在SMM主办的2023SMM国际光伏产业峰会-Topcon高效电池与晶硅应用论坛上,华电电力科学研究院有限公司新能源研究中心技术主管上官炫烁对钙钛矿组件的工程应用作出展望,他表示,钙钛矿光伏技术拥有转换效率更高、环境适应好、生产成本低、生产工艺简单等优势,但是钙钛矿产业化目前仍存瓶颈,譬如效率不稳定、产品寿命短、未形成相关标准等。
钙钛矿光伏技术现状
钙钛矿光伏技术现状
自2009年钙钛矿光伏电池问世以来,其转换效率快速提升,目前其实验室电池效率由3.8%提升至26.1%,与晶硅电池(26.8%)效率接近。该成果是由中国科学技术大学的徐集贤教授团队在2023年5月份完成的,标志着中国科研团队在单结钙钛矿太阳能电池研究领域继续保持领先优势。
钙钛矿光伏技术优势
转换效率:理论效率更高;技术进步迅速;叠层技术。
环境适应:功率温度系数低 接近于0;弱光特性更优势
生产成本:生产成本最低可达0.5元/W;度电成本可低于0.1元/度
生产工艺:原材料纯度要求低 纯度低于95%;产线投资低 约3亿/GW;生产工艺简单。
钙钛矿光伏产业现状
目前钙钛矿电池处于量产前夕,2022年钙钛矿电池新增产达到0.36GW。从规划产线来看,头部企业已经在布局GW 级产线,分别在开工、招标、签单等不同阶段。预计2030年末产能预计达到140~180GW,2023-2030复合增速约 88%。
钙钛矿组件效率稳步提升,商用尺寸钙钛矿组件全面积效率首次突破17%(极电光能2023年6月实现0.72m2 大面积组件效率 17.18%),量产组件效率提升进度超出预期(CPIA 预测2023 年效率达到 16.5%)。这标志着同等售价和寿命前提下,钙钛矿光伏LCOE已逼近主流晶硅组件区间。预期 2030 年效率可能提升至 25%。
当前百兆瓦级产线阶段成本可以控制在 1.6-1.8 元/W,2025 年后 GW 级产线有望将成本降至 0.8 元/W;2028-2030 年 10GW 级产线有望将成本降至 0.5-0.6 元/W。
钙钛矿光伏组件痛点
钙钛矿产业化目前仍存瓶颈:效率不稳定、产品寿命短、未形成相关标准
不稳定:不同于晶硅电池稳定的单晶硅晶格结构,钙钛矿核心层主要为化学组分,在潮湿、光照条件下稳定性较差,由此会产生分解,最终导致器件效率持续下降,以及组件产品寿命的衰退。
大尺寸制备困难:目前钙钛矿的实验室效率均是基于小尺寸,而量产需要大尺寸工艺支撑,钙钛矿电池的转换效率普遍随着尺寸的增加而下滑。目前国内大尺寸钙钛矿组件的最高转换效率不到18%,与N型晶硅组件的转换效率存在较大差距。
标准化程度低:目前钙钛矿光伏组件尚未形成通用技术标准及相关检测技术标准。各头部钙钛矿光伏企业技术路线各不相同,所生产的组件产品尺寸、电性能参数相差较大,为后端电器设备的开发及电站设计方案的编制增加了难度。
钙钛矿光伏工程应用展望
以钙钛矿组件寿命为25年、单位面积成本为150元/m2、组件转换效率15%(组件购买成本折合1元/Wp)的边界条件计算,单位容量建设成本为3.37元/Wp,基本与采用晶硅组件时的单位建设成本(3.38元/Wp)持平。
基于华电贵州某光伏项目的各项设计技术指标(电站系统效率84%,上网电价0.3515元/千瓦时),通过设定不同的钙钛矿组件成本和效率,推算出其对应的单位造价,并以首年功率衰减2.5%,之后每年衰减0.7%为边界条件,分别计算资本金内部收益率。
应用案例
钙钛矿光伏工程可应用于纤纳光电钙钛矿渔光互补电站、纤纳光电钙钛矿分布式电站、万度光能钙钛矿实证电站以及协鑫纳米钙钛矿实证电站等。
项目容量:2077.488kWp
安装方式:拟采用21°固定倾角安装
组件选项:252Wp钙钛矿组件
接线方式:钙钛矿电池组件8块串联后再经过8汇1汇流套件汇流后开路电压180V,最终汇流套件并联串入225kW组串式逆变器
综合容配比:1.154
发电量:考虑衰减后第一年小时数为1107.52h,发电量为230.09万kWh;第25年小时数为918.96h,发电量为190.91万kWh;25年平均小时数为1001.74h,发电量为208.11万kWh