大同光伏領跑者項目PERC單晶組件應用分析

孫 杰

晶澳太陽能控股有限公司

大同光伏領跑者項目PERC單晶組件應用分析

孫 杰

晶澳太陽能控股有限公司

2015年，國家能源局為促進先進光伏技術產品應用和產業升級，牽頭推動、實施了光伏扶持專項計劃“領跑者項目”，自此開啟了光伏組件同質化競爭向高效產品的變革之路。該文介紹了PERC技術的原理、工藝流程、產品結構以及PERC單晶的技術優勢，同時還以晶澳大同50MW領跑者項目為例（此項目為目前國內外PERC單晶組件大規模應用的典型案列），分析了PERC單晶組件的實際發電數據，相比于常規多晶組件，在2016年9月至2017年8月期間，PERC單晶組件平均發電量高2.9%左右。該文對PERC單晶組件的應用和推廣提供了積極的指導與參考。

領跑者項目；PERC技術；高溫優勢；弱光優勢

近年來，由于日益嚴重的能源危機和環境危機，太陽能光伏發電引起了人們的廣泛關注[1,2,3]。2013年起，中國光伏組件產能、產量以及年裝機量均躍居世界第一位，2015年起，中國光伏市場總裝機容量超越德國躍居世界第一位，自此中國真正成為光伏組件的制造大國和應用大國。

2015年6月，國家能源局正式批復中國首個光伏“領跑者項目”落戶山西大同，自此開啟了中國制造大國和應用大國向強國的轉型之路，單、多晶光伏組件的轉換效率分別為17%和16.5%。2016年第二批5.5 GW光伏“領跑者項目”組件技術指標和首批大同領跑者項目持平，只是在評分標準上做出了優化。2017年7月，國家能源局、工業和信息化部以及國家認監委聯合下達了《關于提高主要光伏產品技術指標并加強監管工作的通知》，指出第三批“領跑者項目”單、多晶組件轉換效率分別為17.8%和17%，相比之前標準有了較大幅度的提升，并且規定從2017年到2020年，每年將安排8 GW領跑者項目。

圖1 ITRPV光伏電池技術預測圖

PERC（Passivated Emitter and Rear Cell，鈍化發射極背接觸電池）背鈍化技術是目前最成熟、性價比最高的光伏電池提效技術，也是目前能夠滿足領跑者技術指標的核心技術。圖1給出了 ITRPV（International Technology Roadmap for Photovoltaic，國際技術路線圖）最新版技術預測數據[4]，其中BSF技術是指常規鋁背場電池技術，PERC/PERL/PERT技術是指背鈍化電池技術，Si-herterojunction（SHJ）技術是指異質結電池技術，back contact cells技術是指背接觸電池技術，Si-based tandem技術是指硅基疊層電池技術，預計到2020年PERC產品市場占有率將超過40%，但是對于2015年才規模進入市場的PERC產品，目前還缺少大規模應用的實際發電數據。本文對PERC技術做了一個較為系統的介紹，并以晶澳大同領跑者項目為例，對其發電量進行了簡要分析，為PERC技術的發展提供一定的技術依據。

1 PERC技術介紹

PERC電池技術是從常規鋁背場（Al-BSF）技術發展而來，相比于常規電池工藝，PERC電池僅增加了Al2O3背鈍化和激光劃線兩道工序，如圖2所示。Al2O3鈍化層不僅可以降低硅晶表面的缺陷密度，而且還可以降低背表面復合速率，延長少數載流子壽命，從而提升光伏電池的光電轉換效率。激光劃線主要通過一定脈沖寬度的激光去除部分覆蓋在電池背面的鈍化層，使絲網印刷的鋁漿同電池背面的硅形成良好的歐姆接觸，從而使光生電流通過鋁層導出。

PERC背鈍化技術主要通過提升光伏電池的長波響應來提升電池效率，一般情況，單晶電池可提效0.8%～1.2%，多晶電池可提效0.5%～0.8%，這是由于單晶材料具有更低的缺陷密度和雜質含量，載流子壽命較高，因此PERC技術應用到單晶電池上提效更為明顯。

圖2 PERC電池工藝流程圖

2 PERC單晶優勢

光電轉換效率、發電能力和可靠性是評估光伏產品的三大核心指標。PERC電池之所有具有高的電池效率，主要是由于它具有非常優異的光譜響應，如圖3所示，其中紅色曲線和藍色曲線分別代表PERC單晶電池和常規單晶電池，可以看出在900～1 200 nm長波范圍內，PERC單晶具有較高的量子轉換效率。2017年年底，產業化PERC單晶電池轉換效率為21%左右，ITRPV預測2020年將超過22%[4]。

圖3 PERC單晶電池和常規單晶電池量子效率圖

圖4 不同輻照強度PERC單晶和常規單多晶組件轉換效率

光伏組件發電能力主要通過其弱光性能和高溫性能來體現。TUV萊茵給出了不同輻照強度下PERC單晶組件和常規單、多晶組件的轉換效率對比數據，如圖4所示，可以看出輻照強度低于600W/m2時，PERC組件具有突出的弱光發電優勢，尤其輻照強度越低時，發電優勢越明顯。至于高溫優勢，PERC單晶組件和常規單、多晶組件的功率溫度系數分別為0.37%/℃和0.39%/℃，假定組件的工作溫度為60℃時，相比于常規單、多晶組件，PERC單晶組件可多發電1%左右。

可靠性主要通過LID（Light Induced Degradation，光致衰退）和PID（Potential Induced Degradation,電勢誘發衰減）來體現[5]。TUV南德的LID測試結果如圖5所示，通過300 kWh/m2的照度后，PERC單晶組件的LID功率衰減僅低于1.5%，遠小于IEC標準要求（不超過5%）。另外，通過96小時PID測試后，功率衰減僅為0.7%，同樣遠低于IEC標準要求（不超過5%）。

3 項目案例

3.1 項目簡介

晶澳大同光伏領跑者項目位于大同采煤沉陷區國家先進技術光伏示范基地南郊區五臺灣，采用了300 W的PERC單晶組件和270 W的常規多晶組件，總裝機容量為50 MW。項目采用固定支架安裝方式，應用500 kW集中式逆變器，嚴格按照國家相關標準進行規劃、設計、施工、驗收以及運維，項目并網時間為2015年6月底，圖6為項目航拍圖。

3.2 發電數據分析

圖5 PERC單晶組件LID測試數據

圖7 給出了在2016年9月～2017年8月期間PERC單晶組件和常規多晶組件實際發電量對比數據，從這一年的發電數據中可以看出，PERC組件平均發電量為4.69 kWh/kW，常規多晶平均發電量為4.56 kWh/kW，PERC組件平均發電量比常規多晶組件高2.9%左右，這主要是由于PERC單晶組件具有突出的高溫、弱光以及低衰減優勢，理論研究數據和試驗數據基本一致。

圖8（a）和圖8（b）分別給出了2016年9月～2017年8月期間PERC單晶組件和常規多晶組件實際發電量和預期發電量的對比數據，其中預期發電量采用PV syst軟件進行模擬，可以看出PERC單晶組件和常規多晶組件實際發電量比預期值分別高12%和10%左右（PERC單晶組件預期發電量為4.2 kWh/kW，常規多晶預期發電量為4.15kWh/kW），整個項目體現了精細化的系統設計、合理的運維以及優異的光伏組件性能表現。

4 經濟性簡析

LCOE（levelized cost of electricity，度電成本）是評估光伏發電項目的核心技術指標[6]，綜合考慮組件的發電特性和衰減特性，給出了PERC單晶、常規單晶、常規多晶在不同組件價格時的LCOE測算結果，如圖9所示，可以看出：1）相同組件售價時，PERC單晶具有最低的LOCE；2）當PERC單晶組件比常規單、多晶組件售價低0.4元/W以內時，PERC單晶組件具備LCOE優勢，因此采用PERC技術能夠有效降低光伏發電的成本，提前實現供電側和配電側的“雙側”平價上網。

5 結論

圖6 晶澳大同50 MW光伏領跑者項目航拍圖

相比于常規光伏組件，PERC技術可以大幅提升光伏組件的效率，尤其適合于單晶技術，目前產業化PERC單晶組件能夠百分之百滿足第三批領跑者效率技術指標。除此之外，PERC單晶組件還具備優異的高溫性能、弱光性能以及可靠性能。通過PERC單晶組件大規模應用的發電數據分析，在一個完整年期間PERC單晶組件比常規多晶組件發電量高2.9%左右，這正是體現了PERC組件諸多優勢的一個佐證。

圖7 PERC單晶組件和常規多晶組件實際發電量數據

圖8

圖9 不同類型光伏組件在不同價格時LCOE分析

[1] 陳江恩. 農光互補應用技術與解決方案[J]. 上海節能, 2017, 3: 154-157.

[2] 孫杰, 劉廣斌, 張遠南, 等. 薄膜硅點支承光伏幕墻和光伏采光頂實際案例分析[J]. 上海節能, 2016, 3: 139-142.

[3] 孫杰. 水上光伏電站應用技術與解決方案[J]. 太陽能, 2017, 6: 32-35.

[4] “International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) 2016 Results”. [Online] Available: http://www.itrpv.net/Reports/Downloads/

[5] 何寶華, 杜軍偉, 王慧, 等. 晶體硅光伏組件抗PID機理研究[J]. 太陽能學報, 2015, 36(11): 2699-2702.

[6] 陳榮榮, 孫韻琳, 陳思銘, 等. 并網光伏發電項目的LCOE分析[J]. 可再生能源, 2015, 33(5): 731-735.

美國發明能晝夜持續發電的微型生物太陽能電池

最近，美國賓厄姆頓大學、紐約州立大學科研人員設計成功一種微型生物太陽能電池，其能量密度和壽命均超當前所有同類電池。

據介紹，微型生物太陽能電池能通過微生物光合作用和呼吸活動可不分晝夜持續發電，是一種具有自給潛力的清潔可再生能源。但由于電量較低和使用壽命較短，這種技術一直沒有轉化為實際應用。

這次設計成功的是一種高電量、長壽命的微型微流體生物太陽能電池，將為芯片實驗室的應用提供實用、可持續的電力。這種生物太陽能電池的能量密度和使用壽命在當前所有微型生物太陽能電池中都是最高的，可為即時診斷設備在資源有限和偏遠地區獨立和自給地開展活動提供實用、可持續的電力。

（美國每日科學網）

上海銀行積極打造綠色銀行

近年來，上海銀行堅持貫徹綠色發展理念，積極打造綠色銀行：（1）倡導綠色運營，實施綠色辦公，關注資源配置，推廣運用技術與手段實現綠色建造、綠色采購，開展綠色數據統計分析，組織節能減排綠色競賽等，努力促進單位建筑面積能耗量下降。（2）踐行綠色信貸，強化綠色治理，創新綠色金融產品和服務，推廣合同能源貸、上海市分布式光伏“陽光貸”等產品，積極參與世界銀行“上海低碳城市示范項目”建設等，以具體實踐促進綠色發展。此外，還積極開展綠色公益活動，傳播綠色環保理念，日前在上海金融系統重點用能機構節能減排專項競賽活動受到嘉獎。

（浦東）

Application Analysis on Datong Photovoltaic Pacemaker Project PERC Monocrystal Assembly

Sun Jie
JA Solar Holdings Limited

National energy bureau implemented photovoltaic supporting special plan ‘Pacemaker Project’ to promote advanced photovoltaic technology product application and industry updating in 2015. Then it started to pave the way for photovoltaic homogeneous competition to high efficiency product reform. The article introduces principle, process and product structure of PERC technology and advantages of PERC monocrystal technology.The author takes example of JA Solar Datong 50MW Pacemaker Project (as for now the project as classic case has been the largest scale application of PERC monocrystal assembly in domestic and overseas market) and analyzes practical power generation data of PERC monocrystal assembly, which is 2.9% higher than regular polycrystal from Sep, 2016 to August, 2017. The article puts forward active reference and suggestion for PERC monocrystal assembly.

Pacemaker, PERC technology, High Temperature Advantage, Weak Light Advantage

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.11.009