度电成本下降 光伏平价上网之路(一)

阿甘 2014-12-20 来源: 新浪

OFweek太阳能光伏网讯:现阶段,光伏项目必须依靠补贴才能实现盈利。究其原因,一是由于前期成本还比较高,目前约为8000元/kWh,高于火电4000元/kW的成本;二是由于其年满发小时数低,根据资源的不同,全国各地大约在1000~1800h之间,远低于2014年火电全国平均4706h的利用小时数。虽然前期投资高、发电小时数低,但相对于火电,运营成本低是光伏最大的优势。

光伏发展这么多年,光伏人孜孜以求的,就是让光伏电力实现“平价上网”。让光伏电力从昂贵的有高补贴电价逐渐走向平民化的电价。要实现平价上网,只能从上述的“降前期投资”和“提高发电小时数”两个角度着手。

一、前期投资成本的降低

从2007年开始,光伏项目的前期投资成本大幅降低,主要是从两个途径实现的:技术提高与规模化。

1 关键设备技术提高

光伏电站最关键的设备就是光伏组件和逆变器了,从2007年开始,我深刻感受到这两个核心设备的技术提高之路。

1)光伏组件转化效率的提高

表1 光伏组件转化效率的提高历程

从上表可以看出,在6年的时间里,光伏组件的转化效率从14.1%提高到15.9%,1MW发电单元中光伏方阵的数量大约可以减少12%。随之而来,汇流箱、直流电缆、支架、基础等配套设备的用量都会随之减少,光伏电站的BOS成本(光伏电站场区范围内除光伏组件以外其他设备的成本)下降约4%。

2015年年初,能源局提出的领跑者计划中,单晶硅组件转化效率为17%以上,多晶硅组件转化效率为16.5%以上。天合也推出转化效率为19.83%的多晶硅组件和20.48%的单晶硅组件,虽然目前只是样品阶段,但整个行业由于光伏组件效率提升带来的光伏电站成本降低可以期待。

2)光伏组件工艺的改进

除了硅片本身转化效率的提高,很多厂家也从制造工艺上动脑筋。今年的SNEC会上,看到很多组件厂家推出了4栅线、5栅线的高效电池。由于银栅线对电池片的遮挡更加均匀,因此在硅片相同的情况下,整个光伏组件的输出功率提高。除了多栅线电池以外,有的厂家也推出了背电极电池。

4栅线、5栅线及背电极电池,通过对组件工艺的改进,实现了在硅片效率不变的情况下组件效率的大幅提高。其对光伏项目成本下降的意义,与硅片效率提高相当。

 

3)逆变器的单机规模变大

从2007年以来,逆变器的单机规模不断变大。从最早的250kW到500kW占主流;再后来,很多厂家推出了1MW集装箱式逆变器;SNEC会上,甚至出现了3.2MW配电柜、逆变器、箱变一体的集装箱。

单机功率做得大,直接的好处是每瓦的成本低,占地面积小,安装成本低。集装箱式逆变器的出现,整体造价与逆变房保持基本相同,但由于省去了修建逆变房的工序,大大节省了工期,从而降低项目的施工成本。

4)逆变器最大开路电压的提升

2007年的逆变器,最大开路电压为880V。因此,如果采用60片的光伏组件,最常用的设计方案就是每个组串20块组件。现在,逆变器的最大开路电压都是1000V,常用的设计方案是每个组串22块组件。这一改进带来的直接变化就是:组串输出电压升高,线损降低;每个组串的组件多了10%,相同规模的光伏电站组串个数就会降低10%,汇流箱、直流电缆的用量也可以降低10%左右,投资成本降低。

SNEC展会上,有的厂家甚至展示了直流输入1500V的光伏逆变器,交流输出可以提高到540V。但业内专家认为:由于电压提高,相同功率下电流降低,因此可提高单机功率密度和单机效率,单瓦成本降低。然而,高电压对系统其它设备的要求也比较高,耐压1500V的组件、光伏电缆、接头、直流开关,因此相当于整个系统来说,成本并没有下降,但风险却增加了。一是安全方面,1500V直流比1000V危险系统大了一倍以上;二是组件失效风险,串联的组件总功率是由最少的一块来决定的,对组件的一致性要求更高。因此,1000V在现阶段可能是更合适的电压水平。

2 设备的规模化生产

2007年时,全国当年新增的光伏装机容量只有20MW;2013年为12918MW,2014年为10600MW,分别为2007年的650倍和530倍。2015年的规划为20GW,将达到2007年的1000倍!

年装机规模的增长,使大量相关厂家进入这个领域,光伏设备因规模化效应和充分竞争而快速降低。

3 设计水平的提高

1)基础的变化

我刚做光伏电站设计时,支架基础都采用扩大基础,费时、费料、造价高。如今,大家更多的采用水泥灌注桩、螺旋钢桩等,大大降低了基础的费用。

2)光伏组件逆变器的配比

我最早做的光伏电站,主要集中在青海。那时,大家在讨论,500kW的光伏组件是不是要接入630kW的逆变器中,因为高原地区逆变器要降容使用。第一次做内蒙光伏电站项目评审时,因为我设计将1.08MW的光伏组件接入2台500kW的逆变器中,跟评审专家解释了很长时间,做了一大堆的数据计算,最后勉强同意。

从去年开始,业内对“光伏组件容量:逆变器容量”取1.2~1.4之间,已经非常认可。原因很简单,由于辐照度达到1000W/m2的机会极少,且光伏系统效率在80%左右,按1:1的比例,逆变器满功率运转的时间微乎其微。光伏组件多装点,逆变器的利用率还会高一些。

如果光伏组件和逆变器按1.2的比例安装,相当于光伏电站从逆变器开始,电气设备投资节省了20%。

综上所述,由于关键设备技术提高、规模化效应、设计水平不断提升等原因,光伏电站的造价不断下降。下表为2007年~2014年,光伏电站造价的变化情况。

表2 光伏电站造价的变化历程

 

二、满发小时数的提升

由于光伏电站的满发小时数是由太阳能资源和系统效率共同决定,太阳能资源是无法改变的,那我们只能来不断提高系统效率。

1 逆变器的技术革命

2007年~2012年之间,规模化光伏电站里,逆变器绝对是集中式的天下,投资商们并没有其他的选择。

2012年之后,华为携组串式逆变器横空出世。组串式逆变器多路MPPT的精准跟踪,让相同装机容量的光伏电站,能多发3%~8%的电量,虽然造价略微提高,但度电成本一定程度降低。

2014年开始,集散式逆变器开始崭露头角。集散式逆变器通过提供一体化解决方案,既可以多路MPPT精准跟踪,又能保证电能质量;同时,通过在控制器(汇流箱)侧对电压的提升,大大降低了光伏电站内数量最大的直流电缆的线损。多路MPPT精准跟踪、直流线损降低、投资与集中式基本相同。因此,相对于最初的集中式,由于集散式逆变器的发电量提高而投资基本不大,度电成本肯定会较大幅度降低。

2 支架形式的变化

早期的光伏电站,基本都是固定式的。2009年一期特许权招标的甘肃酒泉电站采用了单轴跟踪,但至今跟踪式支架仍主要停留在示范阶段。究其原因,一是我国的大型电站主要在风沙大的西北地区,恶劣的自然环境对跟踪系统的传动设备损伤很大,成为故障多发部件;二是随着光伏系统造价的下降,采用跟踪系统时投资增加的百分比由2009年的3~6%增加到现在的10~20%,在理论发电量提高15~25%的情况下,增加部分投资的收益不明显。而另外一种形式,固定可调式支架被广泛使用。

固定可调式支架,虽然只能提高3~5%的发电量,但由于其可靠性好,基本不增加投资,而得到越来越多投资商的青睐。

3 光伏组件的布置

我最早做光伏电站设计,就是照猫画虎,光伏组件就是横向布置;但在后来的工程实践中,发现竖向布置非常便于安装,而且可以节省一道支架横梁。于是,从2009年底开始,我所有的方案都是按光伏组件竖向布置设计的。直到2013年研究了光伏组件的内部构造后,开始坚定的推行光伏组件横向布置的方案。

横向布置方案虽然安装起来比较麻烦、且增加少量投资,但通过减少早晚阴影遮挡造成的发电量损失,可以提高电站的发电量。整体算下来,还是非常划算的。

4 运维水平的提高

随着装机规模的增加,光伏电站的运维日益得到重视。我是从智能监控和电站清洗两方面,最直接的体会到运维水平提高。

最早的电站清洗,基本都是靠人工;而现在,机械清洗已经逐渐替代人工清洗,机器人清洗也不是新鲜事物。在风沙大的西部地区,清洗及时可以带来5%左右的发电量提高。

前一段时间做了一个电站的后评估。从电站的监控系统中,我可以看到汇流箱每个支路的电流,可以准确的计算出组串之间的不匹配度,也可以一目了然的发现哪个组串有问题。

而在以前,我们智能从逆变器上读取约100个组串的累计数据,所有的问题都是黑匣子,根本无法判断是否有问题、问题出在哪里。智能监控让电站运维更加精准化,从而可以准确定位、快速解决问题,减少发电量的损失,提高电站的系统效率。

 

三、小结

2007年至今,光伏电站的造价快速下降,满发小时数的不断提高,结果必然是光伏电力的度电成本也在快速的下降。与此同时,国家对于光伏项目的补贴也跟着度电成本下降。光伏电力实现平价上网,已经不会太远。

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