技術進步照亮光伏發電平價上網之路

浙江正泰新能源開發有限公司■周承軍 徐慶 李春陽 羅易

1839年，法國物理學家在實驗室偶然發現了光生伏特效應；1954年4月5日，美國貝爾實驗室展示了人類第一塊具有實用意義的硅太陽電池，而這塊電池只有1 W，轉換效率約為6%；而如今，在實驗室里已經可以制造出轉換效率超過40%的太陽電池；全球范圍內光伏產業也已經形成了非常成熟的產業鏈，僅2017年全球新增光伏裝機容量就達102 GW，并且每年都保持了持續穩定的增長。

從2009年開始，我國政府出臺了一系列的光伏發電產業相關政策，截至2017年底，我國光伏累計裝機容量已達130.25 GW，新增裝機容量已連續5年位居全球首位，累計裝機容量也連續3年位居全球第一。

近年來，在市場需求的刺激下，光伏產業上游的硅片制備技術有了一系列突破性的進展，在提升產品品質、降低能耗的同時，也對光伏系統整體成本的下降起到了重要作用。比如，硅烷流化床技術對改良西門子法的更替、使用金剛線替代砂線切割等。以金剛線切割為例，該工藝提高了切割效率，減少了材料的損耗，并且在減少環境污染和運營成本方面都具有優勢。工藝的更換、制備設備的改進是促使光伏系統整體成本下降的重要因素。

從材料角度來看，太陽電池可分為晶體硅太陽電池、薄膜太陽電池和最近以低成本著稱的鈣鈦礦太陽電池，其中，晶體硅太陽電池由于成本和效率上的顯著進步已經成為了市場主流。從技術路線方面劃分，晶體硅太陽電池可分為多晶硅太陽電池和單晶硅太陽電池；從工藝方面劃分，晶體硅太陽電池可分為p型太陽電池和n型太陽電池。在追求高效的道路上，還出現了在常規太陽電池基體背面添加一層“氧化鋁+氮化硅”的PERC電池，在基體的背表面通過擴散或離子注入重摻雜形成背場的雙面電池，將正、負兩極金屬接觸均移至電池片背面的IBC電池，以及異質結、MWT、半片、疊片等電池技術；在組件封裝方面，還出現了單玻、雙玻等封裝方式。

目前太陽電池呈現的市場格局是“百家爭鳴、百花齊放”的狀態，各技術路線在成本和效率上的優勢仍有待市場的進一步檢驗，且仍有較大的技術發展空間。在“領跑者”項目的推動下，市場對高效太陽電池的需求明顯提升，從2017年“領跑者”中標項目的結果來看，大量廠家都采用了雙面發電技術。

并網型逆變器是光伏發電系統正常運行的重要設備，一方面，其擔任著通過調節MPPT使光伏陣列在工作條件下處于最大功率輸出點的任務；另一方面，其又要通過逆變橋將光伏組件產生的直流電轉換為符合電網接入條件的交流電。目前，為適用于不同的工況，已出現了組串式、集中式、集散式和微型逆變器4種技術路線；而從直流側系統來看，又有區別于常規1000 V系統的1500 V系統逆變器。各逆變器技術路線分別從減少光伏發電系統中組串的失配損失及線損，以及降低成本、增加轉換效率等角度來提高光伏發電系統的系統效率，增加發電量，提升光伏電站的收益率。

在支架安裝結構方面，出于降本增效的目的，在傳統固定式安裝結構上發展出了可調支架、柔性支架及跟蹤支架等安裝結構。各種支架的安裝結構在特定工況下的優越性均得到了市場廣泛的驗證，其中，固定式支架和跟蹤支架在市場中更是得到了普遍的應用。跟蹤支架可劃分為平單軸、斜單軸、雙軸等結構形式，在光伏發電系統提升系統經濟性、增加發電量的預期下，這幾種結構形式均在市場中實現了有效推廣。相比于固定式支架，跟蹤支架能實時增加太陽光線的入射角度，減少反射損失，因此，跟蹤支架在對效率和技術先進性要求比較高的“領跑者”項目中得到了普遍的應用。

在系統層面，由于近年來補貼的下調，光伏電站在設計和建設上對技術和質量的把控更加嚴格，譬如間距的設計、光伏陣列最佳角度的安裝、對污染的評估、對消防安全的重視等。運維方面，開始采用無人機對光伏電站進行熱斑巡檢，使用機器人清洗組件；光伏電站的監控系統也越來越智能化，功能上不僅有對設備的監控、告警，還實現了對數據的分析，基于氣象數據的功率預測等。近年來，隨著一系列行業標準的發布，比如，電站的各類檢測認證方法、設計規范的完善等，光伏電站的設計和建設也逐漸擺脫了野蠻生長的發展方式，走向更加規范化的發展。

近年來，“光伏+儲能”這一模式在業內的呼聲越來越高。兩者的結合能充分彌補太陽能由于氣象因素的影響而給電網帶來波動性的弊端，將太陽能產生的電力在用電低谷時儲存起來，再到用電高峰時釋放出來，通過“削峰填谷”實現對電網電力的穩定供應。“光伏+儲能”模式除了可有效解決“棄光”問題，在增加電網供電可靠性的同時，在光伏產業“去補貼”的政策背景下，該模式還能實現售電和峰谷電價差雙收益，有望提前推動光伏發電的平價上網。在此背景下，國內廠家開始推出針對“光伏+儲能”的雙向變流器、針對儲能電站的儲能電池管理系統，以及為了降低成本提出的將退役動力電池用于“光伏+儲能”電站的動力電池梯度利用方案等。在儲能方式方面，目前已實施的項目除了傳統的抽水儲能方式外，還有采用聚合物鋰電池、液流電池、鉛酸電池等的化學儲能方式，也有一些采用如壓縮空氣儲能的物理儲能示范項目。

光伏產業早期是由于世界各國出于日益嚴重的環境問題的壓力而扶持發展起來的，經過數十年的技術提升和產業鏈的成熟，隨著成本下降和效率提升，光伏產業今后將逐漸擺脫對政策的依賴，在與傳統能源的角逐中產生越來越強的市場競爭力。一方面，政策和環境問題催生了光伏這個清潔能源產業；另一方面，政策和環境問題又將倒逼行業技術的發展和產業的成熟，促進產業的自我生長。2018年“5·31”光伏新政的發布也正式加速了光伏產業的發展路線由政策市場向技術市場的轉變，通過產業鏈上下游的技術提升實現降本增效，實現光伏發電的平價上網，讓光伏產業在市場環境的洗禮中更加繁榮蒼翠。