一、概述

继中国电器院17年的两篇单晶PERC组件多发电实证文章以来,业内对单晶PERC组件的发电能力有一定认识,但也存在着一定的疑问,因此本文希望更全面、细致的讨论此问题,为大家拨开迷雾。

单晶PERC在常规单晶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1000~1200nm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310W功率。在电池效率提高的同时,光伏组件的

1)弱光发电能力提高,

2)功率温度系数值降低,

3)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

a)低光强时组件相对转换效率提高与

b)PERC组件对近红外光转换效率更高两层原因。

如以下韩华公司的宣传的示意图,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。

发电能力的验证上,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的反映不同组件的发电能力。本文会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。

二、 单块组件的发电实证

使用IV多通道测试仪可以方便的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IV多通道测试仪(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组件来自隆基乐叶公司,为低光衰产品,承诺首年衰减低于2%,避免实证中PERC组件光衰过高的风险。

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8:00~16:00,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,早8点~9点,下午15~16点发电增益4~5%,10~14点发电增益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相较下不明显。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。

18年6月的整月的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、 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,全年的发电统计如下,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~5W的正公差)。

1年期的实证结束后,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14个月,三种组件的衰减情况如下表(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13.77%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2.5~3%。

组件工作温度的情况统计如下(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10:00~14:00时段的组件平均温度,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2oC,最高温度差的均值高于2.5 oC。

四、 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。以下右图展示了模拟的晴朗天气下三亚单日工作温度情况,模拟的工作温度差~0.3oC。

五、 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。如下表条件下,设定BOS成本分别为2.3元/W(单晶PERC 310W)和2.5元/W(多晶275W),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8.4%时,单晶PERC组件可多卖0.43元/W,扣除BOS成本差后,得到的0.23元/W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显得越发明显,PERC产品将成为市场主力。