PERC單晶組件光伏電站案例分析

孫 杰

晶澳太陽能控股有限公司

0 引言

世界能源發(fā)展面臨能源緊缺、環(huán)境污染和氣候變暖三大難題，可再生能源是解決能源發(fā)展的最有效手段。光伏發(fā)電是可再生能源的一種重要應用形式，近年來已引起行業(yè)的廣泛關注[1-,3]。

光伏組件作為光伏發(fā)電站中最核心的設備，主導著光伏發(fā)電的技術方向。PERC背鈍化電池技術作為產業(yè)化最成熟的高效電池技術，預計2019年市場占有率將達到約50%[4]。PERC單晶電池主要分為PERC單面電池和PERC雙面電池。其中，PERC雙面電池是PERC單面電池的升級版，僅將背面全鋁層調整為局部鋁層，實現(xiàn)背面光線的透過,具備PERC單面電池所有的優(yōu)勢和特點。自2016年，PERC單晶組件開始量產，但是系統(tǒng)性的大型電站發(fā)電性能分析還不全面，尤其是2018年才開始規(guī)模應用的PERC單晶雙面組件。本文重點對PERC組件和常規(guī)多/單晶組件的發(fā)電性能進行對比分析，為PERC技術的發(fā)展提供技術支撐。

1 單晶單面組件電站項目

晶澳山西大同領跑者項目，裝機容量50MW，共采用兩種類型組件：PERC單晶單面組件（300W）和常規(guī)多晶組件（270W），項目采用固定支架安裝方式，應用500kW集中式逆變器。

圖1為PERC單晶單面組件和常規(guī)多晶組件實際發(fā)電量對比數(shù)據，從2016年9月到2018年10月，PERC單晶單面組件發(fā)電量比常規(guī)多晶組件高3．2%。

圖1 PERC單晶單面組件和常規(guī)多晶組件實際發(fā)電量數(shù)據

一般情況下，主要從弱光性能、高溫性能和衰減性能等幾個因素來評估光伏組件的發(fā)電能力。表1（a）為PERC單晶單面組件和常規(guī)多晶組件電學參數(shù)的對比數(shù)據。根據光伏組件的技術原理，Rsh（并聯(lián)電阻）越高，F(xiàn)F（Fill Factor，填充因子）越低，組件弱光情況下發(fā)電能力越強，Voc越高，γPmp（功率溫度系數(shù)）絕對值越小，組件高溫情況下發(fā)電能力越強。表1（b）為PERC單晶單面組件和常規(guī)多晶組件PV syst（光伏系統(tǒng)模擬軟件）模擬數(shù)據，PERC單晶單面組件的發(fā)電量比常規(guī)多晶組件高2．3%左右，主要是由于PERC組件的弱光損耗和高溫損耗要明顯低于常規(guī)多晶組件。模擬結果顯示PERC組件2．3%的模擬發(fā)電量增益略低于3．2%的實際發(fā)電量增益，這可能由以下兩點原因造成：①PV syst軟件采用的是歷史氣象數(shù)據，與實際氣象數(shù)據略有偏差；②PERC組件的衰減特性優(yōu)于常規(guī)多晶組件。

表1 （a）PERC單晶單面組件和常規(guī)多晶組件電學參數(shù)

表1 （b）PERC單晶單面組件和常規(guī)多晶組件PV syst模擬數(shù)據

2 單晶雙面組件電站項目

黃河水電共和晨陽項目（平坦開闊，荒漠土地），裝機容量為110MW，選用PERC單晶雙面光伏組件和常規(guī)單晶光伏組件，項目采用平單軸跟蹤支架安裝方式，應用50kW組串式逆變器。

圖2為PERC單晶雙面組件和常規(guī)單晶組件實際發(fā)電量對比數(shù)據，從2017年10月到2018年9月，PERC雙面組件的發(fā)電量比常規(guī)單晶組件高10．7%左右。

圖2 單晶PERC雙面組件和常規(guī)單晶組件實際發(fā)電量數(shù)據

為了進一步驗證PERC雙面組件的發(fā)電優(yōu)勢，選取兩個安裝條件完全相同的陣列，PERC雙面組件陣列（49．68kW）和常規(guī)單晶陣列（48．24kW），然后選取一個典型晴天（2018年4月17日），通過功率分析儀精確測量兩個陣列的逆變器瞬時功率，從圖3（a）數(shù)據可見，8∶30-17∶30，PERC雙面組件瞬時功率持續(xù)高于常規(guī)單晶，11∶00-15∶00，由于輻照度的降低，常規(guī)單晶功率曲線出現(xiàn)了一個低谷區(qū)域，但是PERC雙面組件功率曲線相對平滑沒有明顯變化，在此段時間內PERC雙面組件具有更為突出的發(fā)電優(yōu)勢。由于在低輻照條件下PERC雙面組件背面帶來的功率增益彌補了正面的功率損失，從而使其總瞬時功率變化不大。數(shù)據如圖3（b）所示，因此當輻照度越低時，雙面組件背面帶來的功率增益也就越明顯。

圖3 （a）PERC單晶雙面組件和常規(guī)單晶組件瞬時交流功率對比數(shù)據

圖3 （b）組件正面和背面輻照強度數(shù)據

3 雙面發(fā)電系統(tǒng)解決方案

雙面組件背面發(fā)電能力主要取決于背面接收到的輻照強度（地面反射光、空間散射光等），因此受很多因素影響，包括地面類型（如沙土地面、草地、混凝土地面等）、陣列高度、前后排間距、周邊環(huán)境等。其中，地面反射率對雙面組件背面發(fā)電量影響最大。一般情況下，沙土地面、草地和混凝土地面的反射率分別為30%～40%、15%～25%和25%～35%，背面預期發(fā)電量增益分別為9%～13%、6%～8%和7%～9%。另外，組件背面輻照度均勻性也會對背面發(fā)電量產生一定的影響，圖4（a）和圖4（b）分別為陣列離地高度（組件最低點離地距離）1m和2m時，同一陣列不同組件位置、同一塊組件不同位置（上、中、下），組件背面接收到的輻照度數(shù)據，可以看出陣列離地距離越大，背面輻照度均勻性越好，當離地高度為1m時，最大輻照不均勻度可達50%左右。

圖4 （a）組件離地面高度1m時輻照度均勻性數(shù)據

圖4（b）組件離地面高度2m時輻照度均勻性數(shù)據

圖5 為PERC雙面組件背面有檁條遮擋和無檁條遮擋兩種安裝方式的發(fā)電量對比數(shù)據。12個月的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據顯示，有檁條遮擋的組件發(fā)電量比無檁條遮擋發(fā)電量低0．03%左右，可以看出，檁條帶來的陰影遮擋對雙面組件背面發(fā)電量的影響非常小，因此在組件實際安裝過程中并不需要考慮背面檁條遮擋對發(fā)電量的影響。

圖5 檁條遮擋PERC單晶雙面組件發(fā)電量數(shù)據

4 經濟性簡析

綜上所述，相比于PERC單晶單面組件，作為升級版的PERC單晶雙面組件具有更為突出的發(fā)電優(yōu)勢，其背面發(fā)電量同諸多因素有關，因此不必局限于具體的安裝場景、安裝方式、離地高度，僅需要根據項目的具體情況，制定合理的解決方案，通過LCOE（levelized cost of electricity，度電成本）[5]進行評估。圖6為幾類主流光伏組件電站LCOE測算數(shù)據，由圖6可見，PERC組件尤其PERC雙面組件具有較低的LCOE，當組件價格在2．2元/W時，10%發(fā)電增益的雙面組件電站LCOE可達到0．398元/kWh，在某些地區(qū)（如山東、遼寧等）已基本持平或低于火力發(fā)電成本。

圖6 不同類型光伏組件在不同價格時的LCOE分析

5 結論

與常規(guī)多/單晶組件相比較，PERC組件具有突出的發(fā)電能力。作為升級版的PERC單晶雙面組件，此類組件適應性很強，尤其在低輻照情況下，背面有著更為優(yōu)異的發(fā)電表現(xiàn)。優(yōu)質、高效、低成本的PERC單晶組件將是未來2-3年內最主流的高效光伏組件，在平價上網或低價上網的大背景下，PERC單晶雙面組件的應用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。