雙面光伏組件的產(chǎn)業(yè)化研究

國家電投集團西安太陽能電力有限公司 ■ 苗林 宋志成 董鵬

0 引言

雙面光伏組件是正面和背面均可發(fā)電的組件，與單面光伏組件相比，其具有提高發(fā)電量和系統(tǒng)發(fā)電效率(PR)值，進而降低度電成本的優(yōu)點。雙面光伏組件的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品主要集中在p型鈍化發(fā)射極和背面電池 (PERC)、n型鈍化發(fā)射極背表面全擴散 (PERT)和n型異質(zhì)結(jié)(HIT) 3種太陽電池類型。受HIT太陽電池制作過程的成本制約，除日本松下公司外，n型HIT光伏組件并未大規(guī)模應用[1]。伴隨著電池技術(shù)的進步，可采用p型PERC和n型PERT技術(shù)制造雙面太陽電池，進一步制造雙面光伏組件。由于雙面太陽電池本身具有的成本優(yōu)勢，預測會快速推動雙面光伏組件的技術(shù)發(fā)展及應用。

本文對p型PERC和n型PERT太陽電池及其光伏組件進行了研究，并闡述了二者的產(chǎn)業(yè)化情況。

1 雙面太陽電池

1.1 p型PERC雙面太陽電池

p型PERC雙面太陽電池是在p型PERC單面太陽電池的基礎(chǔ)上進行了改進，二者的主要區(qū)別在于背面圖形的設(shè)計和輔材的選擇。p型PERC雙面太陽電池主要是將p型PERC單面太陽電池的背面鋁背場變?yōu)殇X柵線，從而實現(xiàn)了雙面吸收光線的效果，同時為避免電池背面接觸電阻過大，其加大了激光開槽密度[2]。

圖1 p型PERC單面與雙面太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，兩種電池在工藝路線上極為接近，通過對現(xiàn)有的p型PERC單面太陽電池的產(chǎn)線進行改造，即可生產(chǎn)p型PERC雙面太陽電池。圖2為p型PERC單面與雙面太陽電池的工藝流程圖。

圖2 p型PERC單面與雙面太陽電池工藝流程圖

1.2 n型PERT雙面太陽電池

為了進一步降低p型PERC雙面太陽電池的背面接觸電阻，從而提高電池效率，于是對p型PERC雙面太陽電池背面接觸區(qū)域進行擴散，從而產(chǎn)生了n型PERT雙面太陽電池結(jié)構(gòu)。

圖3 n型PERT雙面太陽電池結(jié)構(gòu)

n型PERT雙面太陽電池的工藝流程比常規(guī)太陽電池的工藝流程略為復雜，其中產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)有2個，一個是雙面摻雜技術(shù)，另一個是雙面鈍化技術(shù)。

2 雙面光伏組件

雙面光伏組件是由雙面太陽電池制作而成。1)在設(shè)計方面，由于雙面光伏組件的尺寸較大，長邊方向的接線盒會存在遮擋問題；而且在加裝邊框的情況下，長邊和短邊方向的邊框也會存在遮擋問題。2)背板材料的選擇方面，無論是采用玻璃還是透明背板，背面蓋板均需選用透明材料。由于目前透明背板的開發(fā)商較少，且其價格較高，相對于采用無極材料的玻璃來說，玻璃背板是較好的選擇(本文以此類背板制成的雙面光伏組件為例進行分析討論)。3)封裝材料的選擇方面，結(jié)合光伏衰減PID試驗的情況，POE材料是較好的選擇。

圖4 組件封裝工藝流程圖

在電池背面功率不同、背面玻璃是否鍍膜等情況下，p型PERC雙面光伏組件的背面功率在STC狀態(tài)下可達到正面的65%～75%；同樣情況下，n型PERC雙面光伏組件的背面功率在STC狀態(tài)下可達到正面的80%～90%。

3 應用情況下的對比

3.1 不同光伏組件的單瓦發(fā)電量對比

項目1#為總裝機容量65.9 kW的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，由54塊p型PERC雙面光伏組件、54塊n型PERT雙面光伏組件及112塊常規(guī)單面光伏組件構(gòu)成。

圖5 項目1#現(xiàn)場示意圖

本項目采用用戶側(cè)上網(wǎng)的方式。由于逆變器輸出電壓為800 V，所以各組串通過直流電纜接入1500 V逆變器后，需通過交流電纜引入隔離變壓器，將電壓降至400 V，然后接入電表后再接至低壓用戶端。

對該項目2018年1月1日～2月8日的發(fā)電量數(shù)據(jù)進行了收集，如圖6所示。

從圖6中的趨勢可以看出，n型PERT雙面光伏組件比p型PERC雙面光伏組件的發(fā)電量高。對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后可發(fā)現(xiàn)，n型PERT雙面光伏組件平均單瓦發(fā)電量為0.00324 kWh，p型PERC的為0.00306 kWh，常規(guī)單面光伏組件為0.00276 kWh；n型PERT雙面光伏組件較p型PERC的單瓦發(fā)電量增益5.76%，較常規(guī)單面光伏組件增益17.23%。

圖6 不同組件單瓦發(fā)電量對比

3.2 弱光下的響應

項目2#選用固定可調(diào)式光伏支架、微型逆變器、獨立檢測系統(tǒng)等，分別安裝有n型PERT雙面光伏組件、p型PERC雙面光伏組件及常規(guī)單面光伏組件。

圖7 項目2#安裝圖

受天氣影響2018年1月2-5日、22-28日，項目所在地光照不足。統(tǒng)計了1月2-28日光伏組件的發(fā)電量情況后可以發(fā)現(xiàn)，在輻照度不足時，n型PERT雙面光伏組件的發(fā)電量要高于p型PERC雙面光伏組件，弱光響應好，雙面光伏組件的發(fā)電量要高于常規(guī)單面光伏組件，具體如圖8所示。

3.3 組件溫度的對比

圖8 光伏組件弱光下的發(fā)電量對比情況

對上述兩個項目發(fā)電時光伏組件的溫度進行采集可以發(fā)現(xiàn)，在較高輻照度時，雙面光伏組件的工作溫度低于常規(guī)單面光伏組件；在低輻照度時，雙面光伏組件的工作溫度高于常規(guī)單面光伏組件，如圖9所示，這可能是因為低輻照度下雙面光伏組件仍能較好地發(fā)電所致。

圖9 不同類型光伏組件的工作溫度對比圖

4 結(jié)論

本文通過對p型PERC雙面光伏組件、n型PERT雙面光伏組件及常規(guī)單面光伏組件進行對比后發(fā)現(xiàn)，n型PERT雙面光伏組件的單瓦發(fā)電量優(yōu)于p型PERC雙面光伏組件及常規(guī)單面光伏組件，同時弱光響應較好；在較高輻照度時，雙面光伏組件的工作溫度低于常規(guī)單面光伏組件。