單、多晶組件衰減及發(fā)電成本對比分析

阿特斯陽(yáng)光電力集團近期將推出系列文章，從單多晶材料的原理，單多晶系統的度電成本和實(shí)際電站案例測試數據，分析單多晶的各自?xún)?yōu)勢。我們提倡行業(yè)同仁秉承科學(xué)公正的態(tài)度，通過(guò)技術(shù)的交流，相互提攜、競爭、促進(jìn)，從而進(jìn)一步擴大，讓進(jìn)入世界能源領(lǐng)域的甲級隊。同時(shí)，我們也希望通過(guò)度電成本的降低來(lái)早日實(shí)現發(fā)電側的平價(jià)上網(wǎng)，推動(dòng)全球太陽(yáng)能行業(yè)繼續蓬勃發(fā)展。

單晶硅和已有幾十年的電站發(fā)電歷史，技術(shù)相對成熟，學(xué)術(shù)界對單、多晶技術(shù)各自的優(yōu)劣之處也早有共識：?jiǎn)尉У墓怆娹D化效率相對高一些;多晶的衰減小，度電成本低。

組件光致衰減由兩部分組成：

初始衰減和老化衰減

1) 初始衰減

Light Induced Degradation，LID

光致衰減，俗稱(chēng)初始衰減，產(chǎn)生的本質(zhì)原因是受到光照后，材料內部產(chǎn)生了硼氧復合體，降低了少子的壽命。摻硼晶硅中的替位硼和間隙氧在光照下激發(fā)形成的較深能級缺陷引起載流子復合和電池性能衰退，造成在初始應用的幾天內輸出功率發(fā)生急劇性下降，這種現象稱(chēng)為光致衰減。在一段時(shí)間(一般2~3個(gè)月)后輸出功率逐漸穩定。

光致衰減LID的多少直接和硅晶體中的氧含量成正比。 多晶和單晶中均含有氧，但多晶的氧含量要比單晶低很多。在多晶鑄錠或CZ直拉單晶過(guò)程中，氧主要是通過(guò)坩堝界面擴散到液態(tài)熔融硅中。相對于多晶鑄錠， CZ單晶硅投料量少，硅和坩堝的相對接觸面積要大; CZ單晶拉晶時(shí)間長(cháng)，氧有更多的時(shí)間擴散到液態(tài)硅中。一般CZ單晶的氧含量在15—20ppm范圍，而鑄錠多晶可控制在2ppm左右。另外，多晶晶界中的大量懸掛鍵復合了大部分的氧原子，從而使間隙氧原子的數量進(jìn)一步降低。多晶電池片的平均光致衰減大約為1-1.1%左右，而單晶電池片平均光致衰減至少在1.6-2%以上，尤其是近一年來(lái)部分廠(chǎng)家為了快速降低單晶成本而開(kāi)發(fā)的快拉單晶和坩堝長(cháng)時(shí)間使用，導致間隙氧更高。以阿特斯自2016年8月以來(lái)對第三方組件的實(shí)際監控數據來(lái)看，多晶組件的平均光衰為1.2%，而同期單晶組件的平均光衰高達2.2%，兩者差別為1%，部分廠(chǎng)商的硅片所做成的電池片光致衰減甚至高達3%以上。

多晶和單晶組件光致衰減差異的另一個(gè)佐證是組件質(zhì)保第一年的衰減率。從下圖可以看出，國內各廠(chǎng)對多晶組件的質(zhì)保首年衰減均為2.5%，而單晶為3-3.5%，兩者差別為0.5-1%，與大量電站發(fā)電的實(shí)際測試數據基本吻合。

2)老化衰減

老化衰減指光伏組件長(cháng)期應用中出現的緩慢的衰減，主要是封裝材料老化造成的衰減，其衰減速度與光伏組件的生產(chǎn)工藝和封裝材料，組件應用地環(huán)境成正相關(guān)。其中常見(jiàn)的開(kāi)裂，外觀(guān)變黃，風(fēng)沙磨損，熱斑等都可能加速組件功率衰減。根據2012年6月美國NREL實(shí)驗室出了一份關(guān)于光伏組件衰減的研究報告《Photovoltaic degradation rates-An analytical review》，單、多晶組件在年度老化衰減率之間并無(wú)明顯區別，更主要是取決于不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的質(zhì)量控制及生產(chǎn)工藝等非電池類(lèi)型因素。

總結：

1.組件衰減由兩部分組成：初始衰減和老化衰減

2.光致衰減產(chǎn)生的本質(zhì)原因是太陽(yáng)能電池受到光照后材料內部產(chǎn)生了硼氧復合體，降低了少子的壽命。

3.全球各廠(chǎng)的多晶組件質(zhì)保衰減均為2.5%， 而單晶組件為3-3.5%

阿特斯陽(yáng)光電力集團今天與大家分享單多晶系統LCOE的計算，希望通過(guò)單多晶太陽(yáng)能電站每瓦系統成本對比，系統度電成本LCOE對比，與各位同仁一起加深了解光伏電站成本和投資回報率的科學(xué)計算方法。同時(shí)也希望借此推動(dòng)中國光伏早日實(shí)現發(fā)電側的平價(jià)上網(wǎng)。

單、多晶組件系統發(fā)電成本分析對比

如果你們要在青海格爾木投資一座55兆瓦地面電站。假設目前可選的多晶組件功率為330瓦，單晶組件功率為340瓦，電站投資者應該選擇多晶組件還是單晶組件?這個(gè)選擇取決于太陽(yáng)能電站的平準化度電成本計算，即Levelized Cost of Electricity (LCOE)。

下表是我們假設電站系統選用多晶330瓦或單晶340瓦組件所對應的系統成本對比，包含組件、逆變器、匯流箱、支架、線(xiàn)纜、土地、人工等成本。其中假設多晶組件價(jià)格為3.20元/瓦，單晶組件價(jià)格為3.35元/瓦。

根據計算可知，多晶系統每瓦可以少花0.108元人民幣。

當電站系統的成本確定后， 影響平準化度電成本(LCOE)的另一個(gè)重要因素是組件的初始光衰。

我們假設初始光衰如下：

A. 多晶組件的平均初始光衰為1.1% (質(zhì)保2.5%)

單晶組件的平均初始光衰為1.6%(質(zhì)保3%)

B. 電站運營(yíng)年限均為20年

根據以上的假設條件，我們通過(guò)數學(xué)模型對單、多晶系統進(jìn)行平準化度電成本LCOE測算。首先我們測算不同價(jià)格的組件度電成本差價(jià)，然后我們測算為了確保同樣度電成本，單多晶組件的價(jià)格差。

以下是我們的測算結果：

1 )如果單晶組件每瓦的價(jià)格比多晶組件高0.15元/瓦， 單晶系統投資就比多晶高0.108元/瓦，單晶系統平準化度電成本比多晶系統高0.004元/度。多晶系統初始投資低，度電成本更低，投資回報率更高。

2) 如果要求單、多晶系統平準化度電成本(LCOE)持平，當單晶組件初始光衰為1.6%，單晶組件的每瓦售價(jià)不能超過(guò)多晶組件0.02元/瓦。當單晶的初始光衰為2%，單晶組件價(jià)格必須低于多晶0.01元/瓦，任何超出以上價(jià)差范圍(-0.01元~+0.02元/瓦)的單晶組件，將導致單晶光伏電站系統的度電成本高出多晶光伏電站系統，降低了太陽(yáng)能電站的投資回報率，同時(shí)也妨礙早日實(shí)現太陽(yáng)能發(fā)電側的平價(jià)上網(wǎng)。

當然， 在某些情況下，比如屋頂面積有限，土地成本奇高，或高電價(jià)地區自發(fā)自用時(shí)，單晶組件的優(yōu)勢會(huì )大一些。電站開(kāi)發(fā)商還是要具體問(wèn)題具體分析。

我國的光伏領(lǐng)跑者項目，旨在鼓勵光伏技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)早日實(shí)現光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)。領(lǐng)跑者的多晶和單晶電池片和組件的標準，初定于2015年，在2016年做了一輪修訂?？赡苡捎趩尉Ч桦姵仄菚r(shí)還是小眾產(chǎn)品，市場(chǎng)接受度低，領(lǐng)跑者標準對單晶技術(shù)門(mén)檻放的比較低，對主流的多晶技術(shù)門(mén)檻設的比較高。許多省和地方項目也紛紛向這個(gè)標準看齊，這導致了目前單晶資源供不應求，價(jià)格一路飆升，造成眾多領(lǐng)跑者項目和地方項目遲遲無(wú)法開(kāi)工，影響了實(shí)現光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)的進(jìn)程。

由于目前領(lǐng)跑者標準對多晶企業(yè)門(mén)檻很高，逼著(zhù)多晶電池片和組件企業(yè)加大研發(fā)創(chuàng )新力度，不斷提高多晶效率。在過(guò)去的一年多時(shí)間里，多晶技術(shù)在持續降成本的同時(shí)，進(jìn)一步提高了組件功率和質(zhì)量。例如，阿特斯即將發(fā)布的多晶三代高效組件已超越目前單晶領(lǐng)跑者的組件功率275瓦標準。

總結：

以大型地面電站為例，在單多晶組件的平均初始光衰分別為1.6%和1.1%時(shí)：

1. 如單晶組件每瓦的價(jià)格比多晶組件高0.15元/瓦， 單晶系統每瓦投資比多晶高0.108元，單晶系統的平準化度電成本比多晶系統高0.013元/度。多晶系統初始投資低，度電成本更低，投資回報率更高。

2. 如單、多晶系統度電成本持平，單晶組件每瓦價(jià)格比多晶組件的溢價(jià)不能超過(guò)0.02元/瓦，否則單晶系統的度電成本會(huì )高出多晶電站，太陽(yáng)能電站的投資回報率也會(huì )相應降低。

3. 在某些情況下，比如屋頂面積有限，土地成本奇高，或高電價(jià)地區自發(fā)自用時(shí)，單晶組件的優(yōu)勢會(huì )大一些。電站開(kāi)發(fā)商還是要具體問(wèn)題具體分析。