單軸+雙面光伏可實(shí)現(xiàn)最低的度電成本 附風(fēng)電及光伏項(xiàng)目度電成本影響因素及控制措施

單軸+雙面光伏可實(shí)現(xiàn)最低的度電成本近年來(lái)，太陽(yáng)能電池相關(guān)技術(shù)獲得了快速發(fā)展，PERC制程普及化帶領(lǐng)電池轉(zhuǎn)換效率的提升，組件端的微型技術(shù)朝著多樣化方向發(fā)展，如半片、拼片、迭片、多柵線、雙玻、雙面（電池）組件等多種技術(shù)類(lèi)型的迭加運(yùn)用，使得最終組件產(chǎn)品的輸出功率得以提升。在此基礎(chǔ)上，度電成本則是光伏組件產(chǎn)品最核心的競(jìng)爭(zhēng)力。平準(zhǔn)化度電成本（levelizedcostofenergy,LCOE）,是對(duì)光伏電站的成本和發(fā)電量進(jìn)行平準(zhǔn)化后計(jì)算得到的發(fā)電成本，簡(jiǎn)而言之就是電站平均每度電的發(fā)電成本。要降低度電成本，就要提升電池效率、組件功率，持續(xù)降低生產(chǎn)成本，提升更高的發(fā)電量，并確保長(zhǎng)期的可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，未來(lái)幾年光伏電站數(shù)量還將持續(xù)增長(zhǎng)。在這些光伏電站的建設(shè)中，雙面發(fā)電技術(shù)和光伏跟蹤系統(tǒng)將成為發(fā)展主流，未來(lái)10年雙面發(fā)電將上升至40%o雙面發(fā)電系統(tǒng)可以從組件背面的反射光中發(fā)電，從而提高產(chǎn)量降低LCOEo盡管跟蹤系統(tǒng)本身也會(huì)降低LCOE,但這兩種技術(shù)的結(jié)合可能會(huì)進(jìn)一步降低度電成本。近日，新加坡太陽(yáng)能研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，在基于晶體硅技術(shù)的太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)最低LCOE的最佳方法，是結(jié)合雙面面板與單軸跟蹤器的組合，可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)系統(tǒng)高出35%的發(fā)電量，相關(guān)研究成果已發(fā)表于《焦耳》（Joule）雜志。為了使這一研究成果更具普遍代表性，該研究小組搜集并分析了全球范圍內(nèi)安裝有固定傾角、單軸和雙軸跟蹤系統(tǒng)的單面和雙面太陽(yáng)能發(fā)電廠的成本效益。他們假設(shè)這些太陽(yáng)能發(fā)電廠中的組件以適當(dāng)間距排列，足以讓遮蔽引起的損耗達(dá)到忽略不計(jì)的程度，而且不考慮面板背面安裝系統(tǒng)本身的影子。該實(shí)驗(yàn)中，研究人員只關(guān)注在特定位置安裝光伏系統(tǒng)是否具有成本效益。行列間距對(duì)其他成本因素的影響，比如現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備作業(yè)、布線、圍欄等都予以忽略。此外，也不考慮政府政策、污染損失和運(yùn)輸成本等這些可能對(duì)LCOE產(chǎn)生較大影響的因素。對(duì)于使用固定傾角組件的項(xiàng)目，研究者們?cè)O(shè)定面板下緣與地面之間距離為0.6m,而對(duì)于安裝了跟蹤器的光伏項(xiàng)目，則將這一高度假定為1m。他們對(duì)正面功率輸出為310W的單面單晶PERC組件，與正面功率輸出為305W的同類(lèi)型雙面面板進(jìn)行了比較,逆變器效率和光伏裝置中的其他損失取值分別為96%和3%o此外，該研究小組還從美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的云和地球輻射能量系統(tǒng)（CERES）中得到了全球多個(gè)地點(diǎn)的日平均水平面總輻照度的數(shù)據(jù)信息。他們應(yīng)用OrgiH-Hollands模型計(jì)算法向直接輻照度（DNI）和漫反射水平輻照度（DHI）,這種方法使用晴空指數(shù)作為唯一變量來(lái)估計(jì)漫反射系數(shù)，日平均環(huán)境溫度和反照率值也作為參數(shù)被納入考慮范圍。研究發(fā)現(xiàn)：跟蹤器和雙面系統(tǒng)的所有組合方式都可以提高發(fā)電量，在非常高的緯度上甚至能提高50%以上。對(duì)于相同的安裝結(jié)構(gòu)，雙面配置的性能優(yōu)于單面配置；跟蹤器配置明顯優(yōu)于固定傾角配置，雙軸跟蹤器的發(fā)電量略高于單軸。當(dāng)項(xiàng)目位于高緯度地點(diǎn)時(shí)，采用單軸跟蹤方式的雙面系統(tǒng)，在成本和發(fā)電量方面將具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。與雙面固定傾角系統(tǒng)相比，單面單軸系統(tǒng)的跟蹤特性可以大大降低LCOE（高達(dá)21%）。只有在靠近極點(diǎn)的位置，雙面組件從面板兩側(cè)捕獲光的特點(diǎn)變得更具影響力，并帶來(lái)較低的LCOE值。一般而言，單軸跟蹤器裝置的系統(tǒng)成本比傳統(tǒng)的單面固定傾角系統(tǒng)高10%,但兩軸跟蹤器裝置的成本可能高出30%?60%,兩軸跟蹤器系統(tǒng)較高的成本主要來(lái)自于其安裝結(jié)構(gòu)的高成本支出。在分析的全球地域的中，雙面單軸跟蹤器光伏項(xiàng)目的LCOE對(duì)于其中93.1%的土地面積是最低的，而單面單軸跟蹤器發(fā)電廠的LCOE能在87.9%的土地上排在第二位。因此，在目前市場(chǎng)環(huán)境下，單軸系統(tǒng)+雙面光伏組合將最具成本效益。風(fēng)電及光伏項(xiàng)目度電成本影響因素及控制措施成本預(yù)測(cè)表（低等情景）項(xiàng)目2019年2025年2030年組件費(fèi)用/（元1.801.601.50逆變器費(fèi)用/（元?竹）0.130.110.10支架費(fèi)用/（元0.250210.20電纜費(fèi)用/（元?vr）0.180.130.11一次設(shè)備成本/（元0.400.360.34二次設(shè)備成本/（元?37）0.080.070.07一次性土地費(fèi)用/（元?0.180.160.15電網(wǎng)接入成本/（元?w”0.250.200.19建安費(fèi)用/（元?W“）0.630.580.55管理費(fèi)用4元?w-1）0.250.190.18融資成本/（元0.300.220.21建設(shè)成本/（元4.453S33.60摘要：平準(zhǔn)化度電成本（LevelizedCostofElectricity,LCOE）是評(píng)價(jià)風(fēng)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。通用質(zhì)量特性是機(jī)組質(zhì)量特性的概括性描述，一般包括可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性（簡(jiǎn)稱(chēng)“六性風(fēng)電機(jī)組壽命期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估必然與機(jī)組質(zhì)量特性密切相關(guān)，通俗地講，風(fēng)電機(jī)組通用質(zhì)量特性越高，壽命期內(nèi)故障率越低，機(jī)組無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，其LCOE也就越低。本文通過(guò)對(duì)LCOE和機(jī)組通用質(zhì)量特性的分析，嘗試將LCOE的影響因素與機(jī)組通用質(zhì)量特性建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)對(duì)機(jī)組通用質(zhì)量特性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析來(lái)表達(dá)機(jī)組壽命期內(nèi)的LCOE水平。關(guān)鍵詞：風(fēng)電;光伏;度電成本;影響因素引言隨著國(guó)家促進(jìn)新能源發(fā)展政策的進(jìn)一步加強(qiáng)，以及國(guó)際上光伏行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，對(duì)光伏電站的設(shè)計(jì)及其所采用設(shè)備的要求越來(lái)越高。光伏電站若要降低度電成本（LCOE）,一方面需要降低前端發(fā)電設(shè)備的造價(jià)，如降低光伏組件及逆變器的成本，以此推動(dòng)光伏行業(yè)的發(fā)展已勢(shì)在必行，但同時(shí)這一降本空間將越來(lái)越小;另一方面，需要封光伏電站的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深度優(yōu)化，從光伏電站設(shè)計(jì)的精細(xì)化、定制化出發(fā)來(lái)降低光伏電站的度電成本。此前，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案用于多個(gè)光伏電站的方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前光伏行業(yè)發(fā)展的需求。1光伏電站建設(shè)及度電成本預(yù)測(cè)分析該研究將影響光伏度電成本的因素歸納為投資成本與發(fā)電效率兩大類(lèi)，其中投資成本主要由核心組件、其他設(shè)備及管理融資等組成，發(fā)電效率則主要通過(guò)年平均發(fā)電小時(shí)數(shù)體現(xiàn)。設(shè)立低等、中等、高等3種情景模式。其中，低等情景的主要影響因素為建設(shè)成本，中等情景的主要影響因素為年平均發(fā)電小時(shí)數(shù)，高等情景則是在中等情景的基礎(chǔ)上增加政府干預(yù)因素。最后，基于LCOE模型，分別計(jì)算3種情景模式下湖北省未來(lái)的新能源度電成本，并量化分析新能源度電成本下降過(guò)程中各影響因素的絕對(duì)貢獻(xiàn)率。2025年與2030年湖北省光伏電站建設(shè)與度電成本在低等情景模式下的預(yù)測(cè)值與2019年對(duì)比情況如表3所示。光伏電站建設(shè)的審批流程復(fù)雜，建設(shè)周期長(zhǎng)，建設(shè)成本的變化對(duì)光伏度電成本的下降至關(guān)重要。由表3可知，在低等情景模式下，光伏電站建設(shè)成本(包括融資成本，下同)的逐年降低有效驅(qū)動(dòng)了光伏度電成本的持續(xù)下降。根據(jù)測(cè)算結(jié)果，在假設(shè)建設(shè)成本由2019年的4.45元/W分別降至2025年的3.83元/W與2030年的3.60元/W時(shí)，光伏度電成本將由2019年的0.48元/(kW-h)分別降至2025年的0.42元/(kW?h)與2030年的0.39元/(kW?h),降幅分別為7.60%和12.59%,即建設(shè)成本每下降1.00元/W,度電成本將同步降低約0.10元/(kW-h)o其中，綜合表1數(shù)據(jù)可知，組件費(fèi)用占建設(shè)成本的比例在40%以上，其他成本雖亦有下降趨勢(shì)但空間不大，因此組件成本降低將直接帶動(dòng)建設(shè)成本下降從而推動(dòng)度電成本降低。2019光伏發(fā)電成本以及2025年和2030年光伏發(fā)電2光伏項(xiàng)目成本影響因素影響光伏度電成本包括很多系統(tǒng)層面的原因：包括組件、逆變器、電纜、匯流箱、變壓器的選擇等等;同時(shí)也包含系統(tǒng)維護(hù)方面的因素，比如積灰的及時(shí)清理、障礙物的及時(shí)清除、故障的及時(shí)維護(hù)等等;另外，由于系統(tǒng)并網(wǎng)也受電網(wǎng)的影響，因此，電網(wǎng)質(zhì)量、調(diào)度需求等也會(huì)影響系統(tǒng)的發(fā)電輸出。對(duì)于光伏項(xiàng)目而言，其度電成本主要會(huì)受到多方面的影響，而且每一項(xiàng)都是獨(dú)立的，每一項(xiàng)的變化都會(huì)對(duì)光伏度電成本有所影響。因此，在了解每一個(gè)方面的時(shí)候，都必須要先假設(shè)其余思想沒(méi)有發(fā)生變化。比如，就先研究裝機(jī)成本對(duì)度電成本影響時(shí)，假如固定使用某一數(shù)值，然后計(jì)算在不同成本下度電的成本，進(jìn)而來(lái)分析裝機(jī)成。3風(fēng)電及光伏項(xiàng)目度電成本控制措施雙面發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用許多新推出的光伏組件均具有雙面發(fā)電功能，能夠有效提高光伏陣列的直流轉(zhuǎn)換效率。但是針對(duì)項(xiàng)目環(huán)境所涉及的地面反射率及地面反射率對(duì)光伏發(fā)電量提升的研究還不夠深刻。比如，地面反射率的評(píng)估與測(cè)定、地面反射率的季節(jié)性變化、光伏發(fā)電項(xiàng)目長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)于地面反射率的影響(由于光伏組件遮擋導(dǎo)致的地面溫度、蒸發(fā)量等因素對(duì)于植被的影響)，以及維護(hù)地面反射率對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)維成本產(chǎn)生的影響等。目前，雙面光伏組件對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的有利作用，尤其是可以精確量化的且能夠可靠支持加權(quán)度電成本評(píng)價(jià)指標(biāo)分析的數(shù)據(jù)還不夠充分。根據(jù)LCOE進(jìn)行設(shè)備選型光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最重要的工作就是設(shè)備的選型，從2015年開(kāi)始光伏技術(shù)的升級(jí)換代進(jìn)入快速道，從光伏電池技術(shù)而言，已從當(dāng)初的16.5提升到了2。％,甚至21%,度電效率也提升到了99%以上。大家知道采用高效的設(shè)備有利于提升電站的發(fā)電量，降低度電成本，所以這就要求在光伏設(shè)計(jì)的時(shí)候，怎么樣才能做到只選對(duì)的不選貴的。在設(shè)備選型這一塊大家比較關(guān)心的就是這四類(lèi)設(shè)備，一是組件，二是逆變器，三是支架，四是電纜。加權(quán)度電成本評(píng)價(jià)指標(biāo)的進(jìn)一步完善該光伏電站IPP項(xiàng)目提出的加權(quán)度電成本評(píng)價(jià)指標(biāo)也存在部分值得商榷的問(wèn)題，比如需要合理選擇上網(wǎng)電量的分時(shí)電價(jià)權(quán)重、充分利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能，以及明確電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)度規(guī)則。1)需要合理選擇上網(wǎng)電量的分時(shí)電價(jià)權(quán)重。由于不同國(guó)家或地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)、社會(huì)需求、環(huán)境資源存在差異，實(shí)際實(shí)行的分時(shí)電價(jià)有著顯著的地域性和時(shí)效性。在光伏電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，需要科學(xué)、合理地針對(duì)項(xiàng)目所在地的各種自然、社會(huì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策特點(diǎn)來(lái)設(shè)置權(quán)重，才能達(dá)到預(yù)期的目的。2)需要充分利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能。該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中假設(shè)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)僅用于光伏電站自身輸出功率的削峰填谷，未考慮電池儲(chǔ)能系統(tǒng)潛在的電網(wǎng)能源調(diào)度(調(diào)功、調(diào)頻)能力，今后需要充分利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能。3)在制定加權(quán)度電成本評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，需要明確電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)度規(guī)則，否則，可能出現(xiàn)完全違背指標(biāo)制定者初衷的情況。比如，假定預(yù)測(cè)某日光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量較小，不會(huì)受到電網(wǎng)限制功率的限制，按照這一假定，光伏電站運(yùn)維方是不需要利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能的。但實(shí)際上，運(yùn)維方為了獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，會(huì)傾向于“利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)峰時(shí)電能，留待平時(shí)輸出上網(wǎng)”的調(diào)度策略。光伏組件串聯(lián)數(shù)的計(jì)算根據(jù)前文的分析，基于最新標(biāo)準(zhǔn)IEC62738-2018中的公式，采用本文的優(yōu)化方法計(jì)算光伏組件串聯(lián)數(shù)N,可以得到N值的3個(gè)范圍，即NS500/47.72=31.4、NN880/31.29=28.12、N<1300/39.57=32.850對(duì)這3個(gè)結(jié)果進(jìn)行綜合考慮后，可得到光伏組件串聯(lián)數(shù)N為29?31塊。而在同等條件下，若采用GB50797-2012或IEC62548-2016要求的極端環(huán)境溫度情況計(jì)算，利用PVsyst軟件可計(jì)算得到光伏組件串聯(lián)數(shù)N為25?27塊。從以上的結(jié)果可以看出，采用優(yōu)化計(jì)算得到的單串光伏組串最大可串聯(lián)的光伏組件數(shù)提高了14.8%,即同樣長(zhǎng)度的電纜可接入的光伏組件數(shù)增加了14.8%,因此在光伏電站總裝機(jī)容量不變的情況下，本優(yōu)化設(shè)計(jì)可節(jié)省大量電纜，度電成本也將隨之降低。結(jié)束語(yǔ)通用質(zhì)量特性水平直接影響平準(zhǔn)化度電成本，將提升通用質(zhì)量特性的收益直接體現(xiàn)在平準(zhǔn)化度電成本上，有利于風(fēng)電產(chǎn)品的良性競(jìng)爭(zhēng)，避免“劣幣驅(qū)逐良幣”的怪象，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)的健康發(fā)展。本文建立了通用質(zhì)量特性與平準(zhǔn)化度電成本之間的模型，并以某風(fēng)電場(chǎng)為例，根據(jù)通用質(zhì)量特性數(shù)據(jù)求得了對(duì)應(yīng)機(jī)組壽命期內(nèi)的平準(zhǔn)化度電成本，實(shí)現(xiàn)了二者之間的轉(zhuǎn)化，為業(yè)主測(cè)算風(fēng)電機(jī)組的平準(zhǔn)化度電成本并進(jìn)行機(jī)組選型提供了參考依據(jù)。參考文獻(xiàn)[1]李志學(xué)，秦子蕊，王換換，楊婷婷.我國(guó)風(fēng)電成本水平及其影響因素研究[J]