影響組件發(fā)電量的關(guān)鍵因素到底是什么？

:SNEC展會(huì)上各家展示的高功率組件層出不窮、花樣百出，組件功率越來(lái)越高，400W已經(jīng)算是起步，有的甚至達(dá)到了500W。將組件功率推高，多主柵MBB+半片是一個(gè)重要的技術(shù)路線，業(yè)內(nèi)也對(duì)多主柵組件的發(fā)電性能也展開(kāi)一系列的研究。那么，影響組件發(fā)電量的關(guān)鍵因素究竟是什么？

1. 影響光伏組件發(fā)電量的關(guān)鍵因素

光伏組件的銘牌功率是在STC（standard test condition，即標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件）下的測(cè)試結(jié)果，但參考發(fā)改委劃分的光伏三類(lèi)資源地區(qū)條件可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)際戶(hù)外發(fā)電條件是多種多樣的。即使是相同的光伏組件，在不同的邊界條件下其發(fā)電結(jié)果會(huì)有差異，而不同特性的光伏組件在相同邊界條件下也會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)電結(jié)果。

筆者發(fā)現(xiàn)，近期行業(yè)里針對(duì)弱光發(fā)電性能和IAM性能的討論很多，并結(jié)合了MBB（多主柵）解決方案，耐人尋味。究竟弱光發(fā)電性能和IAM性能有多重要？我們以二類(lèi)資源地區(qū)山西大同為例，根據(jù)實(shí)際工程數(shù)據(jù)及理論仿真對(duì)"影響光伏組件發(fā)電量的關(guān)鍵因素"做了分析：

可以清晰地看到，包括弱光性能、IAM性能等因素在內(nèi)，影響光伏組件發(fā)電量的影響因素多種多樣，目前業(yè)內(nèi)也已創(chuàng)新性地研發(fā)出了清理積灰、散熱、低衰減率、功率優(yōu)化等各種對(duì)應(yīng)的解決方案，產(chǎn)業(yè)技術(shù)百花齊放。但是，從中也可以發(fā)現(xiàn)，弱光性能和IAM性能對(duì)光伏組件發(fā)電量的影響相對(duì)較為有限。

2. 弱光發(fā)電性能≠主柵多少

1)理論技術(shù)分析：

根據(jù)單二極管模型公式，我們可以定義200W/m2下的PR值來(lái)表征光伏組件的弱光性能。

其中k1、k2、k3、k4是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)公式進(jìn)一步的推導(dǎo)可以看出弱光下的PR值會(huì)隨著串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的增大而提升，正常無(wú)明顯缺陷的電池并聯(lián)電阻一般大于300Ω，其對(duì)弱光性能的影響較小，而串聯(lián)電阻的變化對(duì)弱光性能的影響較大。串聯(lián)電阻主要由擴(kuò)散頂區(qū)的表面電阻，電池的體電阻和上、下電極與太陽(yáng)電池之間的歐姆電阻及金屬導(dǎo)體的電阻構(gòu)成，我們?cè)诶硐攵O管的模型基礎(chǔ)上加上一個(gè)等效串聯(lián)電阻Rs，單二極管串聯(lián)電阻等效電路如下：

組件的I-V特性方程如1式：

移項(xiàng)整理后得：

由式（2）知，對(duì)于單二極管串聯(lián)電阻模型，需要光生電流Iph，P-N結(jié)的結(jié)構(gòu)因子A、等效二極管反向飽和電流Io和等效串聯(lián)電阻Rs四個(gè)參數(shù)表示組件的工作特性。在光照強(qiáng)度和P-N結(jié)的溫度不變的情況下，短路電流Isc是組件能產(chǎn)生的最大電流。即V=0時(shí)，

同樣，相同的光照強(qiáng)度和P-N結(jié)溫度情況下，開(kāi)路電壓是組件能產(chǎn)生的最大電壓。即I=0時(shí)，

因此，在一定的光照強(qiáng)度和溫度情況下，組件的輸出功率為：

根據(jù)Matlab模擬的結(jié)果顯示，當(dāng)并聯(lián)電阻足夠大時(shí)，組件串聯(lián)電阻與弱光性能呈現(xiàn)近似線性關(guān)系。影響串聯(lián)電阻的不僅是主柵和細(xì)柵的數(shù)量，還與焊帶截面積、柵線設(shè)計(jì)、電池方阻、焊接工藝等相關(guān)。由此可見(jiàn)，不同的技術(shù)工藝條件會(huì)產(chǎn)生完全不同的結(jié)果，而不能以偏概全。

2)量產(chǎn)數(shù)據(jù)分析：多年前的晶硅光伏組件以2主柵為主，是當(dāng)時(shí)有限的技術(shù)條件下最優(yōu)化的選擇。隨著材料、工藝、設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，主流光伏組件產(chǎn)品的柵線數(shù)量從2根、3根、5根逐漸發(fā)展到了更多主柵。部分光伏領(lǐng)軍企業(yè)早已行動(dòng)，依托更為領(lǐng)先的電池組件技術(shù)率先實(shí)現(xiàn)多主柵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。根據(jù)某知名光伏企業(yè)提供的MBB大規(guī)模量產(chǎn)數(shù)據(jù)，9BB半片組件較5BB半片組件功率提升了2.45%。該企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人表示，他們主流的9BB半片組件產(chǎn)品在主細(xì)柵設(shè)計(jì)、電池和組件工藝技術(shù)上均做了優(yōu)化。盡管由于9BB半片組件焊帶實(shí)際耗量比5BB略低，串聯(lián)電阻略有提升，互聯(lián)條部分的電阻功率損失略大，但通過(guò)在光學(xué)和金屬化設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化，9BB半片組件功率仍然得到大幅提升。

3)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析：

基于理論和量產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，為了驗(yàn)證MBB組件和5主柵組件的弱光性能，某知名光伏企業(yè)在量產(chǎn)的9BB半片組件和5BB半片組件中各抽取3塊組件送至第三方權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示，9BB半片組件在200W/m2下的PR值比5BB半片組件高0.36%，與理論及量產(chǎn)數(shù)據(jù)分析趨勢(shì)保持一致。平均測(cè)試結(jié)果如下：

技術(shù)領(lǐng)先公司能夠在大幅度提升組件效率的同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化電池組件工藝，更全面地保障光伏組件發(fā)電性能的提升。據(jù)此前天合光能公開(kāi)的實(shí)證數(shù)據(jù)顯示，量產(chǎn)的9BB半片組件相比5BB半片組件單瓦發(fā)電能力相對(duì)提升0.46%，表現(xiàn)出相對(duì)更優(yōu)的發(fā)電性能。

4)仿真模擬分析：

基于IEC61853標(biāo)準(zhǔn)對(duì)MBB和5BB組件的測(cè)試結(jié)果，以及分別在新疆哈密、山西大同和廣東廣州三類(lèi)資源地區(qū)的Pvsyst模擬，可以得到下表所示的仿真結(jié)果。在一、二、三類(lèi)資源地區(qū)，MBB組件的弱光性能都更有優(yōu)勢(shì)。

如進(jìn)一步對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以看到在三類(lèi)資源地區(qū)的廣州，200W/m2及以下弱光所占總輻照權(quán)重小于20%；而在一類(lèi)資源地區(qū)的哈密，弱光權(quán)重不到5%。這也從另一個(gè)角度說(shuō)明，弱光性能對(duì)總發(fā)電量的影響其實(shí)是有限的。

3. IAM（入射光傾角因子）性能分析

IAM主要用于表征光伏組件在光線不同角度入射條件下的發(fā)電性能。IAM與柵線數(shù)量的多少無(wú)關(guān)，主要與玻璃減反射涂層、電池減反射層、焊帶大小及形狀引起的微聚光和遮光效應(yīng)相關(guān)。據(jù)某行業(yè)知名專(zhuān)家提供的理論模擬和第三方權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)測(cè)試結(jié)果顯示，MBB半片組件與5BB半片組件在0~90°入射角下的IAM性能幾乎無(wú)差別。

而在光學(xué)有效利用方面，多主柵圓形焊帶相對(duì)傳統(tǒng)5BB平焊帶，可減少焊帶區(qū)域直接遮光面積30%以上；同時(shí)圓焊帶在各個(gè)入射角度下均具有微聚光效應(yīng)，因此圓焊帶遮光區(qū)域的光學(xué)利用率可提升至50%以上。MBB組件光學(xué)性能提升，使得組件功率增益2.45%。

關(guān)于MBB和5BB組件的發(fā)電性能測(cè)試，可以看到一些領(lǐng)先組件公司公開(kāi)資料中的測(cè)試結(jié)果略有差異，有的公司得出MBB較5BB發(fā)電量可提升0.4~1%不等，也有的公司測(cè)試結(jié)果顯示MBB較5BB的發(fā)電量低2.5%。

為何會(huì)有差異？一方面，正是由于影響組件發(fā)電量的因素多種多樣，個(gè)別因素難以起到?jīng)Q定性作用；另一方面，樣本差異、邊界條件差異和測(cè)試方法差異都有可能得出不同結(jié)果。但從已知的理論及公開(kāi)的數(shù)據(jù)來(lái)看，領(lǐng)先組件公司的MBB量產(chǎn)工藝相對(duì)會(huì)成熟一些，對(duì)比量產(chǎn)的MBB與5BB組件，兩者的弱光及IAM性能平均水平并沒(méi)有差異。

即便如此，同一技術(shù)路線下個(gè)體產(chǎn)品的性能仍會(huì)存在差異，拿好的5BB組件去和差的MBB組件做比較，或者用好的MBB組件與差的5BB組件做比較，都不科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。關(guān)于實(shí)證測(cè)試數(shù)據(jù)和組件發(fā)電量的評(píng)估方法，我們將在后續(xù)的文章中做更深入的一些探討。

原標(biāo)題:影響組件發(fā)電量的關(guān)鍵因素是,弱光性能？IAM性能？還是…