光伏工业链分析2——太阳能电池组件、逆变器、支架
一般状况下,太阳能电池组件从上至下由光伏玻璃、封装胶膜、电池片、封装胶膜、背板等五层结构构成,结构图如下所示:
因为单体太阳能光伏电池机械强度差,简单决裂;空气中的水分和腐蚀性气领会逐渐氧化和锈蚀电极,无法接受露天作业的严格条件;一起单体光伏电池的作业电压一般较小,难以满意一般用电设备的需求。因而太阳能电池片一般被EVA 胶片密封在一片封装面板和一片背板的中心,组成具有封装及内部衔接的、能独自供给直流电输出的、不行分割的光伏组件。若干个光伏组件、逆变器、其他电器配件组成光伏发电体系。
掩盖在光伏组件上的光伏玻璃经过镀膜后,可以确保有更高的光线透过率,使太阳能电池片可以发生更多的电能;一起,经过钢化处理的光伏玻璃具有更高的强度,可以使太阳能电池片接受更大的风压及较大的昼夜温差改变。因而光伏玻璃是光伏组件不行短少的配件之一。
光伏电池首要分为晶硅电池和薄膜电池两类,运用于晶硅电池的光伏玻璃首要选用压延法,运用于薄膜电池的光伏玻璃首要选用浮法。
太阳能电池封装胶膜处于太阳能电池组件的中心方位,包裹住电池片并与玻璃及背板彼此粘结。太阳能电池封装胶膜的首要效果包含:为太阳能电池线路配备供给结构支撑、为电池片与太阳能辐射供给最大光耦合、物理阻隔电池片及线路、传导电池片发生的热量等。因而,封装胶膜产品需求具有高水汽阻隔率、高可见光透过率、高体积电阻率、耐候功用和抗PID功用等特性。
现在,EVA胶膜是运用最为广泛的太阳能电池封装胶膜资料,到2018年其商场占有率约为90%,其具有超越20年的运用前史,产品功用均衡、性价比较高。POE胶膜是另一种运用广泛的光伏封装胶膜资料,到2018年其商场占有率约为9%5,该产品是一种乙烯-辛烯共聚物,可用于太阳能单玻、双玻组件的封装,在双玻组件中运用尤为广泛。POE胶膜具有高水汽阻隔性率、高可见光透过率、高体积电阻率、优异的耐候功用和持久的抗PID功用等优秀特性,别的该产品共同的高反射功用,可以进步组件对太阳光的有用使用率,有助于添加组件的功率,并可以处理组件层压后的白色胶膜溢胶问题。
光伏发电的原理:当光子照射到金属上时,它的能量可以被金属中某个电子悉数吸收,电子吸收的能量足够大,能战胜金属原子内部的库仑力做功,脱离金属外表逃逸出来,成为光电子。硅原子有4个外层电子,如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子,就成为N型半导体;若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子,构成P型半导体。当P型和N型结合在一起时,触摸面就会构成电势差,成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后,电流便从P型一边流向N型一边,构成电流。
依据所用资料不同,太阳能电池可分为三类:第一类为晶体硅太阳能电池,包含单晶硅和多晶硅,其研制及商场运用较为深化,光电转化功率高,占有了现在电池片首要商场比例;第二类为薄膜太阳能电池,包含硅基薄膜、化合物类以及有机类,但因为原资料稀缺或含毒性、转化功率低、安稳性差等缺陷,商场运用较少;第三类为新式太阳能电池,包含叠层太阳能电池等,现在处于研制阶段,技能尚不老练。
太阳能电池片的首要原料为多晶硅(其可出产出单晶硅棒、多晶硅锭等),其出产工艺流程首要包含:清洗与制绒、分散、边沿蚀刻、去磷硅玻璃、PECVD、丝网印刷、烧结、测验等。
单晶、多晶是晶硅太阳能的两种技能道路。若把单晶比作一块完好的石头,那多晶便是由碎石子拼砌而成的石头。因为不同的物理性质,单晶的光电转化功率高于多晶,但多晶本钱相对较低。
单晶硅太阳能电池的光电转化功率为18%左右,最高的到达24%,这是一切品种的太阳能电池中光电转化功率最高的,但制作本钱很大,因为单晶硅一般选用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因而其坚固耐用,运用寿命可达25年。
多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,可是多晶硅太阳能电池的光电转化功率则要下降不少,其光电转化功率约16%左右。从制作本钱上来讲,比单晶硅太阳能电池要廉价一些,资料制作简洁,节省电耗,总的出产本钱较低。
跟着无补助竞价上网的鼓起以及可设备土地资源的日渐稀缺,全球商场关于高效产品需求越发添加。出资者的重视度也从之前的抢装到回归根源,即项目自身的发电功用和长时间可靠性,这是未来电站收益的关键所在。现阶段来看,多晶技能在本钱上仍保有优势,但其功率相对较低。
多晶技能添加乏力出于多方面的原因:一方面研制本钱居高不下,这造成了新工艺制作本钱也处于高位水平。另一方面,设备的价格反常贵重。但即使高效单晶的发电功率和功用上是多晶和一般单晶不行及的,一些价格灵敏客户在挑选时仍会出现“举棋不下”的状况。
现在看来,高效单晶技能实则在功用和本钱两方面做到了杰出的平衡。单晶的销量已占有商场主导方位。
太阳能背板是一种坐落太阳能电池组件反面的光伏封装资料,在户外环境下首要用于保护太阳能电池组件,反抗光湿热等环境要素对封装胶膜、电池片等资料的腐蚀,起到耐候绝缘保护效果。因为背板坐落光伏组件反面的最外层,直接与外部环境相触摸,因而其须具有优异的耐高低温、耐紫外辐照、耐环境老化和水汽阻隔、电气绝缘等功用,以满意太阳能电池组件25年的运用寿命。跟着光伏工业对发电功率要求的不断进步,部分高功用太阳能背板产品还具有较高的光反射率,以进步太阳能组件的光电转化功率。
按资料分类,背板首要分为有机高分子类和无机物类,太阳能背板一般指有机高分子类,无机物类首要为玻璃。按出产工艺分,首要有复合型、涂覆型和共挤型。现在,复合型背板占有背板商场78%以上的比例,因为双玻组件商场运用增多,选用玻璃背板的商场占有率超越12%,涂覆型背板及其它结构背板约为10%。
太阳能背板的原资料首要有PET基膜、氟资料和胶粘剂。其间PET基膜首要供给绝缘功用和力学功用,但耐候性比较差;氟资料首要分为氟膜和含氟树脂两种方法,供给绝缘性、耐候性和阻隔性;胶粘剂首要由合成树脂、固化剂和功用性添加剂等化学品组成,在复合型背板中用于粘结PET基膜与氟膜。现在,高质量太阳能电池组件的背板根本都运用含氟资料来保护PET基膜,不同的仅仅运用的氟资料的形状和成分有所不同。氟资料以氟膜的方法经过胶粘剂复合在PET基膜上,即为复合型背板;以含氟树脂的方法经过特别工艺直接涂覆在PET基膜上,即为涂覆型背板。
一般来说,复合型背板因其氟膜的完好性,归纳功用优胜;涂覆型背板因其资料本钱较低,具有价格优势。
复合型太阳能背板按含氟状况可分为双面氟膜背板、单面氟膜背板、不含氟背板,因其各自耐候性等特性适用于不同环境,全体来说对环境的耐候程度顺次为双面氟膜背板、单面氟膜背板、不含氟背板,其价格一般也顺次下降。现在商场上干流的背板类型及其产品概略如下:
注:(1)PVF(一氟化树脂)膜由PVF共聚体揉捏而成,这一构成进程确保了PVF装修层细密无暇,无PVDF(二氟化树脂)涂料喷涂或滚涂进程中常常发生的针孔,发裂等缺陷,因而PVF膜的饰层阻隔性优于PVDF涂料。PVF覆膜膜材可以用在腐蚀环境更为恶劣的当地;
(2)PVF膜制作进程中分子晶格沿纵、横方向的揉捏摆放大大强化了它的物理强度,所以PVF膜具有更大的耐性;
(4)揉捏成型的PVF膜外表润滑细腻,全无滚涂或喷涂时外表发生的条纹、橘皮、微皱之类缺陷。
双面氟膜复合背板因为其优胜的耐候功用,能饱尝住酷寒、高温、风沙、雨水等恶劣环境,一般被广泛运用于高原、沙漠、戈壁等区域;单面氟膜复合背板是双面氟膜复合背板的降本型产品,相关于双面氟膜复合背板其内层的耐紫外性和散热性较差,首要适用于房顶和紫外线温文的区域。
在太阳能光伏发电进程中,光伏阵列所发的电能为直流电能,但是许多负载需求沟通电能。直流供电体系存在很大的局限性,不便于改换电压,负载运用规划也有限,除特别用电负荷外,均需求运用逆变器将直流电改换为沟通电。光伏逆变器是太阳能光伏发电体系的心脏,其将光伏发电体系发生的直流电经过电力电子改换技能转化为日子所需的沟通电,是光伏电站最重要的中心部件之一。
光伏逆变器首要由输入滤波电路、DC/DC MPPT电路、DC/AC逆变电路、输出滤波电路、中心操控单元电路组成。光伏逆变器的品种有:
现在商场首要以集中式逆变器和组串式逆变器为主。跟着分布式光伏商场的快速添加及集中式光伏电站中组串式逆变器占比的不断进步,组串式逆变器占光伏电站装机规划商场比例约为60%。集中式逆变器是将汇总后的直流电转变为沟通电,功率相对较大;组串式逆变器是将组件发生的直流电直接转变为沟通电再进行汇总,功率相对较小。集中式逆变器与组串式逆变器的比照阐明如下:
在智能电站概念提出后,光伏逆变器的重要性越来越杰出,光伏逆变器的规划和制作需求从整个体系视点考虑,除了转化功率,还要统筹归纳防护、安稳运转、安全可靠和电网友好性;跟着光伏电站办理越来越精细化,光伏逆变器承载着数据收集、电站监控、动力办理等使命,经过GPRS、以太网、Wi-Fi等方法上传到网络服务器或本地电脑,运用户可以在互联网、手机或本地电脑上检查相关数据,便利电站办理人员和用户对光伏电站的运转数据检查和办理,可以很多节省人力、物力本钱。
光伏并网逆变器除将直流电转化成沟通电外,其输出的沟通电可以与市电的频率及相位同步,因而输出的沟通电可以回到市电。光伏并网逆变器运用示意图如下:
光伏储能逆变器集成光伏并网发电、储能电站的功用,可以战胜光伏组件受气候改变发电不安稳的缺陷,进步电网质量;经过波谷贮存电能,波峰输出电能,电网峰值发电量可大幅削减,电网容量也可大幅添加,可进步电网使用率。光伏储能逆变器可运用于集中式和分布式光伏发电站。
光伏储能逆变器具体作业原理为:光伏所发的电能优先供本地负载运用,剩余的能量存储到蓄电池,在电能仍有充裕的状况下可挑选性并入电网。当光伏所发电能缺乏时,蓄电池放电供给电能供本地负载运用,然后下降对电网和传统动力的依靠。
近年来可再生动力快速开展,且潜力巨大,但因为不安稳性限制了可再生动力的快速开展,发生了很多的弃光、弃电现象,储能产品系完结可再生动力滑润动摇、促进可再生动力大规划消纳和接入的重要手法。储能亦是动力互联网新式动力使用方式的关键技能之一。储能逆变器是电网与储能设备之间的接口,可以运用在不同的场合(并网体系、孤岛体系和混合体系)。储能逆变器是一类合适智能电网建造,运用在储能环节,以双向逆变为根本特色,具有一系列特别功用、功用的逆变器。储能系智能电网完结的必备条件,智能电网中的储能环节能有用调控电力资源,能很好地平衡昼夜及不一起节的用电差异,调剂余缺,确保电网安全,是可再生动力运用的重要条件和完结电网互动化办理的有用手法。储能逆变器适用于各种需求动态储能的运用场合,在电能充裕时将电能存储,电能缺乏时将存储的电能逆变后向电网输出,在微电网中起到应急独立逆变效果。
光伏支架是太阳能光伏发电体系中为了支撑、固定、滚动光伏组件而规划设备的特别设备。为了使光伏电站到达最佳的发电功率,光伏支架需结合建造地址的地势地貌、气候及太阳能资源条件,将光伏组件以必定的朝向、摆放方法及距离予以固定。光伏支架作为电站的“骨骼”,其功用直接影响光伏电站的发电功率及出资收益。
跟着光伏补助逐渐退坡,电池组件光电转化功率进步难度日渐添加,平整低本钱的场所有所削减,光伏支架在光伏电站出资中的方位越来越高,将其作为降本增效、进步电站出资效益的重要措施。近年来,光伏支架在技能、商场等方面得到了快速开展。光伏支架产品一方面愈加轻量高强度化,在结构、资料等方面立异,进步产品功用,下降资料分量,降造本钱与运送费用;另一方面,集成与智能化程度日益进步,经过不断集成规划,快捷现场施工及后期运维,一起交融人工智能、物联网、大数据等新一代信息技能,发电功率得到进一步进步。
需求依据项目的地质勘查陈述完结支架根底初步规划;其次依据支架受力状况完结立柱的拉拔力测验,承认支架根底方法及立柱方法;一起依据不同国家标准、不同项目地址风载荷、雪载荷及其它气候条件承认全体支架规划;最终,依据光伏体系中组件方法、组件串联数量、逆变器及汇流箱等其他光伏零部件状况完结对应的支架排布及单体支架规划。
选用固定支架的光伏电站,在规划之初会结合当地的地理环境、气候等条件将组件固定在特定视点以确保能接纳最大的太阳光辐射,组件方位一般固定后不会再频频调整,关于固定可调式支架而言,组件朝向每年会依据时节和光照状况进行人工调整。固定支架价格较低、安稳性好,前期出资本钱低,但对太阳能的使用率比较盯梢支架低。
选用盯梢支架的光伏体系,其组件朝向依据光照状况进行主动调整,可削减组件与太阳直射光之间的夹角,获取更多的太阳辐照,可有用进步发电功率。选用盯梢支架的电站需求添加必定的前期出资本钱,并需求承当必定的设备运转危险及后期运维本钱。
固定支架与盯梢支架在光伏电站体系中的选用,需求归纳考虑各项要素,进行具体的投入产出边沿效益测算。
概言之,固定支架在发电功率、抗大风才能(顶风面积固定)等方面存在下风,在安稳性、本钱造价、线缆投入、运转保护(作业量小、板面清洗便利)等方面存在优势;
反之,盯梢支架在进步发电功率、便于交融双面组件等技能方面具有相对优势,一起也存在高本钱投入及安稳性等问题。
光伏支架需求归纳运用结构力学体系(静载荷、动载荷等流体力学)、机械驱动体系、电子操控体系等多学科专业知识进行归纳规划,产品结构较为杂乱,技能含量较高。平衡造价本钱与发电量增益之间的联系,规划最优计划。
光伏支架产品首要用于设备、支撑、固定光伏组件,需求考虑地势地貌要素,依据平地、山地、丘陵、戈壁、农田、滩涂等杂乱地势调整根底及支架规划;一起光伏支架需求具有较强的抗风、抗雪、抗震、抗腐蚀等功用,以此适应在风霜雨雪等各种自然环境下长时间运转的需求;盯梢支架需求将支架体系、电控体系和驱动体系结合,经过核算最优的操控计划,进步电站发电功率,一起完结对光伏电站的长途操控,需求具有电站主动化、智能化的技能。
光伏支架归于非标准化产品,每个项目的产品都需求契合不同国家区域的技能标准、自然条件、配套光伏电站其他设备及客户的其他定制要求,为客户专门出产非标准化产品。定制化规划、出产要求企业具有较高的技能水平、丰厚的项目经历、并经过相关资质认证,并契合各国的技能标准及标准。
一般来说,光伏支架是在其他光伏零部件承认之后再进行独自的规划、出产,因而需求考虑支架产品的规划是否与其他部件(不同数量、类型的光伏组件、逆变器、基桩等)合适匹配。
此外,从电站全体排布、设备视点考虑,关键技能衔接点规划要简明化、模块化、集成化,使得施工工人能快捷、高效、精确设备,一起减低设备本钱,这也对支架供货商的全体规划、制作水平提出了更高的要求。
光伏支架的上游首要是以钢材为代表的大宗金属资料加工、镀锌、机械及电子元器件职业;下流则首要面向光伏电站开发与建造企业。
光伏支架产品的上游首要是钢材等大宗金属资料加工企业。钢材等原资料供给足够,出现彻底竞赛的商场格式,影响上游原资料价格的要素首要是大宗产品周期性要素。具体来说,在世界商场上钢材等大宗产品价格的周期性动摇将会影响到光伏支架企业原资料本钱;另一方面,因为国内商场对钢材的首要需求来自房地产商场,因而房地产职业周期性动摇同样会影响到钢材价格,从而影响光伏支架企业的原资料本钱。此外,镀锌、机械及电子元器件职业供给充沛。
光伏支架下流为光伏电站的开发及建造,受光伏发电新增装机容量所驱动;光伏电站开发及建造事务受发电本钱及政府支撑方针及发电本钱驱动。