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% 84.95%+4.95% 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 2017.4~2018.2  泰州实验项目 2017.8~2018.6 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 2mm+2mm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 TÜV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 ±35º 166.9 双面 +平单轴 比 单晶 +平单轴 高 17.4% Hi-MO2 350W 平单轴 ±45º 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 2017.6—2018.8（ 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 (2017.9~2018.8) 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： 2018.6.5~8.31，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 7:00~20:59） 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 5~12% 草地 15~25% 干土地 20~33% 水泥地 20~40% 黄沙地 20~40% 新雪 80~85% +30~35%  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