PERC双面单晶硅光伏组件应用技术与案例分析

晶澳太阳能控股有限公司■孙杰

0 引言

随着传统能源的日益枯竭，新能源技术的应用得到了迅速发展，尤其是太阳能光伏技术的应用[1-3]。截至2017年年底，我国光伏新增装机量连续5年位居全球第一，累计装机量连续3年位居全球第一。为了进一步促进光伏产业健康可持续发展，推动光伏平价上网并加快补贴退坡，2018年5月31日，国家三部委联合下达了《关于2018年光伏发电有关事项的通知》，鼓励各地自行安排各类不需要国家补贴的光伏发电项目。在此背景下，优质、高效、低成本的光伏组件将成为未来光伏产业能够持续发展的关键。

国际光伏技术路线图(International Technology Roadmap for Photovoltaic，ITRPV)给出了商业化应用的太阳电池技术的预测数据[4]，具体如图1所示。从图中可以看出，PERC太阳电池的占有率逐年升高，到2022年将超过50%。在2017年的光伏“领跑者”项目招标中，约有34%的中标产品为p型PERC双面单晶硅光伏组件；但是对于2017年才量产的PERC双面产品，实际应用的案例还不多，其产品优势还未能得到充分论证。本文对PERC双面单晶硅的发电技术进行了简要介绍，并以全球PERC双面单晶硅光伏组件大规模应用的典型案例——黄河水电共和晨阳光伏电站为例，对PERC双面单晶硅光伏组件的发电量进行了分析，为该发电技术的发展提供了一定参考。

图1 ITRPV太阳电池技术的预测数据

1 PERC双面单晶硅技术介绍

相比于常规铝背场(Al-BSF)技术，PERC太阳电池仅增加了背钝化和激光划线[5]这两道工序，PERC双面太阳电池是PERC太阳电池的升级版，其只对丝网印刷工艺进行了优化，将背面全铝层调整为局部铝层，结构示意图如图2所示。由图2可知，背面散射光和反射光可通过未被铝层覆盖的间隙进入电池内部，从而提升了光伏组件的综合发电效率。PERC双面单晶硅太阳电池的正面效率与PERC常规单晶硅太阳电池持平，背面效率大于15%。

图2 PERC双面单晶硅太阳电池结构示意图

PERC太阳电池的背钝化技术主要是通过提升太阳电池的长波响应来提升电池效率。图3为PERC双面单晶硅太阳电池和常规单晶硅太阳电池的光谱响应数据，其中，绿色区域代表光谱分布，黄色区域代表在长波波段(900～1200 nm)内PERC双面单晶硅太阳电池的增益；并且在此长波段内，相比于常规单晶硅太阳电池(蓝色曲线)，PERC双面单晶硅太阳电池(红色曲线)具有较高的外量子效率。

图3 PERC双面单晶硅太阳电池和常规单晶硅太阳电池的光谱响应情况

在标准测试条件下，组件的双面因子=组件背面功率/组件正面功率。若采用双面因子来表征组件背面的功率贡献度，则一般情况下，PERC双面单晶硅光伏组件的双面因子大于70%。

PERC双面单晶硅光伏组件采用双玻结构，可靠性能优异，可有效抵抗电势诱导衰减(PID)和蜗牛纹的产生，适用于高温、高湿、海边、沙漠等恶劣环境；同时，该组件还可兼容1500 V系统，具有较高的系统效率和较低的系统成本。

2 项目案例

2.1 项目简介

黄河水电共和晨阳光伏电站(见图4)位于青海省共和县光伏产业园，安装环境为荒漠土地，地势平坦、空旷。项目总装机容量为110 MW，其中，5.5 MW采用晶澳太阳能控股有限公司(下文简称“晶澳”)生产的PERC双面单晶硅光伏组件，其余采用常规单晶硅光伏组件。整个项目全部采用平单轴跟踪支架，逆变器采用华为SUN2000-50KTL-C1型组串式逆变器。项目并网时间为2017年7月底，是全球首个大规模应用PERC双面单晶硅光伏组件的光伏发电项目。

图4 黄河水电共和晨阳项目航拍图

2.2 发电数据分析

2018年4月，国际权威检测机构TÜV莱茵对上述项目进行了现场测试，并对项目并网后6个月(2017年10月～2018年4月)的发电量情况进行了统计分析，具体数据如图5所示。由图5可以看出，PERC双面单晶硅光伏组件和常规单晶硅光伏组件的平均发电量分别为5.02 kWh/kW/d和4.54 kWh/kW/d。PERC双面单晶硅光伏组件的发电量比常规单晶硅光伏组件高10.5%左右，这除了PERC双面单晶硅光伏组件所具备的高温发电、弱光发电和低衰减的优势外[5]，更重要的是其背面可发电的贡献。

图5 PERC双面单晶硅光伏组件和常规单晶硅光伏组件的发电量数据分析

为了进一步验证PERC双面单晶硅光伏组件的发电优势，在相邻区域选取2个安装环境和条件完全相同的光伏阵列：PERC双面单晶硅光伏阵列(49.68 kW)和常规单晶硅光伏阵列(48.24 kW)，然后通过功率分析仪分别精确测绘了2018年4月17日这2个光伏阵列的瞬时功率曲线，具体如图6a所示；并通过高精度辐照计对PERC双面单晶硅光伏阵列正面和背面的辐照度进行了监测，数据如图6b所示。

从图6a中可以看出，在09：00～17：30期间，这2个光伏阵列基本都达到了功率峰值，且PERC双面单晶硅光伏阵列的瞬时功率比常规单晶硅光伏阵列持续高10%左右，尤其在11：50～15：00更为明显。此外，从图6b中也可以看出，11：00～15：00 PERC双面单晶硅光伏阵列背面接收到的辐照度大于100 W/m2，这说明其背面贡献了一定的功率输出。在11：00～15：00，由于天气原因，PERC双面单晶硅光伏阵列正面接收的太阳辐照度降低；同时也可以看出，在该时间段内，2个光伏阵列的瞬时功率都有一定程度的降低，但由于PERC双面单晶硅光伏阵列的背面带来了功率增益，使其总瞬时功率变化不大。

图6 2个光伏阵列的瞬时功率及PERC双面单晶硅光伏阵列正面、背面辐照度情况

上述发电数据为采用PERC双面单晶硅光伏组件的光伏系统的逆变器选型提供了参考依据。一般情况下，根据辐照资源的不同，光伏系统中常规单面光伏组件与逆变器的容配比可设置为1.1：1～1.3：1；而对于双面光伏组件而言，由于其背面可发电，组件与逆变器的容配比建议根据项目地点的实际情况(辐照度和温度)，可设置为0.9：1～1.1：1。若双面光伏组件的容量超配较高，可能会造成逆变器输出功率消峰，比如，南非Boston的一个装机容量为69 kW的屋顶分布式项目，采用晶澳生产的PERC双面单晶硅光伏组件，并配置了2台30 kW的组串式逆变器。该项目的瞬时功率情况如图7所示，图中红色虚线为光伏组件本应有的瞬时功率，但由于双面光伏组件容量超配较高，使其瞬时功率变成了红色实线，损失了发电量，从而浪费了双面光伏组件的发电优势。

图7 Boston屋顶分布式项目的瞬时功率情况(2017-10-27)

3 经济性简析

通常采用度电成本(LCOE)对光伏发电项目的经济性进行分析[6]。假定某光伏项目所在地为我国Ⅱ类辐照资源区，该地的地势平坦、地质稳定、交通便捷、施工条件良好，光伏组件采用固定支架安装。图8给出了常规单晶硅光伏组件、常规多晶硅光伏组件、PERC单晶硅光伏组件及PERC双面单晶硅光伏组件在不同组件价格时的LCOE测算结果，并对这几类组件未来2年的LCOE情况进行了预测。

从图8中可以看出：1)PERC双面单晶硅光伏组件(15%增益)具有最低的LCOE；相比于PERC单晶硅光伏组件，10%发电增益的PERC双面单晶硅光伏组件的LCOE低0.05元/kWh左右。2)若2020年PERC双面单晶硅光伏组件(10%发电增益)的LCOE为0.38元/kWh，则其售价将仅为2元/W；若双面光伏组件采用跟踪系统的模式，可实现“1+1＞2”的效果，比固定支架系统的LCOE可再降低10%～20%左右。

图8 不同类型、不同价格的光伏组件的LCOE情况及未来2年不同类型光伏组件的LCOE情况预测

根据2018年的市场环境，预计双面光伏组件价格可能会在2019年达到2元/W以内，那么PERC双面单晶硅光伏组件将加速推动光伏平价上网。

4 结论

1)相比于常规单晶硅太阳电池技术，在成本基本持平的前提下，PERC双面单晶硅太阳电池技术可有效提升电池的综合发电效率。

2)通过TÜV莱茵对大规模应用PERC双面单晶硅光伏组件的黄河水电光伏发电项目的测试可以发现，在2017年10月～2018年4月期间，PERC双面单晶硅光伏组件比常规单晶硅光伏组件的平均发电量高10.5%左右；在对2个光伏阵列的瞬时功率进行分析后发现，在09：00～17：30，PERC双面单晶硅光伏阵列的瞬时功率比常规单晶硅光伏阵列持续高10%左右，尤其是在11：50～15：00， PERC双面单晶硅光伏阵列有更为明显的发电优势，这也为逆变器选型提供了参考依据。

3)优质、高效、低成本的PERC双面单晶硅光伏组件将是未来2～3年主流的光伏组件，尤其在国家“去补贴”的大环境下，可有效降低光伏电站的LCOE，加速光伏发电项目的平价上网。