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2017年底全球PERC产能有望超20GW PERC电池转换效率接近24%
2017-10-19 15:40:24   来源:PVCEC   作者:张龙采编  点击:

2017年10月17日-19日,2017中国光伏大会暨展览会(PVCEC2017)在北京隆重召开。在18日上午的创新剧场【光伏产品质量及可靠性】论坛上隆基乐叶产品营销总监王梦松出席并做主题演讲。王梦松表示,PERC效率的提升前景从现在所有主流的研究机构来看,PERC提升效率非常大,预期在4到5年之内,主流的电池转换效率提升到23.5%,甚至接近24%的水平,未来要叠加,包括像选择性发射极的技术、ICE技术,包括多主栅。从全球的产能布局来看,今年年底全球的PERC产能可以做到20GW以上,预计在明年产能会有一个更进一步的增长,预期会到30到45个GWPERC产能,因为传统的PERC和双面PERC具有高度的产能兼容,这些产能都是很容易改成双面的PERC技术。

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以下为发言实录:

王梦松:各位嘉宾,各位专家大家下午好,我这边给大家分享一下基于PERC双面组件的一些特性,首先把PERC双面技术做一个简单的介绍,针对双面技术的双面产品特性做一个介绍,第三部分把实际的案例,发电的应用做一个分享,最后简单的谈一下针对双面组件在系统设计方面要注意什么样的问题。

首先简单介绍一下双面PERC技术,因为PERC大家知道是被动化的特性,可以降低表面复合,增加对长波的吸收,另外PERC这个技术在长波段有更好的光波响应,另外因为PERC它由于背面是个局部被接触,所以电荷有一定的增加。这是PERC电池生产基本的工艺过程,可以看到标准的PERC电池工艺过程不是很复杂,在现有的产线上基本上增加两道工序,一道被动画,另外一个激光开槽,这样可以实现PERC的工艺,如果在现有的PERC工艺上只要稍加一些改进,把背面激光开槽之后的印刷铝背场这个工艺改成印刷局部铝三栅线,这样可以把PERC电池做成双面的技术,利用背面的光进行发电。

这是双面电池基本的构,正面跟现有的结构没有太大变化,就是在背面采用铝三栅线的模式,现在行业里平均的PERC的双面如果是用单晶可以做到70%以上,比较高的企业可以做到75%以上,这是市场上主流的,结合黑硅技术的话,现在可以做到19.2,叠加PERC,如果是多晶黑硅叠加PERC可以做到19.8%,如果综合考虑以平均10%的增益叠加,综合效率可以做到23.3%这样的水平。对于双面背面的发电量的数据,其实很多机构都做了一些研究,结合不同的地面反射率,包括安装的高度就会有不同反射的增益结果,这个可以在早期之前没有实际数据的时候可以做参考,因为PERC技术一些简单的优势主要是低辐照比较好,温度系数比较好,从正面来说也有发电量的增益。

这边可以提一下,PERC效率的提升前景从现在所有主流的研究机构来看,PERC提升效率还是非常大的,预期在4到5年之内,主流的电池转换效率提升到23.5%,甚至接近24%的水平,未来要叠加,包括像选择性发射极的技术、ICE技术,包括多主栅。

从全球的产能布局来看,今年年底全球的PERC产能可以做到20GW以上,预计在明年产能会有一个更进一步的增长,预期会到30到45个GWPERC产能,因为传统的PERC和双面PERC具有高度的产能兼容,这些产能都是很容易改成双面的PERC技术。

简单看一下双面PERC产品的特性包括可靠性的因素,双面的PERC技术秉承了PERC高效特性,平均量产效率可以做到21.2%、21.3%以上,从组件的功率来看,如果是60片的组件,主流的功率档位可以在300瓦以上。从衰减的性能看,之前大家都对PERC的衰减做了很多的研究,包括像我们王文静老师做了很深的研究,相对来说在单晶PERC上相对简单一些,主要是硼氧负荷的原因,可以很好的解决,从实际测试数据也可以看到,经过低衰减处理的PERC在60千瓦时的辐照度可以维持在很低的水准。

这是产线衰减的测试数据的抽测情况,可以看到它的平均值基本上都在1%以下,从PERC单瓦发电量来看,相对于普通的背场PERC组件平均发电增益高处3%,单瓦的发电量,这个包括在弱光性,发电的增益都有体现,在辐照度比较低的情况下,有明显增高的趋势,相对来说在不同月平均温度可以看到平均PERC的工作温度比常规的组件温度大概低三到四度的范围,加上它的温度系数的特性,所以它在温度上升的时候,造成的温升水湿也会更低。

从双面PERC来看,在现有单面的基础上会有一定增益,结合不同场景反射率的情况会有一定的增益。双面PERC是采用双玻封装,对双玻安装比较困难,如果没有边框的保护,可能会受到运输、安装环节的碰撞,会产生一些破损,包括比如说水汽透过的问题,为了避免可靠性的风险,我们是推荐在双面组件上采用一种边框的安装方式,虽然一定程度上增加一些成本,但是从综合的可靠性和便于安装的角度去考虑,可以为系统端带来更高的附加值,同时双面组件有比较好的跟踪系统的配合效应,如果加上边框可以更好的用在跟踪系统上,包括有边框之后它的特性可以第一个减少破损,第二个防止因为安装点受力不均匀,比较容易造成玻璃长期使用中的破坏的。另外可以配合硅胶防止水汽的进入,包括很好支持1500伏的系统,加上边框大家会担心组件重量会更加重,所以后续我觉得双面的玻璃趋势会进一步减薄,从第一代的厂家主要是2.5毫米的玻璃,现在基本上回到第二代都会到2毫米的玻璃,而且后续这个趋势有望进一步减薄。

从双玻组件的封装上来看,如果采用POE封装方式的话,它的可靠性和稳定性方面有一个明显的优势,大家知道EVA本身在长期的紫外线照射下会产生分解,产生醋酸和水,因为玻璃本身没有水汽透过的,所以是存在一定的可靠性隐患,如果是背板封装方式,背板有一定水汽透过率,但是玻璃基本上是零水汽透过率,EVA难以出去,这样对可靠性还会产生影响,包括稳定性,另外一点从抗PID这个性能来看,因为双面组件PID正面反面都要做PID测试,从PID的测试,POE有更好的性能,这是结合PID包括一些可靠性测试的数据可以看到,采用POE方式的封装都有更好的特性,行业里还没有成文的标准,基本厂家都会把正面和背面,从可靠性上,不管做DHTC,或者是做PID,都会单独拿出来测试。还有一个特点,在PID双面组件背面相对来说失效的风险会更大一点,所以采用POE这种封装可以最大程度减少PID发生的风险。

谈到衰减,刚才我也说了,因为采用PERC技术,相对在单晶上衰减几率比较简单,只要解决硼氧负荷的问题,就可以比较好的解决衰减的问题,光衰的问题,基于这个机理,无论采用掺加的技术,都可以做到低于2%的衰减,首年衰减不低于2%,因为双玻,玻璃背板有更好的可靠性,耐腐蚀、耐紫外线,所以衰减率比背板要低的,从之前几年做的大型双玻项目,拿到几年的数据都可以得到印证。所以对于双玻的产品我们敢做出这样的质保,这个是比普通组件的0.55到0.6的衰减率更低,因为双玻可靠性更好,行业里都是给出30年的行业质保,综合下来之后综合功率还高于初始功率84.95%这样的水平。

从电池的效率提升上可以看到,产线目前标准平均效率在21.3%,如果采用一些更先进的技术,在一些示范线上可以做到22%以上的平均效率,按照双面PERC的效率路线图,到今年年底产线上可以做到23.5%的效率,基本2019年效率可以做到23%以上,这也印证PERC这个技术还有非常巨大的效率提升的空间。

从度电成本上来看,现在双面PERC技术,因为它兼顾了高效和较低的生产成本,所以在现阶段是度电成本最低也是性价比解决最高的方案,对比PERT效率上有一定的优势,对比HIT在成本上还是具有明显的优势。

未来的组件封装技术还会进一步发展,从现在这个趋势来看,叠片这个方案会逐渐的产能上来,慢慢取代现有的传统的焊接的方案,相比来说叠片组件比焊接封装的组件功率可以提升8%左右,另外抗热斑的性能,包括抗引裂的性能会更好,如果结合的话,可以进一步发挥双面高效的特性。

下面分享双面一些实际的案例,这也是从实际案例印证了双面还有高可靠发电输出的特性,第一个案例是在陕西蒲城有一个地面电站,是建在黄土地上的,这个装机容量是19千瓦,采用一个固定倾角,地面高度1米3,从电站运行拿到将近2个月的数据,可以看到平均的相对单面组件,双面的发电量提升了12%以上,这是和大家最初的10%以上的预期是比较吻合的。第二个项目在内蒙古库布齐一个沙漠上,这个系统是双面搭配了斜单轴的跟踪系统,对比的系统是常规组件,加上平单轴的系统,现在这个电站运行已经超过4个月了,从业主方拿到电站的初步数据可以看到6、7、8三个月的发电量,如果双面加上斜单轴综合的发电量比单面加上固定,提升了51.4%,49.9%和43.8%,当然这个和太阳的角度是有关系的,可以看到6月份最高,7、8月有个逐步的下降,应该和太阳的辐照角度有关系,这一块我觉得后续,双面组件它的蒸发和角度的关系,和季节的关系这一块大家后续还会有很多课题是可以研究的。

这是业主方提供的原始数据,这边做过一些修正,我们也是技术人员到现场把现场的情况做了一个比较详细的查看,做了一些修正,因为考虑到有一些差异,包括对比的电站是之前已经建成的,已经运营将近一年了,所以按照2%的衰减进行了修正,另外像大电站系统已经建成的电站读数是读到电表端,业主提供我们的对比组件是从逆变器读的,所以扣除了一定的线损,所以把双面组件实际的出厂功率拿到,有一定的震功差,按照实际的功率进行校正,修正之后可以看到实际的发电量三个月分别是44%,42.7%、36.8%,其中刨除了跟踪系统的因素,跟踪系统大概贡献了22、23、13.8%,这样折算到双面本身功率的提升上可以看到,在沙漠的环境下,配合斜单轴,平均在60%左右,6月份20.7%,20.6%,18.5%,可以看到在沙漠沙地环境下,是有比较好的增益。

第三个是第三方电站,拿到的数据不多,半个月的数据,简单分享一下结果,逻辑和前面是一样的,如果在固定支架的系统上,双面比单面同样的固定支架增加了12.8%,在同样平单轴的系统上,可以看到双面+单面蒸发量是16.8%,这就可以看到在跟踪系统对双面背面的发电量有一个放大的作用,现在大家都在讨论双面加跟踪有一个一加一大于二的效果,对于双面跟踪后续还有很多课题还做,包括配合主流厂家做一些实证的项目,进一步探讨在双面系统端带来的增益。

最后提一下双面系统设计方面的问题,还是要考虑一些特殊的因素,首先设计双面电站的时候,要考虑环境上对光的反射率,因为不同的场景对光的反射率是有差异的,包括水面、草地、干的土地、水泥地、沙地,包括雪地,甚至涂了白涂料的场地,它的反射率都是有一定差异的,上面列的是文献参考的值,还是比较准确的,可以看到草地上差一些,水面上也会差一些,干地,包括像沙地发电的增益会比较好。可以看到双面这个系统组件是比较适合运用于电站的系统,不太适合用于彩钢瓦。如果是做一些反光涂料的处理,会带来显著发电量的提升,后续还会进一步做实证来获取数据。另外双面组装的安装是有一些要求的,从光学模拟的数据来看,当这个组件离地面一米以上,辐照均匀性开始趋于稳定,所以结合实际项目场景来说,我们建议双面组件的离地高度至少要高于0.6米,最佳选择大概是在1米左右。安装倾角上也是有一些差异的,要综合考虑背面和正面的综合贡献,所以初步是建议和单面组件保持一致,但是有一些细微的差异,包括不同的季节也会有差异,后面还有很多工作进一步需要做。因为双面组件背面发电有增益的,安装的时候,安装系统必须考虑背面尽量避免遮挡,如果背面有明显的遮挡,会造成背面增益明显的下降,标配金属边框推荐使用压块或者螺栓在长边安装,根据支架不同情况选择平单轴或者斜单轴。

从逆变器的容量选择上和单面系统设计也要做一些区分,这边有一个参考的数据,平均增益在14.5%,反射率相对比较好的情况下,这个时候在局部的时候可以达到20%和25%,如果是单面和双面组件功率都是350瓦的时候,单面可以达到310,双面可以达到370瓦,这样可以选择逆变器的容配,如果单面组件可以不限功率,双面组件超配如果超过1.2,极有可能出现消风的情况,单面组件超配系统会更到一点,对于逆变器的容量,一二三类地区的话超配比可选择1.1、1.2、1.3,这个当然要结合具体地面的情况,跟踪系统有个特点,在上午和下午这个时段,跟踪系统有效跟踪阳光的角度,所以它在发电量增益最大的时间段,相对来说不是日照最强的时候,所以这种情况下我们建议不需要额外,因为跟踪系统在提高逆变器的容量。根据刚才电站初步的结果也可以看到,跟踪系统对背面的发电是有一定的额外增益,所以组件有一定的倾角可以接受散射光,所以增益也不在。

从组串的电流上可以看到,双面组件共用一个PN结来发电的,所以相对来说它的电流会更大,开压和单面基本一致,电流会有个基本增加,如果双面组件短路电流在背面增益25%的时候,短路电流会接近12N,包括逆变器的组串最大电流也是提升到12N,这也是一个实时单面和双面组件电流和电流增益的统计表,可以看到它的电流增益和发电增益基本上趋势是一致的,因为背面发电主要体现在电流的增加上,平均增益是在14%左右,部分时段电流会达到20%到25%,单面日最高电流是在9.5MPV,它的比例趋势也是一致的。这就是从系统设计上综合的考虑,谢谢大家,我的报告就到这儿。

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