（浙江浙能长兴新能源有限公司 浙江省长兴市 313100）
摘要：光伏组件是光伏电站的主要设计，其选择应综合考虑目前已商业化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，并结合电站区域的气象条件、地理环境、施工条件、交通运输等实际因素，经技术经济综合比较选用适合使用的光伏组件类型。
关键词：光伏组件；对比；选择
1 光伏电站简介
浙能长兴地面光伏电站位于浙江省湖州市长兴县泗安镇南湖监狱所属地块，租赁土地面积约2500亩，采用“农光互补”模式开发建设，不改变农业用地性质，装机容量为84.3MWp，年均上网电量约7662万千瓦时，设计寿命25年。
电站采用“分散逆变，就地升压，集中并网”的方案，将整个光伏发电系统分为46个光伏发电单元，分布于#71、#72两大地块，通过一条35kV架空线路连接。
电站采用正泰单晶硅光伏组件CHSM6612M-335，峰值功率335W，每20块光伏组件串联后架设在三根PC管桩上，成为光伏组串，每8串光伏组串接入一台逆变器。电站采用华为50kW组串式逆变器SUN2000-50KTL-C1，输出500V交流电，全站共计1636台。每两台逆变器接入一台汇流箱，每18~20台汇流箱接入箱变低压侧，就地升压至35kV，即一个光伏发电单元。将6或7台箱变高压侧并联为一个联合单元，通过一条集电线路，接入升压站35kV一次舱进行汇流。电站#71地块共三条集电线路，直接接入升压站一次舱，分别为#4机、#3机、#2机。#72地块共四条集电线路，首先接入#72地块一次舱进行汇流，再通过35kV架空线路接入升压站一次舱，为#1机。四台机组均为浙江省调直接调度，最终通过#1主变从35kV升压至110kV后接入电网。
2 光伏电池类型
受目前国内外光伏电池市场的产业现状和技术发展情况影响，市场上光伏电池基本为晶硅类电池、薄膜类电池和高倍聚光组件。
（1）晶体硅太阳电池
晶体硅电池是发展最早，工艺技术也最为成熟的太阳电池，也是大规模生产的硅基太阳电池中，效率最高的电池，长期占领最大的市场份额。规模化生产的商用多晶硅电池组件的转换效率目前在15.5%~16.5%，单晶硅电池组件的转换效率目前在16.8%~18.1%。
（2）薄膜类太阳电池
薄膜类太阳电池由沉积在玻璃、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。在薄膜类电池中，非晶硅薄膜电池所占市场份额最大。
3 晶体硅电池性能对比
晶体硅光伏电池可分为单晶硅电池和多晶硅电池。单晶和多晶的差别主要在于原材料的制备方面，单晶是直拉提升法，多晶是铸锭方法。
多晶硅光伏电池借助成本优势，已发展成为国内外光伏应用的主流。在国内市场上，多晶硅光伏电池的市场份额达到80%左右。受中国光伏市场快速启动的影响，在中国市场占比较小的单晶硅拉低了全球市场的比例，在国际市场上，单晶硅电池的全球市场份额在30%到40%之间。
单晶硅电池和多晶硅电池在晶体品质、电学性能、机械性能等方面有较大差异。
(1) 晶体品质对比
硅片性质的差异性是决定单晶和多晶系统性能差异的关键。单晶硅片是一种完整的晶格排列；多晶硅片是多个微小的单晶的组合，中间有大量的晶界，包含了很多的缺陷，实际上是一个少子复合中心，因此降低了多晶电池的转换效率。另一方面，单晶硅片的位错密度和金属杂质比多晶硅片小得多，各种因素综合作用使得单晶的少子寿命比多晶高出数十倍，从而表现出转换效率优势。
(2) 电学性能对比
电学性能差异表现在转换效率的差异，P型单晶硅电池(PERL)的实验室转换效率最高已达25%，而多晶硅电池实验室转换效率仅为20%左右。单晶硅光伏组件的商用效率较多晶硅光伏组件高1%左右。
由于多晶硅片存在较高的晶界和位错缺陷，少子寿命普遍低于单晶，导致单晶电池无论是在短波还是近红外波段，量子效率都高于多晶，因此单晶具有较好的弱光响应，在辐照高的地方单多晶相差不大，但在辐照低的地方，单晶电池的弱光响应将高于多晶。
(3) 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；另一方面，多晶电池的光电转换效率较低，它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出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。
(4) 转换效率衰减对比
单晶电池在初期2-3个月的光照情况下，光致衰减达到峰值，一般为3%左右，称为初始光衰（LID）现象，含氧量较低的单晶电池初始光衰比较低。由于单晶独特的材料性质，在继续接受光照3-4个月之后，会显示出类似退火的特点，单晶输出功率会回升到十分接近初始水平的程度，之后以较低的稳定水平缓慢下降，通常第一年累计衰减3%左右，以后每年衰减不超过0.55%。
多晶电池基本不存在LID现象，但是随着光照时间的延长，多晶电池功率持续衰退直至较低水平，没有发生恢复的情况。通常多晶电池第一年衰减2.5%，受硅片品质及电池加工工艺的影响，衰减率不完全一致，高的时候第一年会达到3%，以后平均每年衰减0.7%左右。
以单晶硅光伏组件首年衰减3%、之后每年衰减0.55%，多晶硅光伏组件首年衰减2.5%、之后每年衰减0.7%计算，单晶硅光伏组件的折合年利用小时比多晶高1.26%。
(5) 机械性能对比
单晶硅片的最大弯曲位移比多晶硅片约高25%，相对多晶而言，单晶在运输中的抗破坏性能比较好。在长期的高低温交替过程中，多晶组件更容易发生隐裂，这样就降低了它的输出功率。
(6) 成本对比
单晶硅太阳能电池以纯度为99.99%的高纯硅作为生产的原材料，生产成本高；多晶硅太阳能电池一般采用低等级的半导体多晶硅或专门为太阳能电池而生产的多晶硅材料，生产成本低。随着单晶硅组件制造工艺的提高及原材料价格下降，目前单晶硅组件与多晶硅组件的差价已经缩小，单晶硅光伏组件单价比多晶硅光伏组件约高0.05元/W。
综上对比，单晶硅光伏组件在转换效率、弱光响应、效率衰减等方面优于多晶。
4 晶体硅光伏组件经济性对比
国际上常使用平准化度电成本（LCOE，Levelized Cost of Energy）对发电项目进行评估。国际可再生能源机构（IRENA）发布LCOE算法如下：
式中：It为每年的投资支出，Mt为每年运行和维护支出，Ft为每年的燃油支出，Et为每年的发电量，r为利润率，本项目取值如下：
结合目前光伏电站单位投资，假设采用多晶硅光伏组件的光伏电站单位投资为7200元/kW。当采用单晶硅光伏组件时，光伏组件的投资增加50元/kW；由于单晶组件功率高于多晶，相同容量的光伏电站采用单晶组件时，组件数量约减少4%，在支架、桩基、光伏专用电缆方面可以节约投资，该方面的投资约占整个电站投资的15%。
因此，当采用单晶组件时，光伏电站单位投资计算如下：
7200元/kW＋50元/kW－7200×15%×4%kW＝7206.8元/kW。
维护费主要包括维修费和材料费等：维修费前2年为质保期内，第3年起取投资的0.2%，之后每3年增加0.1%；材料费等取18元/kW；
光伏电站中无燃油支出（Ft）；
利润率取8%。
经计算，采用不同类型光伏组件时，度电成本（LCOE）如下：
不同类型光伏组件度电成本
根据以上对比，当采用单晶光伏组件时，发电成本比多晶下降0.59%。
5 总结
单晶硅光伏组件在性能上优于多晶硅组件，且在单晶硅光伏组件的单位价格不高于多晶组件0.05元/W的条件下，单晶硅光伏组件具有更低的发电成本。
论文作者:袁文清,朱跃亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/26
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