光伏电池组件 来源:世纪新能源网 作者:马金鹏 2014/8/29 9:43:40
北极星太阳能光伏网讯:之前我们已经先后从逆变器选型、电缆选型、运行维护、融资设计等方面对光伏电站价值提升进行了系统的分析，本期我们试从光伏电站最前端的太阳能光伏组件的选型展开讨论。
国内大多数光伏电站投资商所使用的光伏电站财务模型，常规而言，系统发电量按照三年递减约5%，20年后发电量递减到80%进行核算。光伏电站属初期投资相对较大的项目，如同保险、理财等行业，是一个需要精算的行业，近期鉴衡认证中心出具的报告显示：“通过对425个电站的测试，发现光伏组件主要存在热斑、隐裂和功率衰减等质量问题，像功率衰减，我们去年现场测试的11个大型地面电站运行一年期左右的组件中，在考虑了设备不确定度后发现，51%的组件衰减在5%-10%之间，其中约30%的组件功率衰减超过10%，8%的衰减超过20%。”北京鉴衡认证中心主任秦海岩表示，“我们曾对甘肃某10MW项目做过抽检，219块抽检组件，功率明显衰减的组件有127块，占抽样比例的58%。”这意味着厂商普遍承诺的25年衰减20%的质保在运行第一年就衰减严重或者已达到承诺底线。
光伏组件的正确选型对电站的发电量及稳定性就显得越来越重要，前几年国内投资光伏电站追求初期投资最低，经过几年的电站建设以及电站投资人对电站核心价值认识的理性化趋向，目前业内人均认可的一个共识就是：度电成本成为衡量电站价值和交易溢价的关键性指标。
正如西安隆基硅材料有限公司董事长钟宝申所说，“光伏电站价值的核心评价标准在于发电成本。降低发电成本的核心取决于三方面：第一，降低单位系统成本;第二，提高系统运行的寿命;第三，提高每瓦发电量。”综述这三个方面，就是光伏电站的度电成本。
在我们系统的对光伏电站组件选型分析之前，首先我们对度电成本做一系统分析。
度电成本的定义：
光伏发电的度电成本是指光伏项目单位上网电量所发生的综合成本，主要包括光伏项目的投资成本、运行维护成本和财务费用。
①投资成本：
由光伏项目开发、建设期间的资本投入所形成的成本，主要包括：设备购置费用、建筑工程费用、安装工程费用、前期开发费、土地征用费等费用及项目建设期利息。在项目的运营期内以固定资产折旧形式来体现。
②运行维护成本：
是在项目运营寿命期内为保证设备正常运行所发生的维护成本，主要包括：检修费用、备品备件购置费、保险费以及管理费用，同设备性能密切相关。
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③财务费用：
是由项目建设期间发生的长期贷款以及项目运营期内发生的流动资金贷款所形成的利息成本，主要包括长期和短期贷款利息，与项目的贷款偿还期限以及利率高低密切相关。
度电成本的计算
目前对于光伏发电的度电成本分析主要有两种方法：静态成本法和动态成本法。
静态成本法：
C=[(O+M)+T+S]/N
其中:
C:度电成本(元/kwh);N:年均发电量(kwh);M:年均维修费(元);O:年均经营成本：包括材料费、管理费、工资及福利费(元);T:年均折旧费(元);S:年均财务费用(元）
动态成本法：
C=[I*CRF+(O+M)]/N
其中：
I:项目初始总投资(元);n:项目的寿命期(年);i:折现率(贷款利率);CRF:等额资金回收系数;（O+M）：年均运维费用
动态成本计算方法也称“全寿命期成本”，是在项目的整个寿命期内把光伏发电过程中发生的全部费用在寿命期内进行平均分摊。
案例分析：
以当前西部武威地区2012年下半年并网的10MW规模的地面光伏发电项目为例:
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通过计算,在光伏电站25年的运营期内，年均发电量为1,455(万千瓦时);
项目的静态度电成本：C=[(O+M)+T+S]/N计算各年的度电成本:
从上面计算可知，在还本付息期(1-15年)里，光伏电站的成本较高，最高达到0.85元/kwh，最低为0.57元/kwh；在完成还贷及折旧计提后，度电成本将降至0.12元/kwh。从静态成本的计算中可以看到，还贷期间光伏发电的成本非常高，而在整个项目的寿命期内却并非如此。因此，通过计算动态成本把光伏发电过程中发生的全部费用在寿命期内进行均摊，有利于更为全面地了解整个运营期内的光伏发电成本。
通过上述敏感性分析表明：
（1）在电池转换效率不变（18%）的情况下，当组件价格从目前的5元/w下降至3.78元/w时，度电成本将从目前的0.74元/kwh下降至0.67元/kwh。
（2）在组件价格为5元/w的情况下，当电池转换效率从18%上升到20%时，度电成本将从目前的0.74元/kwh下降至0.67元/kwh。
（3）在组件价格为4.7元/w的情况下，当电池转换效率从18%上升到20%时，度电成本将从目前的0.72元/kwh下降至0.65元/kwh。
（4）在组件价格为3.78元/w的情况下，当电池转换效率从18%上升到20%时，度电成本将从目前的0.67元/kwh下降至0.60元/kwh。
由此可见，项目的投资成本和发电效率都是影响度电成本的重要因素，为了进一步降低光伏发电的度电成本，必须在降低组件等设备成本的同时，同步提升电池的转换效率及衰减的稳定性，两者不可偏废。
据此分析，笔者认为利用单晶组件实施光伏电站建设将是实现电站度电成本最低化的最有效途径。
目前全球的太阳能电站市场上，主要有晶硅电池和薄膜电池两类。薄膜电池产品的光电转化效率还在提高过程中，加之规模化不足，成本下降速度慢。晶硅电池占市场近90%，薄膜电池占10%左右，最大的薄膜组件供应商为美国的First-solar公司。
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在晶硅电池领域，又有多晶硅电池和单晶硅电池的区别。2013年的光伏市场，电池片需求共34.7吉瓦，其中多晶硅供应了21.9吉瓦，是光伏电池的主流，单晶硅电池占比不高。未经核实的数据显示，国内光伏市场上，单晶硅目前仅百分之几的份额，其余主要为多晶硅电池。单晶硅和多晶硅的市场份额的差异，主要是因为多晶硅产品门槛较低且在光伏产品稀缺时更容易扩产，导致当前单晶硅生产规模比不上多晶硅，国内早期电池企业和硅材料企业多是多晶硅路线，所以在国内市场上占得先机。
受中国光伏市场快速启动的影响，在中国市场占比较小的单晶硅拉低了全球市场的比例。从全球的视野看，单晶硅电池的占比是逐渐提高的。中银国际的一份研究报告显示，单晶硅电池的市场份额一直在30%到40%之间徘徊。业内普遍预计，未来几年单晶硅电站占比将迅速提升。目前日本等地区住宅市场单晶占比较高。美国市场单晶占比并不算很高，主要和美国自身补贴方式有关，但目前我们已经看到了单晶占比上升的趋势，美国五大电站开发商Firstsolar、Sunedison、SunPower、Solarcity和Solarworld均表示后期要大幅提高单晶电站占比）。
那么光伏电站采用单晶组件针对采用多晶组件优势如何，我们选用在宁夏建成发电的某30MWp单晶光伏电站实际数据来取证分析。
单多晶光伏电站初期投资分析
30MW光伏单多晶发电项目概算汇总（万元）
单晶265W组件以4.55元/W，多晶250W组件以4.25元/W）计算结果表明：多晶初始投入比单晶低0.15元/W；
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结果显示：
1、265W单晶和250W多晶，单晶组件售价以4.55元/W，多晶组件售价约为4.25元/W，根据30MWp电站EPC合同中各项项目单价算出电站初始投资：采用单晶组件电站投资约为8.37元/W，采用多晶组件电站投资约为8.22元/W；相差0.15元/W。
2、单晶组件单块功率比多晶组件每高出五瓦（一档），则单晶电站较多晶初始投资将节省约0.05元/W；
3、在同样装机容量的电站中，单晶硅电站要比多晶硅电站占地面积少5.32%；
单多晶电站发电收益差异及其原因分析
众所周知，单多晶电站的收益取决于两个方面。第一，光伏上网电价；第二，结算电量。前者取决于国家政策，后者则取决于电站实际发电量。为此我们模拟了宁夏中卫地区的单多晶发电情况。
（1）单晶电站发电情况
（2）多晶电站发电情况
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从以上单多晶发电量模拟计算结果两表中可以看出：单晶与多晶电站发电量的差别原因集中体现于电站系统效率上，主要包括：
1、电站系统损失；
2、直流侧损失；
3、交流侧损失：
4、其他损失。
单、多晶光伏电站系统效率对比
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从光伏电站系统效率分析表中可以看出单多晶在发电效率方面因其晶体结构差异有4个方向存在不同：
1、非线性损失；
单多晶发电量与太阳辐射值的变化趋势相似。根据最大功率点电子负载的阻值，反应出单晶组件的一致性要比多晶组件的一致性好即非线性损失小于多晶。
2、光伏组件温升损失；
光伏组件在工作时的光热转换主要有四个来源：第一个来源是具有较高能量的短波波长的光子激发光伏电池产生光生载流子后还有一部分的能量剩余，这部分剩余的能量被转换为热能；第二个来源是光伏电池中的光生载流子并不能全部被电极收集形成光电流，另有一部分光生载流子会在电池内部和表面产生复合，这些复合的光生载流子也会产生热量；第三个来源是能量较低的长波光不足以激发光伏电池产生光生载流子，这部分光子的能量则全部转化为热能；第四个来源是光伏组件中的电流的热效应，即焦耳热。
晶体硅光伏组件的工作温度是影响光伏电池能量转换效率和发电量的重要因素，主要是由于晶体硅光伏电池效率具有负的温度系数，其光电转换效率随电池温度上升而线性下降。光伏电池的工作温度每提高1℃，功率输出减少0.4%-0.5％，同时就会造成光伏组件发电量的减少。而未能转换为电能的太阳能变为热能，使光伏组件的工作温度加速上升。
理论上，单晶组件由于其晶体结构单一，材料纯度高，内阻小，光电转换效率高，其工作温度低于多晶组件。同条件下，相同标称功率的单晶组件应该具有更高的发电量。
3、光伏组件性能衰减；
晶硅电池功率衰减机理
1、初始光致衰减：在业内普遍认为该现象是由B-O复合体或Fe-B复合体产生的，它的现象是组件在初始一个月的时间内发电效率迅速下降至临界值时趋于稳定，经过长期监测初始光衰后的电池片经过长期光照会有缓慢回升的现象：初始光衰一般情况下单晶组件略大于多晶组件。
2、长期老化衰减（温湿度环境衰减）：这是由于温度的交替变化会在电池片内部产生热应力，热应力积累到一定程度时，电池片结构薄弱处会发生断裂，则会造成组件功率衰减。或者由于组件在长期使用过程中的老化衰减，单晶、多晶电池片晶体结构不一样，因此，理论上单多晶组件在承受热应力及温湿度变化方面会存在差异。
电站衰减实例：上图为宁夏中卫地区同一电站2013年单晶与多晶发电量与2012年发电量衰减情况如右图所示，注：因2012年与2013年实际太阳福照度可能存在差异，故衰减绝对值误差较大，仅具有参考意义，而单晶多晶相对值则体现相同条件下的实际差异（约有0.34%的差异）
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4、直流电流损失（取决于接线量的差异）
1、标准光源下单多晶光伏响应相差约5.96%与AM1.5太阳光辐照下差距基本一致；
2、阴天、雾霭等条件下空气中漫反射增加可见光与紫外光占比减少，红外光占比增加。由此我们假设红外辐照度占比增加40%，紫外与可以见光均匀下降，此时单晶光伏响应较多晶高出7.68%；
3、假设单多晶组件检测功率一致时，光谱响应角度来说，AM1.5阳光下发电量基本一致，阴雨、雾霾等天气下单晶比多晶发电量增加，假设条件下分析结果显示，单晶的光谱响应能力比多晶额外增强了2%。
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据上分析，我们可得出1MWp单多晶光伏电站在国内各地区发电量差异分析：
单多晶电站寿命期内各年理论收益
首先，我们假设单多晶电站全成本分析数据如下：
单多晶电站收支项目汇总表
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25年单多晶电站收益对比表
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综述：1、电站初始投资：单晶：8.37元/W，多晶：8.22元/W。电站寿命期总投资：单晶：13.57元/W，多晶：13.45元/W。
2、根据宁夏中卫地区辐照度条件模拟单多晶第一年发电量：单晶：1.69度/W，多晶：1.59度/W。寿命期内电站寿命期总发电量：单晶38.11度/W，多晶：35.09度/W。
3、寿命期内电站总收益：单晶：24.54元/W，多晶：21.64元/W。单晶收益比多晶高13.41%。
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我们通过对位于宁夏地区2座单多晶电站实际发电量分析也同样验证了我们的理论分析;
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理论计算得出中卫地区单多晶发电差异约-6.2%（多晶比单晶低）；实际两家电站第一季度发电量对比情况为多晶比同心差异为-6.52%。与计算模拟结果非常接近。
目前多晶电池产业化水平在17%-17.5%;N型单晶电池的产业化水平在21%-24%;P型单晶电池产业化水平在18.7%-19.2%(国内)，19.2%-20%(海外)。单晶电池在效率方面更胜一筹。
2014年Q1，单晶组件转换效率16.6%，成本0.47美元/瓦，预计2017年单晶组件的转换效率17.7%，成本0.37美元/瓦;而2014年Q1多晶组件的转换效率15.7%，成本0.45美元/瓦，预计2017年多晶组件的转换效率16.5%，成本0.37美元/瓦。
按照西安隆基硅材料股份有限公司董事长钟宝申预测：到了2017年，单晶组件和多晶组件在成本上将持平。“在单晶组件成本与多晶组件成本一致的情况下，单晶安装成本溢价使得单晶每瓦系统造价将具备优势。”同时钟宝申认为，晶硅仍将是光伏市场的主流，高效单晶产品的性价比优势将逐步为市场所认识，市场占有率将快速提升。
据悉，目前单晶硅片非硅成本在每瓦0.115美元，明年将降到每瓦0.1美元以内，三年内可降至每瓦0.06美元。
日前，国内光伏巨头保利协鑫表示将全力拓展单晶产品研发和扩产，也进一步验证了未来单晶组件的应用潜力。同样，美国系统集成商SolarCity（SCTY）17日在官网发布博客称已签约收购美国高效单晶光伏组件生产商Silevo，并计划在未来两年内在纽约州建设年产能1GW以上的组件工厂。这次收购事件再次验证高效单晶路线将是未来光伏行业的明确发展趋势。
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目前基于N型单晶硅片的高效电池组件生厂商主要是美国SunPower和日本松下（收购的Sanyo）两家，两者生产的高效单晶电池/组件转化率均可超过22%/20%，但缺点是复杂的生产工艺决定了居高不下的成本水平，近几年来，如Silevo、LG、TetraSun等诸多企业致力研发生产低成本的高效晶硅电池的成果显著，且不约而同地均基于N型单晶硅片。
继TetraSun去年被FirstSolar收购以后，Solarcity对Silevo的收购再次说明光伏行业中的国际领先企业对高效单晶技术路线的认可，也验证我们此前在报告中多次强调的行业观点：随着全球光伏终端需求结构向中小型屋顶转移、系统成本构成中组件成本占比的不断降低，高效单晶技术路线将是光伏行业明确的发展趋势。
在国家的规划中，鼓励分布式光伏发电，并对光伏发电实行度电补贴，即根据实际发电量进行补贴。而改变以往直接对项目实行补贴的做法，这促使电站开发商更加关注电池的转化效率和经济效益，单晶硅产品优势凸显。
目前，国内主要有五家单晶硅片制造商，分别是隆基股份、卡姆丹克、中环股份、河北晶龙、阳光能源，去年到今年不断推出标准化的单晶硅片新品。我们认为一旦规模到位，单晶硅成本降低后，将更具竞争力。
目前，西安隆基硅材料股份有限公司先后收购浙江乐业光伏科技有限公司，致力于单晶组件的生产和销售，同时成立了西安隆基清洁能源有限公司，其主营业务是大型地面电站及分布式光伏电站的投资、建设、运营、维护。宁夏隆基同心30MWp单晶光伏电站已经并网发电，30MWp电站全年发电量突破5000万度电，目前正在建设二期30MWp单晶光伏电站。相信未来国内光伏电站投资商将趋向于使用单晶组件。
伴随着最近国家能源局即将出台的分布式光伏政策特别是“二选一”的模式以及分布式电站定义的扩大，国内必将迎来分布式光伏电站投资建设的热潮，预计从第三季度将开始活跃起来，且浙江省和山东省将成为分布式光伏电站的前沿战场。从电站价值来说，度电成本是衡量电价价值的唯一标准，对于投资商而言，如何极大程度的降低度电成本就显得尤为重要，通过对电站设备选型严格监控把控，可以实现电站价值提升的硬保障，与此同时软保障也很重要，这主要体现在投资分布式光伏电站之前，是否对项目标的业主开展了完整且有限的现场调研，主要体现在屋顶面积、荷载、用电量、电价、业主资信情况，业主所从事行业发展情景等要素，笔者将会在下一期的文章中，来仔细分析光伏电站投资尽职调查要素。
原标题:光伏电站价值提升策略之组件选型-单晶VS多晶