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重磅!晶科能源发布半片技术白皮书

2018-04-16 18:10:01 来源:SOLARZOOM光伏亿家 点击:1014

【大比特导读】近年来,光伏技术发展迅速、应用范围广,市场从原来仅重视高功率,日益转变为兼具高功率、在任何安装条件下的高发电量、低衰减和低成本的综合要求,从而进一步降低度电成本。

重磅!晶科能源发布半片技术白皮书

 

 

重磅!晶科能源发布半片技术白皮书

 

什么是半片电池技术

近年来,光伏技术发展迅速、应用范围广,市场从原来仅重视高功率,日益转变为兼具高功率、在任何安装条件下的高发电量、低衰减和低成本的综合要求,从而进一步降低度电成本。所以如何降低度电成本成为目前行业最核心的问题,而作为光伏系统端发电的核心部件- 光伏组件是重中之重,组件高功率是促成“平价上网” 最直接、最有利的技术通道,提升组件功率主要从两方面入手:“开源”(提升内部光通量),“截流”(降低内部电损耗)。

前几年整个行业都是围绕“开源” 路线发展,时至今日,“截流” 是最有效的技术实施路线,而低内损的高效半片电池组件技术将会在规模化应用中有得天独厚的优势。它无疑是实现大规模量产和具备高性价比的高效产品, 是能同时满足成本和发电量及衰减性能提升的最佳解决方案。半片电池技术通过将标准规格电池片(156mm x 156 mm)激光均割成为两片(156 x 78 mm),对切后联接起来的技术。

整个组件的电池片随之被分为两组,每组包含串联连接的60 个半片电池片。组成一个完整的120 片组件(图1),从而可将通过每根主栅的电流降低为原来的1/2,内部损耗降低为整片电池的1/4,进而提升组件功率。

该技术具有以下特点:

第一,相同效率的半片光伏组件比常规整片组件输出功率有明显的提升。这主要得益于半片组件串联电阻的降低,填充因子FF 的提高。同时组件因内部电阻降低,使其发电工作时的温度比常规组件低,从而进一步提高组件发电能力。

第二,半片组件能降低由于遮挡造成的发电功率损失,能显著提高组件在早晚及组件下沿积灰、积雪时的发电量,提升电站的经济效益。

第三,与其他新技术相比,半片技术最成熟、最容易实现快速规模化量产,同时,增加的额外成本不多。

半片组件的技术原理

正如上文提到,半片电池片为标准电池片对半均割后得到的(图2)。因此,其内部的电流减少一半。随着电流的减少,电池内部的功率损耗降低。而功率损耗通常与电流的平方成比例,因此整个组件的功率损耗减小为四分之一(Ploss = R I2,其中R 是电阻,I 是电流)降低半片电池片功率损耗,可使其具有更大的填充因数、更高的转化效率,也就能获得更大发电量,尤其是在高辐射的环境中。组件具有较大的填充因数,意味着其内部串联电阻较小,其内部的电流损耗也较小(表1)。

 

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表 1.相同效率半片光伏组件与常规组件对比

此外,与标准组件相比,新设计改善了电池片在遮挡或早晚条件下的电学性能。例如,如果标准组件以纵向方向安装而底部被遮荫,则会因为旁路二极管关闭整串电池片组,而导致整个组件输出功率为零。而半片组件得益于两部分电池片串组的布局,可确保在相同条件下,其输出功率至少仍能保持原先的50%( 图3表2)。

 

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图2

 

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图3

 

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表 2.4 种不同遮挡方式之下半片与常规组件实测的发电量数据

什么是晶科能源半片组件(HC)系列

晶科能源推出的高效半片组件(HC)系列,采用的是全程全自动裂片与传输,可大规模适用于单晶、多晶、单晶PERC、多晶PERC 组件,在额外成本增加有限情况下,让组件功率比同版型的常规组件高出5-10 瓦。晶科能源60 片多晶半片组件可量产主流功率档达到290W,单晶半片达到305W,单晶PERC半片更可高达 330W。事半功倍的半片技术会以其超高的性价比,在未来民用及中小工商业屋顶系统中占据主流地位。

晶科半片电池组件具有以下特点:

(1)电池片一分为二,主栅电流减半,整个组件的电流损失减小到原来的1/4,输出功率比同版型整片电池组件高约5-10W;

(2)半片电池组件的热斑温度比同版型整片电池组件的温度低约25℃,可有效降低组件的热斑效应;

(3)半片电池组件满足1500V 系统电压设计要求,可降低系统端成本约10%;

(4)遇遮挡及下沿有积灰、积雪时,有效减少因遮挡造成的发电量损失;

(5)降低首年及平均光致衰减;

(6)100% PID Free。

客户如何从晶科的半片电池技术中获益

晶科能源的多晶半片组件可与常规单晶组件比肩,而单晶半片组件与常规单晶 PERC 组件在转化效率、综合性能两方面匹敌。这就意味着,在确保组件功率的前提下,客户有了更具成本效益的新选择。晶科能源半片组件可谓是当今商业市场上最具竞争力的产品之一。

此外,晶科能源半片组件单位面积功率输出的数瓦级提升,可使组件在功率分档级别上得到跃升,从而为客户在相同安装面积下,与安装常规组件系统相比获得更好的经济收益。依照晶科能源行业领先的产品质量保证,晶科能源承诺半片组件系列具备 100% PID Free 性能。

未来几年,随着电站投资商平价上网的压力越来越大,对度电成本的诉求越来越高,“半片” 技术将会得到大规模应用。凭借本身高效的单、多晶以及 PERC 电池,晶科半片技术研发领先同行 6-12 个月,其半片电池组件更优于市场上同类产品, 在规模化量产的主流档功率、性能、可靠度以及性价比上拥有非常强的竞争力,未来有望成为组件产品的主要选型。

现存问题分析

随着太阳能光伏系统从靠各国补贴存活到完全市场化,投资人对高效组件降本的要求日趋增强。LCOE 度电成本的下降是源于技术研发带来的效率提高和产业规模扩大的经验曲线效应,持续提高组件效率正是行业市场化进程的重要一步。组件输出瓦数的提升关系整体系统成本,可以降低系统 BOS 成本 , 如支架、缆线、汇流箱及土地面积。

对高效组件降本,实现项目 LCOE 的进一步下降则是技术研发的根本目的。不过高瓦数输出的组件通常代表需使用价格较高的高效电池片或更精密的封装技术。目前高效组件项目初投资偏高问题持续存在。近两年晶硅组件价格下降约 20%,使高效组件的性能优势愈发不明显,(图 4)为晶硅组件的能效和价格关系图,可以看出,价格的差距远高于效率提升。

 

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单晶光衰(LID) 问题目前仍难解,虽然单晶厂商通过各种努力,亦或推出新设备致力于解决光衰问题,但LID 光衰是否能稳定控制,仍是一个大问题,也是国外金融机构对于大型项目选择单晶组件的融资意愿不高的主要原因。

PERC 目前的成本仍比较高,对高效组件生产商来说,设备投资高,制程复杂, 工序增加导致破片率上升的问题制。IBC 电池使用的N 型硅片成本较高,电池制备过程中需要多步掺杂等复杂的工艺,使得其制造成本较高,技术门槛高。HIT 电池工艺要求严格,要获得低界面态的非晶硅/ 晶体硅界面,对工艺环境和操作要求也较高,需要开发适宜的低温封装工艺。其他技术或原材料成本高、或技术不成熟良率无法保证等各种原因导致难以规模化发展。

2018年以后主流技术展望

在所有的新技术中,最值得关注和被市场看好,在2018年预计能喷井式爆发的主流高效组件技术是半片技术,同版型的组件能提升5-10瓦,甚至更高,相信将凭借其惊艳的外观和超高的性价比,会在未来民用及中小工商业屋顶系统,以及领跑者项目中占据主流地位(图5)。

 

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