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    為什么超大尺寸不是光伏組件發展方向?

    2021-03-03 07:39:48 太陽能發電網
    光伏組件通常分為60片電池與72片電池兩種版型:60版型的小尺寸組件可單人搬運、安裝,通常用于居民屋頂光伏項目;72版型的大尺寸組件需兩人搬運、安裝,通常用于大型光伏項目。光伏行業的激烈競爭使得制造商開始在尺寸上做文章,通過把電池規格由邊長156.75mm增加到166mm(2019年),組件尺寸小幅提升10%,60與72版型組件面積分
    光伏組件通常分為60片電池與72片電池兩種版型:60版型的小尺寸組件可單人搬運、安裝,通常用于居民屋頂光伏項目;72版型的大尺寸組件需兩人搬運、安裝,通常用于大型光伏項目。

    光伏行業的激烈競爭使得制造商開始在尺寸上做文章,通過把電池規格由邊長156.75mm增加到166mm(2019年),組件尺寸小幅提升10%,60與72版型組件面積分別達到1.8㎡與2.2㎡,仍可滿足單人/兩人安裝。 166組件的大獲成功又激勵制造商把大尺寸組件的面積提高到約2.6㎡(2020年),除了72版型的182組件(采用邊長182mm電池),也出現了55版型210組件(采用邊長210mm電池),組件功率接近550W,雙面雙玻組件的重量也推高到了近33kg。

    尺寸的持續增大使很多人只看到表象而忽視了大尺寸背后的各項限制條件,單純以為越大越好,開始喊出600W、700W甚至800W組件。 實際上超高功率的背后是超大尺寸,而面積超過2.6㎡的超大尺寸組件并不會帶來更多價值,卻將因尺寸、電參數超出邊界值之后面對的大量風險,不該是光伏組件的發展方向。


    光伏組件作為要使用25年以上、可靠性為先的產品,這種不顧風險先喊出來、做做試試的產品思路是應該擯棄的,從3A背板戶外使用后的大量失效、到無框雙玻組件應用1~2年后壓塊安裝處的高比例破損,歷史上的教訓是非常慘痛的。

    1

    超大尺寸組件的應用風險

    1.1

    超大尺寸組件的載荷風險

    除了安裝、搬運上的風險,超大尺寸組件的應用風險主要體現在組件的機械載荷性能上。由于光伏組件重量與成本的限制,組件的玻璃厚度是不可能增加的,即單玻使用3.2mm厚度玻璃,雙玻使用2mm+2mm厚度玻璃,而玻璃厚度保持不變時,滿足載荷要求的光伏組件尺寸就應是有限制的。

    如下左圖所示,隨著組件長度、寬度的增大,邊框的應力持續增加,超大尺寸組件面臨極高的應力風險。另一方面,組件尺寸的加大將使其受到的風、雪壓增大,邊框安裝點所受的剪切應力相應提高,邊框因風載撕裂的風險顯著提高。此外,組件抗動態機械載荷的能力將隨著尺寸變大而降低,加上超大尺寸組件所使用的超大玻璃目前尚未量產驗證,這方面的風險也將更加不可控。



    超大尺寸組件的自重變形

    超大尺寸組件除了邊框應力的增加,僅自身重量就會導致其變形量顯著增加,如下圖所示,組件面積3㎡時,自重變形可達11mm;右圖進一步可以看出,組件變寬對變形量的影響大于變長。因此在組件的使用及運輸、搬運過程中,如此大的變形勢必大大增加電池片隱裂的風險,為電站的發電收益帶來隱患。



    超大尺寸組件的海運風險

    此前有一些企業聲稱找到了超大尺寸組件的包裝方案,但并未將其公布。實際上挑戰現有包裝方式會顯著增大運輸破損風險或項目現場的使用風險。行業通用的側立包裝因40HC集裝箱門高的限制,組件寬度在1.1m出頭已達極限。寬度進一步增加則或者采用平鋪包裝,或者采用豎立包裝。平鋪的包裝必然會增加海運過程中的破損率,哪怕2%的破損率增加也是制造企業難以承受的,而如果隱裂沒有被投資商發現、產品應用在電站中,則會給電站的發電收益帶來隱患;豎立的包裝在項目現場增加了包裝傾倒的風險,超大尺寸的大重量組件一旦壓到工人,非死即傷。



    2

    為什么說超大尺寸組件沒有帶來價值

    2.1

    人工搬運成本

    大尺寸組件顯見的價值是可以降低人工搬運、安裝的成本,比如大型電站采用的組件由60版型改為72版型,完全不影響以塊計的搬運的效率,單W的安裝成本將有立竿見影的下降,在人工成本高昂的美國、歐洲等發達國家,這部分節省是比較明顯的。組件尺寸由2㎡提高到2.2㎡,人工成本節省的原理也同樣,再由2.2提高到2.6㎡,對于地形起伏不大的地區,搬運效率受到的影響并不大。但如果組件的尺寸與重量過大,則會導致工人的疲勞度提高,組件安裝到支架的過程的困難度也將顯著提高,疲勞積累后安裝的破損率就將大幅上升。

    如下圖所示,組件寬度通常與人兩臂自然張開的距離相當,過寬則抓握的穩定性、人對組件的掌控性均會顯著下降,由1m提高到1.1m出頭已是極限;組件長度過長也會導致兩人搬運的平穩性下降,尤其會增加地形有一定起伏時的搬運壓力。組件重量上,成年男子單人的搬運重量應£25kg,雙人搬運的重量并非簡單乘2,而需要乘以0.666的系數,即25×2×0.666=33.3kg,超出極限搬運效率必然急劇下降,聲稱近40kg組件按塊計安裝費節省成本就純粹是辦公室拍腦袋。

    2.2

    支架與基礎成本

    大尺寸組件所帶來的BOS成本降低主要來自支架與基礎成本的節省,其占比可達80%。而支架與基礎成本的節省本質上源于大支架設計帶來的節省,包括長支架節省樁基礎數量,以及寬支架攤薄支架與基礎的單W成本。



    因此超大尺寸組件并不必然帶來支架與基礎的成本節省:對于山地電站支架的長度本身不能過大,超大尺寸組件本身會不適用;對于平地電站,跟蹤支架的長度存在限制,固定支架的長度考慮到鋼材料的熱脹冷縮實際上也會限制在約120m,支架寬度考慮到支架與組件安裝的困難度同樣存在限制。

    2.3

    電纜&電氣設備的成本節省

    電纜與電氣設備(匯流箱或組串式逆變器)上的節省源自高串功率,因此大尺寸組件通常保持電壓不變電流提高從而提高單串功率,以此節省電纜的長度以及匯流箱(或組串式逆變器)的數量。但哦那個和考慮到電纜上的能量損失所折算的成本,使用4m㎡電纜時綜合成本最優的電流就在14~15A;匯流箱方面,由于鋁合金直流電纜選型及熔絲規格限制,超大電流的超大尺寸組件也不會帶來匯流箱數量上的節省;組串式逆變器在IGBT芯片不變的情況下15A也基本達到極限,超大電流也無法利用余量從而帶來設備數量節省,反而使得產品碎片化,生命周期管理維護的成本均將增加。實際上大電流帶來的節省完全可以通過在組件外實現,把兩路并聯為一路(無需搭配熔絲)采用6m㎡光伏電流就可以把光伏電纜的用量顯著降低,相比之下,組件大電流則面臨焊帶、匯流條及自身電纜上的發熱損失大幅提高,導致組件效率下降、成本提高乃至工作溫度上升,有悖光伏組件效率增加的發展方向。

    3

    總結

    綜上所述,超大尺寸組件相對目前的大尺寸組件在系統成本上無法帶來價值,卻存在一系列的使用風險,其中大部分風險是超大尺寸所固有的難以改善。因此電站投資者應避免被表面的600W、700W功率所迷惑,基于度電成本、風險收益分析做出理性的選擇。


    作者:惜文 來源:中國能源報 責任編輯:jianping

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