技術進步照亮光伏發(fā)電平價上網(wǎng)之路

浙江正泰新能源開發(fā)有限公司■周承軍 徐慶 李春陽 羅易

1839年，法國物理學家在實驗室偶然發(fā)現(xiàn)了光生伏特效應；1954年4月5日，美國貝爾實驗室展示了人類第一塊具有實用意義的硅太陽電池，而這塊電池只有1 W，轉換效率約為6%；而如今，在實驗室里已經(jīng)可以制造出轉換效率超過40%的太陽電池；全球范圍內光伏產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)形成了非常成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，僅2017年全球新增光伏裝機容量就達102 GW，并且每年都保持了持續(xù)穩(wěn)定的增長。

從2009年開始，我國政府出臺了一系列的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)相關政策，截至2017年底，我國光伏累計裝機容量已達130.25 GW，新增裝機容量已連續(xù)5年位居全球首位，累計裝機容量也連續(xù)3年位居全球第一。

近年來，在市場需求的刺激下，光伏產(chǎn)業(yè)上游的硅片制備技術有了一系列突破性的進展，在提升產(chǎn)品品質、降低能耗的同時，也對光伏系統(tǒng)整體成本的下降起到了重要作用。比如，硅烷流化床技術對改良西門子法的更替、使用金剛線替代砂線切割等。以金剛線切割為例，該工藝提高了切割效率，減少了材料的損耗，并且在減少環(huán)境污染和運營成本方面都具有優(yōu)勢。工藝的更換、制備設備的改進是促使光伏系統(tǒng)整體成本下降的重要因素。

從材料角度來看，太陽電池可分為晶體硅太陽電池、薄膜太陽電池和最近以低成本著稱的鈣鈦礦太陽電池，其中，晶體硅太陽電池由于成本和效率上的顯著進步已經(jīng)成為了市場主流。從技術路線方面劃分，晶體硅太陽電池可分為多晶硅太陽電池和單晶硅太陽電池；從工藝方面劃分，晶體硅太陽電池可分為p型太陽電池和n型太陽電池。在追求高效的道路上，還出現(xiàn)了在常規(guī)太陽電池基體背面添加一層“氧化鋁+氮化硅”的PERC電池，在基體的背表面通過擴散或離子注入重摻雜形成背場的雙面電池，將正、負兩極金屬接觸均移至電池片背面的IBC電池，以及異質結、MWT、半片、疊片等電池技術；在組件封裝方面，還出現(xiàn)了單玻、雙玻等封裝方式。

目前太陽電池呈現(xiàn)的市場格局是“百家爭鳴、百花齊放”的狀態(tài)，各技術路線在成本和效率上的優(yōu)勢仍有待市場的進一步檢驗，且仍有較大的技術發(fā)展空間。在“領跑者”項目的推動下，市場對高效太陽電池的需求明顯提升，從2017年“領跑者”中標項目的結果來看，大量廠家都采用了雙面發(fā)電技術。

并網(wǎng)型逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行的重要設備，一方面，其擔任著通過調節(jié)MPPT使光伏陣列在工作條件下處于最大功率輸出點的任務；另一方面，其又要通過逆變橋將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉換為符合電網(wǎng)接入條件的交流電。目前，為適用于不同的工況，已出現(xiàn)了組串式、集中式、集散式和微型逆變器4種技術路線；而從直流側系統(tǒng)來看，又有區(qū)別于常規(guī)1000 V系統(tǒng)的1500 V系統(tǒng)逆變器。各逆變器技術路線分別從減少光伏發(fā)電系統(tǒng)中組串的失配損失及線損，以及降低成本、增加轉換效率等角度來提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)效率，增加發(fā)電量，提升光伏電站的收益率。

在支架安裝結構方面，出于降本增效的目的，在傳統(tǒng)固定式安裝結構上發(fā)展出了可調支架、柔性支架及跟蹤支架等安裝結構。各種支架的安裝結構在特定工況下的優(yōu)越性均得到了市場廣泛的驗證，其中，固定式支架和跟蹤支架在市場中更是得到了普遍的應用。跟蹤支架可劃分為平單軸、斜單軸、雙軸等結構形式，在光伏發(fā)電系統(tǒng)提升系統(tǒng)經(jīng)濟性、增加發(fā)電量的預期下，這幾種結構形式均在市場中實現(xiàn)了有效推廣。相比于固定式支架，跟蹤支架能實時增加太陽光線的入射角度，減少反射損失，因此，跟蹤支架在對效率和技術先進性要求比較高的“領跑者”項目中得到了普遍的應用。

在系統(tǒng)層面，由于近年來補貼的下調，光伏電站在設計和建設上對技術和質量的把控更加嚴格，譬如間距的設計、光伏陣列最佳角度的安裝、對污染的評估、對消防安全的重視等。運維方面，開始采用無人機對光伏電站進行熱斑巡檢，使用機器人清洗組件；光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)也越來越智能化，功能上不僅有對設備的監(jiān)控、告警，還實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的分析，基于氣象數(shù)據(jù)的功率預測等。近年來，隨著一系列行業(yè)標準的發(fā)布，比如，電站的各類檢測認證方法、設計規(guī)范的完善等，光伏電站的設計和建設也逐漸擺脫了野蠻生長的發(fā)展方式，走向更加規(guī)范化的發(fā)展。

近年來，“光伏+儲能”這一模式在業(yè)內的呼聲越來越高。兩者的結合能充分彌補太陽能由于氣象因素的影響而給電網(wǎng)帶來波動性的弊端，將太陽能產(chǎn)生的電力在用電低谷時儲存起來，再到用電高峰時釋放出來，通過“削峰填谷”實現(xiàn)對電網(wǎng)電力的穩(wěn)定供應?！肮夥?儲能”模式除了可有效解決“棄光”問題，在增加電網(wǎng)供電可靠性的同時，在光伏產(chǎn)業(yè)“去補貼”的政策背景下，該模式還能實現(xiàn)售電和峰谷電價差雙收益，有望提前推動光伏發(fā)電的平價上網(wǎng)。在此背景下，國內廠家開始推出針對“光伏+儲能”的雙向變流器、針對儲能電站的儲能電池管理系統(tǒng)，以及為了降低成本提出的將退役動力電池用于“光伏+儲能”電站的動力電池梯度利用方案等。在儲能方式方面，目前已實施的項目除了傳統(tǒng)的抽水儲能方式外，還有采用聚合物鋰電池、液流電池、鉛酸電池等的化學儲能方式，也有一些采用如壓縮空氣儲能的物理儲能示范項目。

光伏產(chǎn)業(yè)早期是由于世界各國出于日益嚴重的環(huán)境問題的壓力而扶持發(fā)展起來的，經(jīng)過數(shù)十年的技術提升和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，隨著成本下降和效率提升，光伏產(chǎn)業(yè)今后將逐漸擺脫對政策的依賴，在與傳統(tǒng)能源的角逐中產(chǎn)生越來越強的市場競爭力。一方面，政策和環(huán)境問題催生了光伏這個清潔能源產(chǎn)業(yè)；另一方面，政策和環(huán)境問題又將倒逼行業(yè)技術的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的成熟，促進產(chǎn)業(yè)的自我生長。2018年“5·31”光伏新政的發(fā)布也正式加速了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線由政策市場向技術市場的轉變，通過產(chǎn)業(yè)鏈上下游的技術提升實現(xiàn)降本增效，實現(xiàn)光伏發(fā)電的平價上網(wǎng)，讓光伏產(chǎn)業(yè)在市場環(huán)境的洗禮中更加繁榮蒼翠。