單晶硅VS多晶硅技術(shù)路線大PK

　　單晶硅VS多晶硅的撕X大戰(zhàn)一直就沒停過，最近更是愈演愈烈。到底哪種更好？這篇文章從市場(chǎng)占有率、組件衰減率、溫度系數(shù)、系統(tǒng)造價(jià)、收益率影響五方面對(duì)多晶硅和單晶硅產(chǎn)品進(jìn)行全面分析。想要透徹了解這兩種技術(shù)路線的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)，看這篇就夠了。

　　光伏電池有各種技術(shù)流派，晶體硅電池、薄膜電池、有機(jī)電池、染料敏化電池、鈣鈦礦等等。在眾多流派中，晶體硅電池一直牢牢占據(jù)霸主地位，自2006年以來市場(chǎng)份額一直在80%以上。然而，晶硅電池內(nèi)也有競(jìng)爭(zhēng)。單晶硅電池與多晶硅電池之間的競(jìng)爭(zhēng)，從來就沒有停歇過，近期愈演愈烈。

　　單晶硅電池說：我資歷老、高效、性能穩(wěn)定；

　　多晶硅電池說：我性價(jià)比高！

　　到底哪種更好？本文收集了2012年~2016年的一些公開文獻(xiàn)資料中的數(shù)據(jù)進(jìn)行說明，希望能給大家提供一些幫助。

　　一、市場(chǎng)占有率情況

　　市場(chǎng)是檢驗(yàn)一切的標(biāo)準(zhǔn)。投資商花的都是真金白銀，他們的選擇，是他們覺得性價(jià)比最好的，而市場(chǎng)占有率數(shù)據(jù)代表了投資商的選擇。

　　從圖1、圖2可以看出：

　　1）多晶硅市場(chǎng)占有率一直最高；多晶硅的市場(chǎng)占有率除2009年略有下降以外，基本保持持續(xù)上升狀態(tài)；

　　2）單晶硅的市場(chǎng)占有率從最初的基本于多晶硅平分天下，到2015年不足20%，市場(chǎng)占有率持續(xù)下降；

　　3）多晶硅與單晶硅的出貨量差距逐漸拉大，單晶硅的出貨量甚至在2015年略低于2014年；

　　4）2006~2009年，薄膜電池的低價(jià)優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)占有率持續(xù)升高；但之后隨著晶硅電池價(jià)格下降，則持續(xù)下降至2015年的6%。由于市場(chǎng)總裝機(jī)量增加，2013年之前，薄膜出貨量保持持續(xù)增加；但2014、2015年出貨量也持續(xù)、快速下降。

　　綜上所述，多晶硅的高性價(jià)比使其保持了良好的市場(chǎng)占有率。

　　二、組件衰減率分析

　　1衰減的類型

　　衰減一般分為初始光致衰減和老化衰減。另外，PID電勢(shì)能誘導(dǎo)衰減近年也獲得認(rèn)同。

　?、俟庵滤p（Light Induced Degradation，LID）

　　LID產(chǎn)生的本質(zhì)原因是太陽(yáng)能電池收到光照后材料內(nèi)部產(chǎn)生了復(fù)合中心。目前比較公認(rèn)的說法是，光照后產(chǎn)生的硼氧復(fù)合體降低了少子的壽命。摻硼晶硅中的替位硼和間隙氧在光照下激發(fā)形成的較深能級(jí)缺陷引起載流子復(fù)合和電池性能衰退，造成光伏組件在初始應(yīng)用的幾天輸出功率發(fā)生較大的急劇性下降，但一段時(shí)間（一般2~3個(gè)月）后輸出功率會(huì)逐漸穩(wěn)定。

　?、诶匣p

　　光伏組件長(zhǎng)期應(yīng)用中出現(xiàn)的、緩慢的衰減，可分為兩類：

　　1）電池本身老化造成的衰減，主要受電池類型（單晶、多晶）和電池的生產(chǎn)工藝影響；

　　2）封裝材料老化造成的衰減，衰減速度與光伏組件的生產(chǎn)工藝和封裝材料，組件應(yīng)用地環(huán)境成正相關(guān)。其中常見開裂，外觀變黃，風(fēng)沙磨損，熱斑，組件老化都可以加速組件功率衰減。

　　3）PID電勢(shì)能誘導(dǎo)衰減。這種衰減存在于組件內(nèi)部電路和其接地金屬邊框之間的高電壓會(huì)造成組件的功率衰減，還與玻璃、背板、EVA、溫度、濕度和電壓有關(guān)。

　　2衰減率測(cè)試數(shù)據(jù)

　　單晶和多晶，到底哪種在實(shí)際應(yīng)用中衰減少一些？很多光伏組件廠家針對(duì)這一問題做了大量的研究工作。為了說明問題，本文僅引用了第三方的研究數(shù)據(jù)，來對(duì)單晶和多晶的衰減率進(jìn)行對(duì)比。

　　1）NREL 實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)報(bào)告

　　2012年6月，美國(guó)NREL實(shí)驗(yàn)室出了一份關(guān)于光伏組件衰減的研究報(bào)告《Photovoltaic degradation rates-An analytical review》。該報(bào)告中的數(shù)據(jù)并不是作者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而是對(duì)之前大量文獻(xiàn)中報(bào)道的組件衰減率數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。

　　首先，不同組件的衰減率差異非常大。

　　圖3采集了1920個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的衰減率數(shù)據(jù)，包含單晶和多晶。

圖3：不同晶硅光伏組件衰減率情況

　　從上圖中可以看出：

　　不同組件的平均衰減率差異極大。從0.2%/年到4%/年不等，衰減率的中值為0.5%/年，但由于大量高衰減率組件的影響，衰減率的平均值為0.8%/年?？梢?，市面銷售的光伏組件良莠不齊，不同廠家的產(chǎn)品質(zhì)量差異非常大，選用一線廠家的光伏組件，是對(duì)未來光伏項(xiàng)目發(fā)電量的基本保證。

　　鑒于不同品牌產(chǎn)品差異性大的原因，僅采用小數(shù)幾個(gè)品牌進(jìn)行的單晶硅、多晶硅對(duì)比試驗(yàn)，僅能代表試驗(yàn)采用的品牌的性能；如果采用的品牌數(shù)量不是足夠大，并不能具有廣泛的代表意義。

　　其次，晶硅光伏組件衰減率逐年降低。

　　對(duì)使用不同時(shí)間的光伏組件的衰減率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖4所示。

圖4：不同使用時(shí)間的光伏組件衰減率情況

　　從上圖可以看出：

　　使用時(shí)間越長(zhǎng)，平均的年衰減率越低。頭10年衰減最大，中值達(dá)到0.7%/年，這與國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于促進(jìn)先進(jìn)光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的意見(國(guó)能新能【2015】194號(hào))》中的要求是相同的。使用10年以上時(shí)，衰減率中值低于0.5%/年。

　　最后，來看一下單晶和多晶的衰減數(shù)據(jù)對(duì)比。

　　根據(jù)光伏組件的安裝時(shí)間，將數(shù)據(jù)點(diǎn)分成2000年之前安裝和2000年之后安裝兩類；根據(jù)組件測(cè)試時(shí)的狀態(tài)，分為組件、系統(tǒng)兩類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表1：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч韫夥M件的衰減率對(duì)比表

　　單就上表而言：

　　2000年前的數(shù)據(jù)點(diǎn)，單晶硅為1175個(gè)，而多晶硅僅為444個(gè)；說明單晶硅的使用時(shí)間中值也大于多晶硅，單晶硅光伏組件的應(yīng)用歷史更悠久。

　　由于衰減呈逐年下降趨勢(shì)，為了更清晰的說明單晶、多晶衰減情況，將表1中的數(shù)據(jù)與圖4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，如下表。

表2：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч璧乃p率與平均值對(duì)比表

　　從衰減率中值來看，僅有單晶硅2000年前的組件和系統(tǒng)的衰減率高于晶硅的平均值，其他均低于平均值。奇怪的是，2000年后的單晶硅組件、系統(tǒng)的衰減率中值分別為0.36%/年、0.23%/年，遠(yuǎn)低于平均值0.7%/年。

　　綜上所述，從NREL 實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)計(jì)報(bào)告中，無法判斷出單晶硅和多晶硅誰(shuí)的衰減率更大。

　　2）日本AIST光伏技術(shù)研究中心公布數(shù)據(jù)

　　2015年10月份沈輝老師的一個(gè)報(bào)告中介紹了日本AIST光伏技術(shù)研究中心的公布數(shù)據(jù)。

表3：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч璧乃p率對(duì)比表

　　從上表可以看出：

　　10年、20年、25年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，多晶硅的衰減效率均低于單晶硅。然而，由于這是日本實(shí)驗(yàn)室的小范圍、短時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為外推結(jié)果，因此數(shù)據(jù)有很大的局限性。

　　3）順德中山大學(xué)太陽(yáng)能研究院的數(shù)據(jù)

　　我國(guó)的許多研究機(jī)構(gòu)也致力于衰減的研究工作，順德中山大學(xué)太陽(yáng)能研究院曾做過兩組衰減對(duì)比試驗(yàn)。

　　試驗(yàn)一：老光伏組件進(jìn)行測(cè)試

　　試驗(yàn)人員對(duì)應(yīng)用在全國(guó)各種環(huán)境的656塊使用25年以上的光伏組件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，基本情況如下表。

表4：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч璧乃p率對(duì)比表

　　上表中，單晶硅的樣本數(shù)量太少，對(duì)比結(jié)果可能會(huì)不具有普遍的代表性。然而，多晶硅組件的數(shù)量較多，能具有一定的代表性。兩個(gè)廠家多晶硅組件廠家衰減率測(cè)試結(jié)果的差異非常大，這與圖3中，NREL實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是相同的。

　　試驗(yàn)二：光伏陣列實(shí)際發(fā)電性能比較試驗(yàn)

　　中山大學(xué)太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所在中山大學(xué)東校區(qū)工學(xué)院C棟樓頂安裝了6種不同類型太陽(yáng)電池的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，包括單晶硅和多晶硅。未獲得兩類組件的衰減率情況，獲得它們的單瓦發(fā)電量情況如下表所示。

表5：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч璧膯瓮甙l(fā)電量對(duì)比表（kWh/W）

　　從上表中可以看出：

　　監(jiān)測(cè)的5個(gè)月中，單晶硅比多晶硅發(fā)電量高3.89%。然而，由于影響系統(tǒng)發(fā)電量的因素較多，不僅光伏組件性能本身；單晶硅、多晶硅僅采用了一種品牌，且測(cè)試時(shí)間較短，所以結(jié)果的參考意義不大。

　　4）黃河水電光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)有限公司實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　黃河水電光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)有限公司的負(fù)責(zé)人在2016年1月份的一次會(huì)議上公布了他們完成的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，如下圖所示。

圖5：不同品牌的光伏組件衰減率情況

　　從上圖中可以看出：

　　單晶硅（綠色）和多晶硅（黃色）的效率是交錯(cuò)排布的。衰減率最低的是D廠家的單晶硅組件，最高的B廠家的單晶硅組件。

　　這張圖也說明，組件廠家的生產(chǎn)質(zhì)量對(duì)衰減率的影響，可能高于組件類型對(duì)衰減率的影響。

　　5）我國(guó)某檢測(cè)中心的數(shù)據(jù)

　　在一次學(xué)術(shù)交流中，我學(xué)習(xí)了我國(guó)某檢測(cè)機(jī)構(gòu)在海南實(shí)驗(yàn)基地的測(cè)試結(jié)果。出于對(duì)該機(jī)構(gòu)研究的尊重，本文暫不公布該數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)。

　　該實(shí)驗(yàn)基地選取了2個(gè)品牌的單晶硅組件、34個(gè)品牌的多晶硅組件進(jìn)行測(cè)試，目前已經(jīng)接近1年的完整數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明，在36個(gè)品牌的組件中，2個(gè)品牌的單晶硅組件的衰減率大概處于第5、6名的情況。

　　6）幾組第三方數(shù)據(jù)匯總

表6：第三方分析數(shù)據(jù)結(jié)論對(duì)比

　　從上述的匯總表可以看出：

　　從眾多的單晶硅和多晶硅衰減率第三方研究來看，很難分清楚哪種類型的衰減率更低一些；反而，組件的不同品牌對(duì)其影響更大一些。

　　3減率對(duì)比結(jié)果的分析

　　本文從衰減成因?qū)τ谏鲜鼋Y(jié)論進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

表7：從衰減成因?qū)λp結(jié)果進(jìn)行分析

　　從上述分析來看：

　　在一般廠家承諾的10年10%、25年20%的衰減率來看，主要是由老化衰減造成的；而生產(chǎn)工藝（品牌）、封裝材料老化、應(yīng)用地環(huán)境等因素對(duì)于老化衰減的影響程度，可能會(huì)遠(yuǎn)高電池老化本身。

　　一線的組件廠家，使用好的封裝材料，對(duì)電池片保護(hù)好，組件衰減自然會(huì)低；組件在干燥、涼爽的使用環(huán)境下使用，必然比在濕熱條件下使用衰減率低。這也說明，為什么組件類型（單晶硅、多晶硅）對(duì)于組件衰減率的影響會(huì)低于品牌、使用環(huán)境的影響。

　　綜上所述：

　　組件的類型是單晶硅還是多晶硅，并不是影響組件衰減的最主要因素。鑒于這一點(diǎn)，便可以認(rèn)為，在其他所有條件都相同的情況下，使用單晶硅還是多晶硅，并不會(huì)對(duì)項(xiàng)目的發(fā)電量造成影響。

　　三、溫度系數(shù)的分析

　　除了衰減率之外，光伏組件的溫度系數(shù)也會(huì)影響到發(fā)電量。本文收集了8個(gè)品牌共19種類型的光伏組件，它們的溫度系數(shù)如下表所示。

表8：不同品牌、不同類型光伏組件的溫度系數(shù)（單位：%/℃）

　　從上表可以看出：

　　僅就廠家在技術(shù)規(guī)格書中承諾的溫度系數(shù)而言：

　　1）部分品牌有高效組件，其溫度系數(shù)一般會(huì)低于普通組件。

　　2）不同品牌的溫度系數(shù)有一定的差異。僅就8個(gè)品牌的普通組件而言，變化區(qū)間在-0.39~-0.44%/℃之間。

　　3）相同品牌的普通組件，溫度系數(shù)基本相同。

　　從上述分析來看，溫度系數(shù)與組件類型（單晶、多晶）有一定的相關(guān)性，但差異更多的取決于不同品牌的制造工藝上。

　　四、系統(tǒng)造價(jià)數(shù)據(jù)對(duì)比

　　就光電轉(zhuǎn)化效率而言，單晶高于多晶。因此，不考慮組件成本，單晶的系統(tǒng)成本會(huì)低于多晶。

　　為了更加準(zhǔn)確的比較系統(tǒng)造價(jià)，選取目前市場(chǎng)上主流的產(chǎn)品進(jìn)行分析。選用的單晶組件轉(zhuǎn)化效率為16.8%（275W，60片），多晶組轉(zhuǎn)化效率為16.2%(265W，60片)。

　　單晶：22個(gè)275W單晶組件組成一個(gè)光伏組串，166個(gè)光伏組串組成83個(gè)方陣，進(jìn)入12個(gè)匯流箱，組成一個(gè)1.0043MW的發(fā)電單元。

　　多晶：22個(gè)265W單晶組件組成一個(gè)光伏組串，172個(gè)光伏組串組成86個(gè)方陣，進(jìn)入12個(gè)匯流箱，組成一個(gè)1.00276MW的發(fā)電單元。

　　從逆變器、箱變開始，兩者的造價(jià)沒有區(qū)別。綜合來看，兩者之間的造價(jià)區(qū)別如下表。

表9：兩種光伏系統(tǒng)不同設(shè)備造價(jià)對(duì)比

　　綜上所述：

　　使用不同轉(zhuǎn)換效率的組件，電纜、支架、基礎(chǔ)、土地（以下簡(jiǎn)稱“輔材”）成本有差異。采用轉(zhuǎn)換效率為16.2%的多晶時(shí)，相對(duì)于采用轉(zhuǎn)換效率為16.8%的單晶，輔材成本比約高3.62%。

　　由于不同電站建設(shè)條件的差異性，輔材（電纜、支架、基礎(chǔ)、土地）成本大約在2~2.8元/W之間。因此，就輔材成本而言，多晶輔材約比單晶輔材貴7~10分/W之間。

　　因此，單晶組件和多晶組件的價(jià)格相差10分/W以內(nèi)，則雙方的整體造價(jià)持平。

　　五、收益率影響分析

　　項(xiàng)目的收益率主要受“發(fā)電量”、 “初始投資”和“運(yùn)維成本”的影響。

　　根據(jù)前文的分析，在其他條件相同的情況下：

　　1）采用單晶硅或多晶硅，并不會(huì)對(duì)項(xiàng)目的發(fā)電量造成影響；

　　2）單晶硅組件價(jià)格與多晶硅相差10分/W以內(nèi)，則兩者初始投資可以持平；

　　3）由于設(shè)備數(shù)量?jī)H相差3.62%，因此未來的運(yùn)維成本差異基本可以忽略。

　　鑒于上述原因，在項(xiàng)目收益率方面，單晶硅與多晶硅差價(jià)，高于10分/W，可能多晶硅略有優(yōu)勢(shì)。

　　六、主要分析結(jié)論

　　根據(jù)2012年~2016年的文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)，從多個(gè)方面對(duì)單晶硅、多晶硅進(jìn)行對(duì)比分析，獲得以下基本結(jié)論：

　　從市場(chǎng)應(yīng)用來看，多晶組件優(yōu)于單晶組件；

　　從衰減率來看，單晶組件與多晶組件性能基本相當(dāng)，主要取決于品牌的生產(chǎn)工藝、封裝材料、產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境；

　　從溫度系數(shù)來看，主要取決于產(chǎn)品的品牌。

　　從造價(jià)來看，單晶組件價(jià)格比多晶貴10分/W以內(nèi)時(shí)，兩者基本可以持平；

　　從盈利性來看，鑒于在其他條件相同的情況下，不同類型發(fā)電量可認(rèn)為基本相同，因此主要受造價(jià)影響。

　　綜合分析，由于組件的性能受不同品牌的影響大，因此單就幾個(gè)品牌進(jìn)行單晶、多晶的對(duì)比，僅能說明所選品牌的產(chǎn)品性能，并不具有廣泛的代表意義。對(duì)于投資者來說，項(xiàng)目如何選擇光伏組件，應(yīng)該重點(diǎn)考慮以下因素：

　　組件的品牌。前文詳細(xì)分析，不同品牌的組件，其生產(chǎn)工藝、封裝材料等因素對(duì)衰減率影響大，從而影響發(fā)電量。

　　組件的價(jià)格。兩者價(jià)格的差異，會(huì)影響初始投資，從而對(duì)項(xiàng)目的收益率造成影響。

　　面對(duì)單晶和多晶廠家的技術(shù)爭(zhēng)執(zhí)，某著名行業(yè)分析師一語(yǔ)道破：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч柽€沒有到拼技術(shù)的時(shí)候，拼誠(chéng)意就夠了?。ā緹o所不能特約作者，陸究群】）