大同光伏领跑者项目PERC单晶组件应用分析

孙 杰

晶澳太阳能控股有限公司

大同光伏领跑者项目PERC单晶组件应用分析

孙 杰

晶澳太阳能控股有限公司

2015年，国家能源局为促进先进光伏技术产品应用和产业升级，牵头推动、实施了光伏扶持专项计划“领跑者项目”，自此开启了光伏组件同质化竞争向高效产品的变革之路。该文介绍了PERC技术的原理、工艺流程、产品结构以及PERC单晶的技术优势，同时还以晶澳大同50MW领跑者项目为例（此项目为目前国内外PERC单晶组件大规模应用的典型案列），分析了PERC单晶组件的实际发电数据，相比于常规多晶组件，在2016年9月至2017年8月期间，PERC单晶组件平均发电量高2.9%左右。该文对PERC单晶组件的应用和推广提供了积极的指导与参考。

领跑者项目；PERC技术；高温优势；弱光优势

近年来，由于日益严重的能源危机和环境危机，太阳能光伏发电引起了人们的广泛关注[1,2,3]。2013年起，中国光伏组件产能、产量以及年装机量均跃居世界第一位，2015年起，中国光伏市场总装机容量超越德国跃居世界第一位，自此中国真正成为光伏组件的制造大国和应用大国。

2015年6月，国家能源局正式批复中国首个光伏“领跑者项目”落户山西大同，自此开启了中国制造大国和应用大国向强国的转型之路，单、多晶光伏组件的转换效率分别为17%和16.5%。2016年第二批5.5 GW光伏“领跑者项目”组件技术指标和首批大同领跑者项目持平，只是在评分标准上做出了优化。2017年7月，国家能源局、工业和信息化部以及国家认监委联合下达了《关于提高主要光伏产品技术指标并加强监管工作的通知》，指出第三批“领跑者项目”单、多晶组件转换效率分别为17.8%和17%，相比之前标准有了较大幅度的提升，并且规定从2017年到2020年，每年将安排8 GW领跑者项目。

图1 ITRPV光伏电池技术预测图

PERC（Passivated Emitter and Rear Cell，钝化发射极背接触电池）背钝化技术是目前最成熟、性价比最高的光伏电池提效技术，也是目前能够满足领跑者技术指标的核心技术。图1给出了 ITRPV（International Technology Roadmap for Photovoltaic，国际技术路线图）最新版技术预测数据[4]，其中BSF技术是指常规铝背场电池技术，PERC/PERL/PERT技术是指背钝化电池技术，Si-herterojunction（SHJ）技术是指异质结电池技术，back contact cells技术是指背接触电池技术，Si-based tandem技术是指硅基叠层电池技术，预计到2020年PERC产品市场占有率将超过40%，但是对于2015年才规模进入市场的PERC产品，目前还缺少大规模应用的实际发电数据。本文对PERC技术做了一个较为系统的介绍，并以晶澳大同领跑者项目为例，对其发电量进行了简要分析，为PERC技术的发展提供一定的技术依据。

1 PERC技术介绍

PERC电池技术是从常规铝背场（Al-BSF）技术发展而来，相比于常规电池工艺，PERC电池仅增加了Al2O3背钝化和激光划线两道工序，如图2所示。Al2O3钝化层不仅可以降低硅晶表面的缺陷密度，而且还可以降低背表面复合速率，延长少数载流子寿命，从而提升光伏电池的光电转换效率。激光划线主要通过一定脉冲宽度的激光去除部分覆盖在电池背面的钝化层，使丝网印刷的铝浆同电池背面的硅形成良好的欧姆接触，从而使光生电流通过铝层导出。

PERC背钝化技术主要通过提升光伏电池的长波响应来提升电池效率，一般情况，单晶电池可提效0.8%～1.2%，多晶电池可提效0.5%～0.8%，这是由于单晶材料具有更低的缺陷密度和杂质含量，载流子寿命较高，因此PERC技术应用到单晶电池上提效更为明显。

图2 PERC电池工艺流程图

2 PERC单晶优势

光电转换效率、发电能力和可靠性是评估光伏产品的三大核心指标。PERC电池之所有具有高的电池效率，主要是由于它具有非常优异的光谱响应，如图3所示，其中红色曲线和蓝色曲线分别代表PERC单晶电池和常规单晶电池，可以看出在900～1 200 nm长波范围内，PERC单晶具有较高的量子转换效率。2017年年底，产业化PERC单晶电池转换效率为21%左右，ITRPV预测2020年将超过22%[4]。

图3 PERC单晶电池和常规单晶电池量子效率图

图4 不同辐照强度PERC单晶和常规单多晶组件转换效率

光伏组件发电能力主要通过其弱光性能和高温性能来体现。TUV莱茵给出了不同辐照强度下PERC单晶组件和常规单、多晶组件的转换效率对比数据，如图4所示，可以看出辐照强度低于600W/m2时，PERC组件具有突出的弱光发电优势，尤其辐照强度越低时，发电优势越明显。至于高温优势，PERC单晶组件和常规单、多晶组件的功率温度系数分别为0.37%/℃和0.39%/℃，假定组件的工作温度为60℃时，相比于常规单、多晶组件，PERC单晶组件可多发电1%左右。

可靠性主要通过LID（Light Induced Degradation，光致衰退）和PID（Potential Induced Degradation,电势诱发衰减）来体现[5]。TUV南德的LID测试结果如图5所示，通过300 kWh/m2的照度后，PERC单晶组件的LID功率衰减仅低于1.5%，远小于IEC标准要求（不超过5%）。另外，通过96小时PID测试后，功率衰减仅为0.7%，同样远低于IEC标准要求（不超过5%）。

3 项目案例

3.1 项目简介

晶澳大同光伏领跑者项目位于大同采煤沉陷区国家先进技术光伏示范基地南郊区五台湾，采用了300 W的PERC单晶组件和270 W的常规多晶组件，总装机容量为50 MW。项目采用固定支架安装方式，应用500 kW集中式逆变器，严格按照国家相关标准进行规划、设计、施工、验收以及运维，项目并网时间为2015年6月底，图6为项目航拍图。

3.2 发电数据分析

图5 PERC单晶组件LID测试数据

图7 给出了在2016年9月～2017年8月期间PERC单晶组件和常规多晶组件实际发电量对比数据，从这一年的发电数据中可以看出，PERC组件平均发电量为4.69 kWh/kW，常规多晶平均发电量为4.56 kWh/kW，PERC组件平均发电量比常规多晶组件高2.9%左右，这主要是由于PERC单晶组件具有突出的高温、弱光以及低衰减优势，理论研究数据和试验数据基本一致。

图8（a）和图8（b）分别给出了2016年9月～2017年8月期间PERC单晶组件和常规多晶组件实际发电量和预期发电量的对比数据，其中预期发电量采用PV syst软件进行模拟，可以看出PERC单晶组件和常规多晶组件实际发电量比预期值分别高12%和10%左右（PERC单晶组件预期发电量为4.2 kWh/kW，常规多晶预期发电量为4.15kWh/kW），整个项目体现了精细化的系统设计、合理的运维以及优异的光伏组件性能表现。

4 经济性简析

LCOE（levelized cost of electricity，度电成本）是评估光伏发电项目的核心技术指标[6]，综合考虑组件的发电特性和衰减特性，给出了PERC单晶、常规单晶、常规多晶在不同组件价格时的LCOE测算结果，如图9所示，可以看出：1）相同组件售价时，PERC单晶具有最低的LOCE；2）当PERC单晶组件比常规单、多晶组件售价低0.4元/W以内时，PERC单晶组件具备LCOE优势，因此采用PERC技术能够有效降低光伏发电的成本，提前实现供电侧和配电侧的“双侧”平价上网。

5 结论

图6 晶澳大同50 MW光伏领跑者项目航拍图

相比于常规光伏组件，PERC技术可以大幅提升光伏组件的效率，尤其适合于单晶技术，目前产业化PERC单晶组件能够百分之百满足第三批领跑者效率技术指标。除此之外，PERC单晶组件还具备优异的高温性能、弱光性能以及可靠性能。通过PERC单晶组件大规模应用的发电数据分析，在一个完整年期间PERC单晶组件比常规多晶组件发电量高2.9%左右，这正是体现了PERC组件诸多优势的一个佐证。

图7 PERC单晶组件和常规多晶组件实际发电量数据

图8

图9 不同类型光伏组件在不同价格时LCOE分析

[1] 陈江恩. 农光互补应用技术与解决方案[J]. 上海节能, 2017, 3: 154-157.

[2] 孙杰, 刘广斌, 张远南, 等. 薄膜硅点支承光伏幕墙和光伏采光顶实际案例分析[J]. 上海节能, 2016, 3: 139-142.

[3] 孙杰. 水上光伏电站应用技术与解决方案[J]. 太阳能, 2017, 6: 32-35.

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

[5] 何宝华, 杜军伟, 王慧, 等. 晶体硅光伏组件抗PID机理研究[J]. 太阳能学报, 2015, 36(11): 2699-2702.

[6] 陈荣荣, 孙韵琳, 陈思铭, 等. 并网光伏发电项目的LCOE分析[J]. 可再生能源, 2015, 33(5): 731-735.

美国发明能昼夜持续发电的微型生物太阳能电池

最近，美国宾厄姆顿大学、纽约州立大学科研人员设计成功一种微型生物太阳能电池，其能量密度和寿命均超当前所有同类电池。

据介绍，微型生物太阳能电池能通过微生物光合作用和呼吸活动可不分昼夜持续发电，是一种具有自给潜力的清洁可再生能源。但由于电量较低和使用寿命较短，这种技术一直没有转化为实际应用。

这次设计成功的是一种高电量、长寿命的微型微流体生物太阳能电池，将为芯片实验室的应用提供实用、可持续的电力。这种生物太阳能电池的能量密度和使用寿命在当前所有微型生物太阳能电池中都是最高的，可为即时诊断设备在资源有限和偏远地区独立和自给地开展活动提供实用、可持续的电力。

（美国每日科学网）

上海银行积极打造绿色银行

近年来，上海银行坚持贯彻绿色发展理念，积极打造绿色银行：（1）倡导绿色运营，实施绿色办公，关注资源配置，推广运用技术与手段实现绿色建造、绿色采购，开展绿色数据统计分析，组织节能减排绿色竞赛等，努力促进单位建筑面积能耗量下降。（2）践行绿色信贷，强化绿色治理，创新绿色金融产品和服务，推广合同能源贷、上海市分布式光伏“阳光贷”等产品，积极参与世界银行“上海低碳城市示范项目”建设等，以具体实践促进绿色发展。此外，还积极开展绿色公益活动，传播绿色环保理念，日前在上海金融系统重点用能机构节能减排专项竞赛活动受到嘉奖。

（浦东）

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