光伏产品培训的简单介绍

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来源:2021-08-19郭逦达近影 专访记者/文君 一、起因在当前低碳经济的主导下,可再生能源走向主流能源是能源转型的必然趋势。随着太阳能技术发展以及产业化,其太阳能发电的效率以及性价比在不断提升,被广泛应用到社会、生活、生产等各个场景。可以预见在不久的未来,随着地球煤炭资源的耗尽,光伏电站等新能源电站将逐步取代传统燃煤电站。随着光伏产业的发展迅速,大功...

来源:2021-08-19

郭逦达近影

专访记者/文君

一、起因

在当前低碳经济的主导下,可再生能源走向主流能源是能源转型的必然趋势。随着太阳能技术发展以及产业化 ,其太阳能发电的效率以及性价比在不断提升,被广泛应用到社会 、生活、生产等各个场景。可以预见在不久的未来,随着地球煤炭资源的耗尽 ,光伏电站等新能源电站将逐步取代传统燃煤电站 。

随着光伏产业的发展迅速,大功率光伏组件时代已经快速到来。近两年来,随着光伏技术的进步 ,大电流光伏组件的诞生成为了产业创新的热点。然而,当电流增大到一定程度,随之也带来了新的挑战 。目前行业有哪些挑战 ,又应该如何应对呢?为此,近日记者走进晶澳太阳能科技股份有限公司,请产品技术部郭逦达女士谈谈大电流光伏组件的相关问题 ,也请她介绍一下该领域所积累的经验。

二、背景

晶澳太阳能是全球光伏产业的龙头企业 ,凭借持续的技术创新,多年荣登《财富》中国500强和“全球新能源企业500 强”。其产业链覆盖硅片 、电池、组件及光伏电站,产品足迹遍布135个国家和地区 。

郭逦达作为光伏领域里的专业人才 ,在太阳能电池和组件的研发以及产业化方面均取得了突出的成绩。她在国内外知名刊物发表了数篇SCI,EI学术论文;申请专利30余项,其中超过15项专利已授权。

从技术进步和环境问题出发,郭逦达进行了多项具有实用价值的技术的研究开发 ,包括基于纳米结构的太阳能电池技术开发、薄膜太阳能电池无镉缓冲层开发与研究等 。在产业化方面,她掌握了薄膜太阳能电池产线的在线工艺检测技术及制备技术;确认和制定相关设备供应商技术评估策略 、设备工艺测试标准,带领团队完成十条产线相关设备的技术评估和预验收工作。她曾多次赴海外参加光伏工艺技术培训 ,将海外的先进技术应用于国内产线,并对国内工程师进行相关培训。此外,她还协助高密度光伏组件量产导入 ,主导为户用市场量身打造的晶澳DeepBlue 3.0 Light光伏组件新产品量产导入 。

三、专访

记者:您好,郭女士!您从事光伏行业技术研发及产业化已有十多年的时间了,能为我们大致梳理一下自己的从业经历吗?当初为什么会选择这个行业呢?

郭逦达:我在大学本科所学的是光信息科学与技术 ,因为对其中光电材料与器件方向格外感兴趣 ,研究生选择了去培养了多位行业领军人物的澳洲新南威尔士大学继续攻读光伏与太阳能专业的硕士 。

毕业后,我便全身心投入光伏行业的技术研发。在随后的十多年工作中,都是在为热爱的领域而奋斗。曾先后就职于多家世界知名光伏企业及研究机构 ,如北京低碳清洁能源研究所、汉能薄膜发电集团 、晶澳太阳能光伏科技有限公司等,累计申请专利30余项 。在加入晶澳太阳能后,能将累积十多年技术研发及产业化经验在世界级产业平台上发挥作用 ,为世界清洁能源做出贡献,我感到很自豪。

现在环境和气候变化问题引起了越来越多的关注,可再生能源电力的推广和应用刻不容缓。光伏发电是最清洁、最可靠、最安全的可再生绿色能源之一 。为光伏行业的发展做出贡献 ,是改善人类下一代生存环境的必经之路。为此,我感到很深的责任感和使命感。所以,从一开始选择光伏专业至今 ,从未偏离自己的初心,也从未消减过自己对行业的热爱 。

记者:您对如今的光伏行业及产品的发展有何看法呢?

郭逦达:太阳能光伏发电是目前发展最为迅速 、并且前景最为看好的可再生能源产业之一。国际能源署预计,到2050年光伏发电能够提供全球发电量的11%。

光伏发电系统通常由光伏组件 、控制器、逆变器、储能系统等部分组成 。其中 ,光伏组件也叫太阳能电池板 ,是光伏系统中的核心部分,也是最重要的部分,它的作用是将太阳能转换为电能。在这些年光伏产业快速发展的过程中 ,人们已经深切感受到光伏组件技术带来的新挑战。基于电站客户收益最大化的理念,目前行业内组件产品设计逐渐转向了大电流的方向,但是当组件电流增大到一定程度时 ,可能会带来一些天然的无法忽视的风险和发电量损耗的问题,必须得到行业的重视,特别是涉及产品和系统的质量风险以及电气安全风险等 。

记者:您如何看待近两年出现的大电流光伏组件呢?

郭逦达:一般我们用度电成本(LCOE)衡量光伏电站整个生命周期的发电成本 。在组件端 ,组件效率 、功率以及发电能力都对LCOE有非常关键的影响,尤其组件功率和效率的提升可以有效降低LCOE。

早在2009年时,光伏行业内的组件功率最高仅为290W。经过了这十多年的发展 ,组件功率已经上升到500W以上,甚至有的组件功率超过600W 。组件功率提升的主要路径,除了电池技术进步带来的转换效率的提升、组件版型及辅材的优化之外 ,硅片尺寸的增大也起到了显著作用。最初 ,量产太阳能电池基于125mm硅片,后来发展到156mm、158.75mm 、166mm,一直到现在的182mm和210mm。尤其这两年182mm和210mm大尺寸硅片的出现 ,不仅带来组件功率的飞跃增长外,同时也显著提高了组件的工作电流,大电流组件也由此诞生 。

简单来讲 ,硅片尺寸增大(也就是电流增大)的内在逻辑主要有两点:一方面,可有效降低硅片和太阳能电池的单瓦成本、降低组件生产成本;另一方面,通过硅片尺寸增大提升组件功率可以有效降低系统端BOS成本(系统端建设成本)。当然 ,任何增益都是有一定范围的,当电池片尺寸、电流增大到一定程度,它所带来的风险 、隐患和损失就可能超过其增益。

因此 ,在光伏组件设计及选型上,并不能一味的追求高功率、大电流,而应该以最低度电成本为目标 ,综合考虑生产、质量 、光伏系统性能表现、风险等各方面 ,来决定最优的组件方案 。

记者:那么,当电池片面积增大到一定程度后,在生产和制造等过程中是否就会有一些影响或风险?

郭逦达:在生产环节 ,随着电池片尺寸的增大,产品良率会因生产难度的加大而降低。目前182组件技术已经非常成熟,良率与上一代主流产品持平。然而 ,基于更大硅片的超大电流组件,其大尺寸硅片和电池的良率在初始生产阶段,可能难与原品持平 ,并且因尺寸增大带来的某些问题可能无法随工艺成熟而完美解决;同时,硅片尺寸过大,还会影响薄片化的发展 ,组件尺寸的增加,不利于边框和玻璃的降本,这些都会对生产成本产生一定的影响 。另外 ,随着硅片尺寸和组件尺寸的增大 ,也会增加组件的机械载荷风险,造成搬运和安装的困难,对支架的承受能力有更高的要求 ,影响产品及系统的全生命周期内的质量。

记者:终端用户最为在意的,是光伏组件在系统中的发电量。请您介绍下这方面贵公司和您的一些研究成果?

郭逦达:最直接的是电流的增大会带来一定的功率损耗,从而造成发电量的下降 。功率损耗主要包括光伏系统中光伏线缆的线损 ,以及组件自身的热损功率 。

首先说一下功率损耗,我们基于100MW项目进行了182组件(工作电流13A左右)和超大电流组件(工作电流18A左右)的光伏线缆的线损对比分析。在STC(Standard Test Conditions)条件下,在使用同样4mm²线缆规格的情况下 ,由于更大的工作电流,超大电流组件方案比182组件方案的直流侧线损高约0.2%。

另一方面,对于组件自身的热功率损失 ,我们的研究计算表明:相对电池细栅、主栅上的发热差异,焊带上的发热差异更为明显 。超大电流组件比182组件热损功率占比高0.53%。如果我们以3GW规模项目为例,由于直接热功率损失 ,每年超大电流组件将比182组件少发2000万度电。

此外 ,关于182组件和超大电流组件的LCOE,我们也做了对比研究 。根据我们的模拟测算结果,182组件较超大电流组件的发电量高1.8% ,为1.862度/Wp/年;LCOE方面,182组件相对超大电流组件低0.3-0.5分/kWh,为0.19元/kWh。

我们从户外实证数据也得到了相同的结论。为充分研究不同组件的发电性能与工作温度差异 ,晶澳联合TÜV北德在银川国家光伏实验基地于2021年2月开展了户外实证项目 。实证数据显示:高辐照天气下,由于更多的能量在焊带上转化为热能,超大电流组件比182组件的工作温度平均高1.8℃左右 ,最高温差可达5℃左右。而众所周知光伏组件的输出功率随温度的升高而降低,工作温度每升高一度,功率将降低约0.35%;同时结合多种因素的综合影响 ,实证显示182组件单瓦发电量比超大电流组件高约1.8%。

记者:除了发电量外,用户最关心的还有光伏产品的安全 。请您从电气安全的角度,给我们讲讲有哪些需要关注和注意的地方?

郭逦达:光伏组件是指通过玻璃 、背板 、EVA或者POE将太阳能电池封装在一起 ,然后再通过接线盒+电缆+接插头将产生的直流电输送出来的电气装置。对于整个组件来讲 ,接线盒、接插头都是不引人注目的小部件,但是如果这两个小部件出现问题,将会带来巨大的安全隐患。经过权威第三方机构统计 ,由光伏组件引起的电站故障(尤其是火灾),基本都与接线盒和接插头有关 。因此,在组件设计时 ,接线盒是一个非常关键的技术点,尤其对于大电流组件,接线盒二极管的载流能力至关重要 。

为了保证接线盒二极管的载流能力 ,对于单面组件,建议接线盒额定电流需大于1.25倍的Isc(短路电流),如果对于双面组件 ,还需要考虑30%的双面增益和 70%左右的背面率。182双面组件使用了市场上非常成熟的额定电流为25A的接线盒,保持了更为充足的安全余量(16%左右),充分保障了大电流光伏组件长时间运行的可靠性 ,而更大电流的组件即使使用更高额定电流(30A)的接线盒进行匹配,安全余量相对而言也是明显偏低 ,在高辐照、高温环境下的过载风险显著增加。

在光伏线缆方面,基于IEC 62930标准,我们研究计算了光伏线缆的载流能力 。在一般的地面电站或分布式屋顶电站中 ,4 mm²线缆的载流能力可满足182组件和超大电流组件的应用。然而当某些分布式屋顶温度达到70摄氏度时,如果超大电流组件不选用成本更高的6mm²的光伏线缆,则有可能造成线缆过热和烧毁 ,有发生火灾危险。

记者:您认为,最合理的光伏组件设计与未来的发展方向是怎样的?

郭逦达:在更高功率组件的开发道路上,采用哪一种设计 ,不仅需要结合更多的组件实证表现去判断,同时还需要保证优越的可靠性来确保客户的长期收益 。根据相应的技术分析,在现有条件下 ,靠进一步增加组件尺寸 、提升组件电流对系统端的成本下降的帮助越来越小,但却会带来相应的发电性能下降与安全风险的上升,所以行业未来的工作重点还是应该回归到进一步提升转换效率的技术进步主航道上。

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