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一、起因

在當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)下，可再生能源走向主流能源是能源轉(zhuǎn)型的必然趨勢。隨著太陽能技術(shù)發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)化，其太陽能發(fā)電的效率以及性價(jià)比在不斷提升，被廣泛應(yīng)用到社會、生活、生產(chǎn)等各個(gè)場景?？梢灶A(yù)見在不久的未來，隨著地球煤炭資源的耗盡，光伏電站等新能源電站將逐步取代傳統(tǒng)燃煤電站。

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速，大功率光伏組件時(shí)代已經(jīng)快速到來。近兩年來，隨著光伏技術(shù)的進(jìn)步，大電流光伏組件的誕生成為了產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的熱點(diǎn)。然而，當(dāng)電流增大到一定程度，隨之也帶來了新的挑戰(zhàn)。目前行業(yè)有哪些挑戰(zhàn)，又應(yīng)該如何應(yīng)對呢？為此，近日記者走進(jìn)晶澳太陽能科技股份有限公司，請產(chǎn)品技術(shù)部郭邐達(dá)女士談?wù)劥箅娏鞴夥M件的相關(guān)問題，也請她介紹一下該領(lǐng)域所積累的經(jīng)驗(yàn)。

二、背景

晶澳太陽能是全球光伏產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)，憑借持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，多年榮登《財(cái)富》中國500強(qiáng)和“全球新能源企業(yè)500強(qiáng)”。其產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋硅片、電池、組件及光伏電站，產(chǎn)品足跡遍布135個(gè)國家和地區(qū)。

郭邐達(dá)作為光伏領(lǐng)域里的專業(yè)人才，在太陽能電池和組件的研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面均取得了突出的成績。她在國內(nèi)外知名刊物發(fā)表了數(shù)篇SCI,EI學(xué)術(shù)論文；申請專利30余項(xiàng)，其中超過15項(xiàng)專利已授權(quán)。

從技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境問題出發(fā)，郭邐達(dá)進(jìn)行了多項(xiàng)具有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)的研究開發(fā)，包括基于納米結(jié)構(gòu)的太陽能電池技術(shù)開發(fā)、薄膜太陽能電池?zé)o鎘緩沖層開發(fā)與研究等。在產(chǎn)業(yè)化方面，她掌握了薄膜太陽能電池產(chǎn)線的在線工藝檢測技術(shù)及制備技術(shù)；確認(rèn)和制定相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商技術(shù)評估策略、設(shè)備工藝測試標(biāo)準(zhǔn)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成十條產(chǎn)線相關(guān)設(shè)備的技術(shù)評估和預(yù)驗(yàn)收工作。她曾多次赴海外參加光伏工藝技術(shù)培訓(xùn)，將海外的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于國內(nèi)產(chǎn)線，并對國內(nèi)工程師進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)。此外，她還協(xié)助高密度光伏組件量產(chǎn)導(dǎo)入，主導(dǎo)為戶用市場量身打造的晶澳DeepBlue3.0 Light光伏組件新產(chǎn)品量產(chǎn)導(dǎo)入。

三、專訪

記者：您好，郭女士！您從事光伏行業(yè)技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化已有十多年的時(shí)間了，能為我們大致梳理一下自己的從業(yè)經(jīng)歷嗎？當(dāng)初為什么會選擇這個(gè)行業(yè)呢？

郭邐達(dá)：我在大學(xué)本科所學(xué)的是光信息科學(xué)與技術(shù)，因?yàn)閷ζ渲泄怆姴牧吓c器件方向格外感興趣，研究生選擇了去培養(yǎng)了多位行業(yè)領(lǐng)軍人物的澳洲新南威爾士大學(xué)繼續(xù)攻讀光伏與太陽能專業(yè)的碩士。

畢業(yè)后，我便全身心投入光伏行業(yè)的技術(shù)研發(fā)。在隨后的十多年工作中，都是在為熱愛的領(lǐng)域而奮斗。曾先后就職于多家世界知名光伏企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)，如北京低碳清潔能源研究所、漢能薄膜發(fā)電集團(tuán)、晶澳太陽能光伏科技有限公司等，累計(jì)申請專利30余項(xiàng)。在加入晶澳太陽能后，能將累積十多年技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)在世界級產(chǎn)業(yè)平臺上發(fā)揮作用，為世界清潔能源做出貢獻(xiàn)，我感到很自豪。

現(xiàn)在環(huán)境和氣候變化問題引起了越來越多的關(guān)注，可再生能源電力的推廣和應(yīng)用刻不容緩。光伏發(fā)電是最清潔、最可靠、最安全的可再生綠色能源之一。為光伏行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，是改善人類下一代生存環(huán)境的必經(jīng)之路。為此，我感到很深的責(zé)任感和使命感。所以，從一開始選擇光伏專業(yè)至今，從未偏離自己的初心，也從未消減過自己對行業(yè)的熱愛。

記者：您對如今的光伏行業(yè)及產(chǎn)品的發(fā)展有何看法呢？

郭邐達(dá)：太陽能光伏發(fā)電是目前發(fā)展最為迅速、并且前景最為看好的可再生能源產(chǎn)業(yè)之一。國際能源署預(yù)計(jì)，到2050年光伏發(fā)電能夠提供全球發(fā)電量的11%。

光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由光伏組件、控制器、逆變器、儲能系統(tǒng)等部分組成。其中，光伏組件也叫太陽能電池板，是光伏系統(tǒng)中的核心部分，也是最重要的部分，它的作用是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。在這些年光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的過程中，人們已經(jīng)深切感受到光伏組件技術(shù)帶來的新挑戰(zhàn)?；陔娬究蛻羰找孀畲蠡睦砟?，目前行業(yè)內(nèi)組件產(chǎn)品設(shè)計(jì)逐漸轉(zhuǎn)向了大電流的方向，但是當(dāng)組件電流增大到一定程度時(shí)，可能會帶來一些天然的無法忽視的風(fēng)險(xiǎn)和發(fā)電量損耗的問題，必須得到行業(yè)的重視，特別是涉及產(chǎn)品和系統(tǒng)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)以及電氣安全風(fēng)險(xiǎn)等。

記者：您如何看待近兩年出現(xiàn)的大電流光伏組件呢？

郭邐達(dá)：一般我們用度電成本（LCOE）衡量光伏電站整個(gè)生命周期的發(fā)電成本。在組件端，組件效率、功率以及發(fā)電能力都對LCOE有非常關(guān)鍵的影響，尤其組件功率和效率的提升可以有效降低LCOE。

早在2009年時(shí)，光伏行業(yè)內(nèi)的組件功率最高僅為290W。經(jīng)過了這十多年的發(fā)展，組件功率已經(jīng)上升到500W以上，甚至有的組件功率超過600W。組件功率提升的主要路徑，除了電池技術(shù)進(jìn)步帶來的轉(zhuǎn)換效率的提升、組件版型及輔材的優(yōu)化之外，硅片尺寸的增大也起到了顯著作用。最初，量產(chǎn)太陽能電池基于125mm硅片，后來發(fā)展到156mm、158.75mm、166mm，一直到現(xiàn)在的182mm和210mm。尤其這兩年182mm和210mm大尺寸硅片的出現(xiàn)，不僅帶來組件功率的飛躍增長外，同時(shí)也顯著提高了組件的工作電流，大電流組件也由此誕生。

簡單來講，硅片尺寸增大（也就是電流增大）的內(nèi)在邏輯主要有兩點(diǎn)：一方面，可有效降低硅片和太陽能電池的單瓦成本、降低組件生產(chǎn)成本；另一方面，通過硅片尺寸增大提升組件功率可以有效降低系統(tǒng)端BOS成本（系統(tǒng)端建設(shè)成本）。當(dāng)然，任何增益都是有一定范圍的，當(dāng)電池片尺寸、電流增大到一定程度，它所帶來的風(fēng)險(xiǎn)、隱患和損失就可能超過其增益。

因此，在光伏組件設(shè)計(jì)及選型上，并不能一味的追求高功率、大電流，而應(yīng)該以最低度電成本為目標(biāo)，綜合考慮生產(chǎn)、質(zhì)量、光伏系統(tǒng)性能表現(xiàn)、風(fēng)險(xiǎn)等各方面，來決定最優(yōu)的組件方案。

記者：那么，當(dāng)電池片面積增大到一定程度后，在生產(chǎn)和制造等過程中是否就會有一些影響或風(fēng)險(xiǎn)？

郭邐達(dá)：在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，隨著電池片尺寸的增大，產(chǎn)品良率會因生產(chǎn)難度的加大而降低。目前182組件技術(shù)已經(jīng)非常成熟，良率與上一代主流產(chǎn)品持平。然而，基于更大硅片的超大電流組件，其大尺寸硅片和電池的良率在初始生產(chǎn)階段，可能難與原品持平，并且因尺寸增大帶來的某些問題可能無法隨工藝成熟而完美解決；同時(shí)，硅片尺寸過大，還會影響薄片化的發(fā)展，組件尺寸的增加，不利于邊框和玻璃的降本，這些都會對生產(chǎn)成本產(chǎn)生一定的影響。另外，隨著硅片尺寸和組件尺寸的增大，也會增加組件的機(jī)械載荷風(fēng)險(xiǎn)，造成搬運(yùn)和安裝的困難，對支架的承受能力有更高的要求，影響產(chǎn)品及系統(tǒng)的全生命周期內(nèi)的質(zhì)量。

記者：終端用戶最為在意的，是光伏組件在系統(tǒng)中的發(fā)電量。請您介紹下這方面貴公司和您的一些研究成果？

郭邐達(dá)：最直接的是電流的增大會帶來一定的功率損耗，從而造成發(fā)電量的下降。功率損耗主要包括光伏系統(tǒng)中光伏線纜的線損，以及組件自身的熱損功率。

首先說一下功率損耗，我們基于100MW項(xiàng)目進(jìn)行了182組件（工作電流13A左右）和超大電流組件（工作電流18A左右）的光伏線纜的線損對比分析。在STC（Standard Test Conditions）條件下，在使用同樣4mm2線纜規(guī)格的情況下，由于更大的工作電流，超大電流組件方案比182組件方案的直流側(cè)線損高約0.2%。

另一方面，對于組件自身的熱功率損失，我們的研究計(jì)算表明：相對電池細(xì)柵、主柵上的發(fā)熱差異，焊帶上的發(fā)熱差異更為明顯。超大電流組件比182組件熱損功率占比高0.53%。如果我們以3GW規(guī)模項(xiàng)目為例，由于直接熱功率損失，每年超大電流組件將比182組件少發(fā)2000萬度電。

此外，關(guān)于182組件和超大電流組件的LCOE，我們也做了對比研究。根據(jù)我們的模擬測算結(jié)果，182組件較超大電流組件的發(fā)電量高1.8%，為1.862度/Wp/年；LCOE方面，182組件相對超大電流組件低0.3-0.5分/kWh，為0.19元/kWh。

我們從戶外實(shí)證數(shù)據(jù)也得到了相同的結(jié)論。為充分研究不同組件的發(fā)電性能與工作溫度差異，晶澳聯(lián)合TüV北德在銀川國家光伏實(shí)驗(yàn)基地于2021年2月開展了戶外實(shí)證項(xiàng)目。實(shí)證數(shù)據(jù)顯示：高輻照天氣下，由于更多的能量在焊帶上轉(zhuǎn)化為熱能，超大電流組件比182組件的工作溫度平均高1.8℃左右，最高溫差可達(dá)5℃左右。而眾所周知光伏組件的輸出功率隨溫度的升高而降低，工作溫度每升高一度，功率將降低約0.35%；同時(shí)結(jié)合多種因素的綜合影響，實(shí)證顯示182組件單瓦發(fā)電量比超大電流組件高約1.8%。

記者：除了發(fā)電量外，用戶最關(guān)心的還有光伏產(chǎn)品的安全。請您從電氣安全的角度，給我們講講有哪些需要關(guān)注和注意的地方？

郭邐達(dá)：光伏組件是指通過玻璃、背板、EVA或者POE將太陽能電池封裝在一起，然后再通過接線盒+電纜+接插頭將產(chǎn)生的直流電輸送出來的電氣裝置。對于整個(gè)組件來講，接線盒、接插頭都是不引人注目的小部件，但是如果這兩個(gè)小部件出現(xiàn)問題，將會帶來巨大的安全隱患。經(jīng)過權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，由光伏組件引起的電站故障（尤其是火災(zāi)），基本都與接線盒和接插頭有關(guān)。因此，在組件設(shè)計(jì)時(shí)，接線盒是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)，尤其對于大電流組件，接線盒二極管的載流能力至關(guān)重要。

為了保證接線盒二極管的載流能力，對于單面組件，建議接線盒額定電流需大于1.25倍的Isc（短路電流），如果對于雙面組件，還需要考慮30%的雙面增益和70%左右的背面率。182雙面組件使用了市場上非常成熟的額定電流為25A的接線盒，保持了更為充足的安全余量（16%左右），充分保障了大電流光伏組件長時(shí)間運(yùn)行的可靠性，而更大電流的組件即使使用更高額定電流（30A）的接線盒進(jìn)行匹配，安全余量相對而言也是明顯偏低，在高輻照、高溫環(huán)境下的過載風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。

在光伏線纜方面，基于IEC62930標(biāo)準(zhǔn)，我們研究計(jì)算了光伏線纜的載流能力。在一般的地面電站或分布式屋頂電站中，4 mm2線纜的載流能力可滿足182組件和超大電流組件的應(yīng)用。然而當(dāng)某些分布式屋頂溫度達(dá)到70攝氏度時(shí)，如果超大電流組件不選用成本更高的6mm2的光伏線纜，則有可能造成線纜過熱和燒毀，有發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)。

記者：您認(rèn)為，最合理的光伏組件設(shè)計(jì)與未來的發(fā)展方向是怎樣的？

郭邐達(dá)：在更高功率組件的開發(fā)道路上，采用哪一種設(shè)計(jì)，不僅需要結(jié)合更多的組件實(shí)證表現(xiàn)去判斷，同時(shí)還需要保證優(yōu)越的可靠性來確?？蛻舻拈L期收益。根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)分析，在現(xiàn)有條件下，靠進(jìn)一步增加組件尺寸、提升組件電流對系統(tǒng)端的成本下降的幫助越來越小，但卻會帶來相應(yīng)的發(fā)電性能下降與安全風(fēng)險(xiǎn)的上升，所以行業(yè)未來的工作重點(diǎn)還是應(yīng)該回歸到進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)進(jìn)步主航道上。 

原標(biāo)題：郭邐達(dá)：光伏產(chǎn)品前沿趨勢及相關(guān)挑戰(zhàn)