关于高效N 型组件与柔性支架系统在山地光伏电站的应用

陈泽兵CHEN Ze-bing

（中国三峡新能源（集团）股份有限公司建设管理分公司，曲靖 655700）

0 引言

为了积极应对全球温室效应的加剧，全球各国为了达到《巴黎协定》中关于消减碳排放的要求，在能源的获取方面减少以及避免碳等温室气体产生是人类生产活动过程重要手段，从而推动了新能源的改革，也是人类发展的重中之重；光伏作为新能源解决方案中重要的组成部分，经过多年的发展已经大规模应用到人类能源生产过程中；随着国家力争2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和，这几年光伏电站的建设也得到快速的发展，随之而来的问题由于光伏电站占地面积比较大，可用的光伏土地整体越来越少，同时场景的复杂型也提高很多。传统安装方式以及常规组件组成的系统无法应对复杂场景（山地、渔光等），无法充分利用地面有效面积，发电效率也不高，从而增加了电站的成本，降低了电站IRR 收益；传统的P 型双面组件整体组件目前在市场上广泛的应用，而效率较低，衰减较高等特点无法更好提高项目经济性，新型N 型TOPCON 组件在效率、衰减以及双面率等性能提升明显，可以增加整体项目的收益率；本文主要针对实阵山地项目，为了提高山地的排布利用率以及系统的发电效率，研究柔性支架搭配高效N 型TOPCON 组件增加项目的容量，减低系统BOS 成本，同时提升发电效率以保证系统的整体的收益。

1 高效N 型组件与柔性支架系统介绍

1.1 柔性支架简介

柔性固定支架是一种预应力自适应支撑体系，由索网、支撑系统、锚定系统等组成，通过将光伏组件固定在张紧于两柱间的钢绞线上的方式来简化组件支撑系统。利用张紧的钢绞线的轴向拉力抵抗组件自重、雪荷载和风荷载。柔性支架通过悬、拉、挂、撑四大安装方法，实现上、下、左、右各方向的自由架设，可有效增加板下空间，用钢材量少、自重轻、性价比高；对场地基础要求低，占地少，提高土地的利用率；预装性强，可大幅度缩短整体施工周期[1][2]。

柔性支架整体结构如图1 所示，新一代柔性支架采用了稳定锁杆设计，改进了排间柔性稳定抗风系统。通过张拉预应力，控制拉索弧垂；南北向稳定索杆系统将阵列东西南北形成整体，增加承重索的抗扭刚度，有效地抵抗风振对组件的不利影响。

图1 柔性支架系统结构

1.2 N 型TOPCON 组件性能简介

N 型TOPCON 组件具有转化效率高、温度系数低、双面率高、工作温度低、隐裂风险低、无LID 光衰、更优异的功率质保等优点，使用N 型TOPCON 组件可以有效降低光伏系统的BOS 成本，提升电站发电量，降低电站系统的LCOE 度电成本，提升光伏系统的收益率[3]。

高转化效率：N 型TOPCON 电池量产平均转化效率已超过25.6%，较常规P 型PERC 单晶高2%；N 型TOPCON组件功率较常规P 型PERC 组件高20W 以上；采用N 型TOPCON 组件，可以有效节约光伏项目用地面积，提升单位土地的光伏电站发电量。

更低的温度系数：N 型TOPCON 组件温度系数仅有-0.30%/℃，常规P 型PERC 组件温度系数-0.34%/℃，在高温下N 型TOPCON 组件发电损失更低，而光伏系统在户外发电时，绝大部分工作时间高于标准组件温度25℃，理论上因为高温带来的发电损失TOPCON 组件比PERC 组件低11.76%，可以有效提升电站的发电效率。

更高的双面率：N 型TOPCON 组件双面率可达80%，而同样版型的P 型PERC 组件双面率在70%以内，在同样的安装环境下，理论上背面发电增益比常规P 型PERC 单晶组件多出11.43%，可显著提升光伏电站的发电效率。

更低的工作温度：一道N 型TOPCON 组件可以让部分近红外光透过，工作温度更低，约较常规P 型PERC 单晶组件低2℃左右。

低隐裂风险：常规P 型PERC 电池的背面激光开槽宽度一般在25-40μm 左右，在开槽范围内，铝硅合金的深度可达10-30μm，为硅片厚度的6%-18%；铝硅合金和银硅合金相转变温度的不匹配，使该区域有形成大量的空洞（Void）的风险，不均匀的应力分布、深入硅片内部的铝硅合金以及大量存在的空洞，给组件的机械载荷可靠性带来了很大的风险。N 型双面电池为对称结构，金属化深度＜0.2μm，隐裂风险更低。

更优异的功率质保：N 型TOPCON 组件首年衰减1%，每年0.4%；P 型组件首年衰减2%，每年0.45%，第30 年N型TOPCON 组件比P 型发电量高2.45%，在整个生命周期一道N 型TOPCON 组件比P 型组件发电量平均高1.73%。

2 系统方案选型分析

本系统方案为实阵基地方案，项目地址位于广西东部大瑶山之东，梧州市西北部，介于北纬23°52'～24°25'，东经110°20'～110°44'之间。县境东接昭平县，西连金秀瑶族自治县，南邻平南县、藤县，北与荔浦市相接；县境东西最大横距43 千米，南北纵距70 千米，全境呈长形，总面积1279 平方千米。新圩镇位于蒙山县西北部，距蒙山县约12公里。项目地形为山地情况，因为山地情况，使用常规组件以及支架方案无法满足整体项目的收益要求，所以选择了N 型双面双玻TOPCON 580W 组件。

2.1 N 型TOPCON 选型方案

为进一步对比N 型TOPCON 和P 型PERC 组件在系统应用端的差异，本文选择了常用的N 型TOPCON 双面双玻组件（组件型号DH144NA）和P 型PERC 双面双玻组件（组件型号DH144PA）分别进行系统端的模拟分析（表1），模拟计算在同样的安装环境下，使用两种不同的组件带来的系统BOS，发电量、LCOE 和收益率差异。测算显示，即便在N 型TOPCON 组件单瓦贵0.02 元的情况下，因为N型TOPCON 组件高发电量和低BOS 成本的优势，N 型TOPCON 组件的系统度电成本（LCOE）仍然比P 型PERC组件低2.28%，全投资收益率IRR 比P 型PERC 组件高0.32%，N 型TOPCON 在系统应用端具有显著优势。

表1 N 型和P 型组件在系统端的对比

2.2 柔性与刚性支架选型

针对本项目场区地形地貌，划分成三种类型，第一类陡峭型，图2（坡度40～60 度）东门林场地块，传统支架无法施工，柔性支架桩基少跨距大，能适应大坡度地形。第二类混合类型，图3、图4（坡度20～60 度）固定支架只能布置在小于35 度坡，柔性支架可以全场地布置（除北坡）柚子地地块可增容43.4%，第三类型平坦地型，高速路地块图5图6（坡度0～20 度）固定支架比柔性支架多布置4.1%，原因是图7 柔性支架斜拉结构，会占用一定面积。

图2 柔性布置

图3 固定布置

图4 柔性布置

图5 固定布置

图6 柔性布置

图7 柔性支架斜拉结构

固定支架有柔性支架各自特点，在本项目中，大坡度山地与混合型大坡度山地柔性支架有较大优势，在平缓破高速路地块固定支架具有一定容量优势。在复杂地形项目中，要对地形进行细化分类，适配不同方案，选型适合的支架。（表2）

表2 方案对比表

3 结语

针对实阵项目对组件选型以及支架选择进行论证：

第一，选择了N 型TOPCON 双面双玻组件580W 相比常规组件降低了BOS 成本1.86%，IRR 提高了1.32%；

第二，柔性支架方案则在土地利用方案发挥了重要作用，在固定支架方案原有三块地块从原有装机量46.22MW，在柔性支架方案中则装机量提高到76.22MW，装机量提升为64.9%。

因此N 型TOPCON 双面双玻组件580W 搭配柔性支架的方案在山地的应用整体提高了土地的利用率，提高了项目整体的项目的收益率。