N型雙面太陽能電池透明背板型組件發(fā)電性能研究

于波　宋登元　孫仲剛　劉克銘　榮丹丹

摘要：研究采用N型雙面太陽能電池和透明背板封裝光伏組件發(fā)電性能。建立了對比發(fā)電系統(tǒng)，對比系統(tǒng)為：N型單面標(biāo)準(zhǔn)組件—微型逆變器—電網(wǎng)；研究系統(tǒng)為：透明背板組件—微型逆變器—電網(wǎng)；在相同氣候條件下對比在相同功率下的N型單面標(biāo)準(zhǔn)組件和透明背板組件的發(fā)電量性能對比分析。在戶外測試六個月時間，雙面發(fā)電組件的發(fā)電量高于標(biāo)準(zhǔn)組件的發(fā)電量2.61%-6.72%。這說明N型雙面太陽能電池透明背板型組件應(yīng)用前景廣，適用于屋頂及大型地面系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：N型雙面電池；透明背板型組件；發(fā)電性能研究

N型電池是晶體硅電池中高效率、低成本的光伏技術(shù)。該技術(shù)在商業(yè)化及市場應(yīng)用上具有很強的市場競爭力。和傳統(tǒng)P型電池相比，N型電池具有較高Isc，Voc和FF。研發(fā)了雙面發(fā)電前表面硼發(fā)射極高效率N型Si太陽電池及組件（被命名為PANDA“熊貓”技術(shù)），目前已大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，成為繼美國Sunpower公司和日本三洋公司之后第3個能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的N-Si電池和組件。該電池具有與普通P型Si電池相同的結(jié)構(gòu)。制備過程采用堿制絨N型單晶Si片，通過硼磷共擴散在前表面形成硼摻雜P+發(fā)射極以及在背面形成磷摻雜N+背面場。PECVD技術(shù)在前后表面制備鈍化和減反射薄膜，雙面絲網(wǎng)印刷金屬柵線完成電極的制備。該電池具有高效率、低成本和雙面發(fā)電的特點。

雙面太陽電池最初被設(shè)計應(yīng)用在航天領(lǐng)域中，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到民用階段。雙面太陽電池憑借著獨特的制備工藝以及雙面受光可以獲得更多電能的特點，獲得了廣泛關(guān)注。

本文描述標(biāo)準(zhǔn)組件是由焊帶將N型雙面電池連接，正面采用鋼化玻璃，背面是不透明的背板，采用封裝材料，安裝接線盒和鋁邊框形成的構(gòu)件。透明背板型組件是由焊帶將N型雙面電池連接，正面采用鋼化玻璃，背面是透明的背板，采用封裝材料，安裝接線盒和鋁邊框形成的構(gòu)件。透明背板型組件可以有效利用雙面發(fā)電特性，在與標(biāo)準(zhǔn)的組件相比較，在同等的條件下，輸出較高的發(fā)電量。

1N型雙面電池結(jié)構(gòu)和組件優(yōu)勢

1.1N型雙面電池結(jié)構(gòu)

這類電池是N型硅片摻磷作為襯底。與標(biāo)準(zhǔn)的P型（摻硼）晶體硅電池，N型硅電池有兩大優(yōu)勢。第一，他們不會出現(xiàn)硼氧復(fù)合對帶來的光致衰減，標(biāo)準(zhǔn)的P型晶體硅電池在安裝在戶外一段時間內(nèi)，將有1-3%的功率衰減。第二，N型硅片具有很高的載流子壽命。N型雙面電池結(jié)構(gòu)如圖1所示：

1.2N型雙面發(fā)電組件優(yōu)勢

N型組件效率比傳統(tǒng)的P型組件效率高。N型硅的金屬離子是移動載流子的多子。特殊形式的被鈍化提高在紅外光的量子效率.N型組件顯示較高的組件輸出在低輻照度下，如早晨和晚上。與P型組件相比，N型組件具有較低的溫度系數(shù)，較高的功率輸出在陽光充足的晴朗天氣。N型組件沒有硼氧復(fù)合對引起的初始光衰減。

2.透明背板型組件

2.1透明背板型組件特性

發(fā)明透明背板是為了適用于在BIPV的應(yīng)用和雙面電池的應(yīng)用。價格較貴的PVB封裝材料被BIPV的應(yīng)用。較便宜的封裝材料，如EVA和聚烯烴材料被應(yīng)用在其它領(lǐng)域。基于雙面電池，來自于地面和雪反射的紅外光，可以讓背面電池接受這些光，來提高組件的功率輸出。幾個研究院所的研究表明，組件功率的提高約于30%。除此之外，傳統(tǒng)的工藝就可以滿足透明背板組件的生產(chǎn)工藝，不需要額外的工藝改進和設(shè)備投入。

2.2光伏系統(tǒng)發(fā)電特性對比分析

建立一個雙面發(fā)電組件的戶外測試對比系統(tǒng)，來分析功率輸出特性。雙面發(fā)電組件和標(biāo)準(zhǔn)組件的發(fā)電參數(shù)被收集。在透明背板組件的應(yīng)用中，組件的正面可以接收陽光，同時部分光線來自地面的反射到達組件的背面。與標(biāo)準(zhǔn)的組件相比，提高組件的功率輸出。而且，在光譜的紅外光穿過透明背板。因為，該組件的溫度低于標(biāo)準(zhǔn)組件在同等的條件下。這個特點也能提高組件的功率輸出。

2.3雙面發(fā)電組件發(fā)電特性

發(fā)電特性用下面公式進行描述：

P=（Hfhf+Hrhr）EsEt

Et=1+α（tr-25）

P：代表組件電力輸出功率，Hf：代表組件正面輻照強度，Hr：代表組件背面輻照強度，hf：系統(tǒng)正面發(fā)電系數(shù)，hr：系統(tǒng)背面發(fā)電系數(shù)，Es：系統(tǒng)補償系數(shù)，Et：溫度補償系數(shù)考慮標(biāo)準(zhǔn)組件和透明背板型組件（雙面發(fā)電）發(fā)電量對比，所以不考慮其它參數(shù)變化的影響。根據(jù)以上公式可以看出透明背板型組件的發(fā)電，受背面輻照強度影響到發(fā)電量。根據(jù)發(fā)電量的影響因素，對每天發(fā)電量進行對比分析，如：晴天，晴天到多云，多云天氣，進行發(fā)電量對比分析。對比6個月的發(fā)電量，每個月發(fā)電量對比分析。

3.戶外測試

3.1組件發(fā)電特性測量

建立兩個相同配置的系統(tǒng)，安裝地點保定市英利三期5號廠房屋頂，分析系統(tǒng)采用一塊285瓦透明背板型組件，方向朝南，組件傾角是45度，采用一臺300瓦具有監(jiān)控系統(tǒng)微型逆變器，直接連接并網(wǎng)，同時采用輻照傳感器和溫度傳感器進行采用。參考系統(tǒng)采用一塊285瓦標(biāo)準(zhǔn)組件，方向朝南，組件傾角是45度，采用一臺300瓦有監(jiān)控系統(tǒng)微型逆變器，直接連接并網(wǎng)。

3.1.1發(fā)電量對比

3.1.1.1每天發(fā)電量對比輸出

這些數(shù)據(jù)基于在試驗場6個月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。在晴天和陰雨天，在晴天每日發(fā)電量提高幅度低于在陰雨天。主要原因是陰雨天的光的輻照的度的影響，來自于地面漫反射陰天比晴朗的天氣高。

3.晴天到多云陰天天氣，透明背板型組件和標(biāo)準(zhǔn)組件

3.1.1.26個月系統(tǒng)發(fā)電量分析

透明背板組件和標(biāo)準(zhǔn)組件在保定測試6個月，這個數(shù)據(jù)的采集應(yīng)用自動跟蹤系統(tǒng)。數(shù)據(jù)如表1所示，分析圖表如圖8所示。通過6個月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，透明背板型組件每個月的發(fā)電量都高于標(biāo)準(zhǔn)組件的發(fā)電量。

在6個月的測試中，從2014年6月到11月份，透明背板型組件比標(biāo)準(zhǔn)組件的發(fā)電量增益是2.61%-6.72%。功率輸出較高是在陰雨天和弱光下。同時，在同一位置透明背板組件的溫度比標(biāo)準(zhǔn)組件的溫度低3度，這也是該發(fā)電量較高的原因之一。溫度對組件性能的影響，將在以后工作中進行研究。透明背板組件可以提高系統(tǒng)效率，尤其在日照充足地區(qū)，隨著光伏發(fā)電成本快速下降，在提高綜合經(jīng)濟指標(biāo)方面有很大潛力。不同天氣的地面反射情況不同，發(fā)電量增益值也會相應(yīng)變化，所以透明背板組件適合用在漫反射多的地區(qū)，在陰雨天與白背板組件發(fā)電量差異較大。在陰雨即光線較弱時增益比例比晴天時更大，其主要原因是云天的漫射輻射反而會使地表的反照率較大，比少云或者晴天的輻照強度大的結(jié)果；戶外單體對比試驗得知，采集晴天、晴間多云以及多云的不同天氣狀況的日發(fā)電量，在晴天和多云天氣，透明背板光伏組件發(fā)電量增益值較低，而在陰雨天增益值較大，主要原因是云天輻照度受云量和云的幾何、光學(xué)特性的影響而波動較大，當(dāng)天空云量較多和不被遮蔽太陽光輻射時，陰天漫射輻射致使地表的反照率較大，出現(xiàn)比少云甚至晴天的輻照量大的結(jié)果。

4結(jié)論

本文是對透明背板組件和標(biāo)準(zhǔn)組件的發(fā)電量進行分析。在發(fā)電量上透明背板組件具有一定優(yōu)勢，功率增益至少在2.61%以上，因此該產(chǎn)品具有好的應(yīng)用前景。透明背板組件是有效利用雙面發(fā)電組件的優(yōu)勢。這個發(fā)電量的提高是在真正的應(yīng)用中。透明背板型組件功率輸出降低了背面的反射在用測試儀測試中?，F(xiàn)在，正在研究透明背板中的PET和PET和氟膜中的膠，耐紫外，耐老化能力。

參考文獻

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