還記的2018年的年初,一個“雙面組件背面功率如何計算”引發(fā)的業(yè)內(nèi)大討論嗎?(詳見:雙面組件背面功率建議按5%考慮及原因分析)
由于當(dāng)時“雙面功率的背面功率如何計算”并無標(biāo)準(zhǔn),因此這一問題引起業(yè)內(nèi)熱火朝天的討論。當(dāng)時就有專家呼吁,雙面組件的各項標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該快速建立起來!
通常所講的雙面組件標(biāo)準(zhǔn),是指雙面組件電性能測試標(biāo)準(zhǔn),對雙面組件的Pmpp、Vmpp、Impp、Isc、Voc等參數(shù)進(jìn)行規(guī)定。
按照原單面組件的測試標(biāo)準(zhǔn),雙面組件正面與背面STC條件下的電性能是可以分別測試的,那么額外的標(biāo)準(zhǔn)意義何在呢?原因在于:雙面組件引入了雙面率(或稱為雙面系數(shù))這一新的評價維度。
對于兩種不同的雙面組件,正面功率與雙面率各不相同,需要一個標(biāo)準(zhǔn)來綜合評價其性能。(實際上單面組件也可以認(rèn)為是雙面率為0的光伏組件)。
該標(biāo)準(zhǔn)的制定,對于應(yīng)用雙面組件的光伏電站系統(tǒng)設(shè)計、雙面組件的功率質(zhì)保、客戶對組件先進(jìn)性與售價的評估、乃至制造商在設(shè)計雙面電池、組件時,在正面功率與雙面率間的如何取平衡都有重要的參考意義(制作雙面電池、提升雙面電池雙面率可能會導(dǎo)致電池正面效率降低)。
原則:能快速得到應(yīng)用
雙面組件已經(jīng)于標(biāo)準(zhǔn)落地前實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用,在第三批應(yīng)用領(lǐng)跑者項目中雙面組件計劃用量達(dá)到50%以上。在標(biāo)準(zhǔn)的制定上,應(yīng)貼近應(yīng)用(并避免細(xì)枝末節(jié)的爭論),使標(biāo)準(zhǔn)能盡快推出并被廣泛接受,尤其是被電站投資商所接受。
單面光伏組件標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境(STC:輻照度1000W/m2、電池溫度25°C、光譜AM1.5)本身也是設(shè)定的測試條件,但在設(shè)定雙面組件測試條件時,就應(yīng)使根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)得到的功率增益與實際電站中能夠獲得的發(fā)電增益相一致。
比如,NREL的論文中模擬了21%地表反射率、組件傾角37°、1m離地高度、AM1.5條件下單塊組件的背面輻照(略高于130W/m2)(見下圖)。
然而,是考慮到在實際大型電站中,組件背面受到的輻照會低于單塊組件的理想情況,因此典型的背面輻照還是選在100W/m2更合適。
雙面組件測試的三種技術(shù)路線
在雙面組件電性能測試方法上,首先均是測試一定樣本量的正、背面STC條件下的電性能以明確組件雙面率,之后存在三種路線:
技術(shù)路線1:正面補償光強測試,
技術(shù)路線2:雙面打光測試,
技術(shù)路線3:根據(jù)理論公式計算,最終得到一定背面光強下(正面處于STC條件)雙面組件的電性能參數(shù)。
其中,
“技術(shù)路線2:雙面打光測試法”,如果能解決設(shè)備成熟度問題自然是最理想的(對于透光雙面組件,消除正面透過的光對背面的影響還是比較難的),但考慮到雙面打光設(shè)備即便在第三方實驗室廣泛應(yīng)用仍是漫長過程,而其他兩種方法相對雙面打光法的偏差也很小(~1W),因此至少一定時期內(nèi)技術(shù)路線1和3會在第三方測試與工廠出廠測試中占據(jù)主流地位,在標(biāo)準(zhǔn)制定中就沒必要苛求準(zhǔn)確性而與實際應(yīng)用脫節(jié)。
三種技術(shù)路線的應(yīng)用情況
目前IEC的雙面標(biāo)準(zhǔn)(IEC TS 60904-1-2)采用了“技術(shù)路線1:正面補償光強法”與“技術(shù)路線2:雙面打光法”,因細(xì)節(jié)上的爭論仍未定稿;
光伏行業(yè)協(xié)會的《雙面發(fā)電組件參數(shù)測試方法》(http://www.chinapv.org.cn/standard_dynamics/254.html)采用了“技術(shù)路線3:公式計算法”,在發(fā)布了征求意見稿后一直處于修改狀態(tài);
中國質(zhì)量認(rèn)證中心的《雙面光伏組件電流-電壓特性測試方法》(CQC1619-2018)則參考業(yè)內(nèi)已達(dá)成的共識迅速定稿,采用了“技術(shù)路線1:正面補償光強法”,在2018年6月發(fā)布。
該標(biāo)準(zhǔn)面向第三方測試/認(rèn)證采用了正面補償光強法,即測試等效輻照度下正面的電參數(shù)作為雙面組件的電參數(shù)(Pmpp、Vmpp、Impp、Isc、Voc、FF、h)。等效輻照度基于雙面系數(shù)(即通常所說的雙面率)通過以下公式計算:
GR, i為背面的輻照度,i可取值50、100、150、200(W/m2)等。
因此當(dāng)GR, i取1000W/m2、組件雙面系數(shù)75%時,等效輻照度為1075W/m2,在該輻照度下組件的轉(zhuǎn)換效率相對1000W/m2變化很小,因此這時的背面功率增益大約為7.5%。
第三方的測試報告應(yīng)包含以下信息:
銘牌或產(chǎn)品說明書宜額外標(biāo)示GE, 100等效輻照條件下的I-V特性參數(shù),具體要求為:
1、背面發(fā)電量增益的計算
電站投資者實際關(guān)心的往往是在草地、土地、沙地、水泥地等環(huán)境下雙面組件的發(fā)電增益。然而,一方面,這些典型地表的反射率往往隨具體環(huán)境不同是不同的,無法精確給出;另一方面,雙面組件的發(fā)電增益不僅與地表反射率相關(guān),也與組件最低點離地高度,具體項目地直射光與散射光的比例、組件對地表的覆蓋度(GCR)以及緯度有關(guān),實際項目中支架、匯流箱等如對組件背面有遮擋還會導(dǎo)致發(fā)電增益降低,這些都屬于電站設(shè)計中需要解決的問題。
在雙面組件標(biāo)準(zhǔn)中僅給出背面輻照度與等效輻照下的功率是科學(xué)的,10%的背面輻照也可與一般的草、土混合地表環(huán)境(反射率~25%)相對應(yīng)。
投資者關(guān)心的問題可以通過PVsyst軟件來做仿真。目前該軟件已經(jīng)升級到6.75版本,對于固定支架上的雙面組件發(fā)電模擬已比較準(zhǔn)確,電站容配比可結(jié)合PVsyst軟件精確計算最優(yōu)值。
2、不同時間,背面發(fā)電量增益不同
如前文所述,類似單面組件STC條件下的功率,雙面組件等效輻照下的功率也應(yīng)是與正面功率相對應(yīng)的組件綜合發(fā)電能力的體現(xiàn),全年發(fā)電增益如為7.5%(背面輻照與正面輻照之比為約10%),根據(jù)模擬與實證結(jié)果,夏季的增益會高于7.5%,冬季的增益則低于7.5%,一天中正午時背面與正面輻照度比可能為8%,而早晨、傍晚由于光照中散射光比例高,背面與正面輻照度的比值可達(dá)20%以上。
3、背面發(fā)電量增益影響大
如開篇提到,雙面組件標(biāo)準(zhǔn)為不同雙面率組件先進(jìn)性對比提供了依據(jù)。同等組件尺寸下,如雙面組件A正面功率310W,雙面系數(shù)75%,雙面組件B正面功率300W,雙面系數(shù)82%,則A在100W/m2背面輻照時的等效功率約333W,高于B組件(約324.6W),而單面組件C即便正面達(dá)到320W,在地面電站中的發(fā)電能力仍將不及組件A和B。
4、弱光性提高背面發(fā)電量增益
雙面組件(雙面均會鈍化)的背面發(fā)電增益是指相對正面發(fā)電而言的,在發(fā)電實證中雙面PERC組件可使用功率相近的單面PERC組件作為對照組。如采用常規(guī)鋁背場組件作為對比時,因雙面組件的弱光發(fā)電優(yōu)勢與較低的功率溫度系數(shù)值,實證中得到的發(fā)電優(yōu)勢將高于僅憑背面輻照獲得的發(fā)電增益。即如果雙面組件的背面發(fā)電增益為7.5%時,實證中相對常規(guī)組件則可多發(fā)電~10%。
5、雙面組件的正面也要達(dá)標(biāo)
第三批應(yīng)用領(lǐng)跑者項目18.7%的單晶滿分效率指標(biāo)是針對所有組件的(當(dāng)時沒有雙面標(biāo)準(zhǔn)推出),中標(biāo)方均承諾正面功率達(dá)到滿分標(biāo)準(zhǔn),因此實際供貨時雙面組件正面效率需滿足投標(biāo)承諾。