182型和210型光伏組件在平原地區地面光伏電站應用的技術經濟性分析

摘 要：“十四五”時期，中國光伏行業得到快速發展，在目前的光伏組件市場情況下，現階段投資者對采用182型和210型光伏組件的地面光伏電站的平準化度電成本（LCOE）存在一定爭議。以山東省青島市某地面光伏電站為例，選取其中1個3.2 MW光伏方陣為分析對象，利用PVsyst軟件建立仿真模型，對其分別采用182型光伏組件和210型光伏組件時設計方案的差異性進行了分析；然后仿真模擬計算了不同設計方案下的光伏方陣首年發電小時數，并從光伏組件投資成本、光伏支架用鋼量及投資成本、電纜用量及投資成本等方面，對其LCOE進行了對比分析。研究結果表明：1）采用210型光伏組件時光伏方陣的工程量清單（BOS）成本比采用182型光伏組件時的低0.03018元/W，即單個光伏方陣的投資成本節省了9.7萬元；2）采用182型光伏組件的光伏方陣的25年年均發電量比采用210型光伏組件時的高0.5%，二者的發電量差異較小；3）在平原地區地面光伏電站中，同樣條件下，采用210型光伏組件時的項目LCOE比采用182型光伏組件時的更優，但兩者相差較少。

關鍵詞：182型光伏組件；210型光伏組件；技術經濟性；平準化度電成本；系統效率；發電量；PVsyst軟件

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A

0" 引言

“十四五”時期，中國光伏發電裝機容量逐年提高，光伏組件價格逐年下降。對于投資者而言，降低光伏發電項目的平準化度電成本（LCOE）[1]顯得尤為重要，為此，各大光伏組件生產商都以降低項目LCOE為目標推出了其光伏組件產品。根據目前的光伏組件市場情況，地面光伏電站采用的光伏組件尺寸的兩個最大陣營分別為182型光伏組件（其采用的硅片規格為182 mm×182 mm）和210型光伏組件（其采用的硅片規格為210 mm×210 mm）。

182型光伏組件和210型光伏組件兩大陣營都表示采用自身光伏組件尺寸時項目的LCOE最低，投資者對此也存在一定爭議。基于此，本文以山東省青島市某地面光伏電站為例，從中選取1個3.2 MW光伏方陣作為分析對象，利用PVsyst軟件建立仿真模型，對同一個光伏方陣分別采用182型光伏組件和210型光伏組件時設計方案的差異性進行分析；然后對不同設計方案下的光伏方陣首年發電小時數進行仿真模擬計算，并對其技術經濟性進行對比分析，從而找到可使平原地區地面光伏電站LCOE最低的光伏組件尺寸類型。

1" 182型光伏組件和210型光伏組件的發展歷程

2019年8月16日，TCL中環新能源科技股份有限公司（下文簡稱為“TCL中環”）發布了G12太陽能級單晶硅片（即“210型硅片”），自此拉響了210型與182型硅片及光伏組件之間的尺寸之爭。TCL中環推出210型硅片后，很快得到了天合光能股份有限公司（下文簡稱為“天合光能”）、東方日升新能源股份有限公司（下文簡稱為“東方日升”）等生產商的積極響應。

而182型陣營的龍頭生產商隆基綠能科技股份有限公司（下文簡稱為“隆基綠能”）依然堅持認為182型硅片為最優尺寸。2020年6月，隆基綠能以M10太陽能級單晶硅片（即“182型硅片”）為核心，攜手晶科能源股份有限公司和晶澳太陽能科技股份有限公司共同組成了“隆晶晶企業”陣營，成為182型硅片領域的代表力量。“隆晶晶企業”陣營中的生產商均具有大規模182型硅片產能，而這正是該陣營選擇182型硅片及光伏組件的主要原因——避免現有存量資產的大幅貶值[2]。

因為210型陣營的天合光能、TCL中環、東方日升等主流生產商無大量的硅片產能，所以沒有“歷史包袱”，可以實現大尺寸硅片的戰略轉型，后來通威集團有限公司和上海愛旭新能源股份有限公司也加入了210型陣營[2]。

多年間，210型陣營和182型陣營圍繞著硅片與太陽電池尺寸、高功率光伏組件展開了激烈爭斗，兩個陣營各持己見，都堅持認為自己的尺寸才是最好的。

2" 系統設計方案

2.1" 光伏電站基本情況

本文以山東省青島市某100 MW地面光伏電站為例，該光伏電站的規劃用地面積約為200萬m2，場址中心點坐標為36°29′54′′N，119°28′08′′E；場址區域海拔高度約為30 m；地形總體較為平坦；地表植被較少，主要為雜草。光伏電站所在地區的年平均水平太陽總輻射量為1359 kWh/m2。

以該光伏電站中1個裝機容量為3.2 MW的光伏方陣作為設計對象，利用PVsyst軟件建立其分別采用182型光伏組件和210型光伏組件時的仿真模型，對采用不同尺寸光伏組件時系統設計方案的差異進行對比分析。

2.2" 光伏組件選型

本文選用主流光伏組件生產商的182型光伏組件和210型光伏組件進行對比分析，二者的參數對比如表1所示。

2.3" 光伏支架選型

固定式光伏支架是目前技術最成熟、成本相對較低、實際應用最廣泛的光伏支架類型，常用的固定式光伏支架包括雙立柱光伏支架、單立柱光伏支架。本光伏電站采用單立柱光伏支架，立柱基礎采用直徑為300 mm的預應力高強度混凝土（PHC）管樁（型號為PHC 300-C-70-6）。

1）采用182型光伏組件時，單個光伏支架上的光伏組件采用“2×26”、豎向的布置方式。單個光伏支架的用鋼量為0.91291 t；采用8根立柱，共約48 m。此條件下單個光伏支架的平面布置示意圖和立面示意圖如圖1所示。圖中：C代表C型鋼。通過計算可得：單位兆瓦裝機容量下，光伏支架用鋼量為30.269 t；光伏支架立柱用量為1591.5 m。

2）采用210型光伏組件時，單個光伏支架上的光伏組件采用“2×28”、豎向的布置方式。單個光伏支架的用鋼量為1.20757 t；采用9根立柱，共約54 m。此條件下單個光伏支架的平面布置示意圖和立面示意圖如圖2所示。通過計算可得：單位兆瓦裝機容量下，光伏支架用鋼量為31.027 t；光伏支架立柱用量為1387.5 m。

2.4" 逆變器選型

組串式逆變器擁有多路最大功率點跟蹤（MPPT）功能，由于每路MPPT上連接的光伏組串數量較少，能夠根據不同光伏組串的工作狀態靈活調整，有助于提升光伏組件的發電量；并且其MPPT電壓范圍較寬，對于陰雨或霧霾天氣有良好的適應性，能夠延長光伏方陣的發電時長。組串式逆變器不僅適用于光伏組件布置分散、工作環境復雜等各種應用場景，還適合雙面光伏組件的應用。

由于集中式逆變器的單機容量較大，其若出現故障對光伏電站發電量的影響也會較大；而組串式逆變器的單機容量較小，其若出現故障對光伏電站發電量的影響較小。另外，組串式逆變器維護方便，若出現問題可快速整機替換，同時其還可以精確定位每路光伏組串的故障情況，以減少故障處理時間和運維工作量，從而大幅增加光伏電站的發電量。

由于近幾年組串式逆變器的技術日益成熟，市場占有率不斷擴大，設備價格也隨之下降，因此從光伏電站運行及發電量的角度考慮，本光伏方陣選擇配置功率為320 kW的組串式逆變器。

2.5" 光伏方陣傾角及方位角

在光伏電站中，確定光伏組件安裝傾角時需考慮的主要因素包括：現場的地形地貌、地理位置、年太陽總輻射量等。光伏組件最佳安裝傾角指在前后排光伏陣列間距固定的條件下光伏方陣全年發電量為最大值時對應的傾角。

為了保證設計方案采用的光伏方陣傾角為光伏組件最佳安裝傾角，將光伏電站所在地的代表年太陽輻射數據導入PVsyst軟件中進行模擬計算。模擬結果顯示：光伏方陣傾角為30°、方位角為0° （即正南布置）時，光伏方陣傾斜面上接收的太陽輻射量最大，此時其年平均太陽總輻射量最大值為1505 kWh/m2。采用PVsyst軟件進行光伏方陣傾角和方位角仿真模擬時的界面如圖3所示。

雖然根據模擬結果，當光伏方陣傾角為30°時，入射到光伏組件表面的太陽輻射量達到最大，但此時前后排陰影遮擋損失較大，實際被光伏方陣利用的有效太陽輻射量并非最大。因此需要調整光伏方陣傾角以減小前后排陰影遮擋損失，從而使光伏方陣發電量達到最大。借助PVsyst軟件的二次優化功能，采用前文所述的光伏組件排布方式，在采用182型光伏組件時前后排光伏陣列間距設置為10.5 m、采用210型光伏組件時前后排光伏陣列間距設置為11.0 m的條件下，對光伏方陣傾角進行優化。經過優化可得：無論是182型光伏組件，還是210型光伏組件，光伏方陣傾角均為27°時最優，此時光伏方陣傾斜面接收的年平均太陽總輻射量為1503 kWh/m2。采用PVsyst軟件對光伏方陣傾角進行二次優化時的界面如圖4所示。

2.6" 光伏組件串并聯設計

2.6.1" 串聯設計

根據GB 50797—2012《光伏發電站設計規范》[3]進行光伏組件串聯設計。光伏組件串聯數量S （S向下取整）的計算式可表示為：

S≤" " "Vdc，max

Voc[1+（t–25）Kv]" " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

Vmppt，min" " " " " " " " " "≤S≤" " nbsp; Vmppt，min

Vpm[1+（t′–25）Kv′]" " " " " " " " "Vpm[1+（t–25）Kv′]

（2）

式中：Voc為光伏組件的開路電壓，V；Vpm為光伏組件的工作電壓，V；t為光伏組件工作時的最低氣溫，℃；t′為光伏組件工作時的最高氣溫，℃；Kv為光伏組件的開路電壓溫度系數，%/℃；Kv′為光伏組件的工作電壓溫度系數，%/℃；Vdc，max為組串式逆變器的直流輸入最大電壓，V；Vmpp，min為組串式逆變器的MPPT最小電壓，V；Vmpp，max為組串式逆變器的MPPT最大電壓，V。

根據在氣象平臺上查得的數據，本光伏電站所在地近10年的最低氣溫為-16.9 ℃。再將所采用的光伏組件和組串式逆變器的技術參數數據代入式（1）、式（2），可計算得到：采用182型光伏組件時，光伏組件串聯數量應小于等于26.38；采用210型光伏組件時，光伏組件串聯數量應小于等于28.22。因此，采用182型光伏組件時選擇26塊光伏組件串聯為1串光伏組串，采用210型光伏組件時選擇28塊光伏組件串聯為1串光伏組串。

2.6.2" 并聯設計

本光伏電站的最佳容配比在1.25：1～1.35：1之間[4]，根據前文計算得到的光伏組件串聯數量，分別采用182型光伏組件和210型光伏組件時，3.2 MW光伏方陣的布置示意圖如圖5所示。圖中，同一顏色代表接入同一臺逆變器的光伏組件。

根據圖5的布置可以分析得知：采用182型光伏組件時，單位兆瓦裝機容量下直流電纜用量為10610 m；采用210型光伏組件時，單位兆瓦裝機容量下直流電纜用量為8220 m。采用兩種光伏組件時3.2 MW光伏方陣的占地面積均為35413 m2，因此交流電纜的用量相同。

3" 光伏方陣首年發電小時數計算

3.1" 綜合系統效率

利用PVsyst軟件計算不同設計方案下的光伏電站綜合系統效率時，需要考慮損失系數及增益系數這兩類影響因素，主要包括以下幾項。

1）光伏組件發電效率η1。與該參數相關的損失系數包括陰影損失、入射角修正（IAM）損失、灰塵及污穢損失，與該參數相關的增益系數為光伏組件正面的地面反射貢獻增益。

①陰影損失。由于冬至日時光伏陣列之間存在較大的陰影遮擋，因此此時的陰影損失最嚴重。

②IAM損失。IAM損失指太陽光線入射至光伏組件表面時，因入射角度原因而造成的入射率損失。本光伏電站采用具有防反射膜的光伏組件，可減少光伏組件表面玻璃的反射光，增加透射率。

③灰塵及污穢損失。光伏組件的清洗方案也需要考慮此參數，減少這項損失的主要措施是采用高效清洗方案及提高光伏組件的清洗頻率。

④光伏組件正面的地面反射貢獻增益。指地面反射的太陽光照射到光伏組件正面，從而額外增加的發電量或提升的發電效率。

2）雙面光伏組件綜合增益η2。與該參數相關的損失系數為雙面光伏組件背面不匹配損失，其是由于雙面光伏組件背面接收的太陽輻照度不均勻，導致背面不同區域的太陽電池產生的電流存在差異，進而使光伏組件整體輸出功率降低。

3）光伏陣列發電效率η3。該參數取值與所采用光伏組件的性能參數、項目所在地的環境和氣候條件等相關，需要考慮的損失系數包括太陽輻照度水平損失、溫度損失、光伏組件質量及不匹配度損失、直流線路損失。

①太陽輻照度水平損失。該參數是指由于光伏組件在不同太陽輻照度水平下的發電能力不同而造成的損失，其取值與光伏組件的性能參數及項目所在地的太陽輻照資源有關。

②溫度損失。光伏組件具有負溫度特性，其輸出功率隨溫度下降會有一定程度的上升，且不同生產商的光伏組件輸出功率受溫度的影響程度不同。

③光伏組件質量及不匹配度損失。雖然目前光伏組件出廠銘牌上都標有正功率，但從已運行光伏電站的情況來看，此部分饋贈功率實現情況存在差異性，整個光伏電站的所有光伏組件無法完全一致。不匹配損失是指按照目前光伏組件生產商的生產工藝，每塊光伏組件的工作電壓和工作電流都存在細微差別，由于同一光伏組串內所有光伏組件之間為串聯，導致光伏組串的工作電流與逆變器的MPPT電流不同。

④直流線路損失。光伏組串都是通過直流線路連接至逆變器，直流線路的數量較多，電纜越長，電纜壓降越大，直流線路損失也越大。

4）逆變器轉換效率η4。與該參數相關的損失系數包括逆變器效率損失、過功率損失。

①逆變器效率損失。逆變器本身存在系統損耗，該參數值通過PVsyst軟件測算得出。

②過功率損失。該參數是指當逆變器的輸出功率超過其額定功率時，由于內部熱量增加、散熱不良及電子元件可能受到的損害而導致的功率轉換效率下降和能量損失。

5）交流并網效率η5。與該參數值相關的損失系數包括逆變器到一級升壓變壓器的線路損失、一級升壓變壓器能量損失、集電線路損失、二級升壓變壓器及送出線路損失。

6）其他效率η6。與該參數值相關的損失系數包括電網限電損失、系統故障及維護損失、其他損失。當遇到電網不可預計的停電檢修、逆變器或升壓變壓器故障時，設備所連接的光伏組件都要退出運行，會造成發電量損失。

光伏電站綜合系統效率ηt的計算式為：

ηt=η1η2η3η4η5η6" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （3）

通過PVsyst軟件仿真得出分別采用182型光伏組件和210型光伏組件時光伏電站的綜合系統效率參數，其匯總如表2所示。

3.2" 首年發電小時數

利用PVsyst軟件仿真計算分別采用182型光伏組件和210型光伏組件時光伏電站的首年發電小時數h1，其計算式[5]為：

h1=HAηt" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（4）

式中：HA為光伏方陣傾斜面接收的年平均太陽總輻射量。

根據前文分析，光伏方陣傾斜面接收的年平均太陽總輻射量為1503 kWh/m2。采用182型光伏組件時光伏方陣的綜合系統效率為89.04%，則其首年發電小時數為1338.3 h；采用210型光伏組件時光伏方陣的綜合系統效率為88.44%，則其首年發電小時數為1329.3 h。

4" 方案的技術經濟性對比

對采用不同類型光伏組件時光伏方陣的設計方案的技術經濟性進行對比分析。工程量清單（BOS）成本分析中，單價取值標準為：182型光伏組件的安裝費用為30元/塊，210型光伏組件的安裝費用為32元/塊，直流電纜為2.1元/m，鋼材為6500元/t，PHC管樁為120元/m。收益率分析旨在對比采用不同類型光伏組件的光伏方陣的設計方案的收益率及LCOE變化趨勢，其中，小EPC（指除光伏組件、逆變器、光伏支架、儲能設備采購外的其他項目內容，包括電纜、基礎、升壓站、箱變、集電線路、送出線路及輔料，以及整個項目的設計及施工）的建設成本基準值按照1.8元/W考慮。25年全生命周期中，采用不同類型光伏組件的光伏方陣設計方案的技術經濟性對比如表3所示。

根據表3可知：1）采用210型光伏組件時光伏方陣的BOS成本比采用182型光伏組件時的低0.03018元/W，則單個光伏方陣的投資成本可節省9.7萬元；2）采用182型光伏組件時光伏方陣的25年年均發電量比采用210型光伏組件時的多0.5%，但發電量差異較小；3）采用兩種光伏組件的項目LCOE差價為0.000417元/kWh，同樣條件下，采用210型光伏組件的項目LCOE更優，但二者相差較少。

5" 結論

為找到可使平原地區地面光伏電站LCOE最低的光伏組件尺寸類型，本文以山東省青島市某光伏電站為例，選取其中1個3.2 MW光伏方陣為分析對象，利用PVsyst軟件建立仿真模型，對其分別采用182型光伏組件和210型光伏組件時系統設計方案的差異性進行了分析；然后仿真模擬計算了不同系統設計方案下光伏方陣的首年發電小時數，并從光伏組件投資成本、光伏支架用鋼量及投資成本、電纜用量及投資成本等方面，對其技術經濟性進行了對比分析。研究結果表明：

1）采用210型光伏組件時光伏方陣的BOS成本比采用182型光伏組件時的低0.03018元/W，即單個光伏方陣的投資成本節省了9.7萬元；

2）采用182型光伏組件的光伏方陣的25年年均發電量比采用210型光伏組件時的高0.5%，二者的發電量差異較小；

3）在平原地區地面光伏電站中，同樣條件下，采用210型光伏組件的項目LCOE比采用182型光伏組件時的更優，但兩者相差較少。

[參考文獻]

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[5] 章海燦，楊松，羅易，等. 光伏電站發電量計算方法研究[J]. 太陽能，2016（8）：42-45.

ANALYSIS OF TECHNICAL ECONOMIC OF 182 TYPE AND 210 TYPE PV MODULES APPLIED IN GROUND PV POWER

STATIONS IN PLAIN AREAS

Zhang Weiqiang

（Beijing Qinyun Basic Technology Co.，Ltd，Beijing 100123，China）

Abstract：During the 14th Five Year Plan period，China's PV industry experienced rapid development. In the current market situation of PV modules，investors have some controversy over the levelized cost of energy （LCOE） of ground PV power stations using 182 type and 210 type PV modules. This paper takes a ground mounted PV power station in Qingdao，Shandong Province as an example，selects one 3.2 MW PV array as the analysis object，uses PVsyst software to establish a simulation model，and analyzes the differences in design schemes when using 182 type PV modules and 210 type PV modules respectively. Then，the first year power generation hours of the PV array under different design schemes are simulated and calculated，and the LCOE is compared and analyzed from the aspects of PV module investment cost，PV bracket steel consumption and investment cost，cable usage and investment cost. The research results show that： 1） The bills of services （BOS） cost of a PV array using 210 type PV modules is 0.03018 yuan/W lower than that using 182 type PV modules，which saves 97000 yuan in investment cost for one PV array. 2） The 25 year average annual power generation of the PV array using 182 type PV modules is 0.5% higher than that using 210 type PV modules，and the difference in power generation between the two is relatively small. 3） In ground PV power stations in plain areas，under the same conditions，the LCOE of projects using 210 type PV modules is better than that using 182 type PV modules，but the difference between the two is relatively small.

Keywords：182 type PV module；210 PV module；technical economy；LCOE；PR；power generation capacity；PVsyst software