單、多晶組件衰減及發(fā)電成本對比分析

阿特斯陽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(tǒng)的度電成本和實際電站案例測試數(shù)據(jù)，分析單多晶的各自優(yōu)勢。我們提倡行業(yè)同仁秉承科學(xué)公正的態(tài)度，通過技術(shù)的交流，相互提攜、競爭、促進，從而進一步擴大，讓進入世界能源領(lǐng)域的甲級隊。同時，我們也希望通過度電成本的降低來早日實現(xiàn)發(fā)電側(cè)的平價上網(wǎng)，推動全球太陽能行業(yè)繼續(xù)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：單晶的光電轉(zhuǎn)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，俗稱初始衰減，產(chǎn)生的本質(zhì)原因是受到光照后，材料內(nèi)部產(chǎn)生了硼氧復(fù)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(fù)合和電池性能衰退，造成在初始應(yīng)用的幾天內(nèi)輸出功率發(fā)生急劇性下降，這種現(xiàn)象稱為光致衰減。在一段時間(一般2~3個月)后輸出功率逐漸穩(wěn)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直拉單晶過程中，氧主要是通過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單晶拉晶時間長，氧有更多的時間擴散到液態(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(fù)合了大部分的氧原子，從而使間隙氧原子的數(shù)量進一步降低。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，尤其是近一年來部分廠家為了快速降低單晶成本而開發(fā)的快拉單晶和坩堝長時間使用，導(dǎo)致間隙氧更高。以阿特斯自2016年8月以來對第三方組件的實際監(jiān)控數(shù)據(jù)來看，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佐證是組件質(zhì)保第一年的衰減率。從下圖可以看出，國內(nèi)各廠對多晶組件的質(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)電的實際測試數(shù)據(jù)基本吻合。

2)老化衰減

老化衰減指光伏組件長期應(yīng)用中出現(xiàn)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(yīng)用地環(huán)境成正相關(guān)。其中常見的開裂，外觀變黃，風(fēng)沙磨損，熱斑等都可能加速組件功率衰減。根據(jù)2012年6月美國NREL實驗室出了一份關(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明顯區(qū)別，更主要是取決于不同生產(chǎn)廠家的質(zhì)量控制及生產(chǎn)工藝等非電池類型因素。

總結(jié)：

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)原因是太陽能電池受到光照后材料內(nèi)部產(chǎn)生了硼氧復(fù)合體，降低了少子的壽命。

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

阿特斯陽光電力集團今天與大家分享單多晶系統(tǒng)LCOE的計算，希望通過單多晶太陽能電站每瓦系統(tǒng)成本對比，系統(tǒng)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。同時也希望借此推動中國光伏早日實現(xiàn)發(fā)電側(cè)的平價上網(wǎng)。

單、多晶組件系統(tǒng)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(shè)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(yīng)該選擇多晶組件還是單晶組件?這個選擇取決于太陽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(shè)電站系統(tǒng)選用多晶330瓦或單晶340瓦組件所對應(yīng)的系統(tǒng)成本對比，包含組件、逆變器、匯流箱、支架、線纜、土地、人工等成本。其中假設(shè)多晶組件價格為3.20元/瓦，單晶組件價格為3.35元/瓦。

根據(jù)計算可知，多晶系統(tǒng)每瓦可以少花0.108元人民幣。

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

我們假設(shè)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. 電站運營年限均為20年

根據(jù)以上的假設(shè)條件，我們通過數(shù)學(xué)模型對單、多晶系統(tǒng)進行平準化度電成本LCOE測算。首先我們測算不同價格的組件度電成本差價，然后我們測算為了確保同樣度電成本，單多晶組件的價格差。

以下是我們的測算結(jié)果：

1 )如果單晶組件每瓦的價格比多晶組件高0.15元/瓦， 單晶系統(tǒng)投資就比多晶高0.108元/瓦，單晶系統(tǒng)平準化度電成本比多晶系統(tǒng)高0.004元/度。多晶系統(tǒng)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(tǒng)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不能超過多晶組件0.02元/瓦。當單晶的初始光衰為2%，單晶組件價格必須低于多晶0.01元/瓦，任何超出以上價差范圍(-0.01元~+0.02元/瓦)的單晶組件，將導(dǎo)致單晶光伏電站系統(tǒng)的度電成本高出多晶光伏電站系統(tǒng)，降低了太陽能電站的投資回報率，同時也妨礙早日實現(xiàn)太陽能發(fā)電側(cè)的平價上網(wǎng)。

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

我國的光伏領(lǐng)跑者項目，旨在鼓勵光伏技術(shù)發(fā)展，推動早日實現(xiàn)光伏發(fā)電平價上網(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。可能由于單晶硅電池片那時還是小眾產(chǎn)品，市場接受度低，領(lǐng)跑者標準對單晶技術(shù)門檻放的比較低，對主流的多晶技術(shù)門檻設(shè)的比較高。許多省和地方項目也紛紛向這個標準看齊，這導(dǎo)致了目前單晶資源供不應(yīng)求，價格一路飆升，造成眾多領(lǐng)跑者項目和地方項目遲遲無法開工，影響了實現(xiàn)光伏發(fā)電平價上網(wǎng)的進程。

由于目前領(lǐng)跑者標準對多晶企業(yè)門檻很高，逼著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。在過去的一年多時間里，多晶技術(shù)在持續(xù)降成本的同時，進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(jié)：

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：

1. 如單晶組件每瓦的價格比多晶組件高0.15元/瓦， 單晶系統(tǒng)每瓦投資比多晶高0.108元，單晶系統(tǒng)的平準化度電成本比多晶系統(tǒng)高0.013元/度。多晶系統(tǒng)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(tǒng)度電成本持平，單晶組件每瓦價格比多晶組件的溢價不能超過0.02元/瓦，否則單晶系統(tǒng)的度電成本會高出多晶電站，太陽能電站的投資回報率也會相應(yīng)降低。

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