单、多晶组件衰减及发电成本对比分析 (1)

阿特斯阳光电力集团近期将推出系列文章,从单多晶材料的原理,单多晶系统的度电成本和实际电站案例测试数据,分析单多晶的各自优势。我们提倡行业同仁秉承科学公正的态度,通过技术的交流,相互提携、竞争、促进,从而进一步扩大光伏市场,让太阳能进入世界能源领域的甲级队。同时,我们也希望通过度电成本的降低来早日实现发电侧的平价上网,推动全球太阳能行业继续蓬勃发展。

单晶硅和多晶硅光伏电池组件已有几十年的电站发电历史,技术相对成熟,学术界对单、多晶技术各自的优劣之处也早有共识:单晶的光电转化效率相对高一些;多晶的衰减小,度电成本低。

组件光致衰减由两部分组成:

初始衰减和老化衰减

1) 初始衰减

Light Induced Degradation,LID

光致衰减,俗称初始衰减,产生的本质原因是太阳能电池受到光照后,材料内部产生了硼氧复合体,降低了少子的寿命。掺硼晶硅中的替位硼和间隙氧在光照下激发形成的较深能级缺陷引起载流子复合和电池性能衰退,造成光伏组件在初始应用的几天内输出功率发生急剧性下降,这种现象称为光致衰减。在一段时间(一般2~3个月)后输出功率逐渐稳定。

光致衰减LID的多少直接和硅晶体中的氧含量成正比。 多晶和单晶硅片中均含有氧,但多晶的氧含量要比单晶低很多。在多晶铸锭或CZ直拉单晶过程中,氧主要是通过坩埚界面扩散到液态熔融硅中。相对于多晶铸锭, CZ单晶硅投料量少,硅和坩埚的相对接触面积要大; CZ单晶拉晶时间长,氧有更多的时间扩散到液态硅中。一般CZ单晶的氧含量在15—20ppm范围,而铸锭多晶可控制在2ppm左右。另外,多晶晶界中的大量悬挂键复合了大部分的氧原子,从而使间隙氧原子的数量进一步降低。多晶电池片的平均光致衰减大约为1-1.1%左右,而单晶电池片平均光致衰减至少在1.6-2%以上,尤其是近一年来部分厂家为了快速降低单晶成本而开发的快拉单晶和坩埚长时间使用,导致间隙氧更高。以阿特斯自2016年8月以来对第三方组件的实际监控数据来看,多晶组件的平均光衰为1.2%,而同期单晶组件的平均光衰高达2.2%,两者差别为1%,部分厂商的硅片所做成的电池片光致衰减甚至高达3%以上。

多晶和单晶组件光致衰减差异的另一个佐证是组件质保第一年的衰减率。从下图可以看出,国内各厂对多晶组件的质保首年衰减均为2.5%,而单晶为3-3.5%,两者差别为0.5-1%,与大量电站发电的实际测试数据基本吻合。

单、多晶组件衰减及发电成本对比分析 (1)

2)老化衰减

老化衰减指光伏组件长期应用中出现的缓慢的衰减,主要是封装材料老化造成的衰减,其衰减速度与光伏组件的生产工艺和封装材料,组件应用地环境成正相关。其中常见的开裂,外观变黄,风沙磨损,热斑等都可能加速组件功率衰减。根据2012年6月美国NREL实验室出了一份关于光伏组件衰减的研究报告《Photovoltaic degradation rates-An analytical review》,单、多晶组件在年度老化衰减率之间并无明显区别,更主要是取决于不同生产厂家的质量控制及生产工艺等非电池类型因素。

总结:

1.组件衰减由两部分组成:初始衰减和老化衰减

2.光致衰减产生的本质原因是太阳能电池受到光照后材料内部产生了硼氧复合体,降低了少子的寿命。

3.全球各厂的多晶组件质保衰减均为2.5%, 而单晶组件为3-3.5%
 
 
来自:阿特斯电力

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