组件衰减的“逻辑”—从新泰光伏领跑者基地运行月报说开去 - 光伏們
组件衰减的“逻辑”—从新泰光伏领跑者基地运行月报说开去
责任编辑:dingshuang 作者:中来股份 2018/12/24 14:37:25 浏览:1043 技术

北极星太阳能光伏网以水规院的署名发表了《系统效率偏低,部分企业组件衰减偏高,新泰光伏领跑者基地运行月报发布》的文章,文章主题内容是一份由新泰市光伏发电示范基地指挥办公室发的运行报告,报告内容涉及了基地建设信息,基地的项目发电的运行情况,基地电站的运行指标,系统效率等情况。作为一名忠实的技术fan,很感谢基地指挥办公室的辛勤工作,也很感谢水规院的细致扎实的工作。如大同项目数据的公布一样,数据的公布引起很多的关注。作为组件应用技术的末端,本不是信息公布的相关方,但也再文章发布短时间内,连续收到了多家来着业主的与组件衰减相关的电话,或间接或直接。


组件衰减,不是一个新话题。在早期的单,多晶之争中,也是一个决定性的因素。2008年年底,2009年年初,市场面临了单、多晶的选择,衰减高也是单晶在竞争中败北的重要原因之一。十年过去了,光伏在政策的扶持下,逐渐在强生健体,准备迎接光伏平价时代的到来。作为光伏项目投资评价及后评价的重要的指标之一,组件衰减又以公开的形式摆在投资者面前,而且是以国家领跑者监控数据公布的方式。


一、 组件衰减的构成因素。


大家都知道组件的构成,由电池片、互联导线、密封材料、前后盖板玻璃(或背板)构成,辅助以二极管,用以防止热斑效应。其中电池片是组件的核心部件。光从外部照射到电池片,首先要经过前盖板玻璃,密封材料(EVA或POE),才到达电池片的表面。电池片通过吸收光,转换成电流,通过电池片的栅线汇集,传到到互联条,通过汇流条汇集传输到组件的正负极。整个过程中,从光的传输到电能的传递,都是导致组件衰减的构成条件。


1、光学传输变化


例如前盖板玻璃如果是镀膜玻璃,由于镀膜玻璃有增透作用,如果前盖板玻璃薄膜层被破环,则光伏组件的光路发生了变化,组件的功率会下降。如果封装材料(EVA或者POE)材料老化,封装后的材料在长期的紫外光作用下,发生黄变,透光性下降,也会导致组件的功率下降。当然,组件中玻璃,封装材料以及电池片的折射率及其中涉及的薄膜的厚度的变化也会导致光路的变化,造成组件的功率下降。


2、电学传输变化


电学传输路径的变化会导致组件的电阻升高,电阻升高,发热增加,最佳输出点的电能输出减少,导致组件衰减。比较典型的就是涡流纹。小时候,父母告诉我们“近朱者赤,近墨者黑。”,实际上是在说扩散理论。物质之间,分子的扩撒是永恒存在的,只是快慢不一而已。水蒸气存在在大气中,随着时间的推移,会透过玻璃或者背板倾入到EVA或者POE,如果是EVA的话,水蒸气会和EVA反应,产生酸,酸的存在又会和互联条及电池的栅线发生作用,导致组件的电阻增高,造成组件功率下降。


3、电池电子结构发生改变。


组件封装材料中,限于成本原因,一般采用钠钙硅组分的玻璃。玻璃中不可避免的存在钠离子,钾离子以及铁离子等。在常规条件下,这些离子不会发生定向迁移。但当组件串联连接以后,光伏串就会形成较大的电压,如1000V的组串系统,就会在正负极之间形成电压差。电压差的存在,对地是个悬浮电压。当光伏系统接地的时候,尤其是组件边框接地时,在电池芯片和组件边框上,会形成定向的电场。定向电场的存在,会导致离子的定向迁移。其中金属离子的定向迁移,如Na离子,会迁移至电池片的表面,引起电池片钝化效果发生变化,部分的影响可通过加反向电场进行修复。更严重一些的是Fe离子等深能级杂质侵入电池片,导致电子复合严重程度增加,导致不可修复的组件效率下降。


光致衰减也是一个重要的因素。目前主流的看法是B-O对的存在会导致光伏组件的衰减。


4、控制组件衰减几种方法。


组件衰减的控制可从以下几个方面来进行控制。A)严格控制组件制造的BOM材料。组件的质量控制,除了工艺控制外,材料控制也是很重要的环节。由于组件价格的下降,组件厂家为了降低成本,在材料上会倾向于用价格低廉的材料。低廉的价格往往在材料的黄变、电阻率、质量均匀性等方面会造成问题。因此,应该严格控制材料的质量。B)电池片本身。电池片衰减的主要因素还是光致衰减。如果电池片衰减小,则组件封装后组件的衰减将变小。目前能控制电池片衰减的方法有三种方式,一种是采用掺镓的电池片,一种就是采用n型掺杂的电池片,最后一种是采用光照或激光退火的方式来减少光衰,但长期可靠性还有待验证。前两种是本质上减少B-O复合体的存在,是较为可靠的方法。C)阻隔离子的扩散通道。离子的扩散通道形成要素上下功夫,可获得意想不到的效果。例如采用POE材料,增加阻水性、增大电阻率,采用低铁的玻璃(或则改用其它不含金属离子的替代性材料)消除有害离子,还例如改善电池钝化的钝化手段。D) 采用电位钳制的方式降低对地电压或者对组件加反向电压。


二、 组件衰减对发电量的影响。


从新泰领跑者项目来看,组件的衰减最高达到4%,最低为1%,这个数据表面上看起来,是不大的。目前我们国家规定的标准单晶是3%,每年0.7%。但是不同的而厂家,所提供的衰减的质量标准是不同的。表一是2017年领跑者项目衰减基本标准。(这个指标从金太阳项目其就没有变动过)

 

表一.png


表二是不同的组件厂家质保书里提供的组件衰减标准。


表二.png

我们以固定支架光伏系统,电价0.38元/度,建设成本4元/瓦为例,地点选着吉林白城,系统效率81%,等效有效辐照小时数1519小时,融资成本4.9%,土地成本200元/亩,运维成本0.085元/瓦,设备残值5%,不限电。分别推演 case1首年衰减4%,每年0.7%;case2 首年3%,每年0.7%;case3 首年衰减2.5%,每年0.5%;case 4首年衰减1%,每年衰减0.4%的发电量及投资收益率情况。由于case4一般情况下是N型双面双玻产品,分别计量单面和背面增发后的发电量及增发效果。假设组件价格相对比与单晶单面,价格高0.3元/瓦,则采用系统造价4.3元/瓦,背面在一般地面增发效果为10%。

 

标三.png

 

如表三所示,以国家标准为基准,首年4%,每年衰减0.7%,在不同衰减情况下,如果衰减过高,则25年总体发电量降低1.13%,如果衰减降低到1%,每年0.4%,则25年总体发电量增加6.32%。如果加上N型双面背面增发10%,则总体发电量可增加16.95%。

四、 组件衰减对投资收益率及度电成本的影响。


表四给出了不同衰减情况下投资成本不变,全投资收益率、资本金收益率、度电成本的变化情况。衰减最高与衰减最低情况下全投资收益率相差0.8%,资本金收益率相差1.7%,度电成本相差接近1.8分钱/度。如果考虑双玻双面的背面增发效果(一般以增发10%做基础),则全投资收益率最大可相差1.3%,资本经收益率相差3%左右,度电成本可相差3分/度左右。


表四.png

 

五、 组件衰减也是市场的理性选择条件之一。


组件的衰减是组件选型的重要指标之一。因此,组件在招标及选型的过程中,一定要对不同类型的组件根据参数特性来区分选购和招标。随着光伏发电逐渐变成电网的能源构成之一,度电成本组件为发电企业所接收。低的成本,会带来更大的竞争性和降低风险。因此,市场在选择组件时,应综合考虑衰减的因素,以便于正确的做财务决策,降低发电企业的竞争性电价风险,提高发电企业的竞争能力。

 

后记:


如果说研发工作讲究创新的话,工厂制造和系统集成的技术的提升和提高,往往源自于工作的闭环和往复(PDCA)。工厂制造和系统集成更倾向于应用技术。应用技术不讲究原创性,但讲求务实性。繁盛的商业环境,会促进商业的发展,货物的交换和往来。诚信的商业环境是商业文明的基石。技术作为商业文明的奠基石之一,做到闭环管理和控制,是行业政策制定和决策者们的重要的指挥棒。光伏基地运行信息的公布,将结果公开与透明化,有利于行业的技术的发展,引导光伏的建设者们从技术的盲从向理性合理方向转变。

 

本文由光伏們进行编辑整理,转载请注明出处、作者和本文链接。
了解更多光伏相关欢迎关注光伏們微信号:PV_MEN如果您有光伏趣闻或光伏相关的稿件可以投稿给我们:edit@pvmen.com
文章评论(0)
登录后发表评论
最新评论
合作伙伴partner

微信二维码