影响组件发电量的关键因素到底是什么?

2019-08-16 11:39


:SNEC展会上各家展示的高功率ag平台官网下载组件层出不穷、花样百出,组件功率越来越高,400W已经算是起步,有的甚至达到了500W。将组件功率推高,多主栅MBB+半片是一个重要的技术路线,业内也对多主栅组件的发电性能也展开一系列的研究。那么,影响组件发电量的关键因素究竟是什么?

1. 影响光伏组件发电量的关键因素

光伏组件的铭牌功率是在STC(standard test condition,即标准测试条件)下的测试结果,但参考发改委划分的光伏三类资源地区条件可以发现,实际户外发电条件是多种多样的。即使是相同的光伏组件,在不同的边界条件下其发电结果会有差异,而不同特性的光伏组件在相同边界条件下也会产生不同的发电结果。

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笔者发现,近期行业里针对弱光发电性能和IAM性能的讨论很多,并结合了MBB(多主栅)解决方案,耐人寻味。究竟弱光发电性能和IAM性能有多重要?我们以二类资源地区山西大同为例,根据实际工程数据及理论仿真对"影响光伏组件发电量的关键因素"做了分析:

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可以清晰地看到,包括弱光性能、IAM性能等因素在内,影响光伏组件发电量的影响因素多种多样,目前业内也已创新性地研发出了清理积灰、散热、低衰减率、功率优化等各种对应的解决方案,产业技术百花齐放。但是,从中也可以发现,弱光性能和IAM性能对光伏组件发电量的影响相对较为有限。

2. 弱光发电性能≠主栅多少

1)理论技术分析:

根据单二极管模型公式,我们可以定义200W/m2下的PR值来表征光伏组件的弱光性能。

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其中k1、k2、k3、k4是经验系数,根据公式进一步的推导可以看出弱光下的PR值会随着串联电阻和并联电阻的增大而提升,正常无明显缺陷的电池并联电阻一般大于300Ω,其对弱光性能的影响较小,而串联电阻的变化对弱光性能的影响较大。串联电阻主要由扩散顶区的表面电阻,电池的体电阻和上、下电极与太阳电池之间的欧姆电阻及金属导体的电阻构成,我们在理想二极管的模型基础上加上一个等效串联电阻Rs,单二极管串联电阻等效电路如下:

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组件的I-V特性方程如1式:

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移项整理后得:

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由式(2)知,对于单二极管串联电阻模型,需要光生电流Iph,P-N结的结构因子A、等效二极管反向饱和电流Io和等效串联电阻Rs四个参数表示组件的工作特性。在光照强度和P-N结的温度不变的情况下,短路电流Isc是组件能产生的最大电流。即V=0时,

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同样,相同的光照强度和P-N结温度情况下,开路电压是组件能产生的最大电压。即I=0时,

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因此,在一定的光照强度和温度情况下,组件的输出功率为:

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根据Matlab模拟的结果显示,当并联电阻足够大时,组件串联电阻与弱光性能呈现近似线性关系。影响串联电阻的不仅是主栅和细栅的数量,还与焊带截面积、栅线设计、电池方阻、焊接工艺等相关。由此可见,不同的技术工艺条件会产生完全不同的结果,而不能以偏概全。

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2)量产数据分析:多年前的晶硅光伏组件以2主栅为主,是当时有限的技术条件下最优化的选择。随着材料、工艺、设备技术的发展,主流光伏组件产品的栅线数量从2根、3根、5根逐渐发展到了更多主栅。部分光伏领军企业早已行动,依托更为领先的电池组件技术率先实现多主栅技术的产业化。根据某知名光伏企业提供的MBB大规模量产数据,9BB半片组件较5BB半片组件功率提升了2.45%。该企业技术负责人表示,他们主流的9BB半片组件产品在主细栅设计、电池和组件工艺技术上均做了优化。尽管由于9BB半片组件焊带实际耗量比5BB略低,串联电阻略有提升,互联条部分的电阻功率损失略大,但通过在光学和金属化设计方面的优化,9BB半片组件功率仍然得到大幅提升。

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3)实测数据分析:

基于理论和量产数据分析,为了验证MBB组件和5主栅组件的弱光性能,某知名光伏企业在量产的9BB半片组件和5BB半片组件中各抽取3块组件送至第三方权威认证机构进行了测试,结果显示,9BB半片组件在200W/m2下的PR值比5BB半片组件高0.36%,与理论及量产数据分析趋势保持一致。平均测试结果如下:

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技术领先公司能够在大幅度提升组件效率的同时,通过优化电池组件工艺,更全面地保障光伏组件发电性能的提升。据此前天合光能公开的实证数据显示,量产的9BB半片组件相比5BB半片组件单瓦发电能力相对提升0.46%,表现出相对更优的发电性能。

4)仿真模拟分析:

基于IEC61853标准对MBB和5BB组件的测试结果,以及分别在新疆哈密、山西大同和广东广州三类资源地区的Pvsyst模拟,可以得到下表所示的仿真结果。在一、二、三类资源地区,MBB组件的弱光性能都更有优势。

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如进一步对气象数据进行分析,也可以看到在三类资源地区的广州,200W/m2及以下弱光所占总辐照权重小于20%;而在一类资源地区的哈密,弱光权重不到5%。这也从另一个角度说明,弱光性能对总发电量的影响其实是有限的。

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3. IAM(入射光倾角因子)性能分析

IAM主要用于表征光伏组件在光线不同角度入射条件下的发电性能。IAM与栅线数量的多少无关,主要与玻璃减反射涂层、电池减反射层、焊带大小及形状引起的微聚光和遮光效应相关。据某行业知名专家提供的理论模拟和第三方权威认证机构测试结果显示,MBB半片组件与5BB半片组件在0~90°入射角下的IAM性能几乎无差别。

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而在光学有效利用方面,多主栅圆形焊带相对传统5BB平焊带,可减少焊带区域直接遮光面积30%以上;同时圆焊带在各个入射角度下均具有微聚光效应,因此圆焊带遮光区域的光学利用率可提升至50%以上。MBB组件光学性能提升,使得组件功率增益2.45%。

关于MBB和5BB组件的发电性能测试,可以看到一些领先组件公司公开资料中的测试结果略有差异,有的公司得出MBB较5BB发电量可提升0.4~1%不等,也有的公司测试结果显示MBB较5BB的发电量低2.5%。

为何会有差异?一方面,正是由于影响组件发电量的因素多种多样,个别因素难以起到决定性作用;另一方面,样本差异、边界条件差异和测试方法差异都有可能得出不同结果。但从已知的理论及公开的数据来看,领先组件公司的MBB量产工艺相对会成熟一些,对比量产的MBB与5BB组件,两者的弱光及IAM性能平均水平并没有差异。

即便如此,同一技术路线下个体产品的性能仍会存在差异,拿好的5BB组件去和差的MBB组件做比较,或者用好的MBB组件与差的5BB组件做比较,都不科学严谨。关于实证测试数据和组件发电量的评估方法,我们将在后续的文章中做更深入的一些探讨。


原标题:影响组件发电量的关键因素是,弱光性能?IAM性能?还是…

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