掃描關注微信
今天，人們似乎普遍認為，太陽能光伏可以在世界各地的許多市場提供具有價格競爭力的電力，國際能源署(IEA)最近對這一看法表示了認可并指出， "在大多數(shù)市場中，太陽能光伏或風能代表了當下最便宜的新電力來源。"
能源專業(yè)人士表示，競爭力與安裝成本的大幅下降有關，2010年至2019年間，大型地面電站光伏項目的發(fā)電成本下降了82%。
推動成本下行的因素主要包括規(guī)模經(jīng)濟、大規(guī)模生產(chǎn)、組件制造商和供應商之間的合作、支持計劃以及中國光伏行業(yè)的競爭。本文將討論技術進步的性質(zhì)，這些升級對大型地面電站系統(tǒng)設計和開發(fā)的相關需求，如并網(wǎng)、融資、資產(chǎn)的剝離和管理。
由First Solar生產(chǎn)的、基于碲化鎘電池的薄膜組件以及硅基光伏組件實現(xiàn)了光伏組件的這一進展，前者占據(jù)了整個市場的約5%。
本文將討論與硅基大功率組件相關的技術進展，包括增加Czochralski單晶直徑，把線鋸切割磨料從碳化硅替換成金剛石，打開電池背面以實現(xiàn)雙面組件，在雙面應用中用玻璃代替背板，通過組件工廠的第三方檢查加強質(zhì)量保證，在最大功率點跟蹤(MPPT)中引入具有更高載流能力的逆變器，確保并網(wǎng)點符合極其復雜的電力質(zhì)量要求。
硅基太陽電池
談到太陽能電池，最重要的技術進步與硅基板有關，這是大多數(shù)太陽能市場，也就是硅基太陽電池市場的一個關鍵因素。
多年來，人們使用漿液式線鋸將鑄造多晶硅和Czochralski（CZ）單晶硅錠切割成硅片，作為電池加工的基材。
短短幾年內(nèi)，鑄造方法已被放棄，所有新的光伏產(chǎn)品現(xiàn)在都是基于單晶硅片的。它們是用金剛石涂層的鋼絲切割的，這確保了比以前的漿液式線鋸更少的材料損失。
更重要的是，單晶的直徑也大大增加，以前的電池通常是200-223mm，而今天占據(jù)主導地位的是250mm或300mm電池，對應的是邊長為182mm或210mm的全方形硅片。
由于太陽電池在光照下產(chǎn)生的電流與電池的面積成正比，這兩種硅片尺寸會影響太陽能組件的額定電流，這是電氣設計時的一個重要標準。至少在考慮主流p型PERC電池結構時，210mm電池電流將比相應的182mm電池高出約1.3倍。
大尺寸組件
標準組件尺寸主要取決于封裝在層壓板中的全電池的數(shù)量，通常為72片或78片。通過使用半片電池來減少內(nèi)部電阻損耗，電池片的數(shù)量可能會增加一倍。
當前，兩種典型的大尺寸組件是182mm硅片540Wp系列產(chǎn)品，一種為尺寸2256 x 1133mm2(以隆基為代表)，第二種以天合光能、東方日升和其他公司的210mm硅片600Wp系列產(chǎn)品，尺寸為2172 x 1303mm2。
Svinningegaarden是一個位于Zeeland的33.9MWp項目，這是歐洲第一批使用隆基公司新型大尺寸540Wp雙面組件的項目之一
540Wp產(chǎn)品將產(chǎn)生近13A的組件電流， 600Wp組件將產(chǎn)生超過17A的電流。
與大電流相應的是，這些組件的電壓也不同，功率最高的組件的電壓最低，約為41V，而540Wp組件可提供近50V的最大功率點(mpp)電壓。在評估這些新產(chǎn)品的系統(tǒng)設計時，大尺寸和組件電流都會產(chǎn)生影響。
雙面性能和雙玻組件
在這些新的大尺寸組件中，一個非常重要的特點是可選擇打開電池和層壓板背面，使光線滲透到電池的半導體結中。
對于p型組件，背面的光轉(zhuǎn)換效率約為70%，而n型組件的背面效率可能達到85%或更高。在大多數(shù)情況下，雙面組件的能量增益超過了為這一特性所支付的、有限的額外價格，但這一增益的財務價值取決于這一額外增益的建模在科學界得到了多大程度的驗證和確認，這在很大程度上決定了增益的可融資性。
組件背面的透明度可以通過透明背板和玻璃來實現(xiàn)。背板可以確保較輕的組件整體重量，這對某些屋頂項目會很重要。雙玻層壓板的好處是組件會更堅固，能更好的保護電池免受濕氣侵入和機械應力的影響。
組件質(zhì)量保證
大型地面太陽能項目往往將總資本支出的40%用于光伏組件，因此，對融資銀行和最終項目業(yè)主而言，這一關鍵部件的質(zhì)量、耐用性和性能保證非常重要。
如今，不僅是在選擇供應商之前，而且在制造活動期間和實際生產(chǎn)后的發(fā)運前檢查中，工廠現(xiàn)場的第三方審核也很常見。為了確保這種檢查為買方提供價值，有必要將詳細的檢查范圍、驗收標準和檢查員授權納入合同。
合同的這一部分也是與新的大尺寸組件相關的技術問題，必須定義專門用于降低質(zhì)量和性能不確定性的檢查程序。對于無法提供長期現(xiàn)場測試的新產(chǎn)品，先行者需要解決這一問題，并且不能排除未知的模式。
底層結構解決方案
為了確保組件背面結構陰影保持在一個可接受的低水平，雙面組件確實需要新的下部結構設計。
更大的電池組件也可能導致每個固定傾斜面或跟蹤器的面積更大，這意味著需要重新關注靜態(tài)計算。雖然設計標準基本不變，但需要考慮最近發(fā)生的扭絞事件——大風將組件吹離跟蹤器的事件。為此，技術顧問可以提高對靜態(tài)計算的認識，確保充分了解新尺寸組件。
逆變器層面
當1500V組串(典型的最大電壓標準)配備了新的大尺寸組件時，會對逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的能力提出更高的要求。
在典型的組串長度下，每個組串可承載多達33個的600Wp組件或27個540Wp組件。整體直流/交流功率比給電氣設計帶來了設計限制，而且由于需要管理來自多個輸入組串的功率，每個MPPT的最大電流通常接近25A，這使由一個MPPT管理兩個大電流組（每個17A，不包括雙面升壓）的方案失效。
為了以高于逆變器額定功率的合理直流電容量加載逆變器，通常需要新的逆變器型號，這些型號的產(chǎn)品能夠管理每個MPPT的多個大電流組。
新的光伏組件規(guī)格不僅引入了新的、要求更嚴格的逆變器功能和更新，歐盟內(nèi)部最近還實施了對發(fā)電機的新要求，這使人們更加關注逆變器和逆變器制造商在電網(wǎng)合規(guī)性領域的專業(yè)知識。
并網(wǎng)規(guī)定
多年來，只需辦理很少的手續(xù)并提供逆變器型式認證的電網(wǎng)合規(guī)文件，典型的戶用或商業(yè)光伏系統(tǒng)就可以并入電網(wǎng)。在根據(jù)要求提供電網(wǎng)支持方面，這種系統(tǒng)的能力有限，而且往往只能根據(jù)公用事業(yè)部門要求的 "開 ""關 "狀態(tài)進行遠程控制。
今天，對發(fā)電機的技術要求已顯著提升，在一些國家，如丹麥和愛爾蘭，輸電系統(tǒng)運營商(TSO)已采取行動確保符合要求。它們不僅基于型式驗證證書，而且通過詳細分析驗證電網(wǎng)模擬模型。例如，這是用PSCAD(電力系統(tǒng)計算機輔助設計)制作的，PSCAD定義了電力系統(tǒng)中的組件特性，進行了RMS(瞬態(tài)分析)建模。
歐洲國家剛剛實施關于發(fā)電機要求的歐洲法規(guī)(2016/631)，因而新的大尺寸組件的電氣設計也剛剛實施。由于剛引入的逆變器新模型允許每個MPPT管理更多電流，因而這種電網(wǎng)仿真模型合規(guī)性驗證的過程不僅耗時，而且存在著很高的延誤風險。
即使新光伏電站有可能獲得啟動運行通知(EON)以開始測試安裝的電氣設備，但這些電網(wǎng)模擬模型在獲得批準之前，仍無法獲得臨時運行通知(ION)。ION允許項目在最初幾年向電網(wǎng)輸電。
TSO可能不會公布對逆變器子模型文件的確切要求，但這些要求可能超過常用的VDE AR-N 4110/4120/4130和EN 50549-2證書中給出的要求，因此，確保及時遵守并網(wǎng)條件可能相當麻煩。
并網(wǎng)和儲能
如今，許多大型地面電站項目正在并網(wǎng)，潛在項目蓬勃發(fā)展。與公用事業(yè)公司確保有足夠的并網(wǎng)容量相比，一旦市政當局接受了項目計劃并做出最終投資決定，項目開發(fā)商的項目設計、采購和施工工作要快的多。
對于公用事業(yè)部門或TSO來說，電網(wǎng)維護/升級和戰(zhàn)略執(zhí)行決定必須與涵蓋五到十年發(fā)展前景的（強制性）長期電網(wǎng)計劃有關，通常，這種計劃很難適應在短短幾年內(nèi)從綠地篩選階段發(fā)展到可建設狀態(tài)的容量要求。
考慮打造一個電池或其他儲能系統(tǒng)是非常重要的。類似的考慮因素可能從并網(wǎng)協(xié)議要求演變?yōu)樵试S的輸出產(chǎn)能提升率和最低輸出容量要求。雖然分析與限電相關的儲能商業(yè)案例并不難，甚至分析與下調(diào)和套利有關的收入流也不難，但是，評估輔助服務市場可能收取的收入額和持續(xù)時間要困難的多。
并網(wǎng)和儲能決策的要求越來越高，也越來越重要，但這可能更多的與電網(wǎng)業(yè)主在并入電網(wǎng)時的運營條件有關，而不是光伏領域內(nèi)的最新技術發(fā)展。
原標題：深度：太陽能先進技術在電站中的應用及改變
寧德時代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...