光伏发电多少效率才足够？

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文章导读

目前，用于光伏发电的效率为20%以上的硅电池组件采购价格与该组件模块的安装成本相当。因此，在选择不同效率的光伏发电模块时，光伏系统的安装和操作人员会权衡模块采购成本和安装成本。来自德国SCoPE光伏研究所的Jürgen Heinz Werner教授在Solar 发表了学术文章，该研究通过简单的分析性模块安装决策 (Mo2De) 模型来模拟安装者的决策。预测结果表明，组件效率从23%增加到30%，可接受的加价为1 EURct/Wp到11 EURct/Wp。而23%至24%的模块效率，仅用硅电池就可以实现，足以满足许多地面光伏应用的需要。

研究内容与结果

本文根据已有的研究和先前的经验，简单分析了模块安装决策 (Mo2De) 模型。作者提出的Mo2De模型除在模型决策上考虑了购买价格外，还从安装商的角度考虑了其他参数 (如模块的可用性、保修期、可靠性、最大允许系统电压、温度系数、遮蔽电阻等)。在区域模块成本上 (图1)，MOUNT□ = 30 EUR/m2的安装成本对于大面积的光伏系统以及易于安装的小型屋顶系统来说是可实现的。

图1. 模块决策线。

对于安装人员来说，安装成本MOUNT□是至关重要的，但研究人员往往致力于低效率的“替代”太阳能电池/组件，而忽略这个问题。若考虑效率ηalt = 40%的替代串联/三联组件 (或任何其他替代技术)，总体情况变化不大。如图2所示，当MOUNT□ ≈ 50 EUR/m2时，即使是效率ηalt = 40%的组件也必须低于△M€ = 10 EURct/Wp，否则会比效率ηref = 23%的组件更贵。只有当MOUNT□ > 100 EUR/m2时，加价才会超过△M€ = 15 EURct/Wp。因此，此模型仅仅考虑了“正常”安装的面积成本，对于含有其他/更多材料而非晶体硅的组件来说，市场情况将会很艰难。

图2. 与效率较低的模块相比，假设效率为 (a) ηalt=30% 和 (b) ηalt=40% 的新假设替代模块的允许加价。

为满足太阳能电池和组件的 (单面) 附件存在及更换需要，所需的额外生产成本和销售价格的加价是否足够低，仍需要继续讨论研究。本文指出，一个达到23%至24%效率的“标准”硅组件的未来购买价格可能是20至30 EUR/Wp (≈ 60 EUR/Wp)。从长远来看，随着生产能力的不断提高，这一价格将继续下降。

除非某一特定应用有严重的空间和区域限制，对于所有其他应用，未来23%至24%效率的硅基模块 (甚至目前21%至22%效率的模块) 可能已经足够。与使用 (无毒、稳定的) 串联/三芯电池提高组件效率相比，在已有的许多应用中，提高整个光伏系统的年产量可能更容易，且更便宜。除温度管理方面的改进，年产量提高10%至30%的双面组件对研究人员和安装人员的吸引力很高，这是由于在双面组件年收益为20%的情况下，未来25%效率 (单面测量) 的硅基双面组件可以与30%效率的串联组件竞争。

研究总结

ηref 达到25%至26%或许是工业硅基光伏组件的上限，更高的效率需要关键的技术变革，即通过串联电池或另一个附加组件来辅助或完全替换硅电池。本文基于成本和组件效率的研究，发现基于有机半导体、CdTe、CIGS，甚至多晶硅的技术可能无法在公用事业市场或工业和住宅应用中生存。发电效率将很快从20%提高至23%，对于仅基于单晶硅最佳面积的商业模块，最终将停留在25%左右。未来基于串联/三芯电池的高效率模块可能很难与基于标准硅的参考模块竞争。与预期的更高效率相比，串联/三芯电池模块的生产成本，以及因此所需的销售加价，可能会过高。另外，除了硅以外，对其他光伏材料的研究也很有趣，但从经济角度上看，其他光伏材料的成本可能会过于昂贵。

文章链接：https://www.mdpi.com/1587498