第三批光伏发电“领跑者”项目的技术分析

2019-11-27特变电工新疆新能源股份有限公司王忆麟

太阳能 2019年11期

特变电工新疆新能源股份有限公司 ■ 王忆麟

0 引言

根据2015年1月8日国家发展和改革委等7部门联合发布的《能效“领跑者”制度实施方案》，“能效领跑者”是指在同类可比范围内，能源利用效率最高的产品、企业或单位。光伏发电“领跑者”计划是在此基础上发展而来，该计划是国家能源局自2015年起实施的专项光伏计划，每年都筛选一批具有技术先进性的光伏基地。在“领跑者”计划中，项目所采用的技术和使用的光伏组件都是在行业中技术绝对领先的技术和产品。

2017年发布的《国家能源局关于推进光伏发电“领跑者”计划实施和2017年领跑基地建设有关要求的通知》(国能发新能[2017]54号)(下文简称“通知”)，对推进光伏发电“领跑者”计划提出了具体要求，指出“光伏发电‘领跑者’计划和基地建设以促进光伏发电技术进步、产业升级、市场应用和成本下降为目的，通过市场支持和试验示范，以点带面，加速技术成果向市场应用转化，以及落后技术、产能淘汰，实现2020年光伏发电用电侧平价上网的目标”[1]。

本文对第三批光伏发电“领跑者”项目采用的技术方案进行了技术性和经济性的研究，并通过实际项目对采用该技术方案的数据进行了分析。

1 光伏发电系统的设计

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。

1.1 组件选择

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。

1.2 支架方式

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。

表1 各种支架方式的比较

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。

2 “双面双玻光伏组件+单轴跟踪支架系统”技术方案的数据分析

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；随着太阳辐照度的增强，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。

图1 2种技术方案的发电量数据对比

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。

图2 2种技术方案的电量差与太阳辐照度的相关性

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，取值为3%。

2种技术方案发电量提升比例的计算式为：

计算后可得出，发电量的提升区间为16.16%～23.9%。

3 经济性分析

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由未来技术发展而引起的成本大幅降低。