第三批光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目的技術(shù)分析

特變電工新疆新能源股份有限公司 ■ 王憶麟

0 引言

根據(jù)2015年1月8日國家發(fā)展和改革委等7部門聯(lián)合發(fā)布的《能效“領(lǐng)跑者”制度實(shí)施方案》，“能效領(lǐng)跑者”是指在同類可比范圍內(nèi)，能源利用效率最高的產(chǎn)品、企業(yè)或單位。光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”計(jì)劃是在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來，該計(jì)劃是國家能源局自2015年起實(shí)施的專項(xiàng)光伏計(jì)劃，每年都篩選一批具有技術(shù)先進(jìn)性的光伏基地。在“領(lǐng)跑者”計(jì)劃中，項(xiàng)目所采用的技術(shù)和使用的光伏組件都是在行業(yè)中技術(shù)絕對(duì)領(lǐng)先的技術(shù)和產(chǎn)品。

2017年發(fā)布的《國家能源局關(guān)于推進(jìn)光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”計(jì)劃實(shí)施和2017年領(lǐng)跑基地建設(shè)有關(guān)要求的通知》(國能發(fā)新能[2017]54號(hào))(下文簡稱“通知”)，對(duì)推進(jìn)光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”計(jì)劃提出了具體要求，指出“光伏發(fā)電‘領(lǐng)跑者’計(jì)劃和基地建設(shè)以促進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、市場應(yīng)用和成本下降為目的，通過市場支持和試驗(yàn)示范，以點(diǎn)帶面，加速技術(shù)成果向市場應(yīng)用轉(zhuǎn)化，以及落后技術(shù)、產(chǎn)能淘汰，實(shí)現(xiàn)2020年光伏發(fā)電用電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)”[1]。

本文對(duì)第三批光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目采用的技術(shù)方案進(jìn)行了技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的研究，并通過實(shí)際項(xiàng)目對(duì)采用該技術(shù)方案的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)通知中的技術(shù)要求，要建設(shè)擁有最先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的光伏發(fā)電示范基地和最先進(jìn)工藝技術(shù)應(yīng)用的示范工程，此類項(xiàng)目充分代表了行業(yè)最先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，依托技術(shù)創(chuàng)新，一方面提高發(fā)電量，另一方面降低建設(shè)成本，從而達(dá)到降低光伏發(fā)電系統(tǒng)度電成本的目的。

1.1 組件選擇

光伏發(fā)電系統(tǒng)中最重要的發(fā)電單元是光伏組件，而光伏組件是由大量的太陽電池組合構(gòu)成的。在組件的選擇上，需考慮目前已商業(yè)化應(yīng)用的各種光伏組件的產(chǎn)業(yè)形勢(shì)、技術(shù)成熟度、運(yùn)行可靠性、未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)等，并參考“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目的技術(shù)要求，通過技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的綜合比較，選擇適合大型集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)使用的光伏組件類型。

目前光伏組件的類別主要有：晶體硅(包括單晶硅、多晶硅)光伏組件和薄膜(包括非晶硅、硒化銅銦、碲化鎘)光伏組件。當(dāng)前市場生產(chǎn)和使用的光伏組件大多數(shù)是晶體硅光伏組件，其比例約占87%?！邦I(lǐng)跑者”項(xiàng)目中對(duì)于光伏組件的工藝要求主要集中在晶體硅電池的發(fā)射極及背電極鈍化技術(shù)(PERC)、異質(zhì)結(jié)技術(shù)(HIT)、叉指背接觸技術(shù)(IBC)、電極繞通背接觸技術(shù)(MWT)，以及硅片的黑硅、n型技術(shù)。但是由于電池的產(chǎn)業(yè)化要求和工藝復(fù)雜性，目前僅PERC工藝取得了商業(yè)化進(jìn)展，其他工藝還有待優(yōu)化。因此，目前折中的方法是對(duì)PERC工藝和HIT工藝進(jìn)行升級(jí)，最終采用以玻璃背板代替?zhèn)鹘y(tǒng)PVC背板的雙面雙玻光伏組件。

雙面雙玻光伏組件的優(yōu)點(diǎn)主要為：1)雙面發(fā)電可以帶來更多的發(fā)電量；2)雙玻光伏組件可以帶來更高的耐用性，較傳統(tǒng)背板而言，其還具有零透水、抗UV老化和抗降解腐蝕的特征。

在目前技術(shù)可行的情況下，第三批光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目的投標(biāo)單位大部分都采用了雙面雙玻光伏組件。

1.2 支架方式

光伏發(fā)電系統(tǒng)常見的支架方式分為固定傾角支架系統(tǒng)和自動(dòng)跟蹤支架系統(tǒng)兩大類別。其中，自動(dòng)跟蹤支架系統(tǒng)可分為單軸跟蹤支架系統(tǒng)和雙軸跟蹤支架系統(tǒng)，按照控制方式又可分為主動(dòng)跟蹤支架系統(tǒng)、被動(dòng)跟蹤支架系統(tǒng)及復(fù)合式跟蹤系統(tǒng)。

在第三批光伏“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目中，為了滿足技術(shù)領(lǐng)跑的要求，在提升發(fā)電量方面，項(xiàng)目一般采用自動(dòng)跟蹤支架系統(tǒng)。其中，單軸跟蹤支架系統(tǒng)以最佳傾角固定的方式自東向西跟蹤每天的太陽軌跡；雙軸跟蹤支架系統(tǒng)在跟蹤每天太陽軌跡的基礎(chǔ)上，還可根據(jù)太陽軌跡的季節(jié)性位置調(diào)節(jié)支架的傾角。

根據(jù)太陽軌跡的季節(jié)性位置，不同緯度地區(qū)的最佳傾角也不同，因此，采用不同的跟蹤方式得到的發(fā)電量提升的程度也不同。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，以及大量已建成的光伏電站的發(fā)電量數(shù)據(jù)，結(jié)合目前幾種支架方式商業(yè)化設(shè)計(jì)的成熟度情況、占地面積及安裝運(yùn)維情況等，對(duì)幾種支架方式進(jìn)行了比較，結(jié)果如表1所示。

表1 各種支架方式的比較

由于大多數(shù)“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目采用了雙面雙玻光伏組件，支架再選擇一種合適的跟蹤系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提升組件背面的發(fā)電量。從第三批“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目的技術(shù)方案來看，大多數(shù)項(xiàng)目選擇了單軸跟蹤支架系統(tǒng)。

2 “雙面雙玻光伏組件+單軸跟蹤支架系統(tǒng)”技術(shù)方案的數(shù)據(jù)分析

通過實(shí)際光伏發(fā)電項(xiàng)目對(duì)“雙面雙玻光伏+單軸跟蹤支架系統(tǒng)”技術(shù)方案(下文簡稱為“‘雙面雙玻+單軸跟蹤’方案)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。筆者于2017年7月12日對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市杭錦旗獨(dú)貴塔拉鎮(zhèn)的億利200 MWp庫布其沙漠生態(tài)太陽能治沙發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行了考察。該項(xiàng)目中有336 kWp采用了“雙面雙玻+單軸跟蹤”的形式，筆者選擇此試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

由于此“雙面雙玻+單軸跟蹤”集成方案示范區(qū)在筆者去考察前的6月份剛剛并網(wǎng)，因此現(xiàn)場只收集了2017年6月24日～7月11日的發(fā)電量數(shù)據(jù)。將本方案的數(shù)據(jù)與同項(xiàng)目中采用“常規(guī)多晶硅光伏組件+固定傾角支架系統(tǒng)”技術(shù)方案(下文簡稱為“‘常規(guī)多晶硅+固定傾角’方案”)的部分進(jìn)行對(duì)比，具體情況如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著太陽輻照度的變化，2種技術(shù)方案的發(fā)電量變化率也不相同。太陽輻照度越低，2種技術(shù)方案的發(fā)電量差距越??；隨著太陽輻照度的增強(qiáng)，2種技術(shù)方案的發(fā)電量差距也在增大。其中，“雙面雙玻+單軸跟蹤”方案的優(yōu)勢(shì)明顯。

圖1 2種技術(shù)方案的發(fā)電量數(shù)據(jù)對(duì)比

為了方便分析太陽輻照度的變化與“雙面雙玻+單軸跟蹤”方案增加的發(fā)電量的相關(guān)性，計(jì)算出同一天內(nèi)“雙面雙玻+單軸跟蹤”方案的發(fā)電量與“常規(guī)多晶+固定傾角”方案的發(fā)電量的電量差，然后用該差值與太陽輻照度做出散點(diǎn)圖，以分析二者的相關(guān)性，具體如圖2所示。由圖2可知，二者之間的相關(guān)性基本可以證明之前提出的“采用單軸跟蹤系統(tǒng)可以進(jìn)一步提升雙面組件的發(fā)電量”這一觀點(diǎn)。

圖2 2種技術(shù)方案的電量差與太陽輻照度的相關(guān)性

從現(xiàn)場運(yùn)維人員處了解到，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中，“雙面雙玻+單軸跟蹤”方案的發(fā)電數(shù)據(jù)為逆變器側(cè)讀數(shù)，“常規(guī)多晶+固定傾角”方案為關(guān)口表讀數(shù)?？紤]到由逆變器到箱變、箱變到關(guān)口表的損耗，按常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)的線損計(jì)算，取值為3%。

2種技術(shù)方案發(fā)電量提升比例的計(jì)算式為：

計(jì)算后可得出，發(fā)電量的提升區(qū)間為16.16%～23.9%。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

在第三批光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目中，選擇內(nèi)蒙古自治區(qū)達(dá)拉特旗庫布其沙漠經(jīng)濟(jì)先導(dǎo)區(qū)光伏發(fā)電應(yīng)用“領(lǐng)跑者”基地規(guī)劃為例進(jìn)行分析。該項(xiàng)目基地的投標(biāo)報(bào)價(jià)均價(jià)為0.393元/kWh，其中，特變電工新疆新能源股份有限公司(以下簡稱“特變電工”)的報(bào)價(jià)為0.32元/kWh。從報(bào)價(jià)結(jié)果來看，該基地基本具備平價(jià)上網(wǎng)的可能。

根據(jù)林洋新能源研究院[2]公布的數(shù)據(jù)顯示，截至目前，若采用“雙面雙玻+單軸跟蹤”方案，基礎(chǔ)管樁數(shù)+跟蹤支架的綜合造價(jià)為1.35元/Wp，雙面雙玻光伏組件的造價(jià)為3.2元/Wp。相同容量下，比采用傳統(tǒng)光伏組件時(shí)的建設(shè)成本增加了0.7元/Wp，再結(jié)合發(fā)電量16.16%～23.9%的提升區(qū)間，可推導(dǎo)出“雙面雙玻+單軸跟蹤”方案的度電成本(LCOE)下降空間在0.03～0.09元/kWh之間。

根據(jù)以上分析，當(dāng)時(shí)該項(xiàng)目還不足以支撐特變電工報(bào)出的0.32元/kWh的低價(jià)。支撐該公司報(bào)出低價(jià)的最大可能原因是由未來技術(shù)發(fā)展而引起的成本大幅降低。

4 存在的問題

雖然，第三批光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目普遍采用了“雙面雙玻+單軸跟蹤”方案，但其還存在一定的限制條件，具體包括：

1)背面發(fā)電量的增益與地面反射介質(zhì)有關(guān)。采用該運(yùn)行模式時(shí)必須對(duì)項(xiàng)目所在地的情況十分了解，才能將背面增益估計(jì)準(zhǔn)確。

2)單軸跟蹤支架系統(tǒng)安裝受地形限制。根據(jù)廠家技術(shù)給出的條件，單軸跟蹤支架系統(tǒng)不能在坡度大于15°的場所運(yùn)行，必須是在平緩區(qū)域運(yùn)行。而目前運(yùn)用在山地項(xiàng)目中的單軸跟蹤支架系統(tǒng)，還沒有成熟可用的技術(shù)。

3)光伏行業(yè)自身正在通過技術(shù)的創(chuàng)新不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面，行業(yè)在不斷提升光伏電站的發(fā)電量；另一方面，行業(yè)在不斷控制電站成本。通過對(duì)度電成本計(jì)算式的分子、分母不斷雙向優(yōu)化，從而達(dá)到度電成本接近平價(jià)，為2020年光伏“去補(bǔ)貼”做好技術(shù)準(zhǔn)備。

5 總結(jié)

第三批光伏發(fā)電“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目普遍采用了“雙面雙玻光伏組件+單軸跟蹤”技術(shù)方案，本文對(duì)該技術(shù)方案進(jìn)行了技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性研究，并通過實(shí)際項(xiàng)目對(duì)技術(shù)方案的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，其可使未來光伏發(fā)電系統(tǒng)平價(jià)上網(wǎng)成為可能。