PERC雙面單晶硅光伏組件應用技術與案例分析

晶澳太陽能控股有限公司■孫杰

0 引言

隨著傳統能源的日益枯竭，新能源技術的應用得到了迅速發展，尤其是太陽能光伏技術的應用[1-3]。截至2017年年底，我國光伏新增裝機量連續5年位居全球第一，累計裝機量連續3年位居全球第一。為了進一步促進光伏產業健康可持續發展，推動光伏平價上網并加快補貼退坡，2018年5月31日，國家三部委聯合下達了《關于2018年光伏發電有關事項的通知》，鼓勵各地自行安排各類不需要國家補貼的光伏發電項目。在此背景下，優質、高效、低成本的光伏組件將成為未來光伏產業能夠持續發展的關鍵。

國際光伏技術路線圖(International Technology Roadmap for Photovoltaic，ITRPV)給出了商業化應用的太陽電池技術的預測數據[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“領跑者”項目招標中，約有34%的中標產品為p型PERC雙面單晶硅光伏組件；但是對于2017年才量產的PERC雙面產品，實際應用的案例還不多，其產品優勢還未能得到充分論證。本文對PERC雙面單晶硅的發電技術進行了簡要介紹，并以全球PERC雙面單晶硅光伏組件大規模應用的典型案例——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電量進行了分析，為該發電技術的發展提供了一定參考。

圖1 ITRPV太陽電池技術的預測數據

1 PERC雙面單晶硅技術介紹

相比于常規鋁背場(Al-BSF)技術，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，其只對絲網印刷工藝進行了優化，將背面全鋁層調整為局部鋁層，結構示意圖如圖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部，從而提升了光伏組件的綜合發電效率。PERC雙面單晶硅太陽電池的正面效率與PERC常規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構示意圖

PERC太陽電池的背鈍化技術主要是通過提升太陽電池的長波響應來提升電池效率。圖3為PERC雙面單晶硅太陽電池和常規單晶硅太陽電池的光譜響應數據，其中，綠色區域代表光譜分布，黃色區域代表在長波波段(900～1200 nm)內PERC雙面單晶硅太陽電池的增益；并且在此長波段內，相比于常規單晶硅太陽電池(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單晶硅太陽電池的光譜響應情況

在標準測試條件下，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構，可靠性能優異，可有效抵抗電勢誘導衰減(PID)和蝸牛紋的產生，適用于高溫、高濕、海邊、沙漠等惡劣環境；同時，該組件還可兼容1500 V系統，具有較高的系統效率和較低的系統成本。

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業園，安裝環境為荒漠土地，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”)生產的PERC雙面單晶硅光伏組件，其余采用常規單晶硅光伏組件。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。項目并網時間為2017年7月底，是全球首個大規模應用PERC雙面單晶硅光伏組件的光伏發電項目。

圖4 黃河水電共和晨陽項目航拍圖

2.2 發電數據分析

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

圖5 PERC雙面單晶硅光伏組件和常規單晶硅光伏組件的發電量數據分析

為了進一步驗證PERC雙面單晶硅光伏組件的發電優勢，在相鄰區域選取2個安裝環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測，數據如圖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單晶硅光伏陣列持續高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，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

上述發電數據為采用PERC雙面單晶硅光伏組件的光伏系統的逆變器選型提供了參考依據。一般情況下，根據輻照資源的不同，光伏系統中常規單面光伏組件與逆變器的容配比可設置為1.1：1～1.3：1；而對于雙面光伏組件而言，由于其背面可發電，組件與逆變器的容配比建議根據項目地點的實際情況(輻照度和溫度)，可設置為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，損失了發電量，從而浪費了雙面光伏組件的發電優勢。

圖7 Boston屋頂分布式項目的瞬時功率情況(2017-10-27)

3 經濟性簡析

通常采用度電成本(LCOE)對光伏發電項目的經濟性進行分析[6]。假定某光伏項目所在地為我國Ⅱ類輻照資源區，該地的地勢平坦、地質穩定、交通便捷、施工條件良好，光伏組件采用固定支架安裝。圖8給出了常規單晶硅光伏組件、常規多晶硅光伏組件、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測算結果，并對這幾類組件未來2年的LCOE情況進行了預測。

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PERC雙面單晶硅光伏組件(10%發電增益)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的模式，可實現“1+1＞2”的效果，比固定支架系統的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情況預測

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

4 結論

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

2)通過TüV萊茵對大規模應用PERC雙面單晶硅光伏組件的黃河水電光伏發電項目的測試可以發現，在2017年10月～2018年4月期間，PERC雙面單晶硅光伏組件比常規單晶硅光伏組件的平均發電量高10.5%左右；在對2個光伏陣列的瞬時功率進行分析后發現，在09：00～17：30，PERC雙面單晶硅光伏陣列的瞬時功率比常規單晶硅光伏陣列持續高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電優勢，這也為逆變器選型提供了參考依據。

3)優質、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”的大環境下，可有效降低光伏電站的LCOE，加速光伏發電項目的平價上網。