论大型集中式光伏电站光伏组件的选型

论大型集中式光伏电站光伏组件的选型

李德奎

中核汇能有限公司 北京 100160

摘要:光伏组件是光伏发电的核心设备，很大程度上光伏发电站的性能和质量取决于组件质量。其选型是建设光伏电站的重要环节，也是建设单位和设计人员在技术经济方面分析的重点。以广东某地300MWp光伏电站为例，通过对不同类型光伏组件的性能、成本等进行分析，提出大型集中式光伏电站组件选型的方法，为后续集中式光伏电站组件的选型提供指导和参考。

关键词：光伏组件、选型、晶体硅、单晶硅

1. 光伏组件的现状

中国光伏行业历经数十年政策摸索，补贴刺激，已逐步进入全面平价时代，几十年间中国光伏产业实现了飞速发展，当前我国光伏组件不但实现了进口替代，而且在海外光伏应用市场快速增长拉动下我国光伏组件出口规模已连续几年大幅增长，并在国际市场上具有领先的竞争力。

 “十四五”期间是光伏产业的重要战略机遇期，光伏发电在我国能源结构中的占比将大幅提升，也将推动光伏组件技术进步，进而推动成本持续下降，大力发展光伏发电为碳达峰和碳中和提供充足动力。

光伏组件是光伏发电的核心设备，在新能源发电全面平价时代，大型地面光伏系统的组件成本一般约在总造价的42%-45%之间、个别电站会达到50%，光伏组件的选型不论是对电站建设工程造价还是电站建成后的发电量、收益都有重要影响，光伏组件的选择显得尤为重要。

2. 光伏组件选型原则

光伏发电站组件选型应按照环境适配、经济合理等原则进行，需综合考虑电站建设地区气候环境、电站应用场景、组件运输安装等因数。

3. 组件性能分析

目前市场上主流光伏组件为晶体硅和薄膜组件，晶体硅组件又分为单晶硅和多晶硅组件。

3.1 单晶硅和多晶硅组件区别

1）外观形态区别：单晶硅电池片呈正方形、倒圆角形，深蓝色；多晶硅电池片呈正方形，天蓝色。

2）转化率区别：单晶硅转化率16-18%、实验室最高可达到25%，光电转化效率高，可靠性高，发电量稍高；多晶硅转化率14-16%、实验室最高可达到20.4%，光电转化效率稍低。

3）单、多晶硅电池片产业链对比

从硅料到硅棒、硅片、电池、组件再到系统，单晶和多晶的差别主要在于原材料的制备方面，单晶硅是直拉提升法，多晶硅是铸锭方法，后端制造只有一些细微差别。

4）晶体品质差异：单晶是一种完整的晶格排列，在同样的切片工艺条件下表面缺陷少于多晶，在电池制造环节，单晶的碎片率也是小于1%，可以稳定应用金刚线切割工艺，显著降低切片成本，并提高电池转换效率。对多晶而言，多个微小的单晶组合，有缺陷，杂质多，因此降低了多晶电池的转换效率，晶体结构的缺陷导致在电池环节的碎片率一般大于2%，并且硅片切割工艺改进难度大，只能用传统的沙线来切，成本上没有多大的下降空间。

5）电学性能差异：各种因素综合作用使得单晶硅光伏组件少子寿命比多晶硅高出数十倍，从而表现出转换效率优势。

6）机械性能差异：多晶硅片的最大弯曲位移比单晶硅片低1/4，因此在生产和运输过程中更容易碎裂。组件在运输安装过程中可能产生电池片破碎、隐裂等问题，相对多晶而言单晶在运输中的抗破坏性能比较好。另外在电站长期的高低温交替过程中，多晶组件更容易发生隐裂，会导致组件的输出功率降低。

7）制程差异：在整改制造过程的工艺不同，单晶比多晶更环保、成本更低。

8）温度系数对比：单晶材料没有晶界，材料纯度高、内阻小，温度升幅较小，多晶电池的光电转换效率较低，他将更多的光能转换为热能而非电能，也导致多晶的温度升高更明显。在最高光强下，单晶工作温度比多晶低5~6℃左右，部分地区的多晶工作温度可以比单晶高10℃以上，因而多晶的功率损失较大，单晶的功率损失较小。从温度系数本身来看，单晶温度系数是略低于多晶的，因此同样升高1℃的情况下单晶功率损失也少于多晶。

3.2 薄膜组件

薄膜组件薄膜类太阳组件由沉积在玻璃、不锈钢、塑料、陶瓷衬底或薄膜上的几微米或几十微米厚的半导体膜构成。目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜组件主要有 3 种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）。其主要特点为：a）材料用量少， 制造工艺简单，可连续大面积自动化批量生产，制造成本低；b）制造过程消耗电力少，能量偿还时间短；c）基板种类可选择；d）温度系数较低；e）可与建材整合性运用（BIPV）。

薄膜组件存在效率相对较低、占地面积较大、稳定性不佳等缺点，随着技术和市场的发展，由于制造工艺相对简单、成本低、不需要高温过程、温度系数低等优点，薄膜组件也占据了一定的市场份额。晶硅类组件由于产量充足、制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，被广泛应用于大型并网光伏电站项目。

3.3组件规格参数确定

光伏组件的功率规格较多，从 275Wp 到 540Wp 国内均有生产厂商生产，且产品应用也较为广泛。本工程装机容量大，组件数量多，占地面积广，因此在装机容量相同的情况下，优先选用单位面积功率大的光伏组件（即转化率高的组件），以减少占地面积，降低组件安装量；组件数量少意味着组件间连接点少，施工进度快；且故障几率减少， 接触电阻小，线缆用量少，系统整体损耗相应降低。

综合考虑组件效率、技术成熟性、市场占有率，以及项目建设工期、厂家供货能力等多种因素。主要技术要求：

1. 光伏组件转化效率

国家能源局《关于征求发挥市场作用促进光伏技术进步和产业升级意见的函》（国发〔2015〕51 号）要求自 2015 年起享受国家补贴的光伏发电项目采用光伏组件产品应满足《光伏制造行业规范条件》规定，多晶硅电池组件和单晶硅电池组件的光电转换效率分别不低于14.5%和 15.5%。

2. 光伏组件衰减率

要求根据《关于促进先进光伏技术产品应用和产业升级的意见》国能新能[2015]194 号及《光伏制造行业规范条件》的规定要求：多晶硅、单晶硅和薄膜光伏组件自项目投产运行之日起，多晶硅电池组件和单晶硅电池组件衰减率在 2 年内分别不高于 3.2%和 4.2%，25 年内不高于 20%；薄膜电池组件衰减率在 2 年内不高于 5%，25 年内不高于 20%。

3. 光伏组件产品认证

光伏组件生产企业应通过 ISO9001 质量管理体系认证，组件使用寿命不低于25 年，质保期不少于 10 年；光伏设备制造企业应建立完善的质量管理体系，配备质量检验机构和专职检验人员，且电池及电池组件生产企业应配备 AAA 级太阳模拟器、高低温环境试验箱等关键检测设备。同时光伏产品质量应符合国家相关标准，通过国家批准相关认证机构的认证，国内目前主要为 CQC 认证和 CGC 认证，国际认证如 CE 认证、TÜV 认证、UL 认证、CEC 认证等。

3.4 组件的封装形式选择

目前市面上主流结构的双玻双面组件，具有生命周期较长、低衰减率、耐候性、防火等级高、散热性好、绝缘好、防沙、耐磨损、易清洗、更高的发电效率等优势。根据《光伏发电站晶体硅光伏组件选型技术规范》T/CEC 1111-2020本项目优先选用双玻双面组件。

在以往的工程实际应用中，无论单晶硅还是多晶硅组件均有选用，通过两种晶体硅光伏组件的电性能、机械性能等重要指标的分析比较， 可见多晶硅组件转换效率较低，发电效率不高，在大型电站中经济效益不高。经对市场上所占份额最大的晶硅和薄膜光伏组件的综合比较后，考虑到晶硅光伏组件成熟度较高，效率稳定，国内外均有较大规模应用的实例，市场占有率最大，价格相对最低且产能较大。因此结合各种光伏组件的优缺点，综合考虑各种因素，本工程优先选用单晶硅大功率光伏组件。

4. 光伏组件选型的经济性分析

考虑到对光伏组件的经济性要求，结合现如今市场上提供的光伏组件，目前技术成熟、市场占有率大的大容量单晶光伏组件容量为 440Wp 和540Wp，在装机容量相同的情况下其经济性对比如下表所示：

通过上表中各项数据的比较可知：

1）采用440Wp光伏组件比540Wp组件在数量上将多用138880块，相应支架将多用2480组。若用540 Wp的组件和支架，则能减少施工用地和支架用钢量，减少安装工程量，降低工程总体造价，同时能加快工程建设进度、确保如期并网发电。

2）采用440Wp光伏组件比540Wp组件多用1480亩建设用地，若土地租赁费用按500元/亩计算、光伏电站按25年寿命期计算，则采用540Wp光伏组件可节约500×1480×25=1850万元的土地租赁费用。

3）采用440Wp光伏组件比540Wp组件投资总额多1246万元，年发电量减少66.14万kW.h，资金内部收益率低0.1%。

通过上述经济性分析可知此光伏电站的建设使用 540Wp 的单晶光伏组件综合经济效益更高。

5. 结语：

“十四五”规划对光伏产业的发展寄予了厚望，组件技术先进，产能规模大，成本节约、实际应用价值大的产品的组件将最受青睐。工程总造价受市场材料价格影响较大，但在现阶段现有的成熟技术条件下，基于光伏电站发电量和投资总体经济性、建设用地进一步收紧的情况下，综合考虑应先本着满足使用地点的要求，选择功率大、转换效率高的双面双玻单晶硅组件，以满足本工程项目的最大经济效益。同时也为其他大型集中式光伏电站建设组件的选型提供了参考和指导。

参考文献：

1. GB 50797-2012 光伏发电站设计规范；

2. NB/T 10128-2019 光伏发电工程电气设计规范；

3. T/CEC 1111-2020 光伏发电站晶体硅光伏组件选型技术规范。