PERC双面组件发电特性与系统应用-王梦松

www.longi-solar.com 2018年 11月 PERC双面 组件发电特性与 系统应用 CONTENTS www.longi-solar.com 2 1. 双面 PERC技术特性 2. 双面 PERC组件 发电实例 3. 双面 组件的 系统应用 www.longi-solar.com 3 双面 PERC电池 电池背面  该电池结构最早由 ISFH研究所报道，背面使用低成本的铝栅线且没有背部扩散工艺  隆基乐叶 17年初推出的 Hi-MO2组件双面率 75 单面 PERC电池 双面 PERC电池 www.longi-solar.com 4 单晶 PERC电池效率潜力 ISFH的 PERC电池功率路线 图  研究机构的模拟显示 PERC电池效率仍 有很大的提升 空间  隆基乐叶将继续致力于提升单 /双面 PERC电池的效率，推动双面 PERC组件的应用 22.4 22.5 22.7 22.9 23.1 22.1 22.2 22.4 22.5 22.7 21.8 22.0 22.2 22.4 22.6 22.8 23.0 23.2 2018H2 2019H1 2019H2 2020H1 2020H2 电池技术路线图 双面 PERC研发 双面 PERC量产 www.longi-solar.com 5 隆基乐叶的双面 PERC效率纪录 隆基乐叶双面 PERC效率 Efficiency （ ） Voc mV Jsc （ mA/cm2 ） Fill factor （ ） Test centre 正面 23.11 688.7 41.33 81.20 Fraunhofe ISE 背面 18.97 684.6 33.95 81.97  2018年 8月 23日， CPVS发布 的 2018年太阳能电池中国最高效率， 隆基乐叶 双面 PERC电池经由 Fraunhofer ISE实验室测试，以正面 23.11（背面 18.97 双面率 82.09） 的转换效率入选特定结构太阳能电池中国最好效率 电池 正面 电池 背面 www.longi-solar.com 6 工艺路线 A B C 选择性发射极 No No YES 背面抛光 2μm（常规 PSG刻 蚀） 3μm 3μm 氧化 O3 退火氧化 退火氧化 氧化铝 4-6nm ALD 15-20nm PECVD 4-6nm ALD 15-20nm PECVD 4-6nm ALD 15-20nm PECVD 氮化硅 80-150nm PECVD 80-150nm PECVD 80-150nm PECVD 二次印刷 YES YES YES 效率 21.4 21.7 22 目前业内 PERC电池技术路线基本上经历了三个阶段， 第一阶段是在常规产线上直接进行升级效率可提升 1； 第二阶段是加入热氧化工艺，并优化刻蚀、扩散匹配效率提升至 21.7； 第三阶段，即将规模推广的 SE技术效率将提升至量产 22。 无论处于何种工艺阶段，核心的背钝化膜层的生长设备选型十分重要，涉及到了厂房布 局、自动化匹配、整体工艺优化重点。 PERC电池工艺路线发展 www.longi-solar.com 7 双面 PERC组件的 低衰特性与功率质保 98 84.954.95 首年衰减低于 2, 之后年衰减率低于 0.45,30年后输出功率高于初始功率的 84.95 www.longi-solar.com 8 隆基乐叶双面 PERC组件实际的 衰减结果 抽测 1块组件 Isc Voc Imp Vmp FF Pmp 出厂正面参数 9.59 48.29 9.13 39.67 77.87 362.36 10个月后正面参数 9.49077 48.1070 9.0325 3 39.6456 78.4322 358.1 衰减率 -0.99 -0.37 -1.07 -0.07 0.73 -1.18 10个月后的背面参 数 7.03581 47.6111 6.71900 39.8652 79.9605 267.854  蒲城实验项目 2017.42018.2  泰州实验项目 2017.82018.6 11个月后 的衰减情况 型号 组件数量 平均衰减 生产批次 1 LR6-72BP 23 0.8 生产批次 2 LR6-72BP 5 1.4 1.18 0.8 1.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 蒲城实验项目 泰州项目批次 1 泰州项目批次 2 Hi-MO2实测衰减 10个月衰减 11个月衰减 www.longi-solar.com 9 双面 PERC组件的 PID衰减与恢复  双面 PERC组件存在表面极化型 PID-p，通过选用合适的 POE封装可以抑制该 PID效应  根据 SERIS的研究，双面 PERC组件的 PID-p可以通过背面光照进行恢复 Luo, Wei, et al. Research and Applications 2018. 双面 PERC组件 PID-p原理示意图 EVA封装的双面 PERC组 件的 PID衰减与光照恢复 www.longi-solar.com 10 有边框设计 高可靠的组件设计 大大降低组件运输、 安装过程中的破损 防止双玻组件长期使用后安装点受力不均 引起的破坏 双面玻璃配合边缘的硅胶，避免水气进入 支持 1500V系统 使用 2mm2mm半钢化玻璃降低产品重量 www.longi-solar.com 11 双面组件的工作温度  双面组件由于背面受光工作电流会高于常规组件；另一方面双面组件没有全覆盖的铝 背场，吸收红外发热会较少  根据 TV莱茵的实证，双面组件与单面组件工作温度没有明显不同 CONTENTS www.longi-solar.com 12 1. 双面 PERC技术特性 2. 双面 PERC组件 发电实例 3. 双面 组件的 系统 应用 www.longi-solar.com 13 双面组件发电案例 1-青海 格尔木某大型电站 组件类型 支架形式 月均 发电kWh/kWp 多月结果 常规单晶 335W 平单轴 35 166.9 双面 平单轴 比 单晶 平单轴 高 17.4 Hi-MO2 350W 平单轴 45 196.0 17.4 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 3月 4月 5月 6月 7月 8月 平均 发电增益 月发电量（ KW h/K W p） 格尔木项目 2018年 3-8月组件发电量对比 常规单晶 Hi-MO2 双面增益 www.longi-solar.com 14 双面组件发电案例 1-青海格尔木某大型电站 -1.13 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 0 50 100 150 200 250 3月 4月 5月 6月 7月 8月 平均 发电增益 月发电量（ KW h/K W p） 格尔木项目实际发电量与模拟发电量对比 实际发电量 模拟发电量 差异  使用 Pvsyst对格尔木 平 单轴系统项目进行模拟，实际发电量较模拟发电量高 1.13 www.longi-solar.com 15 双面组件发电 案例 2-亿 利资源库布奇项目 310W多晶组件 5MW 350W双面组件 336kW  该电站业主方为亿利资源，隆基清洁 能源承建了其中 336kW双面电站  选取了电站中功率一致，发电较好的 区域作为对比，为双面组件发电增益 提供参考  地表沙草混合，持续滴灌对反射率会 有一定影响 310W多晶组件 80MW www.longi-solar.com 16 双面组件发电 案例 2-库布奇示范项目 组件类型 支架形式 数据处理 日均发电kWh/kWp 全年结果 多晶常规 310W 固定支架 扣除故障与限电日数 据代之以月平均发电 值 4.876 双面 斜单 比 多晶 固定 高 28.9 双面 斜单 比 多晶 带倾角平单 高 15.7 多晶常规 310W 带 15倾角平单轴支 架 5.432 单晶双面 PERC 350W 12.5斜单轴支架 6.284 28.9 15.7 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 平均 库布奇项目 各月日均 发电 对比 2017.62018.8（ kWh/MWp） 多晶 固定支架 多晶 斜单轴 双面 斜单轴 跟踪的发电增益 总发电增益 核算双面的增益 发 电 提 升 比 例 比 发 电 量 kWh/ M Wp www.longi-solar.com 17 双面组件发电案例 2-库布奇示范项目 -2.33 -40 -30 -20 -10 0 10 20 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 平均 发电增益 库布齐项目实际发电量与模拟发电量对比 实际发电量 模拟发电量 差异 比 发 电 量 kWh/ M W p  使用 Pvsyst不能模拟斜单轴系统，但可以用带倾角平单代替，通过模拟发现， 实际发电量较模拟值高 2.33，但各月间差异较大 www.longi-solar.com 18 有雪 双面组件 发电 案例 3-泰州实证项目 备注 比 发电量 计算采用实测功率 停电、系统故障日的数据已删除 组件类型 组件功率 地表 离地高度 发电增益 多晶常规 270W*10 / / / 单晶双面 PERC 350W*8 反光膜 1m 12.9 反光膜 1.5m 19.3 反光膜 2m 22.5 12.9 19.3 22.5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 5 6 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 平均 Hi-MO2与单面组件发电对比 2017.92018.8 常规多晶 Hi-MO2/反光膜 /1m Hi-MO2/反光膜 /1.5m Hi-MO2/反光膜 /2m 反光膜 /1m增益 反光膜 /1.5m增益 反光膜 /2m增益 比 发 电 量 kW h/ kW p 发 电 提 升 比 例 www.longi-solar.com 19 双面组件发电 案例 3-隆基乐叶泰州 实证项目  在泰州电站固定 支架的 Pvsyst模拟中按照 TPO反光膜（反射率 75）、组件离地 2m进行  实际发电量较模拟值高 1.24 -1.24 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 5 6 7 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 平均 泰州项目实际发电量与模拟发电量对比 实际发电量 模拟发电量 差异 日 均 比 发 电 量 kWh/ kWp 发 电 11 提 升 比 例 www.longi-solar.com 20 双面组件发电 案例 4-中国电 器 院吐鲁番实证项目 吐鲁番 （ E 89.4,N 42.87） 阵列 组件类型 安装方式 地表 安装高度 装机容量 kW 方位角 倾角 1 双面 PERC 固定 白漆 1M 2.39 正南 40 2 单面 PERC 固定 沙石 1M 2.31 正南 40 www.longi-solar.com 21 双面组件发电 案例 4-中国电器院吐鲁番实证项目 38 30 28 35 32 28 39 28 29 29 29 36 28 27 26 27 27 31 23 22 30 24 25 22 22 22 24 24 23 26 25 22 21 21 20 29 19 20 24 19 19 30 20 23 19 19 20 18 18 19 19 19 17 20 19 21 17 22 19 18 15 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 6-5 6-7 6-9 6-13 6-15 6-17 6-19 6-27 6-29 7-1 7-3 7-5 7-7 7-9 7-11 7-13 7-15 7-17 7-19 7-21 7-23 8-7 8-10 8-12 8-17 8-19 8-21 8-23 8-26 8-28 8-30 双面较单面 PERC增益 斜面辐照量 kWh/m2 23.1  双面 PERC相对单面 PERC发电增益 23.1 测试周期 2018.6.58.31，共计 62天数据 双面组件的发电增益与斜面辐照负相关一般情况下辐照值越低，散射光比例越高，发电增益越明显。 www.longi-solar.com 22 双面组件发电 案例 4-中国电气院吐鲁番实证项目 双面组件早晚发电量增益优势明显，发电量增益趋势与背面辐照增益趋势表现一致 65 48 31 27 26 21 21 21 22 24 28 35 52 69 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 5 10 15 20 25 30 35 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 增益 /背面辐照占比 单瓦发电量（ kW h/ KW ） 辐照统计时间 段（ 2018 6/15-7/20 7002059） 乐叶双面 乐叶 PERC单面 增益（双面 /单晶 PERC） 背面辐照值占斜面辐照值比例  双面组件在早晚时段的发电增益显著 最高 达 69 CONTENTS www.longi-solar.com 23 1. 双面 PERC技术特性 2. 双面 PERC组件发电特性 3. 双面组件的 系统 应用 www.longi-solar.com 24 影响背面发电增益的因素 高 度  影响背面发电增益的主要因素 1地面反射率， 2组件离地 高度、 3阵列 间距、 4阴影遮挡 支架图片引用自 Opsun公司双面组件支架 www.longi-solar.com 25 双面组件系统设计 -地表反射率 水面 512 草地 1525 干土地 2033 水泥地 2040 黄沙地 2040 新雪 8085 3035  双面组件适用于光伏电站通常 的应用场景，如荒草地、沙 地、水泥地、雪地  对于屋顶分布式，双面组件可 用于平屋顶，建议对屋顶做高 反光处理。不适用于彩钢瓦屋 顶的平铺安装 Russell, Thomas C. R., et al. “The Influence of Spectral Albedo on Bifacial Solar Cells A Theoretical and Experimental Study.“ www.longi-solar.com 26 双面组件系统设计 -反射率的 PVSYST模拟 0 5 10 15 20 25 30 10 20 30 40 50 60 70 80 背面发电增益 地表反射率（ ） 西安 三亚 银川 格尔木 泰州  使用 PVsyst6.67模拟了 5个城市的单、双面 PERC组件的发电情况。发电增益随反射率提 高基本上线性增加  不同城市因直射 /散射光比例与纬度的不同而有所差异 R 三亚 西安 银川 格尔木 泰州 10 2.52 3.87 4.47 4.02 3.36 30 7.85 10.77 10.74 10.25 9.47 50 13.10 17.59 16.96 16.43 15.50 80 20.81 27.53 26.07 25.44 24.46  双面率 75  组件最低点离地高度 1m www.longi-solar.com 27 双面组件系统设计 -组件离地高度 Chris Deline, et.al., Evaluation and Field Assessment of Bifacial Photovoltaic Module Power Rating Methodologies, 2016 J. Libal et al., bifi-PV workshop 2017  根据光学模拟，当组件离地高度高于 1m以上时，背面接收的辐照度 Grear与辐照均一性都开始增 加到稳定值  阵列边缘的位置受到的背面辐照会较高，上下排也有所不同，可考虑接入不同的逆变器 MPPT支 路安装倾角的选择 模型参数 组件倾角 37度 反射率 21，对应轻质土地 www.longi-solar.com 28 双面组件系统设计 -阵列间距  发电量随 GCR值的减小线性增加，但当 GCR值小于 0.2后， 发电量趋于稳定；  GCR的降低会增加土地成本、线缆成本和线缆损耗，因此需综合考虑 Opsun Rack 阵列宽度 GCR阵列宽度 /阵列间距 www.longi-solar.com 29 双面组件系统设计 -阴影遮挡分析  在某些情况下，背面支架遮挡不可避 免  隆基研究了不同背面支架宽度 a和支 架离组件距离 h对双面组件发电量的 影响 a Rack thickness h Rack Clearance z x Plane XZ Rack Module a Rack thickness h Rack Clearance z y Plane YZ Rack Module www.longi-solar.com 30 双面组件系统设计 -阴影遮挡分析 当支架遮挡不可避免时 尽量减少支架宽度 a， a值越小，光学损失越小 支架距离组件高度宜选 40mm以上，减少遮挡引起的电 流损失