技術沙龍 | 從連接器的視角,看組件功率提升對業主的影響


隨著電池技術與組件封裝技術的進步,光伏組件的功率變得越來越高,400Wp+組件方興未艾,500Wp組件已經走向市場。這背後的內在邏輯仍是行業內對於低度電成本(LCOE)的追求,度電成本用來比較光伏發電與其他發電形式(尤其是火電)的成本,並決定了一個電站的長期盈利能力。高功率組件能夠降低BOS(系統平衡部件)成本,進而推動LCOE的下降,在即將到來的平價上網時代有著廣闊的應用空間。

連接器是光伏組件的一種輔材,是電站直流側連接的關鍵零部件。從連接器的視角,如何看待組件功率提升對電站業主的影響?

即使是500Wp組件,它的系統電壓仍將以1500V為主,因此對於零部件的影響主要體現在電流方面。下表統計的是5家主流組件廠商26款組件的Imp(A)情況,數據均來自廠商官網。可以看出,此前組件最大功率點的工作電流(STC環境下)大約為8.44A,但是現在這個值已經來到9.3~11A區間。當然,也有企業將500Wp組件電流做到17A左右,這就涉及大電流與降低系統損耗之間權衡的問題。

組件電流涉及很多載流零部件,如光伏接線盒、光伏連接器和電纜等。總體來說,正常情況下,當前的電流提升對於零部件的影響較小,影響相對較大的是接線盒及其內部的二極管。解決散熱是最重要的問題,如果組件電流達到17A,則相應的接線盒電流需要在20A以上。光伏連接器的載流能力一般在30~40A左右,組件功率提升對其幾乎沒有影響。以史陶比爾MC4-Evo2為例,搭配4mm^2光伏電纜時,它的額定電流能夠達到45A,不僅滿足單個組件的通流要求,最大可滿足3個組串的匯流需求。

當然,電站設計人員通常會根據組件電流來推算在短路情況下,連接器等零部件所能承受的最大電流,如果組件電流達到15A左右的話,一些標稱30A的連接器是無法滿足要求的。

在一個光伏電站中,光伏連接器廣泛應用於組件、逆變器和工程現場等場景。隨著組件功率的提升,光伏連接器的用量也隨之減少。以一個典型的1MW光伏電站為例,系統採用400Wp組件和80kW組串式逆變器(12路),設計為12個方陣,每個方陣為18個組串,那麼我們就能夠計算出所需連接器數量約在2952套,比此前300Wp組件時大約減少600套左右。這也即意味著電站業主先期設備投資成本的下降。

光伏連接器的技術風險體現在質量、應用、安全以及運維等各個方面,它們都會在某種程度上影響電站業主的收益。通常,我們可以通過兩個視角來審視連接器與電站收益的關係。

連接器失效vs電站收益

歐盟Horizon 2020計劃資助的光伏可融資能力項目(Solar Bankability Project)旨在根據現有研究和蒐集到的光伏電站實際失效數據,建立專業的風險評估方法。該項目風險分析傾向於評估技術風險產生的經濟影響,以及其如何影響商業模式和度電成本。 CPN(cost priority number)是用來衡量經濟影響的一個係數,單位是€/kWp/year,它對應於經典FMEA模型中的RPN(risk priority number),是一種從成本角度看待風險的方法,在將風險排序的同時,也給出了風險對應的經濟損失。在光伏電站Top20技術失效風險中,連接器損壞或燒毀所造成的損失排在第2位。

接觸電阻vs發電量

另外,我們還可以從接觸電阻的角度來衡量連接器對發電量的影響。接觸電阻的高低,意味著電量損耗的多少。如前所述,組件功率的提升,使得光伏連接器的用量減少,也即意味著總的接觸電阻變小。但是,伴隨著功率提升帶來的組件電流增大,發電量的損失整體上卻變多了一些。我們以史陶比爾MC4-Evo2和“類MC4“為例,來看一下這種變化,具體如下面所示。

 

當然,從上表也可看出,使用高質量的光伏連接器能夠明顯減少發電量損失。高功率組件時代,1MW電站在運行的頭一年,史陶比爾MC4-Evo2可以為業主多發(少損失)的電量為1202kWh,相當於系統效率提高了0.8‰;理論上,一個典型的50MW電站,25年運營期內,史陶比爾MC4-Evo2可為業主多發的電量約為150萬kWh。同時需要指出的是,光伏連接器的接觸電阻必須低且長期穩定,持續升高的接觸電阻會大幅提升電站的安全風險,降低其運行效率,增加後期的運維成本。

綜上所述,組件功率越來越高,對於零部件的影響主要體現在電流和用量方面。史陶比爾光伏連接器完全能夠滿足目前組件的電流需求,同時可以降低損耗,為電站業主帶來更多收益。

自1996年以來,史陶比爾對細節的關注使我們在光伏行業備受客戶信任,成為其可靠產品供應商和獲得融資的得力夥伴。客戶也因此保持光伏電站高效和安全運行。選擇史陶比爾,您將受益於我們專業的經驗、廣泛的技術支持和高質量的產品服務,進而實現較低的度電成本。截至目前,史陶比爾光伏連接器已成功連接超280GW光伏系統。

史陶比爾集團是工業連接器、工業機器人和紡織機械這三大領域機電一體化解決方案的全球專業供應商。史陶比爾擁有5500餘名員工,在全球各大洲共計有14個工業生產基地,在29個國家/地區設立了銷售和服務分公司,代理商遍及50個國家/地區。 1892年,史陶比爾在蘇黎世湖畔成立,如今成為總部位於瑞士法菲孔的跨國集團。