（华电电力科学研究院 浙江杭州 310030）
摘要：光伏电池组件作为光伏并网发电项目的最核心部分，其正确选型对光伏电站的投资收益具有非常重大的影响。目前国内大型光伏并网发电项目采用的主流组件类型有单晶硅和多晶硅电池组件。现从组件发电量和建设成本的角度，综合考虑影响投资成本及收益的所有因素，结合湖北地区工程实际情况，针对两种主流光伏组件分别建立选型模型，来有效分析单晶硅太阳能电池组件和多晶硅太阳能电池组件的度电建设成本，为湖北地区大型光伏并网发电项目组件选型提供参考。
关键词：单晶硅组件；多晶硅组件；发电量；建设成本；每度电建设成本；选型模型
目前全球的光伏电站主流采用晶硅电池，占市场份额近90%。在晶硅电池领域，又有多晶硅电池和单晶硅电池的区别。近年内对单晶硅和多晶硅的选择问题成为一个非常具有争议性的话题。
光伏电池组件作为光伏发电系统中的核心部分，光伏组件的正确选型对电站的发电量及稳定性就显得越来越重要。前几年国内投资光伏电站追求初期投资最低，经过几年的电站建设以及电站投资人对电站核心价值认识的理性化趋向，目前业内人均认可的一个共识就是：投资成本和发电效率都是影响整个项目的重要因素，为了进一步降低光伏发电的度电成本，必须在降低组件等设备成本的同时，同步提升电池的转换效率及衰减的稳定性，两者不可偏废。
为了使湖北光伏并网发电项目的效益最大化，现考虑影响投资成本和收益的所有因素，结合工程实际情况，建立选型模型，对湖北光伏并网发电项目建设起到一定指导意义。
1.建立度电模型的意义
相较于多晶硅组件，单晶硅组件效率较高，但每瓦造价也略高。单晶硅电池组件效率较高的特性，使其可以在在面积有限并且土地成本较高的情况下可以实现更高的发电量。从另一个角度，在土地成本较低的区域，出于每瓦造价，多晶硅组件将会更具优势。
然而事实上，以上只是一个较为模糊的结论。同时，多晶硅电池组件与单晶硅电池组件的衰减率不同，也对最终20年发电量造成一定的影响，从而影响组件的选择。因此，如何建立一个数学模型，定量地为组件选择提供依据，具有非常大的意义。
2.度电模型的建立
2.1 度电模型建立原则
本报告以1MW方阵为基本模型，分析其采用目前主流的315Wp多晶硅组件和330Wp单晶硅组件的组件布置、工程量以及建设成本。通过分析单个方阵的情况，扩展到整个项目的总体投资分析，从而建立完整的分析模型。
2.2 1MW方阵建立
考虑到湖北区域光伏并网发电项目多为山地光伏项目，本度电模型采用更加灵活的组串型逆变器，逆变器容量选用50kW级。18块315Wp多晶硅或330Wp单晶硅组件为一串，8串进一台50kW逆变器。每4台逆变器经过4汇1汇流箱汇流后，接入1MVA 35kV双绕组升压变压器。由于组件功率不同，无法布置成完全一样容量的方阵，因此尽量以总容量相近作为布置原则。
2.2.1 多晶硅1MW方阵
多晶硅组件选用315Wp组件，18块成一串，一串容量为5670W，考虑湖北地区容配比，1MW共布置188串，容量为1.06596MW。湖北地区按最佳倾角23°计算，平地光伏电站间距D计算结果为6米，1MW方阵布置如下：
图1 315Wp多晶硅组件1MW方阵布置图
2.2.2 单晶硅1MW方阵
单晶硅组件选用330Wp组件，18块成一串，一串容量为5940W。考虑湖北地区容配比，1MW共布置180串，容量为1.0692MW。
湖北地区按最佳倾角23°计算，平地光伏电站间距D计算结果为6米，1MW方阵布置如下：
图2 330Wp单晶硅组件1MW方阵布置图
2.3 发电量分析
2.3.1首年理论发电量计算
根据所选工程代表年最佳倾斜面上各月平均太阳总辐射量可得出本工程月及年峰值日照小时数。将太阳电池组件所在平面上某段时间中能接收到的太阳辐射量转换为1000W/m2条件下的等效小时数称峰值日照小时数。
若太阳电池组件在1h中接收到的太阳辐射量为1MJ/m2，由以上峰值日照小时定义，可得：
故若太阳电池组件在1h中接收到的太阳辐射量为1MJ/m2，则其在1000W/m2条件下的等效小时数为1/3.6h。由于太阳电池组件的峰值功率均在1000W/m2条件下标定，因此采用峰值日照小时数乘以光伏电站的装机容量即为光伏电站的最大理论发电量。
2.3.2 20年理论发电量
考虑到各大厂家承诺衰减率不同，需建立一个跟衰减率相关的发电量计算模型。考虑运营期20年，设多晶组件第一年衰减b%，接下来每年衰减a%，理论首年发电量为An，则第一年发电量为（1-b%）An，第二年发电量为（1-b%-a%）An，以此类推，可得出20年理论发电量的计算方法：
N=（1-b%）An+（1-b%-a%）An+（1-b%-2×a%）An……+(1-b%-19×a%)An
其中N为20年总发电量（单位：万kWh）。
简化公式，可得多晶硅20年理论发电量计算公式：
N=(20-20×b%-190×a%)An
2.4 建设成本分析
2.4.1 315Wp多晶硅组件1MW方阵建设成本分析
综合考虑设备成本及安装成本，借鉴近期湖北地区光伏项目可行性研究概算，以315Wp多晶硅组件每瓦造价M1（单位：元/W）为未知量，对315MWp多晶硅组件1MW方阵进行建设成本分析：
2.4.2 330Wp单晶硅组件1MW方阵概算分析
综合考虑设备成本及安装成本，借鉴近期湖北地区光伏项目可行性研究概算，以330Wp单晶硅组件每瓦造价M2（单位元/W）为未知量，对330Wp单晶硅组件1MW方阵进行概算分析：
2.5 建立选型模型
2.5.1 选型模型公式
对于一个新建光伏并网发电项目，建设成本及发电量收益对整个工程决策具有决定性影响。本文根据建设期1MW光伏方阵成本以及该方阵发电量，建立多晶硅与单晶硅度电建设费用模型：
C=S/N
其中:
C:度电成本(元/kwh);N:总发电量(万kwh);S:建设成本(万元）。
其中发电量及建设成本为1MW方阵的值。
2.5.2 315Wp多晶硅组件度电费用模型
以315Wp多晶硅组件每瓦造价M1、首年衰减率b1%、次年衰减率a1%为未知量，建立建设成本S1的计算公式。
S1=106.596M1+258.59
N1=(20-20×b1%-190×a1%)An1
代入公式可得315Wp多晶硅组件的度电建设成本模型（单位：元/kw.h））
C1=[106.596M1+258.59] /[(20-20×b1%-190×a1%)×An1]
2.5.3 330Wp单晶硅组件度电模型
以330Wp单晶硅组件每瓦造价M2为未知量，首年衰减率b2%、次年衰减率a2%，为未知量建立建设成本S的计算公式。
S=106.92M2+249.28
N= (20-20×b2%-190×a2%)×An2
代入公式可得330Wp单晶硅组件的度电模型（单位：元/kw.h））
C2=(106.92M2+249.28)/[(20-20×b2%-190×a2%)×An2]
其中An与光伏容量成正比，可以得出An2=106.92/106.596An1,从而进一步推导出公式
C2=（106.596M2+248.52）/[(20-20×b2%-190×a2%)×An1]
3.选型模型分析
根据上文中对比模型，代入光伏组件实际单价M（元/W）、首年衰减率b%、次年衰减率a%,即可直观得比较单晶硅组件与多晶硅组件的度电建设成本，从而对组件选型提出指导性作用。
由以上条件可以推导得出
当C1-C2＞0的时候，采用单晶硅组件将具有更高的经济性；
当C1-C2＜0的时候，采用多晶硅组件将具有更高的经济性。
4.结论
本文以湖北地区实际工程项目数据为背景，阐述了湖北地区光伏并网发电项目中的组件选型方法。为简化比较，本文仅考虑建设成本与发电量，并以光伏组件每瓦造价、衰减率等影响建设成本和发电量的参数作为变量，建立了一个度电建设成本公式，从而可以比较直观得对比出单晶硅电池组件和多晶硅电池组件在湖北光伏并网发电项目中的经济性，从而对湖北地区光伏组件选型决策起到一个指导性作用。
参考文献
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论文作者:林骞
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/9
标签：组件论文; 单晶硅论文; 光伏论文; 成本论文; 方阵论文; 发电量论文; 湖北论文; 《电力设备》2016年第19期论文;