PERC双面单晶硅光伏组件应用技术与案例分析

37

0 引言

随着传统能源的日益枯竭，新能源技术的应用得到了迅速发展，尤其是太阳能光伏技术的应用[1-3]。截至2017年年底，我国光伏新增装机量连续5年位居全球第一，累计装机量连续3年位居全球第一。为了进一步促进光伏产业健康可持续发展，推动光伏平价上网并加快补贴退坡，2018年5月31日，国家三部委联合下达了《关于2018年光伏发电有关事项的通知》，鼓励各地自行安排各类不需要国家补贴的光伏发电项目。在此背景下，优质、高效、低成本的光伏组件将

成为未来光伏产业能够持续发展的关键。

国际光伏技术路线图(International Technology Roadmap for Photovoltaic ，ITRPV)给出了商业化应用的太阳电池技术的预测数据[4]，具体如图1所示。从图中可以看出，PERC 太阳电池的占有率逐年升高，到2022年将超过50%。在2017年的光伏“领跑者”项目招标中，约有34%的中

标产品为p 型PERC 双面单晶硅光伏组件；但是对于2017年才量产的PERC 双面产品，实际应用的案例还不多，其产品优势还未能得到充分论证。本文对PERC 双面单晶硅的发电技术进行了简要介绍，并以全球PERC 双面单晶硅光伏组件大规模应用的典型案例——黄河水电共和晨阳光伏电站为例，对PERC 双面单晶硅光伏组件的发电量进行了分析，为该发电技术的发展提供了一定参考。

介绍了PERC 双面单晶硅产品的技术原理、工艺流程、产品结构及技术优势；并以黄河水电

共和晨阳光伏电站为例，对比了PERC 双面单晶硅光伏组件与常规单晶光伏组件的实际发电

情况，结果显示，2017年10月～2018年4月期间，PERC 双面单晶硅光伏组件的平均发电量比常规单晶硅光伏组件的高10.5%左右，这对PERC 双面单晶硅光伏组件的应用和推广有积极的指导意义。

PERC 双面单晶硅光伏组件；双面因子；逆变器选型；度电成本

摘 要：关键词：晶澳太阳能控股有限公司 ■ 孙杰

PERC 双面单晶硅光伏组件

应用技术与案例分析

收稿日期：2018-06-08

通信作者：孙杰(1983—)，男，硕士、工程师，主要从事光伏组件和光伏系统的设计、性能分析及应用等方面的研究。sun123jie@126.com

技术产品与工程

图1 ITRPV 太阳电池技术的预测数据

10090

70401080502060300

2017

2018

2020

年份

2022

2025

2028

占比/%

硅异质结(SHJ)PERC/PERL/PERT BSF

背接触电池硅基叠层电池

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1 PERC 双面单晶硅技术介绍

相比于常规铝背场(Al-BSF)技术，PERC 太阳电池仅增加了背钝化和激光划线[5]这两道工序，PERC 双面太阳电池是PERC 太阳电池的升级版，其只对丝网印刷工艺进行了优化，将背面全铝层调整为局部铝层，结构示意图如图2所示。由图2可知，背面散射光和反射光可通过未被铝层覆盖的间隙进入电池内部，从而提升了光伏组件的综合发电效率。PERC 双面单晶硅太阳电池的正面效率与PERC 常规单晶硅太阳电池持平，背面效率大于15%。

PERC 太阳电池的背钝化技术主要是通过提升太阳电池的长波响应来提升电池效率。图3为PERC 双面单晶硅太阳电池和常规单晶硅太阳电池的光谱响应数据，其中，绿色区域代表光谱分布，黄色区域代表在长波波段(900～1200 nm)内PERC 双面单晶硅太阳电池的增益；并且在此长波段内，相比于常规单晶硅太阳电池(蓝色曲线)，PERC 双面单晶硅太阳电池(红色曲线)具有较高的外量子效率。

图2 PERC 双面单晶硅太阳电池结构示意图

在标准测试条件下，组件的双面因子=组件背面功率/组件正面功率。若采用双面因子来表征组件背面的功率贡献度，则一般情况下，PERC 双面单晶硅光伏组件的双面因子大于70%。

PERC 双面单晶硅光伏组件采用双玻结构，可靠性能优异，可有效抵抗电势诱导衰减(PID)和蜗牛纹的产生，适用于高温、高湿、海边、沙漠等恶劣环境；同时，该组件还可兼容1500 V 系统，具有较高的系统效率和较低的系统成本。

2 项目案例

2.1 项目简介

黄河水电共和晨阳光伏电站(见图4)位于青海省共和县光伏产业园，安装环境为荒漠土地，

地势平坦、空旷。项目总装机容量为110 MW ，其中，5.5 MW 采用晶澳太阳能控股有限公司(下文简称“晶澳”)生产的PERC 双面单晶硅光伏组件，其余采用常规单晶硅光伏组件。整个项目全部采用平单轴跟踪支架，逆变器采用华为SUN2000-50KTL-C1型组串式逆变器。项目并网时间为2017年7月底，是全球首个大规模应用PERC 双面单晶硅光伏组件的光伏发电项目。

图4 黄河水电共和晨阳项目航拍图

散射光和反射光

c-Si

钝化层

铝背场

图3 PERC 双面单晶硅太阳电池和常规单晶硅太阳电池的

光谱响应情况

1.00.90.50.70.30.10.80.40.60.20

外量子效率

300

500

400

600

700

波长/nm

800

900

100011001200

技术产品与工程

2.2 发电数据分析

2018年4月，国际权威检测机构TÜV 莱茵对上述项目进行了现场测试，并对项目并网后6个月(2017年10月～2018年4月)的发电量情况进行了统计分析，具体数据如图5所示。由图5可以看出，PERC 双面单晶硅光伏组件和常规

39

单晶硅光伏组件的平均发电量分别为5.02 kWh/

kW/d 和4.54 kWh/kW/d 。PERC 双面单晶硅光伏组件的发电量比常规单晶硅光伏组件高10.5%左右，这除了PERC 双面单晶硅光伏组件所具备的高温发电、弱光发电和低衰减的优势外[5]

，更重要的是其背面可发电的贡献。

低，但由于PERC 双面单晶硅光伏阵列的背面带来了功率增益，使其总瞬时功率变化不大。

上述发电数据为采用PERC 双面单晶硅光伏组件的光伏系统的逆变器选型提供了参考依据。一般情况下，根据辐照资源的不同，光伏系统中常规单面光伏组件与逆变器的容配比可设置为1.1:1～1.3:1；而对于双面光伏组件而言，由于其背面可发电，组件与逆变器的容配比建议根据项目地点的实际情况(辐照度和温度)，可设置为0.9:1～1.1:1。若双面光伏组件的容量超配较高，可能会造成逆变器输出功率消峰，比如，南非Boston 的一个装机容量为69 kW 的屋顶分布式项目，采用晶澳生产的PERC 双面单晶硅光伏组件，并配置了2台30 kW 的组串式逆变器。该项目的瞬时功率情况如图7所示，图中红色虚线为光伏组件本应有的瞬时功率，但由于双面光伏组件容量超配较高，使其瞬时功率变成了红色实线，损失了发电量，从而浪费了双面光伏组件的发电优势。

为了进一步验证PERC 双面单晶硅光伏组件的发电优势，在相邻区域选取2个安装环境和条件完全相同的光伏阵列：PERC 双面单晶硅光伏阵列(49.68 kW)和常规单晶硅光伏阵列(48.24 kW)，然后通过功率分析仪分别精确测绘了2018年4月17日这2个光伏阵列的瞬时功率曲线，具体如图6a 所示；并通过高精度辐照计对PERC 双面单晶硅光伏阵列正面和背面的辐照度进行了监测，数据如图6b 所示。

从图6a 中可以看出，在09:00～17:30期间，这2个光伏阵列基本都达到了功率峰值，且PERC 双面单晶硅光伏阵列的瞬时功率比常规单晶硅光伏阵列持续高10%左右，尤其在11:50～15:00更为明显。此外，从图6b 中也可以看出，11:00～15:00 PERC 双面单晶硅光伏阵列背面接收到的辐照度大于100 W/m 2，这说明其背面贡献了一定的功率输出。在11:00～15:00，由于天气原因，PERC 双面单晶硅光伏阵列正面接收的太阳辐照度降低；同时也可以看出，在该时间段内，2个光伏阵列的瞬时功率都有一定程度的降

图5 PERC 双面单晶硅光伏组件和常规单晶硅光伏组件的

发电量数据分析

a. PERC 双面单晶硅光伏阵列和常规单晶硅光伏阵列瞬时功率情况

b. 阵列正面和背面辐照度

图6 2个光伏阵列的瞬时功率及PERC 双面单晶硅

光伏阵列正面、背面辐照度情况

常规单晶硅

PERC 双面单晶硅

日期

增益比

发电量/k W h •(k W •d )-1

增益比/%

8.016.012.0

14.010.08.0

4.06.02.010.4

10.0

10.6

11.4

10.1

10.5

11.5

02017

-10

2017

-11

2017

-12

2018

-01

2018

-02

2018

-03

2018

-04

07

:00

06

:3

09

:00

09

:3

08

:0007

:3

08

:3

10:0010

:3

14:0014

:3

12:0012

:3

16:0016

:3

18:0018

:3

11:0011:

30

15:0015

:3

13:0013

:3

17:0017

:3

19:00

19

:3

PERC 双面单晶硅光伏阵列常规单晶硅光伏阵列501200100080060040020030瞬时功率/k W

辐照度/W •m -2

100

04020时间

时间

正面背面技术产品与工程

40

根据2018年的市场环境，预计双面光伏组

件价格可能会在2019年达到2元/W以内，那

么PERC双面单晶硅光伏组件将加速推动光伏平

价上网。

4 结论

1)相比于常规单晶硅太阳电池技术，在成本

基本持平的前提下，PERC双面单晶硅太阳电池

技术可有效提升电池的综合发电效率。

2)通过TÜV莱茵对大规模应用PERC双面

单晶硅光伏组件的黄河水电光伏发电项目的测

试可以发现，在2017年10月～2018年4月期

间，PERC双面单晶硅光伏组件比常规单晶硅光

伏组件的平均发电量高10.5%左右；在对2个光

伏阵列的瞬时功率进行分析后发现，在09:00～

17:30，PERC双面单晶硅光伏阵列的瞬时功率比

常规单晶硅光伏阵列持续高10%左右，尤其是

在11:50～15:00， PERC双面单晶硅光伏阵列有

更为明显的发电优势，这也为逆变器选型提供了

参考依据。

3)优质、高效、低成本的PERC双面单晶硅

光伏组件将是未来2～3年主流的光伏组件，尤

其在国家“去补贴”的大环境下，可有效降低光

伏电站的LCOE，加速光伏发电项目的平价上网。

(转第36页)

3 经济性简析

通常采用度电成本(LCOE)对光伏发电项目的

经济性进行分析[6]。假定某光伏项目所在地为我国

Ⅱ类辐照资源区，该地的地势平坦、地质稳定、

交通便捷、施工条件良好，光伏组件采用固定

支架安装。图8给出了常规单晶硅光伏组件、

常规多晶硅光伏组件、PERC单晶硅光伏组件

及PERC双面单晶硅光伏组件在不同组件价格时

的LCOE测算结果，并对这几类组件未来2年的

LCOE情况进行了预测。

从图8中可以看出：1)PERC双面单晶硅光

伏组件(15%增益)具有最低的LCOE；相比于

PERC单晶硅光伏组件，10%发电增益的PERC

双面单晶硅光伏组件的LCOE低0.05元/kWh左

右。2)若2020年PERC双面单晶硅光伏组件(10%

发电增益)的LCOE为0.38元/kWh，则其售价

将仅为2元/W；若双面光伏组件采用跟踪系统

的模式，可实现“1+1>2”的效果，比固定支架

系统的LCOE可再降低10%～20%左右。

图7 Boston屋顶分布式项目的瞬时功率情况(2017-10-27)

a. 不同类型、不同组件价格的光伏组件的LCOE情况

b. 未来2年不同类型光伏组件的LCOE情况预测

图8 不同类型、不同价格的光伏组件的LCOE情况及未来

2年不同类型光伏组件的LCOE情况预测瞬

时

功

率

/

k

W

80

40

60

20

06:0009:0012:00

时刻

15:0018:00

损失的电量

逆变器曲线

0.55

0.45

0.35

0.50

0.40

2.0 2.4

组件价格/元•W-1

2.2 2.6

2.1 2.5

2.3 2.7 2.8 2.9

3.0

L

C

O

E

/

元

•

k

W

h

-

1

常规多晶硅

常规单晶硅

PERC单晶硅PERC双面单晶硅(15%增益)

PERC双面单晶硅(5%增益)

PERC双面单晶硅(10%增益)

0.51

0.43

0.35

0.47

0.39

L

C

O

E

/

元

•

k

W

h

-

1

20182019

年份

2020

常规多晶硅

常规单晶硅

PERC单晶硅PERC双面单晶硅(15%增益)

PERC双面单晶硅(5%增益)

PERC双面单晶硅(10%增益)

36

1)掺Ga 或B-Ga 共掺的多晶硅片都可显著抑制背钝化太阳电池的LID ，但掺Ga 电池的LID 更小。然而由于掺Ga 的硅片质量不均匀，因此，量产中更多是采用B-Ga 共掺硅片。

2)通过电注入或光注入诱导氢钝化技术可进一步改善多晶硅背钝化太阳电池的LID ，其中，电注入处理对多晶硅背钝化太阳电池的改善效果更佳。

3) 采用B-Ga 共掺的硅片或电注入处理的掺B 硅片都能较好解决LID 过大的问题。当采用电注入处理的B-Ga 共掺电池技术路线时，甚至可制备出光稳定性优于常规工艺的组件，户外暴晒350 kWh/m 2后，制备出的组件的LID 仅为1.81%。

参考文献

[1] Fischer H, Pschunder W. Investigation of photon and thermal induced changes in silicon solar cells [A]. Proceedings of 10th IEEE Photovoltaic Specialists Conference[C]. Palo Alto, USA, 1973.

[2] Glunz S W ，Rein S ，Lee J Y ，et al ．Minority carrier lifetime degradation in boron-doped czochralski silicon[J]. Journal of Applied Physics ，2001, 90(5) : 2397－2404．

[3]Schmidt J ．Structure and transformation of the metastable boron-and oxygen-related defect center in crystalline silicon[J]. Physical Review B, 2004, 69(2) : 1129－1133．

[4] Schmidt J ．Effect of dissociation of iron-boron pairs in crystalline silicon on solar cells properties[J]. Progress in photovoltaics research and applications, 2005, 13: 325－329.

[5] Savin H, Yli-Koski M, Haarahiltunen A ．Role of copper in light induced minority-carrier lifetime degradation of silicon[J]．Applied Physics Letters, 2009, 95: 152111.

[6] Du M H, Branz H, Crandall R, et al ．Bistability-mediated carrier recombination at light-induced boron-oxygen complexes in silicon[J]．Physical Review Letters, 2006, (97): 256602.

由图3可知，随着暴晒时间增加，前期组件LID 快速增加；当暴晒辐照量达到100 kWh/m 2时，组件的LID 增加幅度明显减慢，功率逐渐趋于稳定；当暴晒辐照量增加到350 kWh/m

2

后，电注入处理的B-Ga 共掺的多晶硅背钝化组件的LID 最小，为1.81%，未处理的B-Ga 共掺的多晶硅背钝化组件和电注入处理的掺B 的多晶硅背钝化组件的LID 都稍高于常规工艺组件，分别为2.02%和2.12%，但都属于组件的LID 的正常范围。简而言之，通过采用B-Ga 共掺的硅片或电注入处理的掺B 硅片，都可以较好的解决多晶硅背钝化组件户外暴晒时LID 过大的问题，而采用电注入处理的B-Ga 共掺的硅片可以制备出光稳定性更高的组件。

3 结论

本文研究了不同掺杂类型的硅片和氢钝化技术对量产多晶背钝化太阳电池LID 特性的影响，得到结论如下：

图3 户外暴晒时不同类型组件LID 随辐照量的

变化关系

辐照量/kWh •m -2

L I D /%

2.51.50.52.01.00

0100300常规工艺

B-Ga 共掺背钝化

B-Ga 共掺背钝化+电注入掺B 背钝化+电注入

200400

参考文献

[1] 陈江恩. 农光互补应用技术与解决方案[J]. 上海节能, 2017, (3): 154－157.

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[3] 孙杰. 水上光伏电站应用技术与解决方案[J]. 太阳能, 2017, (6): 32－35.

[4] International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) 2017 [EB/OL].https://itrpv.vdma.org/en/ueber-uns, 2018-06.

[5] 孙杰. 大同光伏领跑者项目PERC 单晶组件应用分析[J]. 上海节能, 2017, (11): 671－675.

[6] 陈荣荣, 孙韵琳, 陈思铭, 等. 并网光伏发电项目的LCOE 分析[J]. 可再生能源, 2015, 33(5): 731－735.

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