实现地面电站最优度电成本的 组件解决方案
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2021年5月
182组件产品白皮书：实现地面电站最优度电成本的组件解决方案
1.背景-光伏硅片的尺寸演化
光伏硅片的尺寸演化需要考虑两方面因素：一方面是硅片尺寸变化对产业链制造成本的影响：另一方面是 从组件应用的角度考量硅片尺寸对组件尺寸、电参数及组件在系统端应用的影响.
早期光伏电池类似于半导体芯片，设备与工艺的成本很高，增大硅片尺寸可以明显降低电池的制造成本.随 着光伏产业逐步成熟，开始与半导体产业分道扬镇，沿着低成本的路线快速发展，如今每瓦的制造成本不到0.2元，降低了数十倍：硅片/电池尺寸也独立演化出了 M1(156.75-Φ205mm) 、M2(156.75-Φ210mm) 、 M4 (161.7-211mm）等规格，同时硅片厚度持续减薄.
行业主流硅片尺寸在156.75mm上稳定数年后，又出现了G1(158.75-223mm)和M6(166-223mm).其推出逻 辑一方面是可兼容既有电池与玻璃生产线，获得立竿见影的成本节省：另一方面是组件尺寸增幅不到10%，可以的情况下也可获得一定BOS成本节省. 全场景替代原M2组件，系统端在保持原有边界条件不变
随着光伏产业链的大规模扩产，光伏企业可以跳出半导体规格一致的12英寸硅片，提出了G12（210-6295mm） 产线兼容性的限制考虑一款新的尺寸，有企业推出了与规格，旨在进一步降低电池制造成本，同时通过更大尺寸的高功率组件来降低系统成本.而M10（182-4247mm）规 格推出的逻辑则是认为：不同于半导体产业链，光伏电池的制造成本因其目前在产业链成本占比较低，已不是尺寸变化的核心考量因素：应综合考虑光伏组件设计、应用的各项边界条件，由最优组件尺寸反推硅片尺寸.经过对 全产业链（制造、运输、安装、发电性能与系统匹配各环节）的深入分析，M10规格应运而生.
（注：半导体的12英寸硅片相比8英寸硅片厚50um：12英寸硅片也并 未替代8英寸硅片，主要用于≤28mm工艺的芯片，用于节省离额的芯片加工成本)
2.设计思路--组件尺寸的边界条件
组件的包装运输
图1.182组件采用侧立的包装方式，最大化利用集装箱空 同又留有约10cm装卸余量，组件在项目现场可平稳放置
组件的人工搬运、安装
组件的载荷能力
光伏组件通常采用短边垂直于地面的侧立包装方式，因平放会因运输中的振动导致组件隐裂乃至破损：侧立则保障了运输的可靠性问题，同时长边着地使组件在项 目现场放置时具有较好的稳定性：竖立的包装则稳定性差易倾倒且增加拆包装的难度.在海运的40HC集装箱中.两托组件双层堆垛放入集装箱，因此两托组件的高度 不能高于集装箱门高2.57m.再考虑到项目现场地形的一定起伏，需为叉车卸货留下约10cm操作余量，组件宽度被限制在约1.13m，反推出182mm的硅片尺寸：
2570-100-（105×2)=1130×2
运、安装成本确实成下降趋势，但必然存在一定界限，超 此前光伏组件尺寸、重量在一定范围内增大，人工搬过该边界后，人工安装的困难度显著增加，导致工人易疲劳或安装破损率显著提高.
张开即可抓握住组件，组件宽度适度增加到-1.13m后两 光伏组件的宽度此前在1m左右，安装工人双臂自然人的搬运在平坦地形下仍可稳定实现.但组件宽度不宜进一步加宽避免影响搬运的平稳性.
单人频繁搬运的重量极限大致为20-25kg，两人的重量极限则并非简单乘2，而需要考虑0.666的系数，即两人搬运的极限重量为：
25kg×2×0.666=33.3kg < 35kg 因此组件重量宜控制在33.3kg以内，最大不超过35kg.72c-182双面双玻组件的重量约32kg.除起伏很大的山地场景两人可顺利完成长时间的搬运与安装工作，相对于 目前主流的72c-166组件可节省人工成本. 图2.182组件的尺寸与重量基本达到两人便利搬运、安装的上限 决定光伏组件载荷能力的首要因素是玻璃，其次是边框.从组件成本与重量控制的角度，双面双玻组件的玻璃厚度宜保持在2mm.基于22mm双玻结构并合理控 制边框成本的前提下，组件的尺寸不宜超过一定界限，否则其抵御静态载荷、动态载荷的能力均会显著降低，在实验室测试与户外应用条件下易出现边框破坏、玻璃爆裂、大量隐裂导致组件衰减过高等情况. 根据理论分析，182组件的边框应力在载荷下处于安全边界（图3中的左图为5400Pa载荷下的边框应力模拟）且宽度增加带来应力上升明显高于长度增加的结果.在 背面无梁安装承受3600Pa静载条件下，1.13m宽度的组 件形变量相对较低，组件载荷后的功率衰减低于2%.因此，从光伏电站投资收益风险控制的角度，组件组件尺寸尤其是宽度不宜再进一步增加. 在障碍：由于电流增大约20%，182双面组件使用了额定电流25A的接线盒（该接线盒使用了3个大尺寸的旁路二极管），保持了充足的安全余量，，充分保障了大电流长时间运行下的可靠性. 双面组件 I L*/L 设计要求 安全余量156.75 10.0 A 18 A 1.800 17.6%166 11.6 A 22 A (130%x75%)px1.25 1.531 23.9%182 13.9 A 25 A 1.799 17.5% 匹配.按照约15%的发电增益，Ip为13A的双面组件需 系统端主要涉及组串式逆变器与平单轴跟踪支架的采用15A的组串式逆变器，可通过此前主流的13A组串式逆变器小幅调整实现，无需改变核心的IGBT芯片，产 品可向下兼容166等组件，避免了产品的碎片化与核心元件变更的风险. 图3.182组件的机械载荷能力处于安全界限之内，组件宽度 超过1.2m后，载荷下的形变带来明显的隐裂与功率衰减 3.产品情况 182组件长度与宽度增加约9%，跟踪支架通过适度率的提升可带来支架单瓦成本的降低.目前主流IP与2P 的结构加强可承载相同组串数量的组件，承载组件总功跟踪支架均已适配182组件.如第2节中所述，考虑到风载下的组件形变、隐裂带来的功率衰减，不宜在跟踪支 架上应用更宽的组件（尤其是2P跟踪支架）. 尺寸、重量、电参数 如上一节的分析，根据组件尺寸与重量上的限制条件，保持经典的半片组件版型设计，可反推出大约182mm 的硅片边长.182(M10）硅片面积为330.15cm²，相比274.15cm²的166(M6)硅片增大20.4% 因此组件的面积、重量、电流相应提升，以下列出了72C的182与166组 件典型参数： 4. 系统端价值 组件类型 72C-166 组件 72C-182 组件长/宽 2.10/1.04 m 2.27/1.13 m单玻组件重量 组件面积 ~23.5 kg <2.2m² ~27.5 kg 25年）可靠地工作，能抵御极现客户价值地基础.182组件是基于对全产业链价值、光伏组件尺寸增大的各项边界限制条件的深入分析所提出的最具度电成本优势的组件解决方案.在不提升效率的 情况下，靠继续增大组件尺寸来实现更高功率，对系统成本下降已经没有帮助，同时会带来可靠性风险的显著增加，因而这种做法已经失去了价值.尺寸本身并不是光伏 的核心技术，标准化的组件尺寸有利于制造设备、辅材、逆变器、跟踪支架等光伏产业链各环节的工作重心回到技术创新之上.光伏电池和组件技术工作的重心应回归 到进一步提升转换效率的主航道上.
