硅片、电池、组件、支架 未来LCOE优化重点
栏目:行业动态 发布时间:2021-01-08

提升发电量的方法多、空间大,已成为平价时代的贡献主力。

双面:性价比优势日益明显,适用绝大部分地区

双面组件即利用电站的地面反射光和折射光,在组件正背面实现同时发电,通常能提高单位面积的发电量10%以上(视具体地形)。目前,处于稳定性和实证效果考虑,双面组件主要采用双玻结构,即将3.2mm玻璃+有机背板均换成两块2.0mm的玻璃。从初始投资来看,双玻系统的成本比常规单面要高0.15元/W,主要集中在组件、支架和人工成本上。

发电侧,双面组件的增益取决于地形对光的反射情况,如在雪地则能实现20%以上的增益,因此日本、北欧等地区尤其青睐双面组件,而在草地增益约为8%。光伏组件经过多年的降价,其成本占比也快速下降;而由于组件效率的提升,且双面发电量增益按比例放大特性,因此双面带来的绝对增益在增大;根据我们的测算,最低等级的8%发电量增益即可实现比常规更低的LCOE和IRR,这意味着绝大部分环境的地面电站目前采用双玻组件已经能够实现LCOE的降低和收益率的提高。

长期看,一方面随着薄玻璃的生产工艺日趋成熟,各大龙头也持续提高薄玻璃产能占比,预计薄玻璃的溢价会逐步消除,即双玻组件相比常规组件的溢价将会继续收敛;另一方面,随着双玻组件的规模化和成熟化,在组件生产、搬运、安装和设计各个环节成本仍将继续下降。我们认为,双面组件将加速渗透,并在两三年内成为地面电站的标配选择,以及部分资源较好的分布式电站选择。

双面+跟踪:1+1>2,地面电站标准解决方案

由于大多数时候太阳光并非直射组件表面,因此组件并未持续处在最大功率点工作;而跟踪支架的作用就是让组件跟随太阳角度转动,增加单位面积的高辐照强度的持续时间,从而提高发电量。从支架类型看,除了主流的固定支架,还有固定可调、单轴跟踪和双轴跟踪支架;固定可调支架一般只在一年调整1-2次,效果较差;而单轴跟踪和双轴跟踪支架跟随阳光实时转动,为真正的跟踪支架。

单轴跟踪系统的装机成本增加约0.37元/W,主要来源于支架成本的增加。此外,由于跟踪支架对运营稳定性、算法要求更高,电机电控零部件更换周期更短,预计还增加少量运维成本。

根据我们的测算,中性假设发电量增加15%,运维成本增加10%,单面跟踪系统(LCOE=0.399元/kWh,IRR=7.44%)性价比略低于常规系统(LCOE=0.394元/kWh,IRR=8.11%)。这意味着,若仅采用跟踪支架而不叠加其他高效技术,则需要太阳能资源好,且厂商运营经验非常丰富,技术成熟才具备性价比。

双面+跟踪系统经济性优势明显。双面是组件技术,跟踪是系统技术,两者可叠加;但两者并不是简单的相加,其原理是发电量增益的乘法关系,最多可增加发电量30%-40%。根据实测数据,三个项目夏季增益在35%以上,冬季增加15%以上。

叠加双面后,系统全年增加发电量30%,我们测算的系统LCOE=0.367,相比常规系统度电成本下降7%;IRR=11.01%,相比常规提高2.9pct,显著缩短资金回收期。

跟踪支架成本仍有下降空间。1)钢材结构的优化。根据中信博关于“天智”系列跟踪系统的介绍,1MW桩基仅需211根钢材,其立柱数量相对于一般跟踪系统减少40%以上,极大地降低了土建工程的成本;2)系统布局的优化。如采用贴合地形、直流组串供电等技术进一步节省系统成本。

此外,领跑者计划作为技术风向标,对技术路线有一定提前参考意义,跟踪系统已有所体现。领跑者计划历史共有三期。2015年6月,山西大同采煤沉陷区作为首个光伏领跑者基地,规模1GW;2016年5月,内蒙古包头等八个基地获批为第二批领跑者基地,规模5.5GW;2017年9月,第三批领跑者计划出炉,包括10个应用领跑者基地和3个技术领跑者基地,规模6.5GW。由于对效率的门槛和电价的竞标要求,领跑者基地以单晶、PERC、双面、异质结、跟踪系统等为代表的高效技术应用比例远高于市场,也为高效技术规模化提供了孵化的土壤,成为技术风向标。


      硅片技术上,第一期即以单晶为主,市场后续印证。2015年首批领跑者的单晶占比约为60%,而彼时全球单晶市占率不到30%;后续两批单晶占比持续提高至接近90%,从结果上看全球单晶占比也快速提高到2019年的60%+。究其原因,虽然金刚线技术的横空出世对单晶革命至关重要,但超过10GW的高效需求对单晶的规模化以及电站实证反馈实现的高溢价亦不可忽视。

电池技术上再次领先市场。2016年并网的首批项目单晶PERC比例已达到21%,2018-2019年并网的第三批则基本成为标配,同时还出现不小规模的N型技术;而从全市场来看,PERC产能于2018年起逐步释放,并与2019Q3完成技术替代,领跑者计划再次领先。



组件技术上,双面组件逐步获得溢价认可。前两批领跑者更注重硅片和电池环节的技术创新,推动了单晶和PERC的规模化;第三批领跑者的一个特点在于双面组件的占比超过50%,而彼时市场双面占比约为10%。经过两年验证和双玻组件的成熟,目前双玻渗透率正加速提高;我们预计2020年双玻占比将达到20%,并在两年内快速提升至50%,五年内提升至60%。

双玻组件+跟踪支架将成为下一个风口。根据我们的不完全统计,第三期国电投、中广核、华能中标的多个基地子项目均采用了平单轴跟踪支架+双面的技术方案,其中内蒙古昭君项目中标电价低至0.27元/kWh,低于当地脱硫煤上网电价(0.29元/kWh),实现低价上网。根据中信博周石俊总的公开分享发言,跟踪系统从第一批的不认可,到第二批的小规模应用,再到第三批的30%左右的占比,也充分证明了跟踪技术在平价上网进程中的重要地位。

双面+跟踪才能最大化发挥跟踪的效果,随着实证场景和数据增加,将成为未来光伏地面电站的标配。以双面为例,技术并非新概念,而2019年才迎来爆发的原因之一就在于过去背面的额外功率难以量化,直接导致投资者在计算投资收益时趋于保守,影响其性价比判断。而对于跟踪支架来说,其可靠的发电数据更少。考虑到新技术的市场接受节奏一般从性价比具备理论优势——少数项目率先试水(跟踪支架当前阶段)——区域性类似项目大规模采用(双面组件当前阶段)——全球大量项目采用——成为常规技术,预计爆发时点相对双面略晚。此外,跟踪支架项目设计经验的丰富,稳定性的提高,地面电站占比的持续提高,国内投资者对其印象在逐步转变都有助于其快速成长。

总的来说,通过双面+跟踪系统,光伏的平均度电成本能实现7%以上的降幅,项目IRR提升3pct,增益幅度在组件降价空间越来越小,项目IRR普遍只有8%-10%的地面电站建设背景下尤其明显。同时,随着双玻比例的提高,地面电站比例的提高,光伏公用事业属性增强,跟踪支架系统正面临一个绝佳的产业链同步配套机会,光伏系统降本增效的大旗也将交到跟踪支架手上,成为未来地面电站的标准解决方案。

系统效率:组件、设计、EPC和运维精细化程度需全面提高

系统效率(Performance ratio,简称PR)指的是由于系统中存在电池老化、电流损耗、设备损耗、不匹配等因素使得系统实际发电量低于理论发电量,其实际输入电网电力与理论发电量比值称为系统效率,目前一般在80%-85%。

系统效率的影响因素较多,大致可以分为辐射度、直流电和交直流转换三个损失环节。辐射度部分的损失优化主要涉及到系统设计和运维环节,如提高系统匹配度,降低阴影尘埃;直流电部分的损失减少主要涉及组件和逆变器的性能,低衰减、低温升、高一致性组件,以及最大功率点跟踪(MPPT)更优秀的逆变器能够有所改善,这对EPC厂商的设备选型提高了要求,优质组件供应商也更受益;交直流转换则主要是逆变器的损失,目前转换效率一般在98%以上。

因此,系统效率的提升手段较多,而一味的提高系统效率有可能导致发电量下降(如遮挡增加)和成本的上升(如增加额外不必要的线缆成本等),因此后续提升空间整体有限。但提升PR降低LCOE也是未来发展的大趋势,优质的组件供应商、经验丰富的设计院和EPC厂商将会更具竞争力。

(文章来源:集邦新能源网)