N型双面太阳能电池透明背板型组件发电性能研究

于波　宋登元　孙仲刚　刘克铭　荣丹丹

摘要：研究采用N型双面太阳能电池和透明背板封装光伏组件发电性能。建立了对比发电系统，对比系统为：N型单面标准组件—微型逆变器—电网；研究系统为：透明背板组件—微型逆变器—电网；在相同气候条件下对比在相同功率下的N型单面标准组件和透明背板组件的发电量性能对比分析。在户外测试六个月时间，双面发电组件的发电量高于标准组件的发电量2.61%-6.72%。这说明N型双面太阳能电池透明背板型组件应用前景广，适用于屋顶及大型地面系统。

关键词：N型双面电池；透明背板型组件；发电性能研究

N型电池是晶体硅电池中高效率、低成本的光伏技术。该技术在商业化及市场应用上具有很强的市场竞争力。和传统P型电池相比，N型电池具有较高Isc，Voc和FF。研发了双面发电前表面硼发射极高效率N型Si太阳电池及组件（被命名为PANDA“熊猫”技术），目前已大规模工业化生产，成为继美国Sunpower公司和日本三洋公司之后第3个能够实现大规模工业化生产的N-Si电池和组件。该电池具有与普通P型Si电池相同的结构。制备过程采用碱制绒N型单晶Si片，通过硼磷共扩散在前表面形成硼掺杂P+发射极以及在背面形成磷掺杂N+背面场。PECVD技术在前后表面制备钝化和减反射薄膜，双面丝网印刷金属栅线完成电极的制备。该电池具有高效率、低成本和双面发电的特点。

双面太阳电池最初被设计应用在航天领域中，随着科学技术的不断发展，现在已经发展到民用阶段。双面太阳电池凭借着独特的制备工艺以及双面受光可以获得更多电能的特点，获得了广泛关注。

本文描述标准组件是由焊带将N型双面电池连接，正面采用钢化玻璃，背面是不透明的背板，采用封装材料，安装接线盒和铝边框形成的构件。透明背板型组件是由焊带将N型双面电池连接，正面采用钢化玻璃，背面是透明的背板，采用封装材料，安装接线盒和铝边框形成的构件。透明背板型组件可以有效利用双面发电特性，在与标准的组件相比较，在同等的条件下，输出较高的发电量。

1N型双面电池结构和组件优势

1.1N型双面电池结构

这类电池是N型硅片掺磷作为衬底。与标准的P型（掺硼）晶体硅电池，N型硅电池有两大优势。第一，他们不会出现硼氧复合对带来的光致衰减，标准的P型晶体硅电池在安装在户外一段时间内，将有1-3%的功率衰减。第二，N型硅片具有很高的载流子寿命。N型双面电池结构如图1所示：

1.2N型双面发电组件优势

N型组件效率比传统的P型组件效率高。N型硅的金属离子是移动载流子的多子。特殊形式的被钝化提高在红外光的量子效率.N型组件显示较高的组件输出在低辐照度下，如早晨和晚上。與P型组件相比，N型组件具有较低的温度系数，较高的功率输出在阳光充足的晴朗天气。N型组件没有硼氧复合对引起的初始光衰减。

2.透明背板型组件

2.1透明背板型组件特性

发明透明背板是为了适用于在BIPV的应用和双面电池的应用。价格较贵的PVB封装材料被BIPV的应用。较便宜的封装材料，如EVA和聚烯烃材料被应用在其它领域。基于双面电池，来自于地面和雪反射的红外光，可以让背面电池接受这些光，来提高组件的功率输出。几个研究院所的研究表明，组件功率的提高约于30%。除此之外，传统的工艺就可以满足透明背板组件的生产工艺，不需要额外的工艺改进和设备投入。

2.2光伏系统发电特性对比分析

建立一个双面发电组件的户外测试对比系统，来分析功率输出特性。双面发电组件和标准组件的发电参数被收集。在透明背板组件的应用中，组件的正面可以接收阳光，同时部分光线来自地面的反射到达组件的背面。与标准的组件相比，提高组件的功率输出。而且，在光谱的红外光穿过透明背板。因为，该组件的温度低于标准组件在同等的条件下。这个特点也能提高组件的功率输出。

2.3双面发电组件发电特性

发电特性用下面公式进行描述：

P=（Hfhf+Hrhr）EsEt

Et=1+α（tr-25）

P：代表组件电力输出功率，Hf：代表组件正面辐照强度，Hr：代表组件背面辐照强度，hf：系统正面发电系数，hr：系统背面发电系数，Es：系统补偿系数，Et：温度补偿系数考虑标准组件和透明背板型组件（双面发电）发电量对比，所以不考虑其它参数变化的影响。根据以上公式可以看出透明背板型组件的发电，受背面辐照强度影响到发电量。根据发电量的影响因素，对每天发电量进行对比分析，如：晴天，晴天到多云，多云天气，进行发电量对比分析。对比6个月的发电量，每个月发电量对比分析。

3.户外测试

3.1组件发电特性测量

建立两个相同配置的系统，安装地点保定市英利三期5号厂房屋顶，分析系统采用一块285瓦透明背板型组件，方向朝南，组件倾角是45度，采用一台300瓦具有监控系统微型逆变器，直接连接并网，同时采用辐照传感器和温度传感器进行采用。参考系统采用一块285瓦标准组件，方向朝南，组件倾角是45度，采用一台300瓦有监控系统微型逆变器，直接连接并网。

3.1.1发电量对比

3.1.1.1每天发电量对比输出

这些数据基于在试验场6个月的数据统计。在晴天和阴雨天，在晴天每日发电量提高幅度低于在阴雨天。主要原因是阴雨天的光的辐照的度的影响，来自于地面漫反射阴天比晴朗的天气高。

3.晴天到多云阴天天气，透明背板型组件和标准组件

3.1.1.26个月系统发电量分析

透明背板组件和标准组件在保定测试6个月，这个数据的采集应用自动跟踪系统。数据如表1所示，分析图表如图8所示。通过6个月的数据统计，透明背板型组件每个月的发电量都高于标准组件的发电量。

在6个月的测试中，从2014年6月到11月份，透明背板型组件比标准组件的发电量增益是2.61%-6.72%。功率输出较高是在阴雨天和弱光下。同时，在同一位置透明背板组件的温度比标准组件的温度低3度，这也是该发电量较高的原因之一。温度对组件性能的影响，将在以后工作中进行研究。透明背板组件可以提高系统效率，尤其在日照充足地区，随着光伏发电成本快速下降，在提高综合经济指标方面有很大潜力。不同天气的地面反射情况不同，发电量增益值也会相应变化，所以透明背板组件适合用在漫反射多的地区，在阴雨天与白背板组件发电量差异较大。在阴雨即光线较弱时增益比例比晴天時更大，其主要原因是云天的漫射辐射反而会使地表的反照率较大，比少云或者晴天的辐照强度大的结果；户外单体对比试验得知，采集晴天、晴间多云以及多云的不同天气状况的日发电量，在晴天和多云天气，透明背板光伏组件发电量增益值较低，而在阴雨天增益值较大，主要原因是云天辐照度受云量和云的几何、光学特性的影响而波动较大，当天空云量较多和不被遮蔽太阳光辐射时，阴天漫射辐射致使地表的反照率较大，出现比少云甚至晴天的辐照量大的结果。

4结论

本文是对透明背板组件和标准组件的发电量进行分析。在发电量上透明背板组件具有一定优势，功率增益至少在2.61%以上，因此该产品具有好的应用前景。透明背板组件是有效利用双面发电组件的优势。这个发电量的提高是在真正的应用中。透明背板型组件功率输出降低了背面的反射在用测试仪测试中。现在，正在研究透明背板中的PET和PET和氟膜中的胶，耐紫外，耐老化能力。

参考文献

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