细探单晶PERC组件发电表现

继中国电器科学研究院2017年的两篇关于单晶硅PERC组件多发电实证文章发表以来，业内对单晶PERC组件的发电能力有了一定认识，但也存在着一定疑问。因此，本文希望通过更全面、细致地讨论这一问题，为大家拨开迷雾。

单晶PERC在常规单晶硅基础上加入了背面钝化膜，减少了电池背面电子和空穴的复合；显著提高了对1000～1200纳米波段近红外光的利用率，因此显著提高了电池效率，目前领先企业5栅PERC电池量产效率可达22%，60片电池的组件常规封装即可实现310瓦功率。在电池效率提高的同时，光伏组件的弱光发电能力提高，功率温度系数值降低，工作温度降低，因此具有更佳的发电表现，其中弱光发电能力提高又有低光强时组件相对转换效率提高与PERC组件对近红外光转换效率更高两层原因。如韩华公司的宣传示意图显示，单晶PERC组件更高的功率与更好的发电能力会使其全天的功率输出曲线与常规多晶表现出明显不同。

在发电能力的验证方面，因为大规模电站占地较大，两种组件功率公差、辐照、地形、运维、故障情况的不一致会干扰对组件本身发电能力的评价，因此使用小容量系统可以排除干扰因素更客观地反映不同组件的发电能力。本文结合小系统与模拟做一些细节讨论。尤其需要注意的是，组件的衰减对发电的结果有很大的影响，不同企业在PERC组件的光衰控制水平上有所不同，因此实证结果宜结合组件衰减情况一起考虑。初始光衰控制不好的产品在单Wp发电能力上甚至会低于常规组件。

单块组件的发电实证

使用多通道IV测试仪可以很方便地测试单块组件的发电情况，测试原理与组串逆变器类似，根据每分钟的功率得到组件的直流侧发电量，数据的参考价值优于使用微型逆变器。以下实证即采用多通道IV测试仪（Daystar MT-3200）研究了295Wp单晶PERC组件与270Wp常规多晶的发电能力，每种组件各有两块接入不同通道（相互对照可确保数据可靠性）。发电量取两块组件的平均值，单Wp发电能力采用实测功率进行计算。单晶PERC组件来自隆基乐叶光伏科技有限公司，为低光衰产品，承诺首年衰减低于2%，避免在实证中出现PERC组件光衰过高的风险。

图1 韩华公司宣传示意图

表1 单晶PERC组件与常规多晶发电能力对比

图2 单日发电对比（20170918）

图3 单月发电对比（201806）

图4 多个月发电量对比（2017.9～2018.6）

图5 三亚实证电站2016.10～2017.9日均比发电量统计（kWh/kWp）

以下为晴朗天气下两种组件单日（2017年9月18日）功率输出情况（W/Wp）的对比，统计时间8时～16时，因现场空间有限，该时间段以外存在前后排的阴影遮挡。可发现单晶PERC全天内单Wp功率输出均高于多晶组件，8时～9时、15时～16时发电增益4%～5%，10时～14时发电增益2%～3%，全天平均增益3.2%，如无阵列遮挡的话预计早、晚的发电增益会更高。该结果明显体现出两种组件在弱光下的发电差异，而温度相关因素导致的中午与早晚发电差异在泰州这样的地区并不明显。这种早晚发电增益高的特性使得单晶PERC组件在匹配逆变器方面无需与常规组件区别处理。

2018年6月整月发电情况可以体现出类似的结果，月均增益3.65%。在阴天、雨天，由于光强较弱且光谱中红外占比提高，单晶PERC组件的发电增益可达5%左右，且体现出辐照值越低，发电增益越高的趋势。

2017年9月至2018年6月10个月的统计中，单晶PERC组件所体现出的发电增益与单日、单月的增益基本一致，多发电优势非常稳定，印证该组件没有发生明显的衰减。

三亚小型并网系统全年发电结果

中国电器院的三亚海洋性气候实证基地的实证结果自之前的两篇报道后，也于2017年9月底完成了1年的实证。全年发电统计结果如下，隆基乐叶低衰单晶PERC组件相对多晶1增益4.07%，相对多晶2增益2.93%，两种多晶来自不同的一线制造商。所有组件在投样前均在第三方机构测试了初始功率并采用该功率值计算比发电量，保障了公平性（尤其多晶2的8块组件功率有5瓦的正公差）。

一年期实证结束后，中国电器院对组件功率再次进行了测试以评估组件衰减，组件实际曝晒时间约为14个月，三种组件的衰减情况如表2（多晶组件给出平均值，省略了每块组件的信息），可见在三亚这种海洋性气候条件（实证基地位于海边）是对组件可靠性的很大考验，隆基乐叶单晶PERC组件由于抗光衰优势，实际衰减1.99%，明显低于多晶1的3.77%与多晶2的2.77%。假定组件衰减均为线性，则扣除低衰减优势后，该单晶PERC组件的发电增益约为2.5%～3%。

组件工作温度情况统计如下（使用了6个温度采集点），平均温度为在全天发电中占比高的10时～14时的组件平均温度，最高温为当月每日最高温度的均值。结果显示，单晶PERC组件平均工作温度比多晶2低接近2摄氏度，最高温度差的均值高于2.5摄氏度。

表2 一年期实证三种组件功率衰减情况

PVsyst发电模拟结果对比

TüV莱茵的质胜中国评比为我们提供了公平的发电模拟对比，因参赛组件的panfile均由TüV莱茵测试，而测试的组件也由其从生产线上抽取。结果显示，单晶组第一名相比多晶组第一名多发电1.8%左右，模拟结果相对实证结果略有低估。

笔者使用PVsyst模拟了单晶PERC组件与常规多晶组件的晴朗天气下的日发电情况（4月1日），增益曲线与第1部分的泰州实证数据相似，全天的发电增益为1.5%，同样低于实证结果。

PVsyst软件已经考虑到了不同组件的功率温度系数与低辐照下相对转换效率的差异，因此模拟结果低于实证结果的原因应为两方面：1.PVsyst模拟结果无法体现出单晶PERC组件在红外波段的发电优势；2.PVsyst内置的组件工作温度模型低估了单晶PERC组件与多晶组件的工作温度差。

图6 三亚实证电站全年工作温度统计

图7 质胜中国2017仿真发电量（kWh/kWp/year）

图8 单日发电模拟结果（泰州，4月1日）

图9 单日工作温度模拟值 （三亚，1月9日）

表3 单晶PERC组件项目实施收益情况

单晶PERC组件的产品价值

通过光伏电站收益率测算的EXCEL工具即可计算单晶PERC组件相对常规多晶组件的产品价值，计算逻辑是给定多晶组件的价格，计算相同电站收益率时单晶PERC组件的价格。如在表3条件下，设定BOS成本分别为2.3元/瓦（单晶PERC310瓦）和2.5元/瓦（多晶275瓦），考虑低衰单晶PERC组件相对常规多晶多发电3%。计算得全投资收益为8.4%时，单晶PERC组件可多卖0.43元/瓦，扣除BOS成本差后，得到的0.23元/瓦就是单晶PERC组件多发电与用地节省带来的产品价值。

单晶PERC组件的更高功率与更多发电量均可以节省度电系统投资，而光伏系统投资中组件以外的土地成本、人力成本、设备成本等已很难有下降空间，因此未来随着组件成本下降，单晶PERC组件所节省的系统成本将越发明显，单晶PERC产品将成为市场主力。