双面光伏组件的产业化研究

国家电投集团西安太阳能电力有限公司 ■ 苗林 宋志成 董鹏

0 引言

双面光伏组件是正面和背面均可发电的组件，与单面光伏组件相比，其具有提高发电量和系统发电效率(PR)值，进而降低度电成本的优点。双面光伏组件的产业化产品主要集中在p型钝化发射极和背面电池 (PERC)、n型钝化发射极背表面全扩散 (PERT)和n型异质结(HIT) 3种太阳电池类型。受HIT太阳电池制作过程的成本制约，除日本松下公司外，n型HIT光伏组件并未大规模应用[1]。伴随着电池技术的进步，可采用p型PERC和n型PERT技术制造双面太阳电池，进一步制造双面光伏组件。由于双面太阳电池本身具有的成本优势，预测会快速推动双面光伏组件的技术发展及应用。

本文对p型PERC和n型PERT太阳电池及其光伏组件进行了研究，并阐述了二者的产业化情况。

1 双面太阳电池

1.1 p型PERC双面太阳电池

p型PERC双面太阳电池是在p型PERC单面太阳电池的基础上进行了改进，二者的主要区别在于背面图形的设计和辅材的选择。p型PERC双面太阳电池主要是将p型PERC单面太阳电池的背面铝背场变为铝栅线，从而实现了双面吸收光线的效果，同时为避免电池背面接触电阻过大，其加大了激光开槽密度[2]。

图1 p型PERC单面与双面太阳电池结构示意图

由图1可知，两种电池在工艺路线上极为接近，通过对现有的p型PERC单面太阳电池的产线进行改造，即可生产p型PERC双面太阳电池。图2为p型PERC单面与双面太阳电池的工艺流程图。

图2 p型PERC单面与双面太阳电池工艺流程图

1.2 n型PERT双面太阳电池

为了进一步降低p型PERC双面太阳电池的背面接触电阻，从而提高电池效率，于是对p型PERC双面太阳电池背面接触区域进行扩散，从而产生了n型PERT双面太阳电池结构。

图3 n型PERT双面太阳电池结构

n型PERT双面太阳电池的工艺流程比常规太阳电池的工艺流程略为复杂，其中产业化的关键技术有2个，一个是双面掺杂技术，另一个是双面钝化技术。

2 双面光伏组件

双面光伏组件是由双面太阳电池制作而成。1)在设计方面，由于双面光伏组件的尺寸较大，长边方向的接线盒会存在遮挡问题；而且在加装边框的情况下，长边和短边方向的边框也会存在遮挡问题。2)背板材料的选择方面，无论是采用玻璃还是透明背板，背面盖板均需选用透明材料。由于目前透明背板的开发商较少，且其价格较高，相对于采用无极材料的玻璃来说，玻璃背板是较好的选择(本文以此类背板制成的双面光伏组件为例进行分析讨论)。3)封装材料的选择方面，结合光伏衰减PID试验的情况，POE材料是较好的选择。

图4 组件封装工艺流程图

在电池背面功率不同、背面玻璃是否镀膜等情况下，p型PERC双面光伏组件的背面功率在STC状态下可达到正面的65%～75%；同样情况下，n型PERC双面光伏组件的背面功率在STC状态下可达到正面的80%～90%。

3 应用情况下的对比

3.1 不同光伏组件的单瓦发电量对比

项目1#为总装机容量65.9 kW的分布式光伏发电系统，由54块p型PERC双面光伏组件、54块n型PERT双面光伏组件及112块常规单面光伏组件构成。

图5 项目1#现场示意图

本项目采用用户侧上网的方式。由于逆变器输出电压为800 V，所以各组串通过直流电缆接入1500 V逆变器后，需通过交流电缆引入隔离变压器，将电压降至400 V，然后接入电表后再接至低压用户端。

对该项目2018年1月1日～2月8日的发电量数据进行了收集，如图6所示。

从图6中的趋势可以看出，n型PERT双面光伏组件比p型PERC双面光伏组件的发电量高。对数据进行统计后可发现，n型PERT双面光伏组件平均单瓦发电量为0.00324 kWh，p型PERC的为0.00306 kWh，常规单面光伏组件为0.00276 kWh；n型PERT双面光伏组件较p型PERC的单瓦发电量增益5.76%，较常规单面光伏组件增益17.23%。

图6 不同组件单瓦发电量对比

3.2 弱光下的响应

项目2#选用固定可调式光伏支架、微型逆变器、独立检测系统等，分别安装有n型PERT双面光伏组件、p型PERC双面光伏组件及常规单面光伏组件。

图7 项目2#安装图

受天气影响2018年1月2-5日、22-28日，项目所在地光照不足。统计了1月2-28日光伏组件的发电量情况后可以发现，在辐照度不足时，n型PERT双面光伏组件的发电量要高于p型PERC双面光伏组件，弱光响应好，双面光伏组件的发电量要高于常规单面光伏组件，具体如图8所示。

3.3 组件温度的对比

图8 光伏组件弱光下的发电量对比情况

对上述两个项目发电时光伏组件的温度进行采集可以发现，在较高辐照度时，双面光伏组件的工作温度低于常规单面光伏组件；在低辐照度时，双面光伏组件的工作温度高于常规单面光伏组件，如图9所示，这可能是因为低辐照度下双面光伏组件仍能较好地发电所致。

图9 不同类型光伏组件的工作温度对比图

4 结论

本文通过对p型PERC双面光伏组件、n型PERT双面光伏组件及常规单面光伏组件进行对比后发现，n型PERT双面光伏组件的单瓦发电量优于p型PERC双面光伏组件及常规单面光伏组件，同时弱光响应较好；在较高辐照度时，双面光伏组件的工作温度低于常规单面光伏组件。