雙面光伏組件在未來將有廣闊的應(yīng)用前景

:介紹了光伏市場上3種主要的雙面光伏組件：單晶n型雙面光伏組件、單晶PERC雙面光伏組件、異質(zhì)結(jié)(HIT或HJT)雙面光伏組件，分析了雙面光伏組件的應(yīng)用特點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)前光伏行業(yè)的政策和發(fā)展方向分析了雙面光伏組件的應(yīng)用前景。

1、雙面光伏組件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1結(jié)構(gòu)

常規(guī)光伏組件只能正面接收太陽光線來發(fā)電，而雙面光伏組件由于特殊的電池結(jié)構(gòu)和透明的背板材料，使其除了正面發(fā)電外，背面也可有效利用接收到的光線來發(fā)電，這些光線包含地面的反射光、大氣中的散射光、空氣中粉塵的反射光、周圍建筑物的反射光等。通常雙面光伏組件的雙面發(fā)電特性使其可比常規(guī)光伏組件發(fā)出更多的電能。

20世紀(jì)70年代，基于p+pn+或p+nn+結(jié)構(gòu)的雙面受光晶體硅太陽電池的結(jié)構(gòu)被正式提出。

1994年Moehlecke等在第一屆世界光伏會(huì)議上介紹了基于p+nn+結(jié)構(gòu)的雙面太陽電池，該電池的正面轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了19.1%，背面轉(zhuǎn)換效率為18.1%。世界各國研究人員陸續(xù)在鈍化、絲網(wǎng)印刷、摻雜擴(kuò)散等技術(shù)方面取得進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了雙面光伏組件的工業(yè)化生產(chǎn)。

目前市場上的雙面光伏組件主要有單晶n型雙面光伏組件、單晶PERC雙面光伏組件、異質(zhì)結(jié)(HIT或HJT)雙面光伏組件3類。

1)單晶n型雙面光伏組件。圖1為基于磷摻雜的n型硅制備成p+nn+結(jié)構(gòu)的雙面太陽電池，其采用硼擴(kuò)散摻雜制備發(fā)射極，磷擴(kuò)散摻雜制備n+背場。由于n+磷背場代替常規(guī)p型硅太陽電池用鋁漿印刷技術(shù)形成的鋁背場，背面電極也采用與正面電極相同的柵線結(jié)構(gòu)，使電池前后表面都能吸收光線[2]，實(shí)現(xiàn)雙面發(fā)電。同時(shí)，組件背板采用2.5mm厚的透明玻璃使背面光線能進(jìn)入電池片。單晶n型雙面光伏組件的正面轉(zhuǎn)換效率為18.34%，背面轉(zhuǎn)換效率為15.59%，組件綜合轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.90%。該類組件的生產(chǎn)廠家主要有英利綠色能源控股有限公司、蘇州中來光伏新材股份有限公司等。

2)單晶PERC雙面光伏組件。圖2為單晶PERC雙面太陽電池結(jié)構(gòu)。PERC電池即鈍化發(fā)射及背局部接觸電池，采用Al2O3膜對(duì)電池背表面進(jìn)行鈍化以提高電池轉(zhuǎn)換效率。普通的PERC電池只能正面發(fā)電，PERC雙面電池是將普通PERC電池不透光的背面鋁換成局部鋁柵線，實(shí)現(xiàn)電池背面透光，同時(shí)采用2.5mm厚透明玻璃背板，制成PERC雙面組件，這樣來自地面等的反射光就能夠被組件吸收。單晶PERC雙面光伏組件的正面轉(zhuǎn)換效率為18.31%，背面轉(zhuǎn)換效率為11.90%，組件綜合轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.50%。該類組件的生產(chǎn)廠家主要有樂葉光伏科技有限公司、晶澳太陽能有限公司、天合光能股份有限公司等。

3)異質(zhì)結(jié)(HIT或HJT)雙面光伏組件。圖3為異質(zhì)結(jié)(HIT或HJT)太陽電池結(jié)構(gòu)，其中間襯底為n型晶體硅，經(jīng)過清洗制絨的n型c-Si正面依次沉積厚度為5～10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)、p型非晶硅薄膜(p-a-Si:H)，從而形成p-n異質(zhì)結(jié)。在硅片背表面依次沉積厚度為5～10nm的i-a-Si:H薄膜、n型非晶硅薄膜(n-a-Si:H)形成背表面場。在摻雜a-Si:H薄膜的兩側(cè)，再沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)，最后通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)在兩側(cè)的層形成金屬集電極[3]。這樣電池的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，正反面受光后都能發(fā)電，同時(shí)組件背板采用2.5mm厚的透明玻璃，就制成了雙面光伏組件。整個(gè)制備過程都是在200℃下的溫度中進(jìn)行，以避免高溫工藝對(duì)硅片造成損傷。異質(zhì)結(jié)雙面光伏組件是3種雙面光伏組件中工藝成本最高的，量產(chǎn)成本在4.2元/W以上。該類組件的生產(chǎn)廠家主要有新奧能源控股有限公司、晉能清潔能源有限公司等。

1.2特點(diǎn)

1)背面可發(fā)電。雙面光伏組件背面能利用來自地面等的反射光發(fā)電，地面反射率越高，電池背面接收的光線越強(qiáng)，發(fā)電效果越好。常見的地面反射率有：草地為15%～25%、混凝土為25%～35%、濕雪為55%～75%。雙面光伏組件在草地上應(yīng)用能使發(fā)電量提高8%～10%，而在雪地上最高可使發(fā)電量提高30%。

2)加快冬季組件覆雪融化。常規(guī)光伏組件在冬天被雪覆蓋后，若積雪不能被及時(shí)清理，組件在持續(xù)的低溫環(huán)境中很容易結(jié)冰，不但嚴(yán)重影響發(fā)電效率，而且極有可能對(duì)組件造成不可預(yù)估的損害。而雙面光伏組件在正面被雪覆蓋后，因組件背面可接收來自雪地的反射光而發(fā)電發(fā)熱，加快了積雪的融化和滑落，可提高發(fā)電量。

3)雙玻組件。雙面光伏組件的背板一般采用透明玻璃，可稱為雙玻組件。雙玻組件在1500V光伏系統(tǒng)中可以減少匯流箱、電纜等的用量，降低初期系統(tǒng)投資成本。同時(shí)，由于玻璃透水率幾乎為零，不需要考慮水汽進(jìn)入組件誘發(fā)PID而導(dǎo)致的輸出功率下降的問題;且該類組件對(duì)環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，適用于建設(shè)在較多酸雨或鹽霧大的地區(qū)的光伏電站。

4)安裝方向和場所靈活。由于組件正面和背面都能受光發(fā)電，在垂直放置條件下發(fā)電效益是一般組件的1.5倍以上[4]，而且受安裝方向的影響很小，適用于安裝方式受限制的合，如護(hù)欄、隔音墻、BIPV系統(tǒng)等。

5)特殊的支架形式需求。常規(guī)支架形式會(huì)遮擋雙面光伏組件背面，不僅減少背面光線，而且會(huì)造成組件內(nèi)電池片間串聯(lián)失配，影響發(fā)電效果。雙面光伏組件的支架應(yīng)設(shè)計(jì)成“鏡框”形式，避免遮擋組件背面。圖4為雙面光伏組件安裝完成圖。

2、雙面光伏組件的認(rèn)證進(jìn)展

目前，國際上的光伏行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)傳統(tǒng)的單面發(fā)電的產(chǎn)品編寫的，不適用于評(píng)估雙面發(fā)電的光伏組件的性能，也無法準(zhǔn)確測試雙面光伏組件的電性能參數(shù)。這就影響了組件功率的標(biāo)示，使買賣雙方對(duì)于功率的理解存在很大分歧;而這樣的功率標(biāo)示認(rèn)知差異也會(huì)直接影響終端系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)和規(guī)劃產(chǎn)生困難。國內(nèi)外檢測證機(jī)構(gòu)已就這一問題開展了研究工作，并取得一定成果。國際第三方檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)TÜV正在與英利、中來等國內(nèi)組件企業(yè)就雙面組件光伏測試流程、功率標(biāo)定方法、測試報(bào)告和組件牌等方面開展研究合作，預(yù)計(jì)在不久的將來就能推出雙面光伏組件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。國內(nèi)認(rèn)證機(jī)構(gòu)如北京鑒衡認(rèn)證中心(CGC)已于2016年11月發(fā)布了《雙面發(fā)電光伏組件電性能參數(shù)測試方法》，該測試方法定義了雙面光伏組件、雙面發(fā)電增益率，并總結(jié)了雙面光伏組件的測試方法。同年12月，英利的“熊貓”n型雙面光伏組件獲得CGC頒發(fā)的行業(yè)首張雙面發(fā)電產(chǎn)品認(rèn)證證書。

3、雙面光伏組件的政策

國家能源局發(fā)布的《太陽能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》再次明確將實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電降本增效列為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要目標(biāo)。到2020年，光伏發(fā)電電價(jià)水平達(dá)到0.4～0.5元/kWh以下，實(shí)現(xiàn)用電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要在設(shè)備和應(yīng)用方案方面不斷創(chuàng)新來降低度電成本。根據(jù)國家能源局、工業(yè)和信息化部、國家認(rèn)證委《關(guān)于提高主要光伏產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)并加強(qiáng)監(jiān)管工作的通知》，先進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用基地采用的多晶硅光伏組件和單晶硅光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率“領(lǐng)跑者”技術(shù)指標(biāo)分別提升至17%和7.8%。而常規(guī)光伏組件無法滿足這一技術(shù)指標(biāo)，必須選用雙面光伏組件等高效光伏組件。

4、雙面光伏組件的應(yīng)用前景

雙面光伏組件背面能帶來額外的發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)光伏電站的降本增效，不僅符合“領(lǐng)跑者”技術(shù)指標(biāo)，也符合光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)，對(duì)加快實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)具有重要意義。前單晶n型雙面光伏組件和單晶PERC雙面光伏組件國內(nèi)產(chǎn)能均已超過GW，價(jià)格逐漸逼近常規(guī)光伏組件，檢測認(rèn)證方法正在完善，應(yīng)用方案也日漸成熟。國內(nèi)已經(jīng)有大面積應(yīng)用案例，如大同熊貓電站采用30MW的單晶n型雙面光伏組件，根據(jù)PERC光伏組件每W發(fā)電量高出約10%?？梢灶A(yù)見，雙面光伏組件在未來將有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)際累計(jì)發(fā)電數(shù)據(jù)顯示，其比單面的PERC光伏組件每W發(fā)電量高出約10%。可以預(yù)見，雙面光伏組件在未來將有廣闊的應(yīng)用前景。

原標(biāo)題:雙面光伏組件介紹及其應(yīng)用前景分析