沈文忠－上海交大－杭州分布式屋顶会议(20161201-终版)

高效太阳电池组件支撑屋顶分布式光伏发展沈 文 忠 上海交通大学太阳能研究所E-mail: wzshen@sjtu.edu.cn 2016年12月1日,提纲： 一、分布式光伏发展概况 二、屋顶分布式光伏对电池组件的要求 三、高效太阳电池组件支撑分布式光伏发展,一、分布式光伏发展概况 二、屋顶分布式光伏对电池组件的要求 三、高效太阳电池组件支撑分布式光伏发展,全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，发展低碳、绿色经济是大势所趋； 光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业，成为可再生能源的主力军之一,发展光伏发电是能源和环境可持续发展的迫切需要,,,,,,,,,,,,,,,,据世界能源委员会和国际应用系统分析研究所预测，全球化石燃料（煤炭、石油、天然气等）总量只够用100年左右，能源替代迫在眉睫,传统能源对环境造成的严重污染不容忽视，保护环境已成为人们的共识，必须改变能源的利用方式,金融危机后全球经济进行了结构性调整，低碳、绿色经济是世界经济的一个新的增长极，是世界经济可持续发展的重要推动力,环境保护,能源危机,拉动经济,发展光伏发电的必要性：,发展光伏发电的必要性,,分布式光伏系统,注: 目前的分布式发电一般是指并网型系统，不包括离网系统,光伏发电系统的分类,,,,屋顶分布式电站,工商业屋顶电站,家庭屋顶电站,屋顶分布式光伏发电系统,分布式光伏发展的契机,2016 年11月国家刚发布《电力发展“十三五”规划》，单就光伏发电而言，到2020年太阳能发电装机规模将达到1.1亿千瓦(110GWp)；其中分布式光伏装机规模将达到6000万千瓦以上(60GWp) ; 《规划》明确，光伏方面──按照分散开发、就近消纳为主的原则布局光伏电站，全面推进分布式光伏和“光伏+”综合利用工程； 而我国分布式光伏到2015年底仅有6GWp，根据上述60GWp的分布式规模计算，预计未来平均每年11GWp以上，即使按照1MWp/万m2来估算，每年也要1.1亿m2! 这意味着屋顶光伏电站将迎来爆发式增长，屋顶大战将全面打响，抢屋顶的时代将到来!,2016年11月2日，上海市发改委与财政局联合发布《上海市可再生能源和新能源发展专项资金扶持办法》，提出土豪补贴方案： 第五条（支持方式） （一）对于风电、光伏项目，根据实际发电量对项目投资主体给予奖励，奖励时间为5年。单个项目年度奖励金额不超过5000万元。具体标准如下： 陆上风电：0.1元/千瓦时， 海上风电：0.2元/千瓦时， 光伏电站：0.3元/千瓦时， 分布式光伏：工、商业用户为0.25元/千瓦时，学校用户为0.55元/千瓦时，个人、养老院等享受优惠电价用户为0.4元/千瓦时。,上海交大中意绿色能源楼,《上海市可再生能源和新能源发展专项资金扶持办法》（2016版）,浙江省太阳能发展“十三五”规划,在浙江省太阳能发展“十三五”规划中，浙江省重点任务是屋顶分布式光伏发电和地面集中式光伏发电，到 2020 年全省屋顶分布式光伏建设规模达 360 万千瓦(3.6GWp)以上,,除国家、地方政策倾斜、顺应市场发展趋势之外，分布式光伏前景被看好，还有如下四方面原因： 第一，分布式光伏能从根本上解决消纳问题—可就近消纳，减少因远距离输电造成的电能损耗； 第二，适应太阳能资源分散特性—分布式光伏发电具有模块化设计的特性，系统扩展性强，容量可灵活选择，可以发电用电并存； 第三，分布式光伏可以有效拓展开发资源—在地面集中式光伏电站资源逐渐稀缺的情况下，充分利用闲置的厂房、商业建筑等屋顶资源，集约利用农业设施等资源可进一步拓展光伏装机规模； 第四，则是吸引人的高投资回报率—分布式项目各地政府补贴多，且随着光伏发电成本逐渐下降，分布式光伏项目的投资回报率较地面集中式电站具有相对优势。,分布式光伏的优势,一、分布式光伏发展概况 二、屋顶分布式光伏对电池组件的要求 三、高效太阳电池组件支撑分布式光伏发展,屋顶分布式光伏特点及对电池组件的要求,容量小：家用大多为kWp级的安装容量，工商屋顶可达MWp级； 安装条件复杂：由于屋顶面积受限，为满足发电能力，需要安装不同朝向的发电单元，也导致出现组件的建筑物遮挡，影响系统的发电性能； 建筑物有防水和荷载等要求，因此必须有专业的设计和施工人员。,屋顶分布式特点（1）,因此，屋顶分布式面积有限、安装条件复杂，推荐选用高效的太阳电池组件和带智能优化的组件,屋顶光伏电站是分布式的重点之一,环境温和：非盐雾、氨气、腐蚀等恶劣条件； 极少灾害性天气，比如雨、雪、冰、风沙、雹等； 组件选材上无特殊要求，但是并不是说可以放宽对组件的质量要求,屋顶分布式特点（2）,因此，推荐能满足常规环境要求的太阳电池组件,NO,NO,NO,自发自用，余电上网就地消纳，保证良好收益提升电网末端电能质量,屋顶分布式特点（3）,因此，为保证多发电和良好的收益，推荐选用高效、可靠的太阳电池组件产品,分布式系统容量小、安装面积有限、安装条件复杂等因素，在目前市场中推荐分布式组件选型为： 单晶290Wp-300Wp； 多晶270Wp、275Wp； 双玻组件：多晶265Wp和270Wp，单晶290Wp和295Wp,注：依照光伏行业发展规律，同样技术类型的产品每年提高5-10Wp,屋顶分布式光伏组件选型,一、分布式光伏发展概况 二、屋顶分布式光伏对电池组件的要求 三、高效太阳电池组件支撑分布式光伏发展,晶硅太阳电池组件(单晶和多晶),,单晶发展历史久远; 具有漂亮的外观; 更高的转换效率; 多元化的生产工艺使单晶功率大幅提升，在节约系统成本上优势明显,,多晶组件在晶硅行业的发展中，尤其是中国市场，由于成本的优势而独占鳌头; 高效硅片、黑硅技术出现后，转换效率也在不断提升; 但结构上的差异性，技术优势依然不如单晶,双玻组件在近年光伏市场上势头猛进; 超强的耐候性能，更低的年衰减率，以及更长的使用寿命; 随着1500V系统电压时代的来临，双玻组件价值愈加明显,Modules with high efficiency solar cells Special modules: Double glass modules, high voltage (1500V) resistant modules, half piece cell modules, and modules adapt to the different regional environment and application scenario… High reliability modules for over 25 years’ warranty.,随着光伏技术的发展，屋顶光伏电站对组件功率提出更高要求，何种太阳电池技术能满足要求?,各类电池对应组件功率,,,22.5-23.0%,太阳电池技术汇总：,21.0-21.5%,晶硅太阳电池技术发展,| Author: ITRPV 2016,Page 20 |,BSF cell concepts:  still mainstream for next years  lose market sharePERC / PERT / PERL :  market share increase  >45% by 2025Back contact concepts: no big market share increase expectedSi-based tandem concepts:  expected to appear after 2019,各类晶硅电池市场预测,来源：2016 ITRPV,硅太阳电池效率提升方案,,通过制绒技术和抗反射镀膜技术制备高质量的光陷阱，有效提高电池的短路电流； 通过新型的钝化和局域金属化技术，提高电池的开路电压的填充因子； 使用少子寿命高的N型硅片代替P型硅片，降低电池的光诱导衰减,产业化高效太阳电池方案,发展屋顶分布式光伏发电，前面一直提到要使用高效的太阳电池组件；太阳电池高光电转换效率、低制造成本，是可产业化的前提；在学术和工业界，单晶硅高效太阳电池研究得更为透彻,PERC高效太阳电池组件,相对于常规P型电池，PERC电池有两个明显的优势： 显著降低背表面复合电流密度，提高电池开路电压 形成良好的背表面内反射机制，增加光吸收几率，提高电池短路电流,PERC电池技术是目前国内外最热门技术，基于此技术单晶电池可提效0.8%-1.2%，多晶电池可提效0.5%-1.0%，成为产业化高效电池优选方案之一,各类高效太阳电池中，目前首当其冲的是PERC,单晶PERC组件目前主要集中在290Wp、295Wp档位，最高可达310Wp 市场占有率在未来三年可能达到20%以上,最近比较激进的预测：,,,乐叶光伏目前实现常规p型单晶PERC平均电池效率21.4%。,我们的PERC高效太阳电池研发:,N型双面高效太阳电池（N-PERT),N型硅的优点：,电池结构对比：,P-PERC电池 单面受光，单面发电,主要技术路径：,我们与公司共同研发N-PERT高效电池,Our N-PERT in 2015,Our N-PERT in 2016,Front side,Rear side,ALD Al2O3 + Selective emitter(optimized the p+ emitter passivation and contacts) Fine metallization (increased the Jsc & FF) Next step: TOPCon + N-PERT (Voc>0.670 V, Eff>22%),Power generation data,Rear contribution in power generation was 18.5% thorough all seasons.,■Actual bifacial ■Estimated mono-facial,Low generation because of snow cover on front side,,Rear contribution of 20-30% in Summer,国内双面组件发电情况：,在反射率为25%的草地安装，发电量增益为10% 在反射率为50%的沙地或水泥地安装，发电量增益为15% 在反射率为78%的透明屋顶安装，发电量增益为25% 在反射率为90%的雪地安装，发电量增益为30%,数据来源：英利,组件全年发电量输出统计：双面组件发电量比普通组件发电量高21%,功率输出,组件距离地面30cm,N-PERT双面组件发电量增益：,数据来源：英利,HIT太阳电池的结构：,(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer),晶硅与薄膜结合 结构对称,高效异质结太阳电池组件(HIT/SHJ/HJT),HIT电池结合晶硅电池和非晶硅薄膜电池的优势：,i) 工艺温度低 (~200oC)、流程短,ii) 结构对称，可使用薄型硅片(22.5%）太阳电池的热门技术,我们的HIT太阳电池研发情况：,与企业合作建立了一条完整的HIT电池中试生产线 产能达2 MW,研发的HIT电池与组件情况：,HIT组件单位面积发电量：,来源：http://panasonic.net/ecosolutions/solar/hit/,实测屋顶分布式光伏系统，HIT组件的单位面积发电量多28%,智能组件：减少失配，消除热斑，增加发电效益,部分遮挡/组件不匹配,屋顶利用面积限制/组件安装方向不同,解决方案： 智能组件,能够克服组件失配和局部阴影的问题，获得最大的功率输出,不受安装地点的限制，最大化利用安装空间，减少安装成本,组件实时在线监控，增加电站正常运行时间，方便远程维护,组件自动关机功能，独特的触电预防和消防安全设计,智能组件应用于分布式光伏,,智能组件应用于某500 kWp电站，并由TUV出具优化效果认证报告：年提高发电量,8.76%,小结： 分布式光伏发展正迎来新的机遇，“十三五”期间从中央到地方都大力支持。 由于屋顶面积有限和安装环境，发展分布式光伏需要高效太阳电池组件和智能组件。 PERC电池组件、N-PERT双面电池组件和HIT电池组件由于高效和各自优势，已经证明能够比常规组件多发电。 高效晶硅电池组件将有效支撑分布式光伏的发展，适应屋顶分布式光伏的特点，提高发电量和收益。,2006年5月15日,谢谢大家！ Thank You Very Much For Your Attention!,