大同光伏領(lǐng)跑者項(xiàng)目PERC單晶組件應(yīng)用分析

孫 杰

晶澳太陽(yáng)能控股有限公司

大同光伏領(lǐng)跑者項(xiàng)目PERC單晶組件應(yīng)用分析

孫 杰

晶澳太陽(yáng)能控股有限公司

2015年，國(guó)家能源局為促進(jìn)先進(jìn)光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，牽頭推動(dòng)、實(shí)施了光伏扶持專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃“領(lǐng)跑者項(xiàng)目”，自此開(kāi)啟了光伏組件同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)向高效產(chǎn)品的變革之路。該文介紹了PERC技術(shù)的原理、工藝流程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及PERC單晶的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還以晶澳大同50MW領(lǐng)跑者項(xiàng)目為例（此項(xiàng)目為目前國(guó)內(nèi)外PERC單晶組件大規(guī)模應(yīng)用的典型案列），分析了PERC單晶組件的實(shí)際發(fā)電數(shù)據(jù)，相比于常規(guī)多晶組件，在2016年9月至2017年8月期間，PERC單晶組件平均發(fā)電量高2.9%左右。該文對(duì)PERC單晶組件的應(yīng)用和推廣提供了積極的指導(dǎo)與參考。

領(lǐng)跑者項(xiàng)目；PERC技術(shù)；高溫優(yōu)勢(shì)；弱光優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，由于日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電引起了人們的廣泛關(guān)注[1,2,3]。2013年起，中國(guó)光伏組件產(chǎn)能、產(chǎn)量以及年裝機(jī)量均躍居世界第一位，2015年起，中國(guó)光伏市場(chǎng)總裝機(jī)容量超越德國(guó)躍居世界第一位，自此中國(guó)真正成為光伏組件的制造大國(guó)和應(yīng)用大國(guó)。

2015年6月，國(guó)家能源局正式批復(fù)中國(guó)首個(gè)光伏“領(lǐng)跑者項(xiàng)目”落戶山西大同，自此開(kāi)啟了中國(guó)制造大國(guó)和應(yīng)用大國(guó)向強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)型之路，單、多晶光伏組件的轉(zhuǎn)換效率分別為17%和16.5%。2016年第二批5.5 GW光伏“領(lǐng)跑者項(xiàng)目”組件技術(shù)指標(biāo)和首批大同領(lǐng)跑者項(xiàng)目持平，只是在評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)上做出了優(yōu)化。2017年7月，國(guó)家能源局、工業(yè)和信息化部以及國(guó)家認(rèn)監(jiān)委聯(lián)合下達(dá)了《關(guān)于提高主要光伏產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)并加強(qiáng)監(jiān)管工作的通知》，指出第三批“領(lǐng)跑者項(xiàng)目”單、多晶組件轉(zhuǎn)換效率分別為17.8%和17%，相比之前標(biāo)準(zhǔn)有了較大幅度的提升，并且規(guī)定從2017年到2020年，每年將安排8 GW領(lǐng)跑者項(xiàng)目。

圖1 ITRPV光伏電池技術(shù)預(yù)測(cè)圖

PERC（Passivated Emitter and Rear Cell，鈍化發(fā)射極背接觸電池）背鈍化技術(shù)是目前最成熟、性價(jià)比最高的光伏電池提效技術(shù)，也是目前能夠滿足領(lǐng)跑者技術(shù)指標(biāo)的核心技術(shù)。圖1給出了 ITRPV（International Technology Roadmap for Photovoltaic，國(guó)際技術(shù)路線圖）最新版技術(shù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)[4]，其中BSF技術(shù)是指常規(guī)鋁背場(chǎng)電池技術(shù)，PERC/PERL/PERT技術(shù)是指背鈍化電池技術(shù)，Si-herterojunction（SHJ）技術(shù)是指異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)，back contact cells技術(shù)是指背接觸電池技術(shù)，Si-based tandem技術(shù)是指硅基疊層電池技術(shù)，預(yù)計(jì)到2020年P(guān)ERC產(chǎn)品市場(chǎng)占有率將超過(guò)40%，但是對(duì)于2015年才規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)的PERC產(chǎn)品，目前還缺少大規(guī)模應(yīng)用的實(shí)際發(fā)電數(shù)據(jù)。本文對(duì)PERC技術(shù)做了一個(gè)較為系統(tǒng)的介紹，并以晶澳大同領(lǐng)跑者項(xiàng)目為例，對(duì)其發(fā)電量進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，為PERC技術(shù)的發(fā)展提供一定的技術(shù)依據(jù)。

1 PERC技術(shù)介紹

PERC電池技術(shù)是從常規(guī)鋁背場(chǎng)（Al-BSF）技術(shù)發(fā)展而來(lái)，相比于常規(guī)電池工藝，PERC電池僅增加了Al2O3背鈍化和激光劃線兩道工序，如圖2所示。Al2O3鈍化層不僅可以降低硅晶表面的缺陷密度，而且還可以降低背表面復(fù)合速率，延長(zhǎng)少數(shù)載流子壽命，從而提升光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。激光劃線主要通過(guò)一定脈沖寬度的激光去除部分覆蓋在電池背面的鈍化層，使絲網(wǎng)印刷的鋁漿同電池背面的硅形成良好的歐姆接觸，從而使光生電流通過(guò)鋁層導(dǎo)出。

PERC背鈍化技術(shù)主要通過(guò)提升光伏電池的長(zhǎng)波響應(yīng)來(lái)提升電池效率，一般情況，單晶電池可提效0.8%～1.2%，多晶電池可提效0.5%～0.8%，這是由于單晶材料具有更低的缺陷密度和雜質(zhì)含量，載流子壽命較高，因此PERC技術(shù)應(yīng)用到單晶電池上提效更為明顯。

圖2 PERC電池工藝流程圖

2 PERC單晶優(yōu)勢(shì)

光電轉(zhuǎn)換效率、發(fā)電能力和可靠性是評(píng)估光伏產(chǎn)品的三大核心指標(biāo)。PERC電池之所有具有高的電池效率，主要是由于它具有非常優(yōu)異的光譜響應(yīng)，如圖3所示，其中紅色曲線和藍(lán)色曲線分別代表PERC單晶電池和常規(guī)單晶電池，可以看出在900～1 200 nm長(zhǎng)波范圍內(nèi)，PERC單晶具有較高的量子轉(zhuǎn)換效率。2017年年底，產(chǎn)業(yè)化PERC單晶電池轉(zhuǎn)換效率為21%左右，ITRPV預(yù)測(cè)2020年將超過(guò)22%[4]。

圖3 PERC單晶電池和常規(guī)單晶電池量子效率圖

圖4 不同輻照強(qiáng)度PERC單晶和常規(guī)單多晶組件轉(zhuǎn)換效率

光伏組件發(fā)電能力主要通過(guò)其弱光性能和高溫性能來(lái)體現(xiàn)。TUV萊茵給出了不同輻照強(qiáng)度下PERC單晶組件和常規(guī)單、多晶組件的轉(zhuǎn)換效率對(duì)比數(shù)據(jù)，如圖4所示，可以看出輻照強(qiáng)度低于600W/m2時(shí)，PERC組件具有突出的弱光發(fā)電優(yōu)勢(shì)，尤其輻照強(qiáng)度越低時(shí)，發(fā)電優(yōu)勢(shì)越明顯。至于高溫優(yōu)勢(shì)，PERC單晶組件和常規(guī)單、多晶組件的功率溫度系數(shù)分別為0.37%/℃和0.39%/℃，假定組件的工作溫度為60℃時(shí)，相比于常規(guī)單、多晶組件，PERC單晶組件可多發(fā)電1%左右。

可靠性主要通過(guò)LID（Light Induced Degradation，光致衰退）和PID（Potential Induced Degradation,電勢(shì)誘發(fā)衰減）來(lái)體現(xiàn)[5]。TUV南德的LID測(cè)試結(jié)果如圖5所示，通過(guò)300 kWh/m2的照度后，PERC單晶組件的LID功率衰減僅低于1.5%，遠(yuǎn)小于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求（不超過(guò)5%）。另外，通過(guò)96小時(shí)PID測(cè)試后，功率衰減僅為0.7%，同樣遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求（不超過(guò)5%）。

3 項(xiàng)目案例

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

晶澳大同光伏領(lǐng)跑者項(xiàng)目位于大同采煤沉陷區(qū)國(guó)家先進(jìn)技術(shù)光伏示范基地南郊區(qū)五臺(tái)灣，采用了300 W的PERC單晶組件和270 W的常規(guī)多晶組件，總裝機(jī)容量為50 MW。項(xiàng)目采用固定支架安裝方式，應(yīng)用500 kW集中式逆變器，嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收以及運(yùn)維，項(xiàng)目并網(wǎng)時(shí)間為2015年6月底，圖6為項(xiàng)目航拍圖。

3.2 發(fā)電數(shù)據(jù)分析

圖5 PERC單晶組件LID測(cè)試數(shù)據(jù)

圖7 給出了在2016年9月～2017年8月期間PERC單晶組件和常規(guī)多晶組件實(shí)際發(fā)電量對(duì)比數(shù)據(jù)，從這一年的發(fā)電數(shù)據(jù)中可以看出，PERC組件平均發(fā)電量為4.69 kWh/kW，常規(guī)多晶平均發(fā)電量為4.56 kWh/kW，PERC組件平均發(fā)電量比常規(guī)多晶組件高2.9%左右，這主要是由于PERC單晶組件具有突出的高溫、弱光以及低衰減優(yōu)勢(shì)，理論研究數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。

圖8（a）和圖8（b）分別給出了2016年9月～2017年8月期間PERC單晶組件和常規(guī)多晶組件實(shí)際發(fā)電量和預(yù)期發(fā)電量的對(duì)比數(shù)據(jù)，其中預(yù)期發(fā)電量采用PV syst軟件進(jìn)行模擬，可以看出PERC單晶組件和常規(guī)多晶組件實(shí)際發(fā)電量比預(yù)期值分別高12%和10%左右（PERC單晶組件預(yù)期發(fā)電量為4.2 kWh/kW，常規(guī)多晶預(yù)期發(fā)電量為4.15kWh/kW），整個(gè)項(xiàng)目體現(xiàn)了精細(xì)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、合理的運(yùn)維以及優(yōu)異的光伏組件性能表現(xiàn)。

4 經(jīng)濟(jì)性簡(jiǎn)析

LCOE（levelized cost of electricity，度電成本）是評(píng)估光伏發(fā)電項(xiàng)目的核心技術(shù)指標(biāo)[6]，綜合考慮組件的發(fā)電特性和衰減特性，給出了PERC單晶、常規(guī)單晶、常規(guī)多晶在不同組件價(jià)格時(shí)的LCOE測(cè)算結(jié)果，如圖9所示，可以看出：1）相同組件售價(jià)時(shí)，PERC單晶具有最低的LOCE；2）當(dāng)PERC單晶組件比常規(guī)單、多晶組件售價(jià)低0.4元/W以內(nèi)時(shí)，PERC單晶組件具備LCOE優(yōu)勢(shì)，因此采用PERC技術(shù)能夠有效降低光伏發(fā)電的成本，提前實(shí)現(xiàn)供電側(cè)和配電側(cè)的“雙側(cè)”平價(jià)上網(wǎng)。

5 結(jié)論

圖6 晶澳大同50 MW光伏領(lǐng)跑者項(xiàng)目航拍圖

相比于常規(guī)光伏組件，PERC技術(shù)可以大幅提升光伏組件的效率，尤其適合于單晶技術(shù)，目前產(chǎn)業(yè)化PERC單晶組件能夠百分之百滿足第三批領(lǐng)跑者效率技術(shù)指標(biāo)。除此之外，PERC單晶組件還具備優(yōu)異的高溫性能、弱光性能以及可靠性能。通過(guò)PERC單晶組件大規(guī)模應(yīng)用的發(fā)電數(shù)據(jù)分析，在一個(gè)完整年期間PERC單晶組件比常規(guī)多晶組件發(fā)電量高2.9%左右，這正是體現(xiàn)了PERC組件諸多優(yōu)勢(shì)的一個(gè)佐證。

圖7 PERC單晶組件和常規(guī)多晶組件實(shí)際發(fā)電量數(shù)據(jù)

圖8

圖9 不同類(lèi)型光伏組件在不同價(jià)格時(shí)LCOE分析

[1] 陳江恩. 農(nóng)光互補(bǔ)應(yīng)用技術(shù)與解決方案[J]. 上海節(jié)能, 2017, 3: 154-157.

[2] 孫杰, 劉廣斌, 張遠(yuǎn)南, 等. 薄膜硅點(diǎn)支承光伏幕墻和光伏采光頂實(shí)際案例分析[J]. 上海節(jié)能, 2016, 3: 139-142.

[3] 孫杰. 水上光伏電站應(yīng)用技術(shù)與解決方案[J]. 太陽(yáng)能, 2017, 6: 32-35.

[4] “International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) 2016 Results”. [Online] Available: http://www.itrpv.net/Reports/Downloads/

[5] 何寶華, 杜軍偉, 王慧, 等. 晶體硅光伏組件抗PID機(jī)理研究[J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2015, 36(11): 2699-2702.

[6] 陳榮榮, 孫韻琳, 陳思銘, 等. 并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目的LCOE分析[J]. 可再生能源, 2015, 33(5): 731-735.

美國(guó)發(fā)明能晝夜持續(xù)發(fā)電的微型生物太陽(yáng)能電池

最近，美國(guó)賓厄姆頓大學(xué)、紐約州立大學(xué)科研人員設(shè)計(jì)成功一種微型生物太陽(yáng)能電池，其能量密度和壽命均超當(dāng)前所有同類(lèi)電池。

據(jù)介紹，微型生物太陽(yáng)能電池能通過(guò)微生物光合作用和呼吸活動(dòng)可不分晝夜持續(xù)發(fā)電，是一種具有自給潛力的清潔可再生能源。但由于電量較低和使用壽命較短，這種技術(shù)一直沒(méi)有轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。

這次設(shè)計(jì)成功的是一種高電量、長(zhǎng)壽命的微型微流體生物太陽(yáng)能電池，將為芯片實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用提供實(shí)用、可持續(xù)的電力。這種生物太陽(yáng)能電池的能量密度和使用壽命在當(dāng)前所有微型生物太陽(yáng)能電池中都是最高的，可為即時(shí)診斷設(shè)備在資源有限和偏遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立和自給地開(kāi)展活動(dòng)提供實(shí)用、可持續(xù)的電力。

（美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)）

上海銀行積極打造綠色銀行

近年來(lái)，上海銀行堅(jiān)持貫徹綠色發(fā)展理念，積極打造綠色銀行：（1）倡導(dǎo)綠色運(yùn)營(yíng)，實(shí)施綠色辦公，關(guān)注資源配置，推廣運(yùn)用技術(shù)與手段實(shí)現(xiàn)綠色建造、綠色采購(gòu)，開(kāi)展綠色數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，組織節(jié)能減排綠色競(jìng)賽等，努力促進(jìn)單位建筑面積能耗量下降。（2）踐行綠色信貸，強(qiáng)化綠色治理，創(chuàng)新綠色金融產(chǎn)品和服務(wù)，推廣合同能源貸、上海市分布式光伏“陽(yáng)光貸”等產(chǎn)品，積極參與世界銀行“上海低碳城市示范項(xiàng)目”建設(shè)等，以具體實(shí)踐促進(jìn)綠色發(fā)展。此外，還積極開(kāi)展綠色公益活動(dòng)，傳播綠色環(huán)保理念，日前在上海金融系統(tǒng)重點(diǎn)用能機(jī)構(gòu)節(jié)能減排專(zhuān)項(xiàng)競(jìng)賽活動(dòng)受到嘉獎(jiǎng)。

（浦東）

Application Analysis on Datong Photovoltaic Pacemaker Project PERC Monocrystal Assembly

Sun Jie
JA Solar Holdings Limited

National energy bureau implemented photovoltaic supporting special plan ‘Pacemaker Project’ to promote advanced photovoltaic technology product application and industry updating in 2015. Then it started to pave the way for photovoltaic homogeneous competition to high efficiency product reform. The article introduces principle, process and product structure of PERC technology and advantages of PERC monocrystal technology.The author takes example of JA Solar Datong 50MW Pacemaker Project (as for now the project as classic case has been the largest scale application of PERC monocrystal assembly in domestic and overseas market) and analyzes practical power generation data of PERC monocrystal assembly, which is 2.9% higher than regular polycrystal from Sep, 2016 to August, 2017. The article puts forward active reference and suggestion for PERC monocrystal assembly.

Pacemaker, PERC technology, High Temperature Advantage, Weak Light Advantage

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.11.009