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天合光能全鹏:智能光伏组件可解决两大问题推动平价上网

发表于:2016-12-16 00:20:09 来源:天合光能光伏能源
    在12月9日的“领跑者再升级:光伏前沿技术与应用创新论坛”上,除了天合光能的总工程师徐健美发表《从LCOE 看前沿技术的发展方向》的演讲,为大家分享了最前沿的光伏技术,天合光伏科学与技术国家重点实验室全鹏通过《低度电成本智能优化器组件解决方案》的报告,与各位光伏人共话光伏技术创新发展。以下内容根据全鹏在论坛上的发言整理而成。

天合光能全鹏:

智能优化器能解决两大问题推动平价上网

论坛主题是关于前沿技术和应用创新,目的是推动前沿技术发展,大幅度降低度电成本,实现“十三五”平价上网。其实,目前我们的组件已经实现了在用户侧的平价上网,跟商业电价比较接近了,2020年有望在部分地区实现脱硫电价的平价上网。

这个过程怎么实现?前沿技术非常重要,因为效率每提升1个百分点,相当于组件功率提升3个档位,系统成本可以下降1毛钱。

举个例子,1万片组件,如果用目前主流21%的高效率,基本上可以做到三类地区发300万度电,但是如果提高2%效率以后达到23%的效率,可以发330万度电,所以效率是非常重要的。

除了提高效率以外,创新的方案也是促进平价上网的重要举措。举个例子,如果发电量提升10%,相当于1万片组件发330万度电,相当于达到23%的效果,如果跟23%的效率叠加,发电优势更明显。

存在问题:

电站中一直面临两个重要的问题需要解决:

第一个问题是由于失配和遮挡造成发电量大幅度下降,造成投资收益受损;

另外一个问题是热斑。我们发现有一些组件存在热斑的问题,外观上看不出来,但是拍了红外发现这个组件已经受了严重“内伤”,电池片长期工作在高温情况下是非常危险的。商业分布式彩钢瓦厂房屋顶一般安装倾角在5-10度,积灰非常严重,西北有些地区电站积灰也比较严重。

再一个是衰减,首年衰减1-2%,但是20年之后衰减不一致造成发电量失配影响非常大!

此外还有朝向问题,随着大型地面电站未利用地资源越来越稀缺,分布式屋顶资源越来越稀缺,原来有遮挡会导致失配的地方也会做光伏电站发电,这样的地方如果不采用优化方案,发电收益很难达到预期。如果发电量和可靠性达不到预期,将会导致投资收益受损。

解决方案

针对这两个问题的解决方案就是智能优化器组件,它可以解决:

第一,由于遮挡和失配引起发电量大幅度下降的问题可以得到优化;

第二,热斑效应导致的可靠性风险可以被彻底消除。

目前智能优化器组件度电成本比常规组件具备优势,通过规模化应用进一步降低成本,智能优化器组件将成为持续推的水平价上网的关键技术之一。

很多人印象中觉得优化器的组件是价格非常贵、高不可攀,但是现在已经不一样了,半导体发展使得智能组件价格大幅度下降。

1. 解决遮挡和失配等问题

从技术发展趋势看,早期以集中式电站为主,一个大的光伏阵列就一个MPPT,后来发展到多MPPT的组串逆变器技术,还有集散式的多MPPT技术等,我们早期推广组件级MPPT技术,发展到现在已经到了电池串级的MPPT技术。传统组件某个电池或子串在遮挡或失配时,旁路二极管把这整串电路旁路掉,它就不发电了。

而我们通过创新应用方案,加入具备特定功能的电路或者芯片,代替二极管功能,当出现遮挡时候对子串进行优化,没有被遮挡的地方还能继续发电。

甚至做个大胆假设,随着半导体技术进一步发展,未来极有可能芯片能够代替二极管,这是另外一个应用创新的革命。

目前智能优化器组件解决方案的结构是一个优化器芯片管理20-24片电池,一个组件集成三个优化器芯片。

举例来说,当某个电池遮挡50%,传统组件的电流通过旁路二极管走,这个旁路不仅不能发电,还会消耗功率。

对于采用智能优化器组件方案以后,遮挡50%的电池面积,还有50%面积是能够正常发电。原来是损失30%的电,现在只有15%的损失。

这个图分析了电池从0%的遮挡到100%的遮挡情况,当被遮挡面积达到30-40%的时候,优化器组件跟普通组件的差异非常的大,达到20%以上。

为什么遮挡100%后是一样的?因为电池全部挡住了,它肯定就不发电了,但是仍然会在组串阵列上起到优化效果。
我们再来剖析下失配主要来自于哪些方面。

主要有电缆的失配、积灰失配、多云地区遮挡失配、排间遮挡等。

例如电性能失配,如果我们把时间拉长到20年,功率衰减差异是非常大的,有些衰减20%,有些衰减10%左右,特别是电流和电压的失配非常大,如果没有好的优化措施,发电量很难达到预期。

回到度电成本的主题,为了尽快迎接平价电力的到来,天合的研发团队经过多年的研发推出了电池串及的智能优化器组件解决方案,通过采用优化器技术加上Long String技术实现发电量提升,从而降低度电成本。

Long String技术是通过限压功能增加组件的串联数目,通过限制开路电压至接近于MPPT电压的范围,主要导致的结果是每串组件可以增加三分之一,线缆减少三分之一,建设成本降低,发电量达到提升。

智能组件在度电成本方面已经比常规组件具备优势,但如果能够叠加到21%-23%以上的效率之后,度电成本优势更加明显。

随着规模和技术进步,半导体元器件成本会进一步下降。天合光能不仅是自己做研发方面的工作,也跟我们的战略客户和顶级海内外试验室做合作研究。

对于树叶等小面积遮挡情况,智能优化器组件相对于普通组件的增益在3-4%左右;

积灰比较严重的地方,如新疆的组件工厂屋顶电站,上面有一个优化器组件和普通组件阵列发电量对比,优化器组件增益能够达到10%以上;

不同土地利用率情况下发电量的差异也比较明显,土地为稀缺资源,如何发挥它更大的价值?

在加大土地利用率情况下,智能优化器组件比常规组件的发电量提高更多。

有些人会选择某个月或者某个星期做测试,这是不太合理的,我们应该放到全年来看,由于积灰、积血、遮挡不一样,综合下来在某个项目上达到6%以上。这个技术是非常好的一个创新应用。

2. 解决热斑效应

对于热斑效应,如果不采用子串优化器的技术,出现遮挡、失配导致的热斑时,温度会非常高,我们花了大价钱做的电站投资会因为热斑问题导致投资受损;

如果采用优化器的技术,通过变换电压和电流,使得子串间串连电流保持一致,旁路二极管不会导通,被遮挡的电池也不会处于反向偏置状态,不会成为负载消耗该子串的功率。因此,智能组串优化器组件可以完全消除热斑效应。

最后,很多人可能会问优化器到底优化多少?其实这跟应用场景相关。

在那些土地非常紧张的领跑者项目中,这要求在单位面积土地上发更多电,跟提高电池发电的目的是一样的;在积灰比较严重的地方,包括分布式的屋顶,优化器可以将发电量提升10%以上,不同的应用场景发电量提升不一样,要结合不同的客户特点进行不同的研究和设计。

综上,智能优化器组件将成为持续推动平价上网的关键技术,且通过规模化应用有望进一步降低成本。天合光能作为世界领先的太阳能整体解决方案提供商,一直致力于推动平价上网的实现,希望用太阳能这种清洁的绿色的新能源造福人类。
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