細(xì)探單晶PERC組件發(fā)電表現(xiàn)

繼中國(guó)電器科學(xué)研究院2017年的兩篇關(guān)于單晶硅PERC組件多發(fā)電實(shí)證文章發(fā)表以來，業(yè)內(nèi)對(duì)單晶PERC組件的發(fā)電能力有了一定認(rèn)識(shí)，但也存在著一定疑問。因此，本文希望通過更全面、細(xì)致地討論這一問題，為大家撥開迷霧。

單晶PERC在常規(guī)單晶硅基礎(chǔ)上加入了背面鈍化膜，減少了電池背面電子和空穴的復(fù)合；顯著提高了對(duì)1000～1200納米波段近紅外光的利用率，因此顯著提高了電池效率，目前領(lǐng)先企業(yè)5柵PERC電池量產(chǎn)效率可達(dá)22%，60片電池的組件常規(guī)封裝即可實(shí)現(xiàn)310瓦功率。在電池效率提高的同時(shí)，光伏組件的弱光發(fā)電能力提高，功率溫度系數(shù)值降低，工作溫度降低，因此具有更佳的發(fā)電表現(xiàn)，其中弱光發(fā)電能力提高又有低光強(qiáng)時(shí)組件相對(duì)轉(zhuǎn)換效率提高與PERC組件對(duì)近紅外光轉(zhuǎn)換效率更高兩層原因。如韓華公司的宣傳示意圖顯示，單晶PERC組件更高的功率與更好的發(fā)電能力會(huì)使其全天的功率輸出曲線與常規(guī)多晶表現(xiàn)出明顯不同。

在發(fā)電能力的驗(yàn)證方面，因?yàn)榇笠?guī)模電站占地較大，兩種組件功率公差、輻照、地形、運(yùn)維、故障情況的不一致會(huì)干擾對(duì)組件本身發(fā)電能力的評(píng)價(jià)，因此使用小容量系統(tǒng)可以排除干擾因素更客觀地反映不同組件的發(fā)電能力。本文結(jié)合小系統(tǒng)與模擬做一些細(xì)節(jié)討論。尤其需要注意的是，組件的衰減對(duì)發(fā)電的結(jié)果有很大的影響，不同企業(yè)在PERC組件的光衰控制水平上有所不同，因此實(shí)證結(jié)果宜結(jié)合組件衰減情況一起考慮。初始光衰控制不好的產(chǎn)品在單Wp發(fā)電能力上甚至?xí)陀诔Ｒ?guī)組件。

單塊組件的發(fā)電實(shí)證

使用多通道IV測(cè)試儀可以很方便地測(cè)試單塊組件的發(fā)電情況，測(cè)試原理與組串逆變器類似，根據(jù)每分鐘的功率得到組件的直流側(cè)發(fā)電量，數(shù)據(jù)的參考價(jià)值優(yōu)于使用微型逆變器。以下實(shí)證即采用多通道IV測(cè)試儀（Daystar MT-3200）研究了295Wp單晶PERC組件與270Wp常規(guī)多晶的發(fā)電能力，每種組件各有兩塊接入不同通道（相互對(duì)照可確保數(shù)據(jù)可靠性）。發(fā)電量取兩塊組件的平均值，單Wp發(fā)電能力采用實(shí)測(cè)功率進(jìn)行計(jì)算。單晶PERC組件來自隆基樂葉光伏科技有限公司，為低光衰產(chǎn)品，承諾首年衰減低于2%，避免在實(shí)證中出現(xiàn)PERC組件光衰過高的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 韓華公司宣傳示意圖

表1 單晶PERC組件與常規(guī)多晶發(fā)電能力對(duì)比

圖2 單日發(fā)電對(duì)比（20170918）

圖3 單月發(fā)電對(duì)比（201806）

圖4 多個(gè)月發(fā)電量對(duì)比（2017.9～2018.6）

圖5 三亞實(shí)證電站2016.10～2017.9日均比發(fā)電量統(tǒng)計(jì)（kWh/kWp）

以下為晴朗天氣下兩種組件單日（2017年9月18日）功率輸出情況（W/Wp）的對(duì)比，統(tǒng)計(jì)時(shí)間8時(shí)～16時(shí)，因現(xiàn)場(chǎng)空間有限，該時(shí)間段以外存在前后排的陰影遮擋?？砂l(fā)現(xiàn)單晶PERC全天內(nèi)單Wp功率輸出均高于多晶組件，8時(shí)～9時(shí)、15時(shí)～16時(shí)發(fā)電增益4%～5%，10時(shí)～14時(shí)發(fā)電增益2%～3%，全天平均增益3.2%，如無陣列遮擋的話預(yù)計(jì)早、晚的發(fā)電增益會(huì)更高。該結(jié)果明顯體現(xiàn)出兩種組件在弱光下的發(fā)電差異，而溫度相關(guān)因素導(dǎo)致的中午與早晚發(fā)電差異在泰州這樣的地區(qū)并不明顯。這種早晚發(fā)電增益高的特性使得單晶PERC組件在匹配逆變器方面無需與常規(guī)組件區(qū)別處理。

2018年6月整月發(fā)電情況可以體現(xiàn)出類似的結(jié)果，月均增益3.65%。在陰天、雨天，由于光強(qiáng)較弱且光譜中紅外占比提高，單晶PERC組件的發(fā)電增益可達(dá)5%左右，且體現(xiàn)出輻照值越低，發(fā)電增益越高的趨勢(shì)。

2017年9月至2018年6月10個(gè)月的統(tǒng)計(jì)中，單晶PERC組件所體現(xiàn)出的發(fā)電增益與單日、單月的增益基本一致，多發(fā)電優(yōu)勢(shì)非常穩(wěn)定，印證該組件沒有發(fā)生明顯的衰減。

三亞小型并網(wǎng)系統(tǒng)全年發(fā)電結(jié)果

中國(guó)電器院的三亞海洋性氣候?qū)嵶C基地的實(shí)證結(jié)果自之前的兩篇報(bào)道后，也于2017年9月底完成了1年的實(shí)證。全年發(fā)電統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下，隆基樂葉低衰單晶PERC組件相對(duì)多晶1增益4.07%，相對(duì)多晶2增益2.93%，兩種多晶來自不同的一線制造商。所有組件在投樣前均在第三方機(jī)構(gòu)測(cè)試了初始功率并采用該功率值計(jì)算比發(fā)電量，保障了公平性（尤其多晶2的8塊組件功率有5瓦的正公差）。

一年期實(shí)證結(jié)束后，中國(guó)電器院對(duì)組件功率再次進(jìn)行了測(cè)試以評(píng)估組件衰減，組件實(shí)際曝曬時(shí)間約為14個(gè)月，三種組件的衰減情況如表2（多晶組件給出平均值，省略了每塊組件的信息），可見在三亞這種海洋性氣候條件（實(shí)證基地位于海邊）是對(duì)組件可靠性的很大考驗(yàn)，隆基樂葉單晶PERC組件由于抗光衰優(yōu)勢(shì)，實(shí)際衰減1.99%，明顯低于多晶1的3.77%與多晶2的2.77%。假定組件衰減均為線性，則扣除低衰減優(yōu)勢(shì)后，該單晶PERC組件的發(fā)電增益約為2.5%～3%。

組件工作溫度情況統(tǒng)計(jì)如下（使用了6個(gè)溫度采集點(diǎn)），平均溫度為在全天發(fā)電中占比高的10時(shí)～14時(shí)的組件平均溫度，最高溫為當(dāng)月每日最高溫度的均值。結(jié)果顯示，單晶PERC組件平均工作溫度比多晶2低接近2攝氏度，最高溫度差的均值高于2.5攝氏度。

表2 一年期實(shí)證三種組件功率衰減情況

PVsyst發(fā)電模擬結(jié)果對(duì)比

TüV萊茵的質(zhì)勝中國(guó)評(píng)比為我們提供了公平的發(fā)電模擬對(duì)比，因參賽組件的panfile均由TüV萊茵測(cè)試，而測(cè)試的組件也由其從生產(chǎn)線上抽取。結(jié)果顯示，單晶組第一名相比多晶組第一名多發(fā)電1.8%左右，模擬結(jié)果相對(duì)實(shí)證結(jié)果略有低估。

筆者使用PVsyst模擬了單晶PERC組件與常規(guī)多晶組件的晴朗天氣下的日發(fā)電情況（4月1日），增益曲線與第1部分的泰州實(shí)證數(shù)據(jù)相似，全天的發(fā)電增益為1.5%，同樣低于實(shí)證結(jié)果。

PVsyst軟件已經(jīng)考慮到了不同組件的功率溫度系數(shù)與低輻照下相對(duì)轉(zhuǎn)換效率的差異，因此模擬結(jié)果低于實(shí)證結(jié)果的原因應(yīng)為兩方面：1.PVsyst模擬結(jié)果無法體現(xiàn)出單晶PERC組件在紅外波段的發(fā)電優(yōu)勢(shì)；2.PVsyst內(nèi)置的組件工作溫度模型低估了單晶PERC組件與多晶組件的工作溫度差。

圖6 三亞實(shí)證電站全年工作溫度統(tǒng)計(jì)

圖7 質(zhì)勝中國(guó)2017仿真發(fā)電量（kWh/kWp/year）

圖8 單日發(fā)電模擬結(jié)果（泰州，4月1日）

圖9 單日工作溫度模擬值 （三亞，1月9日）

表3 單晶PERC組件項(xiàng)目實(shí)施收益情況

單晶PERC組件的產(chǎn)品價(jià)值

通過光伏電站收益率測(cè)算的EXCEL工具即可計(jì)算單晶PERC組件相對(duì)常規(guī)多晶組件的產(chǎn)品價(jià)值，計(jì)算邏輯是給定多晶組件的價(jià)格，計(jì)算相同電站收益率時(shí)單晶PERC組件的價(jià)格。如在表3條件下，設(shè)定BOS成本分別為2.3元/瓦（單晶PERC310瓦）和2.5元/瓦（多晶275瓦），考慮低衰單晶PERC組件相對(duì)常規(guī)多晶多發(fā)電3%。計(jì)算得全投資收益為8.4%時(shí)，單晶PERC組件可多賣0.43元/瓦，扣除BOS成本差后，得到的0.23元/瓦就是單晶PERC組件多發(fā)電與用地節(jié)省帶來的產(chǎn)品價(jià)值。

單晶PERC組件的更高功率與更多發(fā)電量均可以節(jié)省度電系統(tǒng)投資，而光伏系統(tǒng)投資中組件以外的土地成本、人力成本、設(shè)備成本等已很難有下降空間，因此未來隨著組件成本下降，單晶PERC組件所節(jié)省的系統(tǒng)成本將越發(fā)明顯，單晶PERC產(chǎn)品將成為市場(chǎng)主力。