PERC雙面單晶硅光伏組件應(yīng)用技術(shù)與案例分析

晶澳太陽能控股有限公司■孫杰

0 引言

隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭，新能源技術(shù)的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，尤其是太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用[1-3]。截至2017年年底，我國光伏新增裝機量連續(xù)5年位居全球第一，累計裝機量連續(xù)3年位居全球第一。為了進一步促進光伏產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，推動光伏平價上網(wǎng)并加快補貼退坡，2018年5月31日，國家三部委聯(lián)合下達了《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項的通知》，鼓勵各地自行安排各類不需要國家補貼的光伏發(fā)電項目。在此背景下，優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的光伏組件將成為未來光伏產(chǎn)業(yè)能夠持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

國際光伏技術(shù)路線圖(International Technology Roadmap for Photovoltaic，ITRPV)給出了商業(yè)化應(yīng)用的太陽電池技術(shù)的預(yù)測數(shù)據(jù)[4]，具體如圖1所示。從圖中可以看出，PERC太陽電池的占有率逐年升高，到2022年將超過50%。在2017年的光伏“領(lǐng)跑者”項目招標(biāo)中，約有34%的中標(biāo)產(chǎn)品為p型PERC雙面單晶硅光伏組件；但是對于2017年才量產(chǎn)的PERC雙面產(chǎn)品，實際應(yīng)用的案例還不多，其產(chǎn)品優(yōu)勢還未能得到充分論證。本文對PERC雙面單晶硅的發(fā)電技術(shù)進行了簡要介紹，并以全球PERC雙面單晶硅光伏組件大規(guī)模應(yīng)用的典型案例——黃河水電共和晨陽光伏電站為例，對PERC雙面單晶硅光伏組件的發(fā)電量進行了分析，為該發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供了一定參考。

圖1 ITRPV太陽電池技術(shù)的預(yù)測數(shù)據(jù)

1 PERC雙面單晶硅技術(shù)介紹

相比于常規(guī)鋁背場(Al-BSF)技術(shù)，PERC太陽電池僅增加了背鈍化和激光劃線[5]這兩道工序，PERC雙面太陽電池是PERC太陽電池的升級版，其只對絲網(wǎng)印刷工藝進行了優(yōu)化，將背面全鋁層調(diào)整為局部鋁層，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。由圖2可知，背面散射光和反射光可通過未被鋁層覆蓋的間隙進入電池內(nèi)部，從而提升了光伏組件的綜合發(fā)電效率。PERC雙面單晶硅太陽電池的正面效率與PERC常規(guī)單晶硅太陽電池持平，背面效率大于15%。

圖2 PERC雙面單晶硅太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖

PERC太陽電池的背鈍化技術(shù)主要是通過提升太陽電池的長波響應(yīng)來提升電池效率。圖3為PERC雙面單晶硅太陽電池和常規(guī)單晶硅太陽電池的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)，其中，綠色區(qū)域代表光譜分布，黃色區(qū)域代表在長波波段(900～1200 nm)內(nèi)PERC雙面單晶硅太陽電池的增益；并且在此長波段內(nèi)，相比于常規(guī)單晶硅太陽電池(藍色曲線)，PERC雙面單晶硅太陽電池(紅色曲線)具有較高的外量子效率。

圖3 PERC雙面單晶硅太陽電池和常規(guī)單晶硅太陽電池的光譜響應(yīng)情況

在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，組件的雙面因子=組件背面功率/組件正面功率。若采用雙面因子來表征組件背面的功率貢獻度，則一般情況下，PERC雙面單晶硅光伏組件的雙面因子大于70%。

PERC雙面單晶硅光伏組件采用雙玻結(jié)構(gòu)，可靠性能優(yōu)異，可有效抵抗電勢誘導(dǎo)衰減(PID)和蝸牛紋的產(chǎn)生，適用于高溫、高濕、海邊、沙漠等惡劣環(huán)境；同時，該組件還可兼容1500 V系統(tǒng)，具有較高的系統(tǒng)效率和較低的系統(tǒng)成本。

2 項目案例

2.1 項目簡介

黃河水電共和晨陽光伏電站(見圖4)位于青海省共和縣光伏產(chǎn)業(yè)園，安裝環(huán)境為荒漠土地，地勢平坦、空曠。項目總裝機容量為110 MW，其中，5.5 MW采用晶澳太陽能控股有限公司(下文簡稱“晶澳”)生產(chǎn)的PERC雙面單晶硅光伏組件，其余采用常規(guī)單晶硅光伏組件。整個項目全部采用平單軸跟蹤支架，逆變器采用華為SUN2000-50KTL-C1型組串式逆變器。項目并網(wǎng)時間為2017年7月底，是全球首個大規(guī)模應(yīng)用PERC雙面單晶硅光伏組件的光伏發(fā)電項目。

圖4 黃河水電共和晨陽項目航拍圖

2.2 發(fā)電數(shù)據(jù)分析

2018年4月，國際權(quán)威檢測機構(gòu)TüV萊茵對上述項目進行了現(xiàn)場測試，并對項目并網(wǎng)后6個月(2017年10月～2018年4月)的發(fā)電量情況進行了統(tǒng)計分析，具體數(shù)據(jù)如圖5所示。由圖5可以看出，PERC雙面單晶硅光伏組件和常規(guī)單晶硅光伏組件的平均發(fā)電量分別為5.02 kWh/kW/d和4.54 kWh/kW/d。PERC雙面單晶硅光伏組件的發(fā)電量比常規(guī)單晶硅光伏組件高10.5%左右，這除了PERC雙面單晶硅光伏組件所具備的高溫發(fā)電、弱光發(fā)電和低衰減的優(yōu)勢外[5]，更重要的是其背面可發(fā)電的貢獻。

圖5 PERC雙面單晶硅光伏組件和常規(guī)單晶硅光伏組件的發(fā)電量數(shù)據(jù)分析

為了進一步驗證PERC雙面單晶硅光伏組件的發(fā)電優(yōu)勢，在相鄰區(qū)域選取2個安裝環(huán)境和條件完全相同的光伏陣列：PERC雙面單晶硅光伏陣列(49.68 kW)和常規(guī)單晶硅光伏陣列(48.24 kW)，然后通過功率分析儀分別精確測繪了2018年4月17日這2個光伏陣列的瞬時功率曲線，具體如圖6a所示；并通過高精度輻照計對PERC雙面單晶硅光伏陣列正面和背面的輻照度進行了監(jiān)測，數(shù)據(jù)如圖6b所示。

從圖6a中可以看出，在09：00～17：30期間，這2個光伏陣列基本都達到了功率峰值，且PERC雙面單晶硅光伏陣列的瞬時功率比常規(guī)單晶硅光伏陣列持續(xù)高10%左右，尤其在11：50～15：00更為明顯。此外，從圖6b中也可以看出，11：00～15：00 PERC雙面單晶硅光伏陣列背面接收到的輻照度大于100 W/m2，這說明其背面貢獻了一定的功率輸出。在11：00～15：00，由于天氣原因，PERC雙面單晶硅光伏陣列正面接收的太陽輻照度降低；同時也可以看出，在該時間段內(nèi)，2個光伏陣列的瞬時功率都有一定程度的降低，但由于PERC雙面單晶硅光伏陣列的背面帶來了功率增益，使其總瞬時功率變化不大。

圖6 2個光伏陣列的瞬時功率及PERC雙面單晶硅光伏陣列正面、背面輻照度情況

上述發(fā)電數(shù)據(jù)為采用PERC雙面單晶硅光伏組件的光伏系統(tǒng)的逆變器選型提供了參考依據(jù)。一般情況下，根據(jù)輻照資源的不同，光伏系統(tǒng)中常規(guī)單面光伏組件與逆變器的容配比可設(shè)置為1.1：1～1.3：1；而對于雙面光伏組件而言，由于其背面可發(fā)電，組件與逆變器的容配比建議根據(jù)項目地點的實際情況(輻照度和溫度)，可設(shè)置為0.9：1～1.1：1。若雙面光伏組件的容量超配較高，可能會造成逆變器輸出功率消峰，比如，南非Boston的一個裝機容量為69 kW的屋頂分布式項目，采用晶澳生產(chǎn)的PERC雙面單晶硅光伏組件，并配置了2臺30 kW的組串式逆變器。該項目的瞬時功率情況如圖7所示，圖中紅色虛線為光伏組件本應(yīng)有的瞬時功率，但由于雙面光伏組件容量超配較高，使其瞬時功率變成了紅色實線，損失了發(fā)電量，從而浪費了雙面光伏組件的發(fā)電優(yōu)勢。

圖7 Boston屋頂分布式項目的瞬時功率情況(2017-10-27)

3 經(jīng)濟性簡析

通常采用度電成本(LCOE)對光伏發(fā)電項目的經(jīng)濟性進行分析[6]。假定某光伏項目所在地為我國Ⅱ類輻照資源區(qū)，該地的地勢平坦、地質(zhì)穩(wěn)定、交通便捷、施工條件良好，光伏組件采用固定支架安裝。圖8給出了常規(guī)單晶硅光伏組件、常規(guī)多晶硅光伏組件、PERC單晶硅光伏組件及PERC雙面單晶硅光伏組件在不同組件價格時的LCOE測算結(jié)果，并對這幾類組件未來2年的LCOE情況進行了預(yù)測。

從圖8中可以看出：1)PERC雙面單晶硅光伏組件(15%增益)具有最低的LCOE；相比于PERC單晶硅光伏組件，10%發(fā)電增益的PERC雙面單晶硅光伏組件的LCOE低0.05元/kWh左右。2)若2020年P(guān)ERC雙面單晶硅光伏組件(10%發(fā)電增益)的LCOE為0.38元/kWh，則其售價將僅為2元/W；若雙面光伏組件采用跟蹤系統(tǒng)的模式，可實現(xiàn)“1+1＞2”的效果，比固定支架系統(tǒng)的LCOE可再降低10%～20%左右。

圖8 不同類型、不同價格的光伏組件的LCOE情況及未來2年不同類型光伏組件的LCOE情況預(yù)測

根據(jù)2018年的市場環(huán)境，預(yù)計雙面光伏組件價格可能會在2019年達到2元/W以內(nèi)，那么PERC雙面單晶硅光伏組件將加速推動光伏平價上網(wǎng)。

4 結(jié)論

1)相比于常規(guī)單晶硅太陽電池技術(shù)，在成本基本持平的前提下，PERC雙面單晶硅太陽電池技術(shù)可有效提升電池的綜合發(fā)電效率。

2)通過TüV萊茵對大規(guī)模應(yīng)用PERC雙面單晶硅光伏組件的黃河水電光伏發(fā)電項目的測試可以發(fā)現(xiàn)，在2017年10月～2018年4月期間，PERC雙面單晶硅光伏組件比常規(guī)單晶硅光伏組件的平均發(fā)電量高10.5%左右；在對2個光伏陣列的瞬時功率進行分析后發(fā)現(xiàn)，在09：00～17：30，PERC雙面單晶硅光伏陣列的瞬時功率比常規(guī)單晶硅光伏陣列持續(xù)高10%左右，尤其是在11：50～15：00， PERC雙面單晶硅光伏陣列有更為明顯的發(fā)電優(yōu)勢，這也為逆變器選型提供了參考依據(jù)。

3)優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的PERC雙面單晶硅光伏組件將是未來2～3年主流的光伏組件，尤其在國家“去補貼”的大環(huán)境下，可有效降低光伏電站的LCOE，加速光伏發(fā)電項目的平價上網(wǎng)。