光伏电站用高功率双面晶硅组件应用技术分析

光伏电站用高功率双面晶硅组件应用技术分析

周袁，杨忠绪，郭毅，张会学，祁默凯，勾宪芳*

(中节能太阳能股份有限公司，北京 100082)

摘要：提高组件单位面积功率及发电效率是降低光伏电站度电成本的有效方式之一，平价时代高功率双面组件逐渐将成为标配，在电站设计方案中如何选择高可靠性双面组件、如何与支架类型和高度进行最佳搭配对电站质量及发电效率非常关键，本文对大功率双面组件进行了分析并提出建议，为新建电站项目降低度电成本提供参考。

关键词：光伏电站；晶硅；双面组件

中国分类号：TM615 文献标识码：A

0 引言

提高组件单位面积功率及发电效率是降低光伏电站度电成本的有效方式之一，目前高功率双面组件以高性价比优势占据主要市场，成为行业主流产品。平价时代新建电站项目，高功率双面组件逐渐将成为标配，在电站设计方案中如何选择高可靠性双面组件、如何与支架类型和高度进行最佳搭配、如何计算评估发电量，虽然备受关注却缺少研究和数据支撑。针对以上关注点本文对大功率双面组件进行了分析研究总结并提出建议，为新建电站项目降低度电成本提供参考。

1 双面组件性能分析

1.1 双面组件类型

目前光伏电站用组件分为单玻组件和双玻双面组件，在平价时代双面组件是提高组件单位面积功率、发电效率及降低电站度电成本的有效方式之一，因此双面组件市场占有率逐年提升。双面组件根据封装材料的不同可分为双玻双面组件和透明背板双面组件两类。双玻组件相对双面透明背板组件具有重量大的劣势，但由于双玻组件比双面透明背板组件具有更高的可靠性，所以双玻组件占据主流市场。后面内容以分析双玻双面组件为主。

1.2 双玻组件性能优势

双玻组件与常规组件相比，具有“三高三优三完美”的优势。

“三高”是指：高寿命、高发电量和高耐候性。1.高寿命。双玻组件设计使用至少寿命为30年，而常规组件仅为25年。2.高发电量。由于双玻组件比常规组件使用寿命长，因此在整个光伏电站的寿命周期内，双玻组件发电量比常规组件预计高出20%。另外，同功率双玻组件比常规组件发电量也平均高出3-5%；双玻组件由于优异的抗机械载荷性能运营过程中出现的隐裂少，每年功率衰减在0.3%左右，优异于常规组件0.5%的衰减。3.高耐候性。首先，玻璃背板比各类膜背板有更好的抗紫外、抗老化、抗划伤、抗风沙、抗腐蚀等性能，使其不论是在高原地区、滩涂、荒漠还是水上都能表现出绝佳性能，可靠性有保障。其次，双玻组件的无边框设计使其更不易形成灰尘和雪的堆积，发电量更高。

“三优”是指：优异的抗PID特性、防火性能和环保性能。1.优秀的抗PID特性。无铝边框设计，无需边框接地且不会产生负偏压，从原理上杜绝PID现象。2.优秀的防火性能。双玻组件的防火等级由普通晶硅组件的C级升级到A级，使其更适合用于居民住宅、工厂等需要避免火灾隐患的地区。3.优秀的环保性能。随着各电站组件使用年限的到达，光伏组件的回收与无害化处理成为国际国内产业界和环保机构密切关注的问题。采用玻璃代替传统的含氟背板，更加绿色环保，易于回收。背板由于含有氟元素燃烧后将对环境产生较大污染，而背板玻璃则为无机颗粒，可通过研磨粉碎后成功快速分离，较好的保护人类的生存环境。

“三完美”是指：完美的“1500V”组件、完美的“双面电池”组合、完美的建筑构件。

1.完美的“1500V”组件。玻璃的绝缘性大大优于背板，其使双玻组件可以满足更高的系统电压，以节省整个电站的系统成本。2.完美的“双面电池”组合。双玻组件对称的结构设计，使双面电池的性能得到了充分的发挥。3.完美的建筑构件。不论是做为建筑幕墙还是采光屋顶，双玻组件都完美展示了其与建筑相结合的美好前景。

1.3 不同双玻组件封装胶膜性能分析

表1 不同类型胶膜双玻差异化比较

Table 1 The comparison of double glass PV module in different types of photovoltaic adhesive film

双玻组件采用的封装胶膜主要有EVA、POE和PVB三种材料。其中EVA胶膜，由于受材料本身特性影响，性能不太稳定、容易发生水解黄变，析出醋酸腐蚀电池片，导致组件出现发电量下降、失效等问题；POE为一种新型的封装材料，其老化后虽然不会产生醋酸，使用历史较短，材料可靠性的验证多数为实验室验证的数据，缺少实际环境中的长时间验证和考验；PVB胶膜作为汽车和建筑胶膜已有超过30年的使用历史，表1为三种双玻胶膜的差异化比较。

2 双面组件发电增益的影响因素及评价方法

2.1 影响因素

双面组件正面、背面都可受光发电，背面的光电转换能力相对正面的比例叫做双面率，也成为双面因子。目前双面PECR电池组件双面率为75-85%，双面HJT电池组件双面率可达90%以上。双面组件系统集成后，系统发电功率相对于传统单面组件电站的增益至少约为4%以上。双面组件发电增益的影响因素包括地面反射率（草地、土地、沙地、水泥地等）、组件离地高度、阵列间距、阴影遮挡、当地光照的直射和散射光占比、组件双面率等

[1-3]，其中最主要的是地面反射率和组件离地高度。发电增益的具体影响往往很难准确判定，需要通过实证电站来验证，主要原因有两点：一是各典型地表的反射率往往随具体环境不同是不同的，无法精确给出；二是双面组件的发电增益不仅与地表反射率相关，也与组件最低点离地高度，具体项目地直射光与散射光的比例、组件对地表的覆盖度（GCR）以及纬度有关，实际项目中支架、汇流箱等如对组件背面有遮挡还会导致发电增益降低[4]。

2.2 评价方法

双面组件电性能的测试方法，首先均是测试一定量样本的正、背面STC条件下的电性能以明确组件双面率，之后存在三种路线：1、正面补偿光强测试，2、双面打光测试，3、根据理论公式计算，最终得到一定背面光强下（正面处于STC条件）双面组件的电性能参数。

目前IEC的双面标准（IECTS 60904-1-2）采用了正面补偿光强法与双面打光法；光伏行业协会的《双面发电组件参数测试方法》采用了公式计算法；中国质量认证中心的《双面光伏组件电流-电压特性测试方法》（CQC1619-2018）2018年6月发布，采用了正面补偿光强测试，即测试等效辐照度下正面组件的电参数作为双面组件的电参数。等效辐照度基于双面系数（即双面率）通过以下公式计算：

其中GR,i为背面辐照度，根据地面反射情况取50、100、150、200W/m2四种背面辐照度测量。当地面反射率为10%即GR,i取100W/m2时，组件双面率为75%，则按照公式可以计算等效辐照度GE,i为1000+75%×100=1075W/m2 ，再测试组件正面在该等效辐照度1075W/m2时组件的各项电参数ISC、VOC、PMax。

目前行业内组件厂家一般在双面组件的铭牌或产品说明书在标示标准测试条件（STC）下I-V特性的基础上，再新增标示GE,100（即背面辐照度为100W/m2时的等效辐照度）下的I-V特性。

2.3 行业应用案例验证增益分析

行业第三方权威机构与各大厂家在光伏电站端进行高功率双面组件实地验证，通过汇总分析得出以下三点：

第一，对增益影响最大的因素为地表反射率即地面的材质，反射率越高增益效果越好，白底（白背板、白漆、雪地等）增益最高，约为18-25%；其次是水泥地/沙地，增益约为10-15%;再次是土地/砾石约为8-12%，最后是草地约为7-9%。[5]水面电站由于增益比较低没有实证案例，但从实证案例的经验和双面组件的特性来分析判断，有的滩涂电站由于安装位置较高有时水面比较低或者干涸情况下也有一定收益，大体来讲水面电站增益为3-7%。

第二，影响第二大的因素为离地高度，对固定支架来讲当组件高度在1.5米以下时，发电量增益较明显，当组件高度在1.5米以上，发电量增益近乎平缓；其他因素如气候、纬度、散射光情况都会对增益造成一定的影响。

第三，双面组件与跟踪支架往往搭配，能够进一步提升电站发电量，对增益效果起到一定放大作用。依据为有其他实证案例表明当组件高度在1米至2.5米时，发电量增益较明显；当组件高度在2.5米至3.5米时，发电量增益近乎平缓。[6]

3 低度电成本分析

3.1 大功率双面组件电站应用端成本分析

大功率双面组件主要增益来源于背面的增益，不但可以降低土地占用面积，同时可以有效的提高发电量，降低电站投资的度电成本。简要进行测试分析，比如按照单晶单面组件价格为1.72元/瓦，单价双面双玻组件价格为1.80元/瓦。选择测算条件为：西部首年光照小时数为1500小时容量为100兆瓦的地面电站，单面组件系统造价为3.92元/瓦，双面组件系统造价为4元/瓦，双面组件系统发电增益按照沙地大约为10%进行测算。测算结果为：单面组件电站全生命周期度电成本为0.3421元/度，双面组件电站全生命周期度电成本为0.3165元/度，双面组件电站全生命周期度电成本较单面组件度电成本降低7.5%。

3.2 电站设计建议

优秀的电站设计在保障电站质量的同时，导入新技术新产品还会为业主带来最佳的发电量提升效益降低度电成本。

1.建议注重初始投资向低度电成本转变

作为传统的光伏电站投资运营商，从注重初始投资思维要向低度电成本思维转变，注重技术方案中新技术产品的导入。从实证电站的数据来看，双面组件搭配跟踪支架，反射率较低的情况下，在跟踪支架带来的发电量提升的基础上，能够实现高达8%以上的双面增益，在一些项目中与固定支架和单面组件的搭配相比，甚至能够实现增益提升25%以上，是绝大多数大型地面电站的绝佳选择。在气候炎热、阴雨天气较多、光照资源较差的地区，双面组件凭借优异的弱光表现、更低的工作温度和优异的户外可靠性能，确保电站项目产生更多的发电量，搭配跟踪支架，双面增益将进一步提升，从而有效降低项目度电成本。

2.电站设计方面建议

①根据地表反射率情况可大致判断双面组件的发电增益。地面反射率排比：沙地/水泥地＞土地＞草地＞水面。

②双面组件一般情况下离地高度建议1m-2.5m。

③避免支架对组件背面的直接遮挡。

④尽量避免汇流箱/组串式逆变器、电缆对组件背面的近距离遮挡。

⑤在冬季易积雪的区域采用双面组件，背面发电不受积雪影响，发电的同时因组件发热可使正面积雪融化、易滑落，在提升发电量的同时，还可降低运维成本。

3. 双面组件选用建议

双面组件作为核心发电部件质量是关键，在保障大功率的同时，在应用环境中组件的可靠性耐候性值得关注。要考虑不同种类电池、不同规格厚度玻璃等要素，其中组件胶膜的选择与工艺匹配也非常重要。测试满足行业标准要求是最基本的条件，也要关注实地验证数据分析。

4 结论

在平价时代双面组件是提高组件单位面积功率、发电效率及降低电站度电成本的有效方式之一，但在电站技术设计方案中如何选择高可靠性双面组件、如何与支架类型和高度进行最佳搭配等问题对电站质量及发电效率非常关键，建议采用高可靠性的双玻双面组件，同时根据区域特性在设计方案中进行最佳支架设计匹配，从而发挥电站最佳发电性能。

[参考文献]

[１]　张继平，郝国强，李红波，等．不同地面背景

对双面光伏组件发电性能的影响[J].太阳能学报,2020,41(3):298-304.

[２]　余国森,刘松,吴限.双玻双面组件发电量计算

方法及影响因素分析[J].电气传动自动化，2020，42(1):65-66.

[３]　马宁,相海涛,宋昊，等．不同材质地面上双

面光伏组件发电性能户外实证测试[J].理化检验:物理分册,2020,56(4):14-17.

[４]　滕晓峰,光伏电站双面组件发电量影响因素分

析[J].上海电气技术.2021(2):13-16.

[５]　隆基绿能科技股份有限公司．白皮书：10GW里

程碑，回望隆基双面组件的巅峰时刻．[R/OL]．(2020-11-25)[2022-11-08]．https://static.longi.com/20201125053819413_092c89e3ab.pdf

[６]　马竞涛.平单轴跟踪支架高度对双面光伏组件

发电量的影响[J].太阳能,2019,0(8):48-51.

第一作者：周袁，男，硕士研究生，中级工程师，主要从事光储发电系统的设计，研究及推广应用工作。 通讯作者：勾宪芳，女，博士研究生，正高级工程师，主要从事晶硅电池、组件、光储系统的研究及产业化应用工作