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光伏组件转换效率及输出功率对电站BOS成本的影响
隆基乐叶 | 来源:隆基乐叶 浏览次数:293 发布时间:2019年4月16日
摘要:

太阳能组件作为光伏发电系统里最为核心和价格最高的设备,一直以来是整个行业关注焦点。在光伏组件成本与价格快速下降的过程中,组件成本占光伏系统总成本的比例始终处于50%上下(略有下降)。对于系统平衡部件(BOS)的成本的降低,一方面是依靠逆变器、箱变等设备成本降低及方阵容量设计的优化,一方面在于组件效率的提升与规格变化来摊薄,本文将对后者做具体分析。

  组件效率提升降低BOS成本

  高效组件降低BOS成本是大家最为熟悉的,单晶组件及单晶PERC组件自2015年以来市场份额的快速提升就在于对BOS成本节省及其在组件发电性能方面的优势。高效组件对BOS成本降低的基本原理在于使用高效组件使每个支架上的组件总功率提高,这样同样容量的电站所用到的:

  A.支架

  B.汇流箱(或组串逆变器)

  C.光伏电流与直流电缆

  D.桩基础的施工

  E.组件、支架的安装成本

  F.初始土地成本

  大致成比例的降低。如对比2016年下半年时的270Wp多晶组件与295Wp的单晶PERC组件(60片电池封装,组件尺寸相同,270Wp组件效率相对低了8.5%),多晶组件受组件效率影响的BOS成本按1.7元/Wp考虑,则295Wp组件对于的这部分BOS成本大致可以根据效率比折算:1.7′270/295=1.556元/Wp,高效率组件带来了0.144元/Wp,约8.5%的BOS成本节省。

  



  目前与组件效率相关的BOS成本相比前几年有所降低,但考虑到组件价格下降更大,节省的BOS成本占组件价格的比例还有所上升,因此市场形势对高效率产品更加有利。

  以上测算考虑了相同的安装容量,见于土地充足的地面电站。对于工商业屋顶(居民屋顶类似),组件占满屋顶安装时高效率组件可获得更大的安装容量,这样除了以上成本外,

  A.电站的开发成本

  B.电网接入成本

  C.综合自动化设备成本

  也可以被更大的安装容量摊薄,使用高效率组件更加有利。

  组件版型变化降低BOS成本

  



  早期采用125mm电池的组件与采用156mm电池的组件对比

  如果我们回到2012年,当时市场上还存在着125mm单晶硅片制作的组件,使用72片电池(6′12)的组件尺寸为1580′808mm,单晶组件功率约205Wp;同期156mm的60片电池组件功率约260W,尺寸1650′991mm。两种组件的开路电压分别为45.92V和38.24V,因此156mm电池片的组件串联数量更大,考虑到单块采用156mm电池组件的功率更高,因此单串组件的总功率明显高于125mm硅片的组件,承载单串组件的支架就可以做的更大,平摊到每Wp的支架与基础成本就可以有明显节省,而组件、支架的安装的人工工作效率也因为单块组件的功率上升而得到提升,光伏电缆的用量减少,土地的占有量也会略微节省。

  这样的节省无法通过简单的线性折算来计算,而需要建立阵列模型来具体分析,按照2012年的成本模型简单的测算结果如下表(项目地为格尔木,下同),30%的功率提升带来了与组件功率相关的BOS每瓦成本0.43元,约16%的节省。

  



  2.60和72版型组件的对比

  156(.75)mm电池片也可以封装成72片(6′12)电池的组件以进一步提升组件功率,电池数量的增加使得开路电压增加、串联数量降低,单串组件的功率保持不变,但对于常见的组件两排竖装的情况,支架略微延伸斜梁的长度就可以承载72片电池组件,支架成本略有降低,这种情况对于成本较高的平单轴支架更为明显,因此平单轴跟踪系统通常都会搭配72片电池组件使用;另一方面,组件、支架的安装的人工工作效率也因功率提升而降低,中国市场对60片电池组件的偏爱主要是习惯问题,,同属亚洲的韩国、东南亚、印度等新兴市场在大型电站与工商业分布式电站基本都采用了72片电池组件来降低系统成本。

  如下表测算,72片电池组件在支架、电缆、汇流箱等方面可带来约1分/Wp的节省,安装方面简单按照组件数量做推算,可带来2.7分/Wp的节省。综合可以在系统端带来3.7分/Wp的BOS成本节省。

  



  3.采用更大硅片(166mm)组件与现有组件的对比

  组件尺寸在2018年又开始出现了再次变大的趋势,类似的存在着增加电池片数量或把硅片做大两种方式。可以把电池片数量从72片提高到78片(+8.3%),硅片尺寸提高到M4(边长161.7mm,+5.7%)乃至166mm(约+12%)。根据60到72片电池的变化可以发现增加电池片数量会降低组串数量,对于支架和桩基础的节省相对有限,选择增大硅片尺寸对于降低BOS成本更加有利,并且在生产可以实现、组件安装没有明显困难的情况下应尽量增大硅片尺寸,下表对采用166mm硅片的系统成本做了详细测算:

  



  可见在功率提升11.8%的情况下,BOS成本可节省5.48分/Wp,桩基础与支架是节省额度最大的两部分。以上测算是根据中国国内较低的成本结构所做的测算,如使用跟踪支架及在较高人力、土地成本的地区,BOS成本的节省还将更高。

  总结

  组件效率提升带来的光伏电站BOS成本节省已为业内所熟知,其节省值可通过简易的方式计算得到。而组件尺寸的增大也可以带来BOS成本的节省,本文回顾了电池片尺寸从125mm变化到156mm、以及电池数量从60变化到72片带来的BOS成本节省,同时明确了下一步可以通过将电池片进一步做大来节省BOS成本,详细的测算显示使用166mm对边距的单晶电池片相比156.75mm电池片可使BOS成本至少节省约5.5分/Wp,在目前市场竞争日趋激烈,成本压力明显增大的形势下不失为一种理想的选择。

  组件效率提升降低BOS成本

  高效组件降低BOS成本是大家最为熟悉的,单晶组件及单晶PERC组件自2015年以来市场份额的快速提升就在于对BOS成本节省及其在组件发电性能方面的优势。高效组件对BOS成本降低的基本原理在于使用高效组件使每个支架上的组件总功率提高,这样同样容量的电站所用到的:

  A.支架

  B.汇流箱(或组串逆变器)

  C.光伏电流与直流电缆

  D.桩基础的施工

  E.组件、支架的安装成本

  F.初始土地成本

  大致成比例的降低。如对比2016年下半年时的270Wp多晶组件与295Wp的单晶PERC组件(60片电池封装,组件尺寸相同,270Wp组件效率相对低了8.5%),多晶组件受组件效率影响的BOS成本按1.7元/Wp考虑,则295Wp组件对于的这部分BOS成本大致可以根据效率比折算:1.7′270/295=1.556元/Wp,高效率组件带来了0.144元/Wp,约8.5%的BOS成本节省。

  

  目前与组件效率相关的BOS成本相比前几年有所降低,但考虑到组件价格下降更大,节省的BOS成本占组件价格的比例还有所上升,因此市场形势对高效率产品更加有利。

  以上测算考虑了相同的安装容量,见于土地充足的地面电站。对于工商业屋顶(居民屋顶类似),组件占满屋顶安装时高效率组件可获得更大的安装容量,这样除了以上成本外,

  A.电站的开发成本

  B.电网接入成本

  C.综合自动化设备成本

  也可以被更大的安装容量摊薄,使用高效率组件更加有利。

  组件版型变化降低BOS成本

  

  早期采用125mm电池的组件与采用156mm电池的组件对比

  如果我们回到2012年,当时市场上还存在着125mm单晶硅片制作的组件,使用72片电池(6′12)的组件尺寸为1580′808mm,单晶组件功率约205Wp;同期156mm的60片电池组件功率约260W,尺寸1650′991mm。两种组件的开路电压分别为45.92V和38.24V,因此156mm电池片的组件串联数量更大,考虑到单块采用156mm电池组件的功率更高,因此单串组件的总功率明显高于125mm硅片的组件,承载单串组件的支架就可以做的更大,平摊到每Wp的支架与基础成本就可以有明显节省,而组件、支架的安装的人工工作效率也因为单块组件的功率上升而得到提升,光伏电缆的用量减少,土地的占有量也会略微节省。

  这样的节省无法通过简单的线性折算来计算,而需要建立阵列模型来具体分析,按照2012年的成本模型简单的测算结果如下表(项目地为格尔木,下同),30%的功率提升带来了与组件功率相关的BOS每瓦成本0.43元,约16%的节省。

  

  2.60和72版型组件的对比

  156(.75)mm电池片也可以封装成72片(6′12)电池的组件以进一步提升组件功率,电池数量的增加使得开路电压增加、串联数量降低,单串组件的功率保持不变,但对于常见的组件两排竖装的情况,支架略微延伸斜梁的长度就可以承载72片电池组件,支架成本略有降低,这种情况对于成本较高的平单轴支架更为明显,因此平单轴跟踪系统通常都会搭配72片电池组件使用;另一方面,组件、支架的安装的人工工作效率也因功率提升而降低,中国市场对60片电池组件的偏爱主要是习惯问题,,同属亚洲的韩国、东南亚、印度等新兴市场在大型电站与工商业分布式电站基本都采用了72片电池组件来降低系统成本。

  如下表测算,72片电池组件在支架、电缆、汇流箱等方面可带来约1分/Wp的节省,安装方面简单按照组件数量做推算,可带来2.7分/Wp的节省。综合可以在系统端带来3.7分/Wp的BOS成本节省。

  

  3.采用更大硅片(166mm)组件与现有组件的对比

  组件尺寸在2018年又开始出现了再次变大的趋势,类似的存在着增加电池片数量或把硅片做大两种方式。可以把电池片数量从72片提高到78片(+8.3%),硅片尺寸提高到M4(边长161.7mm,+5.7%)乃至166mm(约+12%)。根据60到72片电池的变化可以发现增加电池片数量会降低组串数量,对于支架和桩基础的节省相对有限,选择增大硅片尺寸对于降低BOS成本更加有利,并且在生产可以实现、组件安装没有明显困难的情况下应尽量增大硅片尺寸,下表对采用166mm硅片的系统成本做了详细测算:

  

  可见在功率提升11.8%的情况下,BOS成本可节省5.48分/Wp,桩基础与支架是节省额度最大的两部分。以上测算是根据中国国内较低的成本结构所做的测算,如使用跟踪支架及在较高人力、土地成本的地区,BOS成本的节省还将更高。

  总结

  组件效率提升带来的光伏电站BOS成本节省已为业内所熟知,其节省值可通过简易的方式计算得到。而组件尺寸的增大也可以带来BOS成本的节省,本文回顾了电池片尺寸从125mm变化到156mm、以及电池数量从60变化到72片带来的BOS成本节省,同时明确了下一步可以通过将电池片进一步做大来节省BOS成本,详细的测算显示使用166mm对边距的单晶电池片相比156.75mm电池片可使BOS成本至少节省约5.5分/Wp,在目前市场竞争日趋激烈,成本压力明显增大的形势下不失为一种理想的选择。

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