關于高效N 型組件與柔性支架系統在山地光伏電站的應用

陳澤兵CHEN Ze-bing

（中國三峽新能源（集團）股份有限公司建設管理分公司，曲靖 655700）

0 引言

為了積極應對全球溫室效應的加劇，全球各國為了達到《巴黎協定》中關于消減碳排放的要求，在能源的獲取方面減少以及避免碳等溫室氣體產生是人類生產活動過程重要手段，從而推動了新能源的改革，也是人類發展的重中之重；光伏作為新能源解決方案中重要的組成部分，經過多年的發展已經大規模應用到人類能源生產過程中；隨著國家力爭2030 年前實現碳達峰，2060 年前實現碳中和，這幾年光伏電站的建設也得到快速的發展，隨之而來的問題由于光伏電站占地面積比較大，可用的光伏土地整體越來越少，同時場景的復雜型也提高很多。傳統安裝方式以及常規組件組成的系統無法應對復雜場景（山地、漁光等），無法充分利用地面有效面積，發電效率也不高，從而增加了電站的成本，降低了電站IRR 收益；傳統的P 型雙面組件整體組件目前在市場上廣泛的應用，而效率較低，衰減較高等特點無法更好提高項目經濟性，新型N 型TOPCON 組件在效率、衰減以及雙面率等性能提升明顯，可以增加整體項目的收益率；本文主要針對實陣山地項目，為了提高山地的排布利用率以及系統的發電效率，研究柔性支架搭配高效N 型TOPCON 組件增加項目的容量，減低系統BOS 成本，同時提升發電效率以保證系統的整體的收益。

1 高效N 型組件與柔性支架系統介紹

1.1 柔性支架簡介

柔性固定支架是一種預應力自適應支撐體系，由索網、支撐系統、錨定系統等組成，通過將光伏組件固定在張緊于兩柱間的鋼絞線上的方式來簡化組件支撐系統。利用張緊的鋼絞線的軸向拉力抵抗組件自重、雪荷載和風荷載。柔性支架通過懸、拉、掛、撐四大安裝方法，實現上、下、左、右各方向的自由架設，可有效增加板下空間，用鋼材量少、自重輕、性價比高；對場地基礎要求低，占地少，提高土地的利用率；預裝性強，可大幅度縮短整體施工周期[1][2]。

柔性支架整體結構如圖1 所示，新一代柔性支架采用了穩定鎖桿設計，改進了排間柔性穩定抗風系統。通過張拉預應力，控制拉索弧垂；南北向穩定索桿系統將陣列東西南北形成整體，增加承重索的抗扭剛度，有效地抵抗風振對組件的不利影響。

圖1 柔性支架系統結構

1.2 N 型TOPCON 組件性能簡介

N 型TOPCON 組件具有轉化效率高、溫度系數低、雙面率高、工作溫度低、隱裂風險低、無LID 光衰、更優異的功率質保等優點，使用N 型TOPCON 組件可以有效降低光伏系統的BOS 成本，提升電站發電量，降低電站系統的LCOE 度電成本，提升光伏系統的收益率[3]。

高轉化效率：N 型TOPCON 電池量產平均轉化效率已超過25.6%，較常規P 型PERC 單晶高2%；N 型TOPCON組件功率較常規P 型PERC 組件高20W 以上；采用N 型TOPCON 組件，可以有效節約光伏項目用地面積，提升單位土地的光伏電站發電量。

更低的溫度系數：N 型TOPCON 組件溫度系數僅有-0.30%/℃，常規P 型PERC 組件溫度系數-0.34%/℃，在高溫下N 型TOPCON 組件發電損失更低，而光伏系統在戶外發電時，絕大部分工作時間高于標準組件溫度25℃，理論上因為高溫帶來的發電損失TOPCON 組件比PERC 組件低11.76%，可以有效提升電站的發電效率。

更高的雙面率：N 型TOPCON 組件雙面率可達80%，而同樣版型的P 型PERC 組件雙面率在70%以內，在同樣的安裝環境下，理論上背面發電增益比常規P 型PERC 單晶組件多出11.43%，可顯著提升光伏電站的發電效率。

更低的工作溫度：一道N 型TOPCON 組件可以讓部分近紅外光透過，工作溫度更低，約較常規P 型PERC 單晶組件低2℃左右。

低隱裂風險：常規P 型PERC 電池的背面激光開槽寬度一般在25-40μm 左右，在開槽范圍內，鋁硅合金的深度可達10-30μm，為硅片厚度的6%-18%；鋁硅合金和銀硅合金相轉變溫度的不匹配，使該區域有形成大量的空洞（Void）的風險，不均勻的應力分布、深入硅片內部的鋁硅合金以及大量存在的空洞，給組件的機械載荷可靠性帶來了很大的風險。N 型雙面電池為對稱結構，金屬化深度＜0.2μm，隱裂風險更低。

更優異的功率質保：N 型TOPCON 組件首年衰減1%，每年0.4%；P 型組件首年衰減2%，每年0.45%，第30 年N型TOPCON 組件比P 型發電量高2.45%，在整個生命周期一道N 型TOPCON 組件比P 型組件發電量平均高1.73%。

2 系統方案選型分析

本系統方案為實陣基地方案，項目地址位于廣西東部大瑤山之東，梧州市西北部，介于北緯23°52'～24°25'，東經110°20'～110°44'之間。縣境東接昭平縣，西連金秀瑤族自治縣，南鄰平南縣、藤縣，北與荔浦市相接；縣境東西最大橫距43 千米，南北縱距70 千米，全境呈長形，總面積1279 平方千米。新圩鎮位于蒙山縣西北部，距蒙山縣約12公里。項目地形為山地情況，因為山地情況，使用常規組件以及支架方案無法滿足整體項目的收益要求，所以選擇了N 型雙面雙玻TOPCON 580W 組件。

2.1 N 型TOPCON 選型方案

為進一步對比N 型TOPCON 和P 型PERC 組件在系統應用端的差異，本文選擇了常用的N 型TOPCON 雙面雙玻組件（組件型號DH144NA）和P 型PERC 雙面雙玻組件（組件型號DH144PA）分別進行系統端的模擬分析（表1），模擬計算在同樣的安裝環境下，使用兩種不同的組件帶來的系統BOS，發電量、LCOE 和收益率差異。測算顯示，即便在N 型TOPCON 組件單瓦貴0.02 元的情況下，因為N型TOPCON 組件高發電量和低BOS 成本的優勢，N 型TOPCON 組件的系統度電成本（LCOE）仍然比P 型PERC組件低2.28%，全投資收益率IRR 比P 型PERC 組件高0.32%，N 型TOPCON 在系統應用端具有顯著優勢。

表1 N 型和P 型組件在系統端的對比

2.2 柔性與剛性支架選型

針對本項目場區地形地貌，劃分成三種類型，第一類陡峭型，圖2（坡度40～60 度）東門林場地塊，傳統支架無法施工，柔性支架樁基少跨距大，能適應大坡度地形。第二類混合類型，圖3、圖4（坡度20～60 度）固定支架只能布置在小于35 度坡，柔性支架可以全場地布置（除北坡）柚子地地塊可增容43.4%，第三類型平坦地型，高速路地塊圖5圖6（坡度0～20 度）固定支架比柔性支架多布置4.1%，原因是圖7 柔性支架斜拉結構，會占用一定面積。

圖2 柔性布置

圖3 固定布置

圖4 柔性布置

圖5 固定布置

圖6 柔性布置

圖7 柔性支架斜拉結構

固定支架有柔性支架各自特點，在本項目中，大坡度山地與混合型大坡度山地柔性支架有較大優勢，在平緩破高速路地塊固定支架具有一定容量優勢。在復雜地形項目中，要對地形進行細化分類，適配不同方案，選型適合的支架。（表2）

表2 方案對比表

3 結語

針對實陣項目對組件選型以及支架選擇進行論證：

第一，選擇了N 型TOPCON 雙面雙玻組件580W 相比常規組件降低了BOS 成本1.86%，IRR 提高了1.32%；

第二，柔性支架方案則在土地利用方案發揮了重要作用，在固定支架方案原有三塊地塊從原有裝機量46.22MW，在柔性支架方案中則裝機量提高到76.22MW，裝機量提升為64.9%。

因此N 型TOPCON 雙面雙玻組件580W 搭配柔性支架的方案在山地的應用整體提高了土地的利用率，提高了項目整體的項目的收益率。