晶澳太陽(yáng)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(yáng)能光伏技術(shù)的應(yīng)用[1-3]。截至2017年年底，我國(guó)光伏新增裝機(jī)量連續(xù)5年位居全球第一，累計(jì)裝機(jī)量連續(xù)3年位居全球第一。為了進(jìn)一步促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)光伏平價(jià)上網(wǎng)并加快補(bǔ)貼退坡，2018年5月31日，國(guó)家三部委聯(lián)合下達(dá)了《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》，鼓勵(lì)各地自行安排各類(lèi)不需要國(guó)家補(bǔ)貼的光伏發(fā)電項(xiàng)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(lái)光伏產(chǎn)業(yè)能夠持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

國(guó)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(yáng)電池技術(shù)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)[4]，具體如圖1所示。從圖中可以看出，PERC太陽(yáng)電池的占有率逐年升高，到2022年將超過(guò)50%。在2017年的光伏“領(lǐng)跑者”項(xiàng)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(duì)于2017年才量產(chǎn)的PERC雙面產(chǎn)品，實(shí)際應(yīng)用的案例還不多，其產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)還未能得到充分論證。本文對(duì)PERC雙面單晶硅的發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(yáng)光伏電站為例，對(duì)PERC雙面單晶硅光伏組件的發(fā)電量進(jìn)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(yáng)電池技術(shù)的預(yù)測(cè)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(chǎng)(Al-BSF)技術(shù)，PERC太陽(yáng)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(yáng)電池是PERC太陽(yáng)電池的升級(jí)版，其只對(duì)絲網(wǎng)印刷工藝進(jìn)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(guò)未被鋁層覆蓋的間隙進(jìn)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(yáng)電池的正面效率與PERC常規(guī)單晶硅太陽(yáng)電池持平，背面效率大于15%。

圖2 PERC雙面單晶硅太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)示意圖

PERC太陽(yáng)電池的背鈍化技術(shù)主要是通過(guò)提升太陽(yáng)電池的長(zhǎng)波響應(yīng)來(lái)提升電池效率。圖3為PERC雙面單晶硅太陽(yáng)電池和常規(guī)單晶硅太陽(yáng)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(zhǎng)波波段(900～1200 nm)內(nèi)PERC雙面單晶硅太陽(yáng)電池的增益；并且在此長(zhǎng)波段內(nèi)，相比于常規(guī)單晶硅太陽(yáng)電池(藍(lán)色曲線)，PERC雙面單晶硅太陽(yáng)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(yáng)電池和常規(guī)單晶硅太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)情況

在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(lái)表征組件背面的功率貢獻(xiàn)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(shì)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(shí)，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(xiàng)目案例

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

黃河水電共和晨陽(yáng)光伏電站(見(jiàn)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(shì)平坦、空曠。項(xiàng)目總裝機(jī)容量為110 MW，其中，5.5 MW采用晶澳太陽(yáng)能控股有限公司(下文簡(jiǎn)稱(chēng)“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(gè)項(xiàng)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(xiàng)目并網(wǎng)時(shí)間為2017年7月底，是全球首個(gè)大規(guī)模應(yīng)用PERC雙面單晶硅光伏組件的光伏發(fā)電項(xiàng)目。

圖4 黃河水電共和晨陽(yáng)項(xiàng)目航拍圖

2.2 發(fā)電數(shù)據(jù)分析

2018年4月，國(guó)際權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)TüV萊茵對(duì)上述項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并對(duì)項(xiàng)目并網(wǎng)后6個(gè)月(2017年10月～2018年4月)的發(fā)電量情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)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(shì)外[5]，更重要的是其背面可發(fā)電的貢獻(xiàn)。

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(jìn)一步驗(yàn)證PERC雙面單晶硅光伏組件的發(fā)電優(yōu)勢(shì)，在相鄰區(qū)域選取2個(gè)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(guò)功率分析儀分別精確測(cè)繪了2018年4月17日這2個(gè)光伏陣列的瞬時(shí)功率曲線，具體如圖6a所示；并通過(guò)高精度輻照計(jì)對(duì)PERC雙面單晶硅光伏陣列正面和背面的輻照度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，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(gè)光伏陣列基本都達(dá)到了功率峰值，且PERC雙面單晶硅光伏陣列的瞬時(shí)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(shuō)明其背面貢獻(xiàn)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(yáng)輻照度降低；同時(shí)也可以看出，在該時(shí)間段內(nèi)，2個(gè)光伏陣列的瞬時(shí)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(lái)了功率增益，使其總瞬時(shí)功率變化不大。

圖6 2個(gè)光伏陣列的瞬時(shí)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(duì)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(xiàng)目地點(diǎn)的實(shí)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(huì)造成逆變器輸出功率消峰，比如，南非Boston的一個(gè)裝機(jī)容量為69 kW的屋頂分布式項(xiàng)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(tái)30 kW的組串式逆變器。該項(xiàng)目的瞬時(shí)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(shí)功率，但由于雙面光伏組件容量超配較高，使其瞬時(shí)功率變成了紅色實(shí)線，損失了發(fā)電量，從而浪費(fèi)了雙面光伏組件的發(fā)電優(yōu)勢(shì)。

圖7 Boston屋頂分布式項(xiàng)目的瞬時(shí)功率情況(2017-10-27)

3 經(jīng)濟(jì)性簡(jiǎn)析

通常采用度電成本(LCOE)對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析[6]。假定某光伏項(xiàng)目所在地為我國(guó)Ⅱ類(lèi)輻照資源區(qū)，該地的地勢(shì)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(jià)格時(shí)的LCOE測(cè)算結(jié)果，并對(duì)這幾類(lèi)組件未來(lái)2年的LCOE情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

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(jià)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(shí)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(lèi)型、不同價(jià)格的光伏組件的LCOE情況及未來(lái)2年不同類(lèi)型光伏組件的LCOE情況預(yù)測(cè)

根據(jù)2018年的市場(chǎng)環(huán)境，預(yù)計(jì)雙面光伏組件價(jià)格可能會(huì)在2019年達(dá)到2元/W以?xún)?nèi)，那么PERC雙面單晶硅光伏組件將加速推動(dòng)光伏平價(jià)上網(wǎng)。

4 結(jié)論

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

2)通過(guò)TüV萊茵對(duì)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(xiàng)目的測(cè)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(duì)2個(gè)光伏陣列的瞬時(shí)功率進(jìn)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(shí)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(shì)，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(lái)2～3年主流的光伏組件，尤其在國(guó)家“去補(bǔ)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(xiàng)目的平價(jià)上網(wǎng)。