单、多晶组件衰减及发电成本对比分析

阿特斯阳光电力集团近期将推出系列文章，从单多晶材料的原理，单多晶系统的度电成本和实际电站案例测试数据，分析单多晶的各自优势。我们提倡行业同仁秉承科学公正的态度，通过技术的交流，相互提携、竞争、促进，从而进一步扩大，让进入世界能源领域的甲级队。同时，我们也希望通过度电成本的降低来早日实现发电侧的平价上网，推动全球太阳能行业继续蓬勃发展。

单晶硅和已有几十年的电站发电历史，技术相对成熟，学术界对单、多晶技术各自的优劣之处也早有共识：单晶的光电转化效率相对高一些;多晶的衰减小，度电成本低。

组件光致衰减由两部分组成：

初始衰减和老化衰减

1) 初始衰减

Light Induced Degradation，LID

光致衰减，俗称初始衰减，产生的本质原因是受到光照后，材料内部产生了硼氧复合体，降低了少子的寿命。掺硼晶硅中的替位硼和间隙氧在光照下激发形成的较深能级缺陷引起载流子复合和电池性能衰退，造成在初始应用的几天内输出功率发生急剧性下降，这种现象称为光致衰减。在一段时间(一般2~3个月)后输出功率逐渐稳定。

光致衰减LID的多少直接和硅晶体中的氧含量成正比。 多晶和单晶中均含有氧，但多晶的氧含量要比单晶低很多。在多晶铸锭或CZ直拉单晶过程中，氧主要是通过坩埚界面扩散到液态熔融硅中。相对于多晶铸锭， CZ单晶硅投料量少，硅和坩埚的相对接触面积要大; CZ单晶拉晶时间长，氧有更多的时间扩散到液态硅中。一般CZ单晶的氧含量在15—20ppm范围，而铸锭多晶可控制在2ppm左右。另外，多晶晶界中的大量悬挂键复合了大部分的氧原子，从而使间隙氧原子的数量进一步降低。多晶电池片的平均光致衰减大约为1-1.1%左右，而单晶电池片平均光致衰减至少在1.6-2%以上，尤其是近一年来部分厂家为了快速降低单晶成本而开发的快拉单晶和坩埚长时间使用，导致间隙氧更高。以阿特斯自2016年8月以来对第三方组件的实际监控数据来看，多晶组件的平均光衰为1.2%，而同期单晶组件的平均光衰高达2.2%，两者差别为1%，部分厂商的硅片所做成的电池片光致衰减甚至高达3%以上。

多晶和单晶组件光致衰减差异的另一个佐证是组件质保第一年的衰减率。从下图可以看出，国内各厂对多晶组件的质保首年衰减均为2.5%，而单晶为3-3.5%，两者差别为0.5-1%，与大量电站发电的实际测试数据基本吻合。

2)老化衰减

老化衰减指光伏组件长期应用中出现的缓慢的衰减，主要是封装材料老化造成的衰减，其衰减速度与光伏组件的生产工艺和封装材料，组件应用地环境成正相关。其中常见的开裂，外观变黄，风沙磨损，热斑等都可能加速组件功率衰减。根据2012年6月美国NREL实验室出了一份关于光伏组件衰减的研究报告《Photovoltaic degradation rates-An analytical review》，单、多晶组件在年度老化衰减率之间并无明显区别，更主要是取决于不同生产厂家的质量控制及生产工艺等非电池类型因素。

总结：

1.组件衰减由两部分组成：初始衰减和老化衰减

2.光致衰减产生的本质原因是太阳能电池受到光照后材料内部产生了硼氧复合体，降低了少子的寿命。

3.全球各厂的多晶组件质保衰减均为2.5%， 而单晶组件为3-3.5%

阿特斯阳光电力集团今天与大家分享单多晶系统LCOE的计算，希望通过单多晶太阳能电站每瓦系统成本对比，系统度电成本LCOE对比，与各位同仁一起加深了解光伏电站成本和投资回报率的科学计算方法。同时也希望借此推动中国光伏早日实现发电侧的平价上网。

单、多晶组件系统发电成本分析对比

如果你们要在青海格尔木投资一座55兆瓦地面电站。假设目前可选的多晶组件功率为330瓦，单晶组件功率为340瓦，电站投资者应该选择多晶组件还是单晶组件?这个选择取决于太阳能电站的平准化度电成本计算，即Levelized Cost of Electricity (LCOE)。

下表是我们假设电站系统选用多晶330瓦或单晶340瓦组件所对应的系统成本对比，包含组件、逆变器、汇流箱、支架、线缆、土地、人工等成本。其中假设多晶组件价格为3.20元/瓦，单晶组件价格为3.35元/瓦。

根据计算可知，多晶系统每瓦可以少花0.108元人民币。

当电站系统的成本确定后， 影响平准化度电成本(LCOE)的另一个重要因素是组件的初始光衰。

我们假设初始光衰如下：

A. 多晶组件的平均初始光衰为1.1% (质保2.5%)

单晶组件的平均初始光衰为1.6%(质保3%)

B. 电站运营年限均为20年

根据以上的假设条件，我们通过数学模型对单、多晶系统进行平准化度电成本LCOE测算。首先我们测算不同价格的组件度电成本差价，然后我们测算为了确保同样度电成本，单多晶组件的价格差。

以下是我们的测算结果：

1 )如果单晶组件每瓦的价格比多晶组件高0.15元/瓦， 单晶系统投资就比多晶高0.108元/瓦，单晶系统平准化度电成本比多晶系统高0.004元/度。多晶系统初始投资低，度电成本更低，投资回报率更高。

2) 如果要求单、多晶系统平准化度电成本(LCOE)持平，当单晶组件初始光衰为1.6%，单晶组件的每瓦售价不能超过多晶组件0.02元/瓦。当单晶的初始光衰为2%，单晶组件价格必须低于多晶0.01元/瓦，任何超出以上价差范围(-0.01元~+0.02元/瓦)的单晶组件，将导致单晶光伏电站系统的度电成本高出多晶光伏电站系统，降低了太阳能电站的投资回报率，同时也妨碍早日实现太阳能发电侧的平价上网。

当然， 在某些情况下，比如屋顶面积有限，土地成本奇高，或高电价地区自发自用时，单晶组件的优势会大一些。电站开发商还是要具体问题具体分析。

我国的光伏领跑者项目，旨在鼓励光伏技术发展，推动早日实现光伏发电平价上网。领跑者的多晶和单晶电池片和组件的标准，初定于2015年，在2016年做了一轮修订。可能由于单晶硅电池片那时还是小众产品，市场接受度低，领跑者标准对单晶技术门槛放的比较低，对主流的多晶技术门槛设的比较高。许多省和地方项目也纷纷向这个标准看齐，这导致了目前单晶资源供不应求，价格一路飙升，造成众多领跑者项目和地方项目迟迟无法开工，影响了实现光伏发电平价上网的进程。

由于目前领跑者标准对多晶企业门槛很高，逼着多晶电池片和组件企业加大研发创新力度，不断提高多晶效率。在过去的一年多时间里，多晶技术在持续降成本的同时，进一步提高了组件功率和质量。例如，阿特斯即将发布的多晶三代高效组件已超越目前单晶领跑者的组件功率275瓦标准。

总结：

以大型地面电站为例，在单多晶组件的平均初始光衰分别为1.6%和1.1%时：

1. 如单晶组件每瓦的价格比多晶组件高0.15元/瓦， 单晶系统每瓦投资比多晶高0.108元，单晶系统的平准化度电成本比多晶系统高0.013元/度。多晶系统初始投资低，度电成本更低，投资回报率更高。

2. 如单、多晶系统度电成本持平，单晶组件每瓦价格比多晶组件的溢价不能超过0.02元/瓦，否则单晶系统的度电成本会高出多晶电站，太阳能电站的投资回报率也会相应降低。

3. 在某些情况下，比如屋顶面积有限，土地成本奇高，或高电价地区自发自用时，单晶组件的优势会大一些。电站开发商还是要具体问题具体分析。