大型并网光伏电站电池组件的选型讨论_宋浩平.pdf

1 前言 甘肃省具有丰富的太阳能资源 ，年资源理论储 量 241 万亿 MJ，截至到 2014 年 5 月底 ，甘肃省光伏 发电总装机容量为 444.84 万 kW，位居全国第一 。 甘肃光照新能源电力有限公司嘉峪关 49.5 MW 并网光伏发电项目位于嘉峪关嘉西光伏产业园 ，距 嘉峪关市约 15 km。 工程区内地势平坦 、开阔 ，地貌 为隔壁平原 。 由 《太阳能资源评估方法 》中的相关规 定 ，工程场区水平面年太阳总辐射量在 5 040～6 300 MJ/m 2 之间 ，为资源很丰富区 ，适宜建设大规模并网 光伏电站 。 2 光伏组件选型原则及性能规格分析 2.1 组件选型原则 在产品技术成熟度高 、性能可靠的前提下 ，结合 工程区的气象条件 、地质条件 、施工及交通运输等客 观因素 ，综合考虑对比后确定组件型式 。 再根据工 程区的太阳能资源状况 ，最终选择出性价比最佳的 光伏组件 。 2.2 组件性能分析 太阳能电池根据所用材料的不同可分为多种类 型 ，根据国内外市场现状和技术发展影响 ，目前大规 模商用电池组件类型主要是晶硅类电池和薄膜类电 池 。 其中晶硅类太阳能电池是目前发展最成熟并且 作为商用电站应用最为广泛的电池 ，在应用中居主 导地位 。 薄膜电池因其产品特性 ，近年来虽然极少 应用于大型地面光伏电站 ，但在分布式及离网发电 系统中应用较多 。 几种常用的太阳能电池技术性能比较见表 1。 从比较结果可以看出 ： （1） 晶体硅光伏组件技术成熟 ， 且产品性能稳 定 ，使用寿命长 。 （2） 商业化使用的光伏组件中 ， 单晶硅组件转 换效率略高于多晶硅 。 （3） 晶体硅电池组件故障率低 ，运行维护简单 。 （4） 在开阔场地上使用晶体硅光伏组件安装方 便 ，结构简单紧凑 。 （5） 尽管非晶硅薄膜电池在价格 、弱光响应 ，高 温性能等方面具有一定的优势 ， 但是使用寿命期相 对较短 。 本电站地处荒漠戈壁 ，风沙大 ，薄膜电池在 运行维护过程中难以清洗且易损坏 ， 故不推荐采用 薄膜电池作为本电站的光伏组件 。 因此综合考虑上述因素 ， 本工程拟选用晶体硅 太阳能电池 。 2.3 太阳电池组件规格的比较 晶硅光伏组件的功率规格较多 ， 从 150 W 到 315 W 国内均有生产厂商生产 ， 且产品应用也较为 广泛 。由于本工程装机容量为 49.5 MW，组件用量较 大 ，占地面积广 ，组件安装量大 ，所以应优先选用单 位面积功率大的电池组件 ，以减少占地面积 、节省线 缆 、降低组件安装量 。 在此项目组件选型初期 ，分别 选择峰值功率分别为 175 W、255 W、310 W 的多晶 硅太阳电池组件 ， 分析不同峰值功率的太阳电池组 件的用量 （表 2）。 从表 2 可以看出 ， 组件峰值功率为 255 W 和 310 W 电池组成 49.5 MW 光伏列阵使用的组件数 量远远少于 175 W 组件 。 而组件用量越少 ，组件之 ·设计与研究 · 大型并网光伏电站电池组件的选型讨论 收稿日期： 2015-09-09 作者简介： 宋浩平（ 1984-），男，甘肃兰州人，助理工程师，学士，主要从事新能源电气设计， E-mail： 82860652@qq.com。 宋浩平 （甘肃省水利水电勘测设计研究院 甘肃 兰州 730000） 摘要： 合理选择光伏组件是建设光伏电站的重点环节，也是当前设计及建设单位经济技术方案分析的重点 。以甘肃 光照新能源电力有限公司嘉峪关 49.5 MW 并网光伏发电项目为例，通过对不同类型的太阳电池性能以及成本进行 分析，总结单晶硅 、多晶硅 、非晶硅薄膜三种太阳电池组件的性能及经济性特点，为甘肃西部戈壁荒漠地区大型并网 光伏电站组件的选型提供参考 。 关键词： 光伏电站；太阳电池组件；晶硅组件；非晶硅薄膜组件 中图分类号： TM914.4 文献标志码： B 文章编号： 2095-0144（ 2015） 10-0053-03 第 51 卷第 10 期 2015 年 10 月 甘肃水利水电技术 GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY Vol．51，No．10 Oct.，2015 53· · 间 的连接点数量和电缆线使用量更少 ，可减少施工 工作量 ，加快施工进度 。 组件使用越少 ，系统的故障 率越低 ，安全性相应的提高 。 并且接触电阻更小 ，系 统整体损耗更低 ，更有利于系统安全稳定运行 。 2.4 采用不同规格太阳电池组件电站占地面积的 比较 通过比较表可以看出 ，单片组件功率越大 ，转换 效率越高 ，相应的 1 MW 子方阵所需要的组件数量 、 组件支架也越少 ，占地面积也越小 （表 3）。 2.5 电站光伏组件选型的经济性分析 综合太阳电池组件转换效率 、技术水平 、生产工 艺成熟度 、市场占有率等因素 ，对于大型并网光伏电 站 ， 在目前条件下应该优先选用大功率晶硅太阳电 池组件 ， 将有助于提高工程经济效益 ， 利于工程安 全 、可靠 、稳定运行 。 就晶硅组件而言 ，虽然单晶硅组件光电转换效率 略高于多晶硅组件 ，但考虑到电站的投资盈利 ，必须 对两种组件的经济性经行进一步筛选和比较 （表 4）。 表 1 太阳能电池技术性能比较 序号 比较项目 单晶硅 多晶硅 非晶硅 比较结果 1 技术成熟性 经过 50 多年的发 展，技术已经成熟 70 年代末研制成功， 技术成熟且应用光伏 于 70 年代末研制成 功，技术日趋成熟 多晶硅 、单晶硅组件 性能都非常成熟 7 安装方式 在开阔地以固定支 架安装或就势安装于建 筑物屋顶，结构简单紧 凑，节约用地 在开阔地以固定支 架安装或就势安装于建 筑物屋顶，结构简单紧 凑，节约用地 因质量较轻，目前主 要以附着于屋顶或玻璃 幕墙的方式安装 薄膜组件适合离网 及分布式系统，晶硅组件 适合大型地面电站 8 自主研发及生产情 况 研发及生产技术均 处于世界先进水平 研发及生产技术均 处于世界先进水平 研发及生产技术均 处于世界先进水平，厂家 较少产量较晶硅组件低 均有自主知识产权 并处于世界领先水平 2 光电转换效率 商用电池可达 17.1% ～17.7% 商用电池可达 15.5% ～16.2% 商业用电池可达 7% ～9% 单晶硅最高，多晶硅 其次，非晶硅薄膜最低 6 组件寿命 衰减慢，寿命长，理 论上可使用 25 年 衰减慢，寿命长，理 论上可使用 25 年 衰减较晶硅组件快， 理论寿命为 10-15 年 晶体硅组件理论寿 命更长 5 组件运维 故障率极低，免维 护，只需定期冲洗 故障率极低，免维 护，只需定期冲洗 组件表面容易积尘 并且较难清理 晶硅组件运维更加 便利 4 外部环境如光照 、温 度等对组件的影响 光照越强功率越大， 高温环境下效率会降低 光照越强功率越大， 高温环境下效率会降低 弱光性好，充电效率 高，相比晶硅电池在高温 环境下效率基本不变 晶硅电池光照越强 功率越大，更适合辐射资 源丰富的戈壁荒漠地区 3 价格 材料价格制造工艺 使单晶硅成本价格较高 因为制造工艺相对 简单，总的生产成本低于 单晶硅 制造工艺较简单，原 材料用量少，成本较低 单晶硅价格高于多 晶硅，多晶硅价格与薄膜 电池价格相近 表 2 49.5 MW 太阳能光伏电站不同规格电池组件用量比较 方案 参数 方案 1 方案 2 方案 3 组件峰值功率 /W 175 255 310 1 MW 子方阵组件数量 /块 6 032 4 224 3 240 49.5 MW 方阵组件数量 /块 298 584 209 088 160 380 串联数量 /块 26 22 18 1 MW 子方阵并联数量 /路 232 192 182 太阳能电池种类 多晶硅 60 片组件 多晶硅 60 片组件 多晶硅 72 片组件 组件规格 /W 175 255 310 组件峰值功率 W 175 255 310 1 MW组件占地面积 /m 2 25 200 21 400 17 616 组件转换效率 14.8% 15.6% 16.2% 1 MW电站组件安装数量 /块 6 032 4 224 3 240 表 3 不同规格太阳电池组件电站占地面积的比较 太阳能电池种类 单晶硅 72 片组件 多晶硅 72 片组件 组件规格 /W 310 310 1 MW基础量 /根 1 464 1 464 单位造价 /（万元 /MW） 81.4 75.7 组件峰值功率 W 310 310 1 MW支架量 /t 57.3 52.5 1 MW电站组件安装数量 /块 3 240 3 240 表 4 单晶硅和多晶硅太阳能电池经济比较 甘肃水利水电技术2015 年第 10 期 第 51 卷 54· · （ 上接第 41 页） 农业生产综合能力 ，实现农民收入 稳定持续增长的重大举措 ，通过实施灌区工程建设 ， 将有利于改善大湖湾灌区水利基础设施条件 ，提高 粮食产量 ，保障粮食安全 ；有利于调整农业产业结 构 ，增加农民收入 ，为建设新农村建设和缩小地区差 距夯实基础 。 参考文献 ： ［ 1］范再超，顾景莲，于秀征 .范县小型水利工程建设与管理 的探讨［ J］ .河南水利与南水北调， 2014， 59（ 17） :25-26. ［ 2］王靖波 .农田水利灌区建设与管理问题探讨［ J］ .环球市 场信息导报， 2015， 21（ 3） :32-33. ［ 3］窦莉 .玉门市灌区建设与管理探讨［ J］ .甘肃科技纵横， 2014， 44（ 5） :81-82. ［ 4］陈锋 . 东圳灌区工程建设管理存在问题及对策探讨［ J］ . 水利科技， 2011， 34（ 2） :58-60. ［ 5］吴兴荣 .新疆北屯大型灌区农田水利工程建设与管理问 题初探［ J］ .中国水运月刊， 2012， 34（ 5） :91-92. 可以看出 ，1 MW 光伏方阵采用单晶硅光伏组 件的造价高于多晶硅光伏组件的造价 。 3 光伏组件的选型结果 综合考虑组件效率 、技术成熟性 、市场占有率 ， 占地面积 ，以及采购订货时的可选择余地 ，《甘肃光 照新能源电力有限公司嘉峪关 49.5 MW 并网光伏 发电项目 》工程选用了多晶硅太阳能电池组件 ，规格 为 310 W。 其主要规格参数见表 5。 4 结语 通过以上分析 ，可以对大型并网光伏电站组件 选型得出以下结论 ： （1） 根据光伏组件选型应满足使用场合的要 求 ，工程建设成本 ，市场占有率 ，并结合国家能源局 最新下发的 《关于发挥市场作用促进光伏技术进步 和产业升级的意见 （征求意见稿 ）》单晶硅组件和多 晶硅组件的效率应分别不低于 16%和 15.5%才能提 高经济性的规定 ，应首先选择功率大 、转换效率高的 晶硅组件 。 否则组件转换效率过低将降低组件之间 的匹配性和稳定性 ，缩短系统使用寿命 ，影响发电 量 。 （2） 通过以上分析可知 ， 单晶硅组件转换效率 略高但价格也略高于多晶硅组件 ， 基于电站发电量 和投资总体经济性的考虑 ， 在面积有限并且土地成 本较高的情况下 ，为了实现更高的发电量 ，推荐选择 大功率单晶硅光伏组件 ； 在土地资源充裕土地成本 较低的地区 ，比如本工程所在地嘉峪关地区 ，土地资 源充裕且成本较低 ， 则首先应该选择大功率多晶硅 光伏组件 。 需要指出的是 ， 最近部分主流单晶硅组 件厂商进一步下调组件价格 ， 使得两种晶硅形式组 件的价格基本一致 ， 预计今后一段时间转换效率更 高的单晶硅组件将在市场上显示一定的优势 。因此 ， 在大型并网光伏电站的组件选型时应特别关注市场 动态 。 （3） 非晶硅薄膜电池具有稳定性差 、 光致衰减 严重 、转换效率低以及成本高的缺点 ，虽然在 20 世 纪 70 年代非晶硅薄膜电池就已经研发成功 ，但一直 没有大规模应用 。 随着技术的不断发展 ， 近年来由 于非晶硅薄膜电池组件相比较晶硅电池组件的优势 也在逐渐显现 ，比如生产成本低 、弱光响应好 、充电 效率高等优势 ， 更适用于分布式及离网发电系统 。 随着分布式及离网发电系统的不断增多 ， 它正重新 走入人们的视野 ， 市场占有量不断增大 。 根据非晶 硅薄膜电池逐步显现的一些优点 ， 不难看出非晶硅 薄膜电池的发展前景广阔 ，发展潜力巨大 。 参考文献 ： ［ 1］车利军，蒙丽琴 .太阳能光伏电站电池组件设计选型［ J］ . 内蒙古科技与经济， 2012， 3（ 19） :115-116. ［ 2］朱琳 .浅谈大型并网光伏电站系统设计［ J］ .电子世界， 2012， 7（ 18） :58-59. ［ 3］张彦昌，石巍 .光伏电站直流汇流电缆选型［ J］ .电力建 设， 2014， 5（ 2） :113-116. ［ 4］戴智慧，王琦，王恩荣 . 100 MW 并网光伏电站节能优 化设计［ J］ .能源研究与利用， 2014， 12（ 4） :42-46. ［ 5］管仁德，李建泉，张蓉，等 .建筑光伏并网电站系统设计 ［ J］ .大功率变流技术， 2013， 3（ 6） :15-20. ［ 6］赵平，汤剑 .浅谈集中式光伏电站设计与设备选型［ J］ .中 国交通信息化， 2015， 6（ 5） :137-140. 表 5 主要规格参数 类型 多晶硅 额定输出 W 310 额定功率偏差 /% 0/+3 重量 /kg 22.5 组件效率 /% 16 尺寸（长 ×宽 ×厚） /mm 1 956×992×40 峰值功率温度系数 /（ %/K） -0.41 开路电压温度系数 /（ %/K） -0.32 短路电流温度系数 /（ %/K） +0.05 最大系统电压 DC1 000 V 短路电流 I sc /A 8.85 开路电压 V oc /V 45.5 工作电流 I mpp /A 8.38 工作电压 V mpp /V 37 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 宋浩平 ：大型并网光伏电站电池组件的选型讨论第 10 期 第 51 卷 55· ·