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双玻、半片、叠瓦 哪种光伏组件发电量更高?

录入时间:2019/4/30 作者/来源:国金证券研究所
尽管现在处于行业调整期,但投融资机构还是对光伏行业信心满满,最近国内权威证券机构从技术角度出具了一份报告,分析了未来光伏组件的技术趋势,并继续推荐投资者关注光伏。
 
  双玻单面组件
 
  双玻组件由两块钢化玻璃、EVA胶膜和太阳能电池片经过层压机高温层压组成复合层。它包括由上至下依次设置的钢化玻璃层、材料层(PVB、PO、EVA 或离子聚合物)、单晶或多晶电池组层、材料层、钢化玻璃层。
 
 
  各项性能优,适用范围广
 
  各项性能均改善,适用范围显著扩大。由于双玻组件采用双玻璃压制而成,其耐候性、发电效率都优于传统组件,尤其是对于分布在湿度较高、酸雨或盐雾较大地区的光伏电站、农业大棚光伏电站、大风沙地区光伏电站,双玻组件优势更加显著:
 
  透水率为零,衰减率、效率、寿命同步优化。单玻组件的背板材料是一种有机材料,水汽可以穿透背板导致 EVA 树脂快速降解,其分解产物含醋酸,醋酸会腐蚀光伏电池上的银栅线、汇流带等,使组件的发电效率逐年下降。而玻璃的零透水率使组件的电量损耗减少,发电效率提升,衰减率下降约 0.2 个百分点,寿命延长 5 年达到 30 年左右。
 
  机械性能良好,发电稳定可靠。玻璃的耐磨性、绝缘性、防水性以及承载力都优于背板,减少组件局部隐裂等问题,使组件发电更稳定可靠。此外,双玻组件的防火等级由传统组件的 C 级升到 A 级,防火性能显著提高。
 
  热容量大,减少热斑效应。双玻组件自身的热容量较大,与普通组件相比其温升速率较小,更不易受冷热冲击的影响。且玻璃与背板的热扩散系数相差 7 倍以上,采用双玻组件可以很好地解决组件散热问题,减少热斑损伤。
 
  无铝框设计,有效解决 PID。双玻组件采用无框设计,没有铝框便无法建立导致 PID 发生的电场,大大降低了发生 PID 衰减的可能性。
 
 
  衰减低寿命长,发电量增幅超 20%
 
  双玻组件凭借更低衰减率可使发电量增长 3%左右,但玻璃替代背板后透
 
  光量增加带来功率损失,因此双玻组件综合发电量增益约 1%:
 
  增益:低衰减率贡献发电量增幅 3%。由于双玻组件的衰减率比单玻组件降低约 0.2 个百分点,相同发电条件下,双玻组件的发电量较之传统组件会提高 3%。
 
  损失:透光量增加,损失功率 2%。由于 EVA 胶膜是透明的,没有白色的背板反射电池片间的漏光,使得在电池中产生光电效应的光量因透光较高而降低,组件会有至少 2%以上的功率损失。而使用白色EVA 做后侧的封装材料会出现白色 EVA 溢胶遮挡电池片的现象,无法完美解决功率损耗问题。此外,双玻组件的封边方式会影响抗水器的功能,失去铝框保护后对风压的耐受度也会受到一定影响。
 
 
  双面电池组件
 
  双面电池背面采用铝浆印刷与正面类似的细栅格,背面由全铝层覆盖改为局部铝层。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,相当于增加了电池受光面积, 从而增加发电量。与单面双玻组件类似,双面发电组件背面也采用玻璃或透明背板进行封装,优化组件性能的同时增加背面透光量。
 
 
  与单面双玻组件相比,双面双玻组件在零透水率、优良机械性能、少热斑损伤、低 PID 概率等优势的基础上,性能与适用性进一步加强:
 
  工作温度低,降低功率损失。温度会对太阳能晶硅电池的开路电压、短路电流、峰值功率等参数产生影响,温度升高 1℃,峰值功率损失0.35% ~ 0.45%。双面电池的背面是高透光的 SiNx材料,红外光线可以穿透电池,不被电池吸收,正常工作下的温度较常规组件低 5~9℃,减少功率损失。
 
 
  可垂直安装,适用范围增广。在理想的安装倾角、距地高度以及地面反射率下,双面发电组件能够充分利用环境中的反射光和散射光发电。因此,除传统安装方式外,双面发电组件还可以垂直安装,适用于围栏、太阳能幕墙、高速公路隔音墙、采光型农业大棚等场合。
 
  双面发电,发电量增益 5%~30%
 
  系统层面,发电量增益 5%~30%。双面电站系统的性能主要受系统设计及安装环境的影响。在同等标称峰值功率、安装地点的情况下,双面发电组件发电量增益 15%~20%;增加组件高度及地面反照率后增益可达30%;
 
  使用斜单轴或追踪设备后增益甚至可达 50%以上。
 
  电池背面效率略低于正面,背面透光导致正面效率略降:由于激光开孔点仍然需要栅格来疏导光生电流,故电池背面大部分区域仍覆盖了Al/Ag 浆,且铝栅格导电性不如银栅格,故铝栅线较宽,背面覆盖率高达 30%~40% , 因 此 背 面 可 吸 收 光 线 的 区 域 有 限 , 转 化 效 率(10%~15%)明显低于正面(20%以上)。同时,由于背面由全 Al 层改为局部覆盖,透光量增加,电池正面效率可能会下降 0.2-0.5%。
 
  发电增益受反射背景、组件朝向、安装角度、离地高度的影响:双面发电组件安装角度可从 0°到 90°,角度越大较常规组件发电量增益越多;配合跟踪轴等追踪设备后发电量增加显著;背景颜色越浅,背景反射率越高,发电量提升越多;离地高度越高,组件与地面之间的空间越大,则组件背面可接收的周围反射面越大,发电量越多。
 
 
  半片电池组件
 
  电流减半降低工作温度,特殊串并结构减少遮挡损失
 
  半片电池技术使用激光切割法沿着垂直于电池主栅线的方向将标准规格电池片(156mmx156mm)切成相同的两个半片电池片(156x78mm)后进行焊接串联。为了与整片电池构成的组件在电气参数上一致,应在组件内部进行电池片的串并联。一种可能的连接方式为:每 20 片半片串联,与另外一串20 个半片并联,再整体与第二个这种并联体串联,再与第三串串联,仍旧使用三个旁路二极管。
 
  由于太阳能晶硅电池电压与面积无关,而功率与面积成正比,因此半片电池与整片电池相比电压不变,功率减半,电流减半。
 
 
  兼顾支架与土地利用率的同时,减少遮挡造成的发电量损失。常规光伏组件安装在光伏电站上进行组件阵列排布时,通常有纵向排布与横向排布两种方式。纵向排布组件的优点是安装方便、支架利用率高、占地面积较小,缺点是在早晚阴影、灰尘、水渍、积雪等造成遮挡时,纵向排布的组件发电量损失比横向组件更多。半片组件凭借其特殊的并串结构,可以使组件在纵向排布提高支架与土地利用率的同时减少阴影遮挡造成的发电量损失。
 
  工作温度下降,热斑几率降低。由于减少了内部电流和内损耗,组件及接线盒的工作温度下降,热斑几率及整个组件的损毁风险也大大降低。在组件户外工作状态下,半片组件自身温度比常规整片组件温度低 1.6℃左右。
 
  电阻损耗减少 75%,功率增加 5~10W
 
  电流减半,电阻损耗降低,功率提升 5~10W。将电池片切半进行焊接串联,使得其电流降为原来的 1/2,因此其电阻损耗就下降到原来的 25%(P=I2R)。得益于损耗功率的降低,填充因子与转换效率有所提升,比同版型 120 片组件功率提升 5-10W(+2%~4%)甚至更高。
 
  工作温度低,减少温升带来的功率损耗。半片组件户外工作温度比常规组件低 1.6℃左右,按照组件功率温度系数-0.42%/℃计算,同等条件下半片组件比整片组件功率输出高 0.672%(按普通组件功率 280W 的估算,功率提高 1.88W)。
 
  多主栅电池组件
 
  技术逐渐成熟,组件可靠性提升
 
 
  从金属电极遮挡电池减少有效受光面积,以及栅线材料银价格较高的角度考虑,栅线应越细越好。然而,栅线越细、导电横截面积越小、电阻损失越大。此外,组件内电池片之间由焊带与主栅相连,栅线的改动还涉及焊接工艺变化,因此栅线的设计需要在遮光、导电性及成本之间取得平衡。
 
  近年来,随着硅片尺寸变大、网印技术改进、硅片成本下降导致正极银浆成本占比增加,多主栅技术难度越来越小而性价比日渐提升,多主栅(Multi-Busbar,MBB)甚至无主栅电池的市占率逐步提升,2017 年起部分大厂开始推出多主栅电池片,预计未来将逐步成为主流。
 
  组件可靠性提升。由于栅线密度增大,间隔小,即使电池片出现隐裂、碎片,多主栅电池功损率也会减少,仍能继续保持较好的发电表现。同时,焊接后焊带在电池片上的分布更为均匀,分散了电池片封装应力,从而提升了电池片的机械性能。
 
  降电极电阻与遮挡,组件功率提升 5-10W
 
  多主栅电池片大多采用9/12 条栅线设计,增加了栅线对电流的收集能力,同时有效地降低了组件工作温度,提高组件长期发电性能,组件效率可提高2.5%,功率可提升5-10W。
 
  电池内栅线密化,电阻损耗降低。虽然电极变细使串联电阻提高,但多主栅技术通过增加栅线的数量,将栅线密化,减小了发射区横向电阻;通过增加栅线横截面积(减小栅线宽度,增加栅线高度),减小了导线电阻。每条主栅线承载的电流变少,电流在细栅上的路径变短,功率损耗得到有效降低。
 
  有效受光面积增大。更细更窄的主栅设计有效地减少了遮光面积,有效受光面积增大。多主栅电池与 5BB 电池相比遮光面积大约减少 3%。
 
  圆形焊带的二次光反射效应增加电池光的吸收利用率。使用传统扁平/方型焊带时,焊带上方的入射光基本被反射损失掉,而圆形焊带上方的入射光经过玻璃二次反射可被电池片有效吸收利用,从而提高光生载流子的收集率。
 
  叠片电池组件
 
  采用无主栅设计,电池交叠互联无焊带
 
 
  叠片电池组件技术将电池片切割为 4-5 份小片,再将电池正反表面的边缘区域制备成主栅,然后使前一片电池的前表面边缘与下一片电池的背表面边缘互联。这样的设计使得电池片以更加紧密的方式互相连接,电池间缝隙降到最低,边缘甚至稍微重叠。叠片组件技术采用整体无主栅设计,通过一种类似导电胶的方式将电池以串并联结构紧密排布,省去了焊带焊接。
 
  叠片技术采用无主栅设计,降内耗提功率的同时大幅度降低了反向电流对组件产生热斑效应的影响,提高了组件的机械性能。
 
  解决热斑问题,抗裂能力增强。由于叠片组件独特的排列方式,降低了焊带电阻对组件功率的影响,保证了组件封装过程中的最小功率损失,降低了反向电流对于组件产生热斑效应的影响。叠瓦组件特有的柔性连接,可以最大程度地减少由于组件运输与现场安装可能带来的电池片隐裂,控制隐裂延展。
 
  适用于高纬度及土地集约等高遮挡地区。与其他常规组件比,叠片组件在部分遮光条件下损耗功率更低,因此更适合于高纬度地区、土地集约项目以及分布式项目等。
 
  可放电池片数量增加13%,组件功率可提升15-20W叠片技术通过交叠电池小片,实现无电池片间距,在同样面积下可以放置更多的电池片,从而有效扩大了电池片受光面积,发电增益可达18.5%,组件效率可提升到18.81%,远高于半片、多主栅等组件技术:密度大,省空间,同版型组件可放置电池片数量增加 13%。2017年主流的叠瓦版型是将 1 片常规尺寸的电池片(156mm 边长)切成5小片,34小片串联成为一串,2串串联后再并联形成一个组件。组件中,电池片总面积相当于68片156mm×156mm电池,组件面积相当于60片156mm×156mm电池的版型,其尺寸为1623mm×1048mm×40mm,即同版型组件中电池片数量增加 13.3%。
 
  采用无主栅设计,减少金属栅线遮光面积。叠片电池的无主栅设计减少了金属栅线遮光面积,提高组件输出功率。
 
  串并结构减少内阻,降低遮光影响。叠片组件特殊的串并结构降低了组件内阻与内部功耗。并联电路设计使叠瓦组件功率下降与阴影遮蔽面积呈线性关系,与其它常规组件相比在部分遮光的条件下表现更好。

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