坑塘水面集中式光伏发电项目组件选型比较

坑塘水面集中式光伏发电项目组件选型比较

朱雪阳

大唐南京发电厂，江苏 南京 210000

摘要：坑塘水面集中式光伏发电项目一般按照工程规模分为多个光伏方阵，每个光伏方阵由太阳能电池组串、直流汇流设备、逆变设备及升压设备构成，一般推荐采用分块发电、集中并网方案。本文将从光伏组件分类、控制系统、安装、运行特性、维修、建设安排、事故影响等方面对不同配置方案进行对比分析。

关键词：光伏发电；组件；电池

1.引言

我国中、东部地区虽土地紧缺，但对于坑塘水面采用光伏与渔业相结合形式，采用高支架光伏发电方案，架高支架顶部采用光伏组件覆盖，底部继续发展渔业，光伏渔业一体化并网发电，一方面光伏系统可直接降低成本发电，另一方面由于太阳能电池可间隔布置或采用透光率较高的光伏组件，使得动植物生长所需要的主要光源可以穿透。该项目为集太阳能发电，现代渔业养殖为一体的一体化项目，以此创造更好的经济效益和社会效益，但同时也对光伏设备选型提出更高要求。

2．光伏组件选型

2.1光伏组件分类

太阳能光伏电池从其选用的材料可分为两类：晶体材料、薄膜材料。经过市场大浪淘沙，光伏行业主要选择的主要高效电池技术有：P型单晶 PERC 电池技术、多晶黑硅电池技术、N 型单晶双面电池技术、半片组件技术。

（1）PERC 单晶单面电池

和常规单晶电池工艺相比，PERC 单晶电池主要增加了背面钝化、背面SiNx膜沉积和激光打孔三道工艺。由于PERC 电池在弱光条件下较常规多晶的发电优势明显，并且叠加PERC 优异的温度特性（组件功率温度系数较常规多晶低）和低组件工作温度，相同条件，同等装机容量PERC 单晶组件比常规多晶组件可多发3%以上的电能。

在衰减方面，多晶组件首年衰减约为2.5%，而 PERC 单晶组件通过在电池端提前的光照+退火等防LID 技术，其首年衰减在2%以内，之后逐年衰减低于0.55%，远低于常规多晶0.7%的逐年衰减。在组件25 年运行期间，PERC 单晶组件的低衰减特性可为光伏电站提供额外的发电量。光致衰减方面，多晶黑硅光衰约为1.5%，N 型单晶基本没有光衰，而PERC单晶的光衰在2-10%之间，从而导致PERC 单晶组件应用在光伏电站后很可能光电转换效率大幅下降，光伏电站发电量和收益率而随之大幅下降。

（2）PERC 单晶双面电池

基于PERC电池技术的还有另外一种技术双面PERC。PERC 单晶双面电池背面由全 Al 层改为局部 Al 层，因此背面的入射光可由未被 Al 层遮挡的区域进入电池，实现双面光电转换功能。由于激光开孔仅需要在背面的局部进行以疏导光生电流，铝浆覆盖面积少，因此电池的背面转换效率可达到正面效率的75%以上。

而双面PERC可以保持原先单面PERC的高转换效率，同时背面也可以发电，根据工程所在地地面对光的反射能力，可以增加5%～20%的系统发电增益。这就意味着，在生产制造成本没有明显增加的情况下，系统端的发电量却增加了5%～20%，无疑明显地降低了系统的度电成本。PERC双面在工艺上的实现难度并不大，适合大规模量产，这也顺应了光伏平价上网的需求。光伏行业发展最核心的竞争力是度电成本。要降低度电成本，就要提升电池、组件的效率，持续降低包括硅片、电池、组件的成本，提升发电量，保证可靠性。在目前可见的时间范围内综合考虑性价比来看，单晶PERC，包括单晶PERC双面是综合性价比最高的光伏技术。

（3）N 型单晶双面电池

N 型单晶双面电池在近年也逐步释放产能，从相关资料来看，国内若干主要企业均具有一定技术储备。这种电池的特点也是双面皆可吸收入射光线，从而提升电池和组件的发电量。和常规电池相比，该款电池主要增加了双面浆料印刷和硼元素掺杂（如旋涂、印刷高温推进和固态源扩散等）等工艺。目前国内主要企业储备的该产品技术基本都没有用到激光等工艺，因此整个电池制作工艺不对硅片造成额外损伤，组件可在各种使用条件下保持稳定性。此外，还具有无光致衰减、弱光响应好等特点。由于N 型单晶双面电池正背面均印刷银浆，因此该款银浆的耗量高于P 型单多晶电池。在产能方面，N 型电池与P 型电池的相比还有差距。

（4）多晶黑硅电池

多晶硅片中具有若干不同晶向的晶体，因此单晶广泛应用NaOH溶液各向异性制绒工艺并不适用于多晶制绒。目前通行的多晶硅制绒工艺主要是HF/HNO3混合溶液的缺陷腐蚀制绒法，此方法制绒后的硅片反射率约为18%，高于常规单晶制绒后11%的反射率，不利于多晶电池对入射光线的有效吸收。为了进一步降低多晶硅片制绒后的反射率，采用特殊制绒工艺在多晶硅片表面形成纳米结构，增加有效多晶硅片对入射光线的吸收。采用这种制绒工艺生产的多晶电池有更低的反射率，此方法制绒的多晶电池从肉眼来看比普通多晶电池更黑，因此这种工艺被称为黑硅制绒，可将多晶电池效率提升0.6%以上。

（5）半片组件技术

半片电池技术将标准规格电池片激光均割成为两片，对切后联接起来。

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，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。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。

2.2光伏组件的对比

（1）转化效率对比

2015年以后，随着光伏组件制作工艺的日趋发展，目前单晶电池在实验室和量产效率上领先于多晶电池，市场主流产品中多晶硅组件转化效率为16.5%~17.4%，单晶硅转化效率19.5%~21%（包含PERC技术）。

（2）长期LID衰减比较

单晶系统初期光致衰减较多晶系统偏高，单晶组件一般为2.5-3%，多晶组件一般为2.5%。但是组件安装一年后单晶系统衰减与多晶系统基本相当，均为2.66%左右。在运行两年后单晶系统衰减比多晶系统明显偏低。单晶系统衰减过程中，有明显的回升和稳定的过程，其长期年平均衰减约在0.55%左右，而多晶系统高于单晶系统，其长期年平均衰减约在0.7%左右。

表1 单多晶系统光致衰减对比

（3）弱光效应

单多晶电池在高辐照度条件下相对效率相差不大，但在低辐照度条件下，由于单晶电池接受的光普范围更广，因此其弱光响应优于多晶电池。在光伏电站系统中，单晶硅组件在清晨、傍晚以及阴雨天弱光效应优势更为突出，在相同辐照条件下，每千瓦单晶系统的年总发电量显著高于多晶系统。

（4）效率温度系数比较

根据光伏组件特性曲线，其工作温度每提高1℃，输出功率下降0.41%-0.45%。由于单晶无晶界，材料纯度高，内阻小，工作时温度升幅较小，工作温度低，单晶硅组件目前功率温度系数在-0.40%/K左右。而多晶光电转换率较低，将更多光能转换为热能而非电能，工作温度高，多晶硅组件目前功率温度系数在-0.45%/K左右。因此，在较高光强下，单晶工作温度比多晶低5~6℃左右，同时，单晶硅功率随温度影响要小于多晶硅光伏组件。

图1 单、多晶光伏组件效率随温度变化对比

3.结语

通过以上分析对比，坑塘水面整体地势开阔、地形平坦，光伏组件反射条件较好，选用双面组件价格增加不多，但发电量增益明显，具有明显优势。基于电站投资效益和发电量的考虑，为了实现有限的建设面积内更高的发电量和更优的综合电价收益，通过度电成本模型测算，推荐选用技术成熟度高、光电转换效率较高的单晶双面双玻光伏组件。

参考文献：

[1] 钱志成 , 戴晓 , 史鹏 , 等 . 太阳能电池的最终效率探讨 [J].科学通报 , 2016, (9): 964 - 970.

[2]孙向东 , 任碧莹 , 张琦 , 等 . 太阳能光伏并网发电技术 [M].北京：电子工业出版社 , 2014, 8.