常规、半片、无封装胶膜PERC组件的发电性能比较

前言

光伏器件的研发,有由电池主导转向组件主导的趋势。从功能上讲,组件才是电站基础的发电单元,而太阳能电池只是“故事”的一部分。之所以过去几十年来光伏器件的研发是以电池研发为主导,是因为电池一直是光伏器件性能提升的关键点。最近几年随着电池效率逼近理论值,而成本逐渐下降,提效降本的牙膏必须要往电池的下端,也就是组件去挤了。组件技术能创造多大的价值?Thomson等研究学者为我们提供了一个横向的比较,在采用同样PERC电池的情况下,常规、半片、无封装胶膜几种组件的性能差别一目了然(Opt Quant Electron (2017) 49:82)。

结构设计

半片电池组件是常规全片电池组件的一种有价值的创新。将电池切掉一半以后进行串联,每一个电池串的电流减半,电压提升一倍,可以大幅度降低在串联电阻上的功率损失。这是一种提升制程复杂性换取效率提升的有益尝试,只要收益大于成本,可靠性不打折扣,半片电池组件就具有他自己的价值。

无封装胶膜组件是另一种新尝试。直接把电池片压在前后玻璃之中,省掉了EVA或者其他封装胶膜,极大降低了成本,避免了封装胶膜引起的可靠性问题。

常规、半片、无封装胶膜PERC组件的发电性能比较
性能比较

通过对澳大利亚16个地区的气象信息进行光热电综合建模,全年的发电信息就可以比较出来了。16个地区具有显著的日照、风速、温度差异,但基本上全年发电量具有一致的趋势:PERC有封装胶膜的半片电池组件 > PERC无封装胶膜半片电池组件 > PERC有封装胶膜的全片标准组件 > PERC无封装胶膜的全片组件。发电量最高的PERC有封装胶膜的半片电池组件与发电量最低的PERC无封装胶膜的全片组件相比,全年发电量可以高出10%。

常规、半片、无封装胶膜PERC组件的发电性能比较
性能分析

采用同样的电池技术,发电差别可以达到惊人的10%。兔子提供一个横向比较作为参考:主流厂商全力研发电池新技术新工艺的,电池效率每年大致是3%的相对增益。由此可见组件技术研发的价值。定量分析这个差别最有力的工具是封装损益分析(Cell-to-Module yield ratio, CTMy ratio)。以电池的效率作为基准点,封装后可以导致效率降低的重要因素包括玻璃反光、玻璃寄生吸收、封装胶膜寄生吸收、弱光损失、温度损失、电阻损失等等;导致效率提升的重要因素包括玻璃和封装材料带来的减反射增益、背板增益、栅线和焊带散射增益等等。将每一项损益叠加,就得到了最后的CTMy。

用CTM这个工具,影响性能高低的关键因素就一目了然了:对于半片电池组件技术,电阻损失相当小,背板增益非常大,温度系数也不错,最后得到的CTMy可以达到84%左右。对于无封装胶膜组件,由于玻璃和硅片之间空气介质的折射率(0)比EVA(1.5)要小得多,光波耦合(减反)的增益就要小很多了,对应的反射损失也很大;而没有背板的结果是背板反光的增益就没有了,最后的CTMy只有76%左右。

常规、半片、无封装胶膜PERC组件的发电性能比较
结语

组件设计,已经成为光伏发电性能的关键点。各种组件技术,都是在性能、成本、可靠性的三角形里面寻找优化点。封装损益分析CTMy是寻找这个优化点的有力工具。

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