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　　——億晶光電

 

　　一、引言

 

　　光伏制造業(yè)的發(fā)展有如一部時(shí)代大片，跌宕起伏，扣人心弦，而身處其中的光伏人更是深有體驗。在我們的意識印記中，制造業(yè)更多地意味著(zhù)儀容嚴肅的數字和數據。倘若換個(gè)角度思考：讓數字變成文字，讓文字擁有靈魂，以數入文，以文入哲，我們或可進(jìn)一步發(fā)現制造業(yè)的哲學(xué)之美。

 

　　在近期第四屆雙玻大會(huì )上，CQC向億晶光電隆重頒發(fā)全球首張雙面雙玻組件領(lǐng)跑證書(shū)。獲證組件是億晶光電量產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品，采用PERC雙面和半片等多種前沿技術(shù)，對于光伏制造業(yè)具有里程碑意義。此資訊被行業(yè)媒體廣為轉發(fā)，雙面和半片技術(shù)的創(chuàng )新再次成為業(yè)內眾多專(zhuān)家的關(guān)注焦點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。

 

　　“知過(guò)去者，善掌未來(lái)。”筆者首嘗淺析雙面半片技術(shù)中的哲學(xué)元素，并適時(shí)穿插闡述雙面或半片技術(shù)的主要歷程，以期于時(shí)間的鎖孔之中，窺探光伏技術(shù)浩瀚的未來(lái)。

 

　　二、雙面半片技術(shù)的哲學(xué)思維

 

　　億晶光電在每種新型電池或組件產(chǎn)品的設計時(shí)，都會(huì )充分考慮電池和組件的技術(shù)可行性、成本可控性和產(chǎn)品可靠性的 “三可原則”，以達到“可研、可產(chǎn)、可用”的“三可目標”。這其中，雙面半片組件又暗含豐富的哲學(xué)思想，使得我們在慨嘆“光伏人的忙與乏”之余，可從以下角度進(jìn)一步了解此產(chǎn)品。

 

　　2.1 半片：一分為二

 

　　在唯物辯證法中，“一分為二”是指一切事物、現象和過(guò)程都可分為兩個(gè)互相對立和互相統一的部分。光伏行業(yè)中，硅料顆粒經(jīng)若干工序成為完整硅片和電池片，再變成半片電池進(jìn)行組件封裝，卻也恰含 “合后再分，分后必合”之趣意，并與我國明末清初思想家方以智先生的“一分為二，合二而一”的哲學(xué)思想有異曲同工之感。

 

　?。?１.１半片技術(shù)的應運而生

 

　　隨著(zhù)高效電池技術(shù)的迅速發(fā)展和應用，電池短路電流和組件的輸出電流獲得大幅度提升，這使得電池和組件內阻所造成的功率損耗顯著(zhù)增加。因此，降低此部分功率損耗成為提升組件效率的的重要途徑之一。根據如下公式：

 

　　在公式（1）中，R為組件內阻， I為組件中電流串電流，P為內阻所導致的功率損耗。當R為恒定值時(shí)，則降低電流可以削減由此造成的功率損耗。

 

　　從原理上講，晶硅太陽(yáng)能電池發(fā)電主要過(guò)程為，半導體電池表面部分電子吸收光照能量后產(chǎn)生躍遷，在內建電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生電流。理論與實(shí)驗數據均表明，這一電流值與電池片面積成正比。

 

　　依此理論，在不改變其他任何參數和條件的前提下，可以采用降低單體電池面積的方法來(lái)減小電池串中的電流，從而降低功率損耗?？紤]到組件電路設計的需求，半片結構可以更好地實(shí)現串并聯(lián)設計，保證組件的輸出電流和輸出電壓與整片結構在同一數量級，對光伏電站設計無(wú)明顯影響。由此便形成了將晶體硅電池“一分為二”的思想。

 

　?。?１.２半片技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

 

　　從技術(shù)角度言，半片組件具有如下優(yōu)點(diǎn)：

 

　　1）提升封裝效率。半片組件封裝損失較低，一般在0.2％-0.5％，而常規組件一般＞1.5％，對于PERC電池，此區別相對更明顯。故半片組件可將CTM提升1到1.5個(gè)百分點(diǎn)以上。利用了低電流特點(diǎn)，有效提高組件的封裝效率。

 

　　2）降低組件溫升。組件中的電流經(jīng)過(guò)電池片和光伏焊帶時(shí)，存在焦耳發(fā)熱現象。一般來(lái)講，1/2劃片組件電流為正常組件的1/2，在內阻視為近似定值的情況下，小電流可以減少焦耳熱；另外，低電流還可以顯著(zhù)降低組件熱斑風(fēng)險，提高組件使用壽命。研究表明，組件功率溫度系數絕對值可降低到0.4％/℃以下，且半片組件溫度比常規組件低2℃——4℃，實(shí)驗數據表明，此部分發(fā)電量增量可達1％以上。

 

　　3）減少遮擋損失。由于半片組件采用串聯(lián)-并聯(lián)結構（可參圖1），故遮擋某片電池時(shí)，其對組件輸出功率的降低值遠低于整片電池所封裝組件的相應值，故可更好地避免陰影遮擋對組件的危害，并可進(jìn)一步提升光伏電站的發(fā)電量。

 

　　

 

　　由于半片電池組件具有上述優(yōu)勢，且設備技術(shù)取得一定進(jìn)展，制造成本穩定下降，故其在近年來(lái)產(chǎn)能擴展較快。據PV infolink數據，截至2018年8月，半片組件的產(chǎn)能已超過(guò)18GW，其中億晶光電半片組件產(chǎn)能達800MW以上，且在持續擴容中。

 

　　2.2 雙面：辯證統一

 

　　辯證統一乃唯物主義辯證法的基本觀(guān)點(diǎn)，是指人們在認識事物的時(shí)候，既要看到事物相互區別的一面，又要看到其相互聯(lián)系的一面。從兩個(gè)方面看問(wèn)題，方可透視其本質(zhì)。

 

　　最早出現的太陽(yáng)能電池采用單面發(fā)電形式，其單面發(fā)電的性質(zhì)使得電池和組件的另一面成為能源轉化的荒漠。為彌補這一缺憾，雙面技術(shù)應運而生。文獻調研結果顯示，雙面技術(shù)最早始于20世紀60年代。1966年，日本科學(xué)家H. Mori申請首個(gè)雙面結構太陽(yáng)電池的專(zhuān)利，其電池結構是P+/N/P+，在N型硅片兩邊都形成P-N結，同時(shí)在電池兩邊都有發(fā)射極和接觸柵線(xiàn)電極，該結構被叫做三極管電池。而雙面電池概念的提出則應歸功于前蘇聯(lián)科學(xué)家A. Zaitseva和O. Fedoseeva帶領(lǐng)的研究團隊。自雙面電池問(wèn)世始，前期主要是國外團隊和企業(yè)在做研發(fā)和量產(chǎn)推廣。

 

　　1）早期的雙面太陽(yáng)電池主要局限于空間應用。

 

　　2）2000年以后，雙面太陽(yáng)電池技術(shù)又重新受到重視。日本日立公司在三極管電池結構基礎上，制備出高效雙面電池，其正面效率達21.3%，背面效率達19.8%。

 

　　3）同時(shí)，日本三洋公司(現已被松下并購) 開(kāi)始商業(yè)化其專(zhuān)利雙面電池 - 帶本征薄層的非晶硅/晶體硅異質(zhì)結太陽(yáng)電池(HIT)。德國康斯坦茨國際太陽(yáng)能研究中心(ISC Konstanz)和荷蘭能源研究中心(ECN)等機構也加入到晶硅雙面太陽(yáng)電池的產(chǎn)業(yè)化研究與推廣。

 

　　隨著(zhù)中國光伏在21世紀10年代的崛起，雙面電池和組件在中國的研發(fā)和量產(chǎn)以后起之秀勢態(tài)雄冠全球。2010年左右，中國開(kāi)始出現量產(chǎn)雙面電池，2015后有更多的中國光伏企業(yè)啟動(dòng)晶體硅雙面太陽(yáng)電池的研發(fā)與量產(chǎn)計劃。據不完全統計，目前國內雙面電池總產(chǎn)能已達20GW，增幅高達100%，以?xún)|晶光電為例，其目前雙面電池總產(chǎn)能占其電池總產(chǎn)能的70%以上，量產(chǎn)雙面電池的正面效率達22.2%。預計明年國內雙面電池產(chǎn)能仍將保持較大增幅，厚積薄發(fā)的雙面電池技術(shù)迎來(lái)更佳發(fā)展契機。

 

　　2.3 減反與增反 ：矛盾統一

 

　　在單面太陽(yáng)能電池為主的時(shí)代，光伏技術(shù)主要以減反射（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“減反”）為主。而隨著(zhù)雙面電池和組件的規模應用，光伏技術(shù)人員、組件制造商和電站業(yè)主越來(lái)越重視增反射（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“增反”）技術(shù)的研究。雙面組件和系統中的減反與增反，貌似一對矛盾，但又可以和諧地實(shí)現統一，共同推進(jìn)光伏行業(yè)的發(fā)展。

 

　　2.3.1 減反技術(shù)

 

　　采用新的光伏技術(shù)或材料結構，以減少入射光的反射，可提高光的有效捕捉，從而提高太陽(yáng)能電池和組件效率，為未來(lái)的光伏平價(jià)上網(wǎng)提供重要的技術(shù)支撐。目前光伏行業(yè)中的減反技術(shù)主要有：

 

　　1）電池中的減反技術(shù)。目前主要應用有不同材料的減反膜和減反結構設計。

 

　　2）組件中的減反技術(shù)。目前主流技術(shù)為減反膜玻璃，用以進(jìn)一步降低組件正面的光污染，對提升組件的CTM值有積極貢獻，同時(shí)對分布式的推廣應用亦頗有意義。

 

　　2.3.2 增反技術(shù)

 

　　實(shí)際上，此前增反技術(shù)在光伏組件結構中也有一些應用，但直到雙面組件規模應用始，大家才對此予以關(guān)注。與減反技術(shù)所不同的是，增反技術(shù)主要應用于光伏組件和系統。

 

　　1）組件中的增反技術(shù)。主要包括高反射背板材料（包括高反射率高分子背板、雙面雙玻組件中的鍍釉網(wǎng)格玻璃）、電池背面高反射率的高反射白色封裝材料技術(shù)等。

 

　　2）系統中的增反技術(shù)。此方面僅適用于雙面組件，即在光伏系統的地面采用設計的反光方案，使得更多的光線(xiàn)能夠從地表反射到組件的背面，更好地實(shí)現雙面組件的發(fā)電增益。

 

　　3）其他類(lèi)增反技術(shù)。比如目前市場(chǎng)有小規模應用的覆于焊帶表面的定向反光膜和反光焊帶技術(shù)等。

 

　　三、從雙面和半片的發(fā)展看未來(lái)光伏技術(shù)格局

 

　　“創(chuàng )新”是五大發(fā)展理念的核心。光伏前沿技術(shù)從無(wú)到有，從有到強，百花齊放，是光伏行業(yè)貫徹創(chuàng )新理念的最好體現。

 

　　2015年領(lǐng)跑者計劃的實(shí)施，力促行業(yè)快速駛向平價(jià)上網(wǎng)的彼岸。制造端方面，PERC、N型電池、HIT、IBC、雙面電池技術(shù)、黑硅、MWT等多種電池技術(shù)，以及半片電池、雙面組件、疊瓦、多主柵、異質(zhì)結等多種組件技術(shù)強勢進(jìn)入光伏行業(yè)技術(shù)人員攻關(guān)課題名錄和光伏市場(chǎng)，為光伏行業(yè)和市場(chǎng)注入了強勁的生命力。評價(jià)體系建設方面，CQC等國內權威機構自2015年7月即初步構建領(lǐng)跑者技術(shù)評價(jià)體系，并力推相關(guān)標準建設，為領(lǐng)跑者計劃實(shí)施提供必要的技術(shù)支撐，為規范化光伏領(lǐng)跑者市場(chǎng)做出積極貢獻。

 

　　在光伏新技術(shù)爆發(fā)的今日，業(yè)內諸多專(zhuān)家在多種場(chǎng)合對未來(lái)光伏的技術(shù)格局進(jìn)行多次激烈的討論，也會(huì )有一些大膽的看法認為將來(lái)某種電池技術(shù)或組件結構將會(huì )壟斷行業(yè)。

 

　　“世界本多元，獨秀最孤單。” 在2017年，全球光伏市場(chǎng)即實(shí)現“千億瓦級”的年裝機量，據第三方專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)機構分析，在未來(lái)的若干年內，全球的平均裝機量將高達160GW以上，并將繼續呈擴量之勢。如此巨量市場(chǎng)需求，僅僅只靠單一結構的光伏產(chǎn)品是很難實(shí)現的。我們有理由相信，采用“三可原則”和“三可目標”或類(lèi)似方法來(lái)逐項分析，則不同創(chuàng )新技術(shù)在不同的時(shí)期，其在市場(chǎng)的份額終會(huì )有所不同，未來(lái)光伏技術(shù)的格局仍將是創(chuàng )新技術(shù)多元共存的動(dòng)態(tài)平衡。