲化镉) 光伏组件。当前市场生产和使用的光伏组件大多数是晶体硅光伏组件，其比例约占87%。“领跑者”项目中对于光伏组件的工艺要求主要集中在晶体硅电池的发射极及背电极钝化技术(PERC)、异质结技术(HIT)、叉指背接触技术(IBC)、电极绕通背接触技术(MWT)，以及硅片的黑硅、n 型技术。但是由于电池的产业化要求和工艺复杂性，目前仅PERC工艺取得了商业化进展，其他工艺还有待优化。因此，目前折中的方法是对PERC 工艺和HIT工艺进行升级，最终采用以玻璃背板代替传统PVC 背板的双面双玻光伏组件。

 

双面双玻光伏组件的优点主要为：1) 双面发电可以带来更多的发电量；2) 双玻光伏组件可以带来更高的耐用性，较传统背板而言，其还具有零透水、抗UV老化和抗降解腐蚀的特征。在目前技术可行的情况下，第三批光伏发电“领跑者”项目的投标单位大部分都采用了双面双玻光伏组件。

 

 

光伏发电系统常见的支架方式分为固定倾角支架系统和自动跟踪支架系统两大类别。其中，自动跟踪支架系统可分为单轴跟踪支架系统和双轴跟踪支架系统，按照控制方式又可分为主动跟踪支架系统、被动跟踪支架系统及复合式跟踪系统。

 

在第三批光伏“领跑者”项目中，为了满足技术领跑的要求，在提升发电量方面，项目一般采用自动跟踪支架系统。其中，单轴跟踪支架系统以最佳倾角固定的方式自东向西跟踪每天的太阳轨迹；双轴跟踪支架系统在跟踪每天太阳轨迹的基础上，还可根据太阳轨迹的季节性位置调节支架的倾角。

 

根据太阳轨迹的季节性位置，不同纬度地区的最佳倾角也不同，因此，采用不同的跟踪方式得到的发电量提升的程度也不同。根据以往的经验，以及大量已建成的光伏电站的发电量数据，结合目前几种支架方式商业化设计的成熟度情况、占地面积及安装运维情况等，对几种支架方式进行了比较，结果如表1 所示。

 

 

由于大多数“领跑者”项目采用了双面双玻光伏组件，支架再选择一种合适的跟踪系统，可以进一步提升组件背面的发电量。从第三批“领跑者”项目的技术方案来看，大多数项目选择了单轴跟踪支架系统。

 

 

通过实际光伏发电项目对“双面双玻光伏+单轴跟踪支架系统”技术方案( 下文简称为“‘双面双玻+ 单轴跟踪’方案) 的数据进行分析。笔者于2017 年7 月12 日对内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗独贵塔拉镇的亿利200 MWp 库布其沙漠生态太阳能治沙发电项目进行了考察。该项目中有336 kWp 采用了“双面双玻+ 单轴跟踪”的形式，笔者选择此试验区域进行数据分析。

 

由于此“双面双玻+ 单轴跟踪”集成方案示范区在笔者去考察前的6 月份刚刚并网，因此现场只收集了2017 年6 月24 日～7 月11 日的发电量数据。将本方案的数据与同项目中采用“常规多晶硅光伏组件+ 固定倾角支架系统”技术方案( 下文简称为“‘常规多晶硅+ 固定倾角’方案”)的部分进行对比，具体情况如图1 所示。

 

 

从图1 可以看出，随着太阳辐照度的变化，2 种技术方案的发电量变化率也不相同。太阳辐照度越低，2 种技术方案的发电量差距越小；随着太辐照度的增强，2 种技术方案的发电量差距也在增大。其中，“双面双玻+ 单轴跟踪”方案的优势明显。

 

为了方便分析太阳辐照度的变化与“双面双玻+ 单轴跟踪”方案增加的发电量的相关性，计算出同一天内“双面双玻+ 单轴跟踪”方案的发电量与“常规多晶+ 固定倾角”方案的发电量的电量差，然后用该差值与太阳辐照度做出散点图，以分析二者的相关性，具体如图2 所示。由图2可知，二者之间的相关性基本可以证明之前提出的“采用单轴跟踪系统可以进一步提升双面组件的发电量”这一观点。

 

 

从现场运维人员处了解到，在现有数据中，“双面双玻+ 单轴跟踪”方案的发电数据为逆变器侧读数，“常规多晶+ 固定倾角”方案为关口表读数。考虑到由逆变器到箱变、箱变到关口表的损耗，按常规设计时的线损计算，值为3%。

 

 

 

计算后可得出，发电量的提升区间为16.16%～23.9%。

 

 

在第三批光伏发电“领跑者”项目中，选择内蒙古自治区达拉特旗库布其沙漠经济先导区光伏发电应用“领跑者”基地规划为例进行分析。该项目基地的投标报价均价为0.393 元/kWh，其中，特变电工新疆新能源股份有限公司( 以下简称“特变电工”) 的报价为0.32 元/kWh。从报价结果来看，该基地基本具备平价上网的可能。

 

根据林洋新能源研究院[2] 公布的数据显示，截至目前，若采用“双面双玻+ 单轴跟踪”方案，基础管桩数+ 跟踪支架的综合造价为1.35 元/Wp，双面双玻光伏组件的造价为3.2 元/Wp。相同容量下，比采用传统光伏组件时的建设成本增加了0.7 元/Wp，再结合发电量16.16%～23.9% 的提升区间，可推导出“双面双玻+ 单轴跟踪”方案的度电成本(LCOE) 下降空间在0.03～0.09 元/kWh 之间。

 

根据以上分析，当时该项目还不足以支撑特变电工报出的0.32 元/kWh 的低价。支撑该公司报出低价的最大可能原因是未来技术发展而引起的成本大幅降低。

 

 

虽然，第三批光伏发电“领跑者”项目普遍采用了“双面双玻+ 单轴跟踪”方案，但其还存在一定的限制条件，具体包括：

 

1) 背面发电量的增益与地面反射介质有关。采用该运行模式时必须对项目所在地的情况十分了解，才能将背面增益估计准确。

 

2) 单轴跟踪支架系统安装受地形限制。根据不断双向优化，从而达到度电成本接近平价，为2020 年光伏“去补贴”做好技术准备。

 

3) 光伏行业自身正在通过技术的创新不断进行优化设计，一方面，行业在不断提升光伏电站的发电量；另一方面，行业在不断控制电站成本。通过对度电成本计算式的分子、分母不断双向优化，从而达到度电成本接近平价，为2020 年光伏“去补贴”做好技术准备。

 

 

第三批光伏发电“领跑者”项目普遍采用了“双面双玻光伏组件+ 单轴跟踪”技术方案，本文对该技术方案进行了技术性和经济性研究，并通过实际项目对技术方案的数据进行了分析，其可使未来光伏发电系统平价上网成为可能。厂家技术给出的条件，单轴跟踪支架系统不能在坡度大于15°的场所运行，必须是在平缓区域运行。而目前运用在山地项目中的单轴跟踪支架系统，还没有成熟可用的技术。