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210组件真的可以节省BOS成本吗?

光伏电池组件  来源:摩尔光伏    2020/9/15 11:16:25  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:采用G12硅片(边距210mm)的半片组件可以实现近600W的组件功率,该产品的缺点在于高电流导致的内部损耗高、热斑及接线盒可靠性风险显著提高,而优势被认为是显著提高了单串组件的功率从而降低系统端的成本。然而通过对系统端支架、电缆、逆变器等的具体分析,将发现G12半片组件相对技术上更成熟的M10(边距182mm)组件其实难以在系统端带来价值,本文将为读者揭示背后的原因。

M6组件系统端的优势在于其长宽、电流等相对于M2及G1组件略有提升,系统端的设备与设计可兼容原有形式,M10组件的设计也是按照这种小幅提升的思路,带动逆变器及跟踪支架的小幅升级并向下兼容。G12则因为尺寸、电流的明显变化需要另外建立配套体系,在产品制造、产品管理上都要付出不少代价。以下将具体分析光伏系统各组成部分的情况。

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图1:不同硅片的尺寸对比

支架与基础

对于固定支架系统,支架成本与总的支撑面积相关,总支撑面积在一定范围内增大有利于支架成本的降低。具体而言,对于同样尺寸的组件及相同的支架设计,支架上承载2串组件相比1串组件成本降低明显,但继续增加承载的组串数量,支架成本趋于平缓,这主要体现了支架长度的影响。支架宽度方面,加宽不仅降低支架成本,还可提高每个桩基础承载的功率从而降低了单W的基础成本(假设桩距都相同),因此支架加宽带来的BOS节省大于加长,但考虑到安装的便利性,总宽度仅可有限地增加。

根据以上背景知识审视组件尺寸的变化,M6组件相比M2组件长与宽的变化均不到4.5%,可保持通常单体固定支架承载2串或4串组件的设计。支架的长、宽仅略有增加,因此M6组件可以在各种应用场景全面替代M2组件。

M10组件的长、宽相比M2组件则分别增加了约13%,考虑到在山地条件下单体支架的长度可能受限,该产品更适合应用于地形平坦的超大型地面电站。在平坦地形下,还可以考虑继续加长支架提高支架上承载的组串数量,进一步降低成本。

G12组件存在55片和60片电池两种设计,串功率相比M2组件均大幅提高了80%,如承载相同组串的组件,支架承载面积需要提高80%。理论上如果现场条件支持单体支架承载面积提高80%,那么M2组件为什么不能把支架加长一倍让承载的组串数量加倍呢?

上面这个问题的本质是G12组件在参数上的巨大变化势必影响BOS测算对比的初始边界条件,支架承载同样的组串数量已经不合适了。以双面组件横装为例,如下图所示:60片电池的G12组件(2172×1303mm)4排横装支架承载的宽度达5.27m,将给组件的安装带来困难,如果它可以做4排,M6乃至M10组件则完全可以装5排来降低支架、基础成本。

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图2:不同组件多排横装时的总宽度对比

具体测算支架与基础成本:如果同样4排横装,G12组件相比M10组件确实可以节省4~5分/W,但如果M10组件5排横装又要比G12组件节省2~3分/W。在对比M6组件,5排M6组件与4排G12组件横装具有相同的宽度,G12组件的支架可减少一根檩条但檩条用钢的规格需要提高,支架成本上的节省并不高。

平单轴跟踪支架

平单轴支架的成本分电控和机械部分,分析不同尺寸组件的支架成本可主要看机械部分。不同于固定支架,跟踪支架的主轴长度相对固定,难以大范围调整。

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图3:1P与2P跟踪支架示意图(图片来自NEXTraker与Soltec)

主流1P跟踪支架可承载3串组件(1500V系统),如搭配M2组件按照每串28块组件支架长度约为83m;搭配M6组件支架长度增加到88m;对于M10组件,支架长度则增加为95m。60片电池的G12组件由于组件过宽,3串组件(33~34块/串)的支架长度达130m以上,3串55片电池的G12组件对应的支架长度也在120m以上,现有的1P支架结构设计难以支持3串,如只承载2串组件则在支架成本上完全没有优势。此外,假设将来1P支架升级到130m以上长度,可承载3串G12组件的话也就可以承载4串M6、M10组件。

类似的,2P跟踪支架通常可承载4串组件,M6组件对应的支架长度为60m;匹配M10组件支架长度须增加到65m;对于G12组件,相同的支架长度理论上可以承载3串组件,但在这种情况下其中一串组件分列2P支架主轴的两侧,会导致明显的串联失配,因此可以认为G12组件难以与2P跟踪支架匹配。

组串式逆变器

近年来随着双面组件及M6规格的出现,用于大型地面电站的逆变器单串电流由11A提高到了13A,M10规格的出现后,逆变器电流将提高到15A。逆变器电流从11A到15A都可以在不改变IGBT等关键元器件的前提下实现,因此这种升级可以是产品线整体的升级。

如果要适配G12组件,就需要单串电流20A以上的逆变器。定制更高规格的IGBT芯片意味着另外建立一套产品体系,未来在产品管理、元器件采购、逆变器几十年的生命周期维护上均需要付出额外的成本。因此主流逆变器厂家在新体系开发上均处于观望状态,如果G12组件只是几GW级的小众市场,通过IGBT芯片并联做临时性的匹配方案足矣。

电缆成本

组件电流的提高带来串功率的提高,因此光伏电缆的用量随着串功率的增加而减少,减少的趋势逐渐减缓;电流的提高同时也带来发电量的损失(即线损增加),线损本身与电流平方成正比,又考虑到电缆的用量减少,线损增加带来的成本与电流大致成线性关系。如下图所示,使用4mm2电缆,综合成本最优的点在13~15A。对于G12双面组件,考虑背面发电增益其工作电流在中午往往会超过20A,已不适合使用4mm2电缆而须采用6mm2的电缆,考虑了线损的光伏电缆综合成本可以与M10组件相当。

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图4:使用4mm2光伏电缆时,电缆及线损成本与组件电流的关系

人工搬运、安装

大型电站的光伏组件原则上需要两人搬运,大组件在重量上均不超过40kg在平地上带来的影响并不大,主要需要评估组件面积与宽度对人工搬运、安装的影响。72片电池的M2组件面积约2m2,宽度不到1m;M6组件面积增加到2.17m2,宽度1.04m,因尺寸变化很小,M6组件从人工的角度可以在各种场景下替代M2组,如山地、水面、农业光伏。M10组件面积2.56m2,宽度1.13m,面积相比M2组件增大30%,适合应用于平坦地形,以块计的工作效率、安装破损率仍是有保障的。60片电池的G12组件面积达到2.83m2,1.3m的宽度更远超人双手自然展开的距离,很可能给人工搬运、安装带来困难,过犹不及。

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图4:光伏组件人工搬运示意图

总结

本文具体分析了影响光伏电站BOS成本的各项因素,发现G12规格无法在系统端带来明显的价值,原因在于M6、M10规格的推出均考虑了与原有系统体系的兼容性,利用了原设计体系的余量,否定了一切的G12则需要新的体系相匹配。再考虑到G12规格无法在制造端带来节省,还带来了组件载荷、热斑、接线盒等可靠性方面的问题,它并不是一条值得选择的技术路线。

原标题:210组件真的可以节省BOS成本吗?

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