近年来,光伏发电成本在全球范围内呈现出显著下降趋势,成为最具竞争力的可再生能源之一。据预测,到2024年,中国东部地区的光伏发电成本预计将低于0.25元/度,而在光照资源丰富的西部地区,如宁夏、西藏、新疆等地,光伏发电成本更是有望降至0.1元/度。这一成本的大幅下降,不仅提升了光伏发电行业的竞争力,还推动了其从依赖政策补贴的初级阶段向自我反哺的成熟阶段转变。
光伏发电成本降低的主要因素光伏设备技术变革与创新
光伏发电成本的降低主要得益于产业链各环节的技术变革与创新。从硅料环节到硅片环节,再到电池片环节,每一次技术突破都带来了生产成本的显著下降。例如,金刚线切割技术的应用大幅降低了单晶硅片的生产成本,而N型TOPCon、HJT等新电池技术的快速发展,则有望进一步提升光伏发电的转换效率,降低度电成本。
目前的光伏技术对应效率都达到多少了呢?
单晶硅太阳能板:
效率范围:通常在15%至22%之间,部分高端产品的效率可达到甚至超过22%。单晶硅太阳能板具有较高的光电转换效率,是市场上较为常见且技术成熟的一种。
多晶硅太阳能板:
效率范围:大约在13%至18%之间。虽然多晶硅太阳能板的效率略低于单晶硅,但其制造成本相对较低,因此在市场上也占有较大份额。
薄膜太阳能板:
薄膜太阳能板包括多种技术,如非晶硅(a-Si)、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)等。
非晶硅(a-Si):效率相对较低,一般在6%至10%之间,但其制造成本低,适用于某些特定应用场景。
铜铟镓硒(CIGS):效率可达15%至20%,具有良好的光吸收能力和较高的稳定性。
碲化镉(CdTe):效率也可达到15%至20%,且能在高温环境下保持较高的效率。
异质结(HJT)太阳能板:
HJT技术是一种新兴的高效光伏技术,其效率潜力巨大。目前市场上HJT太阳能板的效率可达到22%至25%,部分实验室产品甚至超过25%。
TOPCon(隧穿氧化钝化接触)太阳能板:
TOPCon技术也是近年来快速发展的一种高效光伏技术。其效率同样可达到22%至25%的高水平,且具有良好的稳定性和可靠性。
双轴跟踪系统:
虽然双轴跟踪系统本身不直接提高光伏板的转换效率,但它通过使光伏板始终面向太阳,最大化了太阳光的接收量,从而间接提高了整个光伏系统的发电效率。理论上,双轴跟踪系统可以使光伏系统的发电量提高20%至40%,具体取决于地理位置和气候条件。
除了光伏组件,光伏逆变器也分化出三种不同应用场景的。
光伏逆变器根据其功能和设计特点,主要可以分为集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器三大类。以下是这三类逆变器的详细优缺点分析:
功率大,数量少,便于管理:集中式逆变器单体容量通常在500kW以上,系统总功率大,一般是兆瓦级以上,逆变器数量少,便于集中管理和维护。
元器件少,稳定性好:逆变器元器件数量少,设计简单,运行稳定性高,可靠性好。
电网调节性好:具有功率因素调节功能和低电压穿越功能,有助于提升电网的稳定性和调节能力。
成本低:相较于其他类型逆变器,集中式逆变器在建设和运维成本上具有一定优势。
MPPT电压范围较窄:集中式逆变器的最大功率跟踪(MPPT)电压范围较窄,组件配置灵活性较低,无法精确跟踪每一路组件的最佳工作点。
阴影遮挡和组件差异影响大:在出现多云、部分遮阴或单个组串故障时,会影响整个光伏系统的效率和电产能。
需要专用机房和散热系统:集中式逆变器需要专门的机房和散热系统,增加了初始投资和运维成本。
维护难度大:逆变器需要专业工程师维护,单个逆变器故障对发电量影响较大,备件种类较多,故障定位及修复时间长。
组件配置灵活:组串式逆变器对几组(一般为1-4组)光伏组串进行单独的最大功率峰值跟踪,组件配置灵活,发电时间长。
受阴影遮挡影响小:当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡时,只会影响其对应的最大功率峰值跟踪模块少数几个组串发电量,对系统整体影响较小。
安装和维护简便:组串式逆变器可直接安装在室外,组网结构简单,可分散室外就近安装,便于维护和更换。
发电效率高:组串式逆变器具有较宽的MPPT电压范围,能够更好地适应不同光照条件,提升发电效率。
成本略高:相较于集中式逆变器,组串式逆变器的价格略高。
电气间隙小:部分组串式逆变器功率器件电气间隙小,不适合高海拔地区使用。
系统监控难度大:当大量组串式逆变器并联时,系统监控难度较大,需要采用先进的技术手段进行抑制谐振和监测。
组件级监控:微型逆变器对每块光伏组件进行单独的最大功率峰值跟踪和监控,能够实时了解每块组件的工作状态。
安全性高:微型逆变器仅有几十伏的直流电压,全部并联,最大程度降低了安全隐患。
提升整体效率:在碰到部分遮阴或者组件性能差异的情况时,微型逆变器能够提升整体效率。
价格高昂:微型逆变器的价格相对较高,增加了系统成本。
维护难度大:微型逆变器数量多,且出现故障后较难维护。
不同类型的光伏逆变器各有其优缺点,在选择时应根据具体应用场景、系统规模、成本预算等因素综合考虑。
技术进步和规模化效益的显现,光伏组件、逆变器等关键设备的成本不断降低,同时土地费用、电网接入等非技术成本也在逐步优化。这些因素共同作用,使得光伏电站的初始全投资成本持续下降,为光伏发电的大规模推广提供了有力支撑。
除了逆变器,光伏组件的技术推进,光伏支架方式也演化出多种应用场景。
在光伏发电系统中,光伏系统支架作为支撑光伏板的关键组件,其成本对整体项目造价具有重要影响。光伏系统支架的成本通常涉及多个方面,包括材料费、加工费、运输费、安装费等。光伏系统支架的成本在每平方米50元到200元不等,具体价格受多种因素影响:
材料成本:光伏系统支架的主要材料包括钢材、铝合金等。这些材料的价格波动会直接影响支架的成本。近年来,随着钢材等原材料价格的波动,光伏系统支架的成本也呈现出一定的波动性。
设计复杂度:不同项目对光伏系统支架的设计要求不同,设计复杂度越高,所需的材料和加工成本也越高。因此,设计方案的优化对于降低支架成本具有重要意义。
制造工艺:先进的制造工艺可以提高生产效率,降低生产成本。例如,采用自动化生产线和精密加工设备可以提高支架的加工精度和一致性,从而降低废品率和返工成本。
运输和安装:光伏系统支架的运输和安装成本也不容忽视。运输距离、运输方式以及安装难度等因素都会影响成本。在项目规划和设计阶段,需要充分考虑这些因素,以优化运输和安装方案,降低成本。
固定式安装是最常见的一种光伏支架安装方式,适用于那些日照时间长、气候稳定、阴影遮挡较少的地区。固定式安装的光伏支架一般呈倾斜角度,以便更好地接收太阳辐射。其固定方式有多种,如地面固定方式就有桩基法(直接埋入法)、混凝土块配重法、预埋法、地锚法等,屋面固定方式则随屋面材料不同而有不同的方案。这种安装方式的优点是结构简单、维护方便,但需要注意的是,由于支架固定不动,所以在冬季低角度的太阳辐射接收效率可能会降低。
单轴跟踪安装是指光伏支架可以在一个轴向上进行旋转,以跟踪太阳的运动轨迹。这种安装方式可以显著提高光伏系统的发电效率,尤其在纬度较高的地区。然而,单轴跟踪安装的结构相对复杂,需要更多的维护,并且成本也相对较高。
双轴跟踪安装是指光伏支架可以在两个轴向上进行旋转,以精确跟踪太阳的运动轨迹。这种安装方式的发电效率最高,但同时也带来了更高的成本和更复杂的维护要求。双轴跟踪安装一般适用于大型光伏发电项目或特殊场合。
在水域(如湖泊、水库等)上安装光伏系统,具有不占用土地资源、利用水面反射增加光照强度等优势。