《双面光伏组件技术报告2017》中文版-上海市太阳能协会&ampamp;TaiyangNews.pdf-solarbe文库

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Authors Shravan K. Chunduri, Michael Schmela TaiyangNews 技术报告 Authors I. Chambouleyron and Y. Chevalie 中，其电介质钝化形成 np 结构的设计与 PERC 结构在概念上相似。在光伏技术的早期发展中，双面电池技术主要局限于太空领域的应用。在陆地应用中，双面技术一开始主要与平面反射镜配套使用，稍后也采用了静态聚光镜照射电池背面的应用方案。直到 1980 年左右，多个研发团队才实现了双面组件吸收环境反照光发电的能力。根据 ISC 研究中心 Kopecek 的观点， 2000 年是双面技术的复苏之年。日本日立（Hitachi）研发了正面效率 21.3，背面效率 19.8 的高效双面电池，该电池基于早期双面电池的三极结构。几乎与此同时，三洋（现为松下）开始了基于其专利 HIT 异质结双面组件技术的量产化工作。2000 年在德国引入光伏 FIT 补贴政策，欧洲步入其光伏时代的同时，欧洲科研人员也开始投入于这项富有前景的技术。ISC 以及 ECN（荷兰能源研究中心）当时正致力于在常规生产设备条件下通过实现背部钝化舍弃 BSF 铝背层，将时间证明选择时间证明选择 8 TaiyangNews | Bifacial Solar Module Technology 加工成本降至接近常规电池水平。可惜的是当时研发人员在双面电池技术的开发中并未获得重大突破。除了方案论证研究之外，双面电池那时仍是一种小众技术。 Kopecek 说 “人们一般认为双面组件无法按照峰值效率为基准进行销售是其主要原因。” 2.3 转机当今投入光伏行业的大型投资方越来越多，PPA 投标电力采购合同也使得电站的长期收益变得日渐重要，而且光伏发电的成本也逐渐可匹敌于传统发电方式，现在业内主要面临的挑战是降低 LCOE （度电成本）。这也是最终拉动双面技术进入市场的契机。从生产方面来说，双面技术已具备量产所需的一切条件。持续的成本压力迫使厂商不断地投入于高效低成本的解决方案，而就目前现有的技术而言，没有比双面技术更好的方案了。当前众多光伏技术的革新，直接或间接地推动着光伏行业将未来的发展方向转向双面组件先进电池结构抛弃 BSF 铝背场，引入先进电池方案是目前的主流趋势，而多数先进电池方案本身就具备双面发电性质。PERC 目前已在单晶中占据主导地位。几乎所有投入 PERC 的电池制造商都在认真评估双面技术。诸如多主栅 MBB 或更多主栅（more Busbar）的方案，减缓了对背面金属化电阻系数方面的要求，便于 PERC 电池实现双面化。这些方案弥补了背面金属铝电极的低导电性。n 型硅片价格虽然较高，但双面发电带来的增益依然高于 p 型 PERC 电池，这也是许多公司仍然陆续投入双面技术的原因。双玻组件随着薄型玻璃价格越来越低，技术日渐成熟，双玻组件的市场竞争力日益提高。组件制造商通过采用双玻结构也能提供更长的保修期。透明背板透明背板的出现实际上是为了满足双面技术发展的需求，使用透明背板代替不透明的背板是在组件层面实现双面发电的先决条件。透明背板的出现说明当前光伏制造业将双面组件视为技术发展的必然方向。 Kopecek 说，对于某项技术投入量产化不同光伏厂家选择不同的双面电池技术方向 p-PERC SolarWorld p-PERT NSP SolAround p-PERT multi n-PERT Adani HT-SAAE LG PVGS HJT Sunpreme Panasonic 不断增多的制造厂商各种先进电池结构都可以应用于双面发电，投入双面技术的厂家也日渐增多。该名单显示了众多技术先进的电池厂商参与到双面电池的研发中，以及各家工厂所采用的不同技术方向。 Source © TaiyangNews 2017Bifacial Solar Module Technology | TaiyangNews 9 的讨论一直围绕着三个主题展开，银行认证、测试标准及功率测量 / 太阳光模拟。双面电池这三个方面都已取得了可观的进展。随着双面发电光伏系统安装量的增长，和多个一线组件大厂对双面组件技术的投入，获取银行认证的条件正在改善。用于测量双面光伏设备 IV 特性的 IEC（国际电工技术委员会）标准已进入审核的最后阶段。太阳光模拟设备主流供应商也已开发出用于双面光伏发电产品的测试设备，用于量产条件下双面电池及组件的检测。据 Kopecek 提供的资料，光伏模拟系统的重要软件提供商已准备好提供相关支持。随着这些重要问题的逐步解决，双面技术步入其发展的黄金时代。 2.4 众多市场参与者 Taiyang News 参加了全球最大的光伏展上海 SNEC 2017 展，一线组件制造商都在其展位上展示了双面组件产品，厂商通常将双面组件贴上 “新产品 ”的标签。当然你也可以在一些小厂商的展台上看到所展示的双面组件。事实上，投入 PERC 或其他先进电池技术的各个电池厂商都在认真评估双面技术或已将其部分产能投入双面电池的生产。上页表格列出了涉及双面电池发展的重要厂商以及他们相应投入的双面技术。 PERC bifacial structure p-PERT n-PERT A l um i num re ar c o n t ac t grid F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid A lu m in u m / s ilv e re ar c o n t ac t grid F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid S ilv e r re ar c o n t ac t grid F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid n-PERC Heterojunction A l um i num r e a r c ont a c t g r i d F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid S ilv e r re ar c o n t ac t grid F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid 双面发电的先进电池架构全都是双面电池每种先进电池原理上都是双面发电结构，此技术报告中重点介绍五种不同结构电池的发展现状，p-PERC, p-PERT, n-PERT, n-PERC 及 HJT 异质结电池，见上图。 Source © TaiyangNews 201710 TaiyangNews | Bifacial Solar Module Technology 3. 双面电池技术应用双面发电技术在不同技术层面都需做出相应的改进，因此为了更好的介绍双面发电技术，我们将分三个章节介绍该技术，即电池、组件和系统。当投入双面发电技术时，在电池层面可选择的主要是目前三种可供量产的电池架构HJT 异质结、PERT（钝化发射极及背面全部扩散）和 PERC（发射极及背面钝化）。基于所使用的材料以及生产设备的不同，这些技术可以进一步的分类（见第 9 页配图）。虽然 IBC 电池也具有双面发电性，但该技术尚未进入量产阶段。 HJT、 PERT 和 PERC 的双面因子不同。最有效的是 HJT 和 n-PERT 电池，其双面因子超过 90。其次是 ISC 开发的 IBC 电池，其双面因子为约 80。而 PERC 双面因子最低，约 70。 3.1 p 型双面电池常规的 PERC 结构不支持双面发电，在目前对其的生产中仍旧采用局部铝背场 BSF 结构。然而，只需用印刷金属铝栅格结构代替 BSF 铝背场，就可使 PERC 电池获得双面发电能力。就目前来说，这一简单改进是成本最低也是应用最广泛的双面电池方案。因 PERC 电池基于目前主流的 p 型硅片，所以吸引着越来越多的厂家转向 PERC 双面电池，其中甚至包括了那些早期投入其他技术路线的厂家。事实上，与从常规 BSF 升级至 PERC 电池相比，转到双面电池所需的额外投入几乎可以忽略不计。 3.1.1 p-PERC 在具体介绍 PERC 电池双面化的细节之前，我们先对 PERC 电池技术进行简单扼要的介绍。从概念上讲，PERC 就是在常规电池结构上附加背面钝化工序。PERC 工与其他双面技术不同，PERC 已完全进入了量产阶段。世界一流的电池与组件制造商，如天合光能和晶澳已开始供应双面 PERC 组件，这些组件在上海 SNEC2017 展已经展出。 Source © TaiyangNews 2017 Source © TaiyangNews 2017Bifacial Solar Module Technology | TaiyangNews 11 艺流程涉及了背面钝化膜的沉积，以及对钝化膜进行激光打孔，打开与背面电极接触的通道。这是常规电池工艺基础上所需附加的两个额外重要工序。除此以外，基于化学清洗设备的边缘隔绝工序需稍加改进，以便用于背面抛光。额外增加的钝化膜沉积设备以及钝化膜激光开孔设备通常配置在常规电池产线后端。关于 PERC 电池加工及制造的详细资料请参阅我们的 PERC 电池专刊 2017 ，您可从我们的网站 taiyangnews.com.cn 免费下载该报告。从 PERC 转入双面结构的工作相当简单。不是背面覆盖铝浆形成局部铝背场 BSF，而是采用铝浆在背面印刷与正面类似的的细栅格。此工艺需要使用与用于铝背场不同的专用铝浆。浆料生产商已开始提供适用于 PERC 双面电池的铝浆配方。该方法的一个优势在于可以避免在电池背面使用银浆，而大部分其他双面结构需要在电池正反两面都应用银浆。将 PERC 升级为双面结构也需要对钝化膜中的氮化硅膜层以及激光开孔部分做一些优化。在 2015 年 EU PVSEC 会议上，德国太阳能研究机构 ISFH 最近对其称之为 PERC 的双面 PERC 电池公布了一份评估报告（ The PERC Cell A 21-Efficient Industrial Bifacial PERC Solar Cell, Authors T. Dullweber et al ）。根据其报告，该双面电池双面因子达到 80，即正面效率 20.8，背面效率 16.7。该机构目前一直都致力于此技术的改良，已将正面效率提高至 21.6，背面效率保持不变。当投入 PERC 双面电池生产时，需要升级一些硬件设备，特别要提高用于背面电极栅格的印刷设备以及激光设备的精度。最重要的一步是定位激光开孔图样并将铝浆准确印刷入孔内。这个难度并不太高，每家电池厂商都可利用高精度丝网印刷机完成这一工艺。事实上，这些改进与其他电池技术所需做出的升级相比可以几乎忽略不计。 “早期的双面技术要求对常规生产线进行大量的改造，但是 PERC 双面结构工艺只需在常规 PERC 产线上稍作改进即可” ，隆基的方洪斌博士告诉我们。隆基是目前全球大的单晶硅片制造商也是 PERC 电池的大力拥护者，该公司对双面技术有着远大的发展计划。隆基已将其 300MW 产能进行了升级优化，用于双面 PERC 电池的生产12 TaiyangNews | Bifacial Solar Module Technology （见第 29 页访谈）。根据目前隆基提供的资料，其量产 p-PERC 双面电池平均正面效率为 21.3，反面效率为 16.5，双面因子约 77。其他几家已投入 PERC 电池生产的厂商也正在加入双面电池生产的行列。除了常规 PERC 电池之外， SolarWorld 也是早期应用双面技术的厂商。该公司在 2014 年完成可行性研究之后，就开始了双面电池的规模化制造进程，向市场提供量产双面发电产品。目前，SolarWorld 量产 PERC 电池稳定效率的中位数为 21.6，试线平均效率为 22。 SolarWorld 技术主管 Holger Neuhaus 认为效率的提升潜力在 24。SolarWorld 目前销售的双面双玻组件功率为 290W，正面效率 17.2，双面发电增益 10 至 25。晶澳也被视为首批投入双面技术的光伏厂家之一。根据晶澳 CTO 单伟博士提供的信息，该公司双面电池的正面效率与目前常规 PERC 电池在同一水平，为 21，其双面因子为 70，换算背面效率约 15。在 SNEC 展上，晶澳展示了其一款新产品， 295W PERCIUM 单晶 60 片组件，其双面因子高于 65（请查看第 10 页图）天合光能的双面产品最初是从 n-PERT 电池结构开始的。天合光能的首席工程师陈博士说，由于目前 n 型双面电池的成本相对还是较高，该公司首先向市场提供基于 PERC 电池的双面组件。他向我们透露，虽然国内的客户主要寻求低成本产品，但该双面组件在中国的市场上的反响很不错。 “ 在中国，PERC 双面电池是一个不错的选项”，他说。天合光能运用其 PERC 双面技术在电池正面获得效率 21.3 至 21.5，背面效率为 13 至 15。在 2017 年 SNEC 展期间，该公司展示了其 285 至 300W 双面组件，其最大效率为 18（请查看第 10 页图）台湾领先电池厂商 NSP 公司也从早期免费的双面发电红利虽然可能有人说，p-PERC 的双面因子很低，介于 60 至 80 之间，但随着 PERC 技术应用的日益普及，PERC 电池逐步成为新一代常规单晶电池技术，而将此类产品升级为双面发电所需的成本几乎可以忽略不计。多家厂商 p-PERC 电池的效率 16. 7 15 13. 8 16. 5 15 21. 6 21 21. 2 21. 3 21. 5 80 70 65 77 70 0 10 20 30 40 50 60 70 80 9 0 100 0 5 10 15 20 25 I S F H R e s e a r ch 晶澳 N S P b i fi 2016 隆基天合光能 B if a c ila ity E f f ic ie nc y 背面效率正面效率双面因子 Source © TaiyangNews 2017