1、雙面光伏組件結構及特點(diǎn)
1.1結構
常規光伏組件只能正面接收太陽(yáng)光線(xiàn)來(lái)發(fā)電，而雙面光伏組件由于特殊的電池結構和透明的背板材料，使其除了正面發(fā)電外，背面也可有效利用接收到的光線(xiàn)來(lái)發(fā)電，這些光線(xiàn)包含地面的反射光、大氣中的散射光、空氣中粉塵的反射光、周?chē)ㄖ锏姆瓷涔獾?。通常雙面光伏組件的雙面發(fā)電特性使其可比常規光伏組件發(fā)出更多的電能。
20世紀70年代，基于p+pn+或p+nn+結構的雙面受光晶體硅太陽(yáng)電池的結構被正式提出。
1994年Moehlecke等在第一屆世界光伏會(huì )議上介紹了基于p+nn+結構的雙面太陽(yáng)電池，該電池的正面轉換效率達到了19.1%，背面轉換效率為18.1%。世界各國研究人員陸續在鈍化、絲網(wǎng)印刷、摻雜擴散等技術(shù)方面取得進(jìn)展，實(shí)現了雙面光伏組件的工業(yè)化生產(chǎn)。
目前市場(chǎng)上的雙面光伏組件主要有單晶n型雙面光伏組件、單晶PERC雙面光伏組件、異質(zhì)結(HIT或HJT)雙面光伏組件3類(lèi)。
1)單晶n型雙面光伏組件。圖1為基于磷摻雜的n型硅制備成p+nn+結構的雙面太陽(yáng)電池，其采用硼擴散摻雜制備發(fā)射極，磷擴散摻雜制備n+背場(chǎng)。由于n+磷背場(chǎng)代替常規p型硅太陽(yáng)電池用鋁漿印刷技術(shù)形成的鋁背場(chǎng)，背面電極也采用與正面電極相同的柵線(xiàn)結構，使電池前后表面都能吸收光線(xiàn)[2]，實(shí)現雙面發(fā)電。同時(shí)，組件背板采用2.5mm厚的透明玻璃使背面光線(xiàn)能進(jìn)入電池片。單晶n型雙面光伏組件的正面轉換效率為18.34%，背面轉換效率為15.59%，組件綜合轉換效率達到19.90%。該類(lèi)組件的生產(chǎn)廠(chǎng)家主要有英利綠色能源控股有限公司、蘇州中來(lái)光伏新材股份有限公司等。
2)單晶PERC雙面光伏組件。圖2為單晶PERC雙面太陽(yáng)電池結構。PERC電池即鈍化發(fā)射及背局部接觸電池，采用Al2O3膜對電池背表面進(jìn)行鈍化以提高電池轉換效率。普通的PERC電池只能正面發(fā)電，PERC雙面電池是將普通PERC電池不透光的背面鋁換成局部鋁柵線(xiàn)，實(shí)現電池背面透光，同時(shí)采用2.5mm厚透明玻璃背板，制成PERC雙面組件，這樣來(lái)自地面等的反射光就能夠被組件吸收。單晶PERC雙面光伏組件的正面轉換效率為18.31%，背面轉換效率為11.90%，組件綜合轉換效率達到19.50%。該類(lèi)組件的生產(chǎn)廠(chǎng)家主要有樂(lè )葉光伏科技有限公司、晶澳太陽(yáng)能有限公司、天合光能股份有限公司等。
3)異質(zhì)結(HIT或HJT)雙面光伏組件。圖3為異質(zhì)結(HIT或HJT)太陽(yáng)電池結構，其中間襯底為n型晶體硅，經(jīng)過(guò)清洗制絨的n型c-Si正面依次沉積厚度為5～10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)、p型非晶硅薄膜(p-a-Si:H)，從而形成p-n異質(zhì)結。在硅片背表面依次沉積厚度為5～10nm的i-a-Si:H薄膜、n型非晶硅薄膜(n-a-Si:H)形成背表面場(chǎng)。在摻雜a-Si:H薄膜的兩側，再沉積透明導電氧化物薄膜(TCO)，最后通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)在兩側的層形成金屬集電極[3]。這樣電池的結構對稱(chēng)，正反面受光后都能發(fā)電，同時(shí)組件背板采用2.5mm厚的透明玻璃，就制成了雙面光伏組件。整個(gè)制備過(guò)程都是在200℃下的溫度中進(jìn)行，以避免高溫工藝對硅片造成損傷。異質(zhì)結雙面光伏組件是3種雙面光伏組件中工藝成本最高的，量產(chǎn)成本在4.2元/W以上。該類(lèi)組件的生產(chǎn)廠(chǎng)家主要有新奧能源控股有限公司、晉能清潔能源有限公司等。
1.2特點(diǎn)
1)背面可發(fā)電。雙面光伏組件背面能利用來(lái)自地面等的反射光發(fā)電，地面反射率越高，電池背面接收的光線(xiàn)越強，發(fā)電效果越好。常見(jiàn)的地面反射率有：草地為15%～25%、混凝土為25%～35%、濕雪為55%～75%。雙面光伏組件在草地上應用能使發(fā)電量提高8%～10%，而在雪地上最高可使發(fā)電量提高30%。
2)加快冬季組件覆雪融化。常規光伏組件在冬天被雪覆蓋后，若積雪不能被及時(shí)清理，組件在持續的低溫環(huán)境中很容易結冰，不但嚴重影響發(fā)電效率，而且極有可能對組件造成不可預估的損害。而雙面光伏組件在正面被雪覆蓋后，因組件背面可接收來(lái)自雪地的反射光而發(fā)電發(fā)熱，加快了積雪的融化和滑落，可提高發(fā)電量。
3)雙玻組件。雙面光伏組件的背板一般采用透明玻璃，可稱(chēng)為雙玻組件。雙玻組件在1500V光伏系統中可以減少匯流箱、電纜等的用量，降低初期系統投資成本。同時(shí)，由于玻璃透水率幾乎為零，不需要考慮水汽進(jìn)入組件誘發(fā)PID而導致的輸出功率下降的問(wèn)題;且該類(lèi)組件對環(huán)境適應性更強，適用于建設在較多酸雨或鹽霧大的地區的光伏電站。
4)安裝方向和場(chǎng)所靈活。由于組件正面和背面都能受光發(fā)電，在垂直放置條件下發(fā)電效益是一般組件的1.5倍以上[4]，而且受安裝方向的影響很小，適用于安裝方式受限制的合，如護欄、隔音墻、BIPV系統等。
5)特殊的支架形式需求。常規支架形式會(huì )遮擋雙面光伏組件背面，不僅減少背面光線(xiàn)，而且會(huì )造成組件內電池片間串聯(lián)失配，影響發(fā)電效果。雙面光伏組件的支架應設計成“鏡框”形式，避免遮擋組件背面。圖4為雙面光伏組件安裝完成圖。
2、雙面光伏組件的認證進(jìn)展
目前，國際上的光伏行業(yè)測試標準是針對傳統的單面發(fā)電的產(chǎn)品編寫(xiě)的，不適用于評估雙面發(fā)電的光伏組件的性能，也無(wú)法準確測試雙面光伏組件的電性能參數。這就影響了組件功率的標示，使買(mǎi)賣(mài)雙方對于功率的理解存在很大分歧;而這樣的功率標示認知差異也會(huì )直接影響終端系統，使設計和規劃產(chǎn)生困難。國內外檢測證機構已就這一問(wèn)題開(kāi)展了研究工作，并取得一定成果。國際第三方檢測認證機構TÜV正在與英利、中來(lái)等國內組件企業(yè)就雙面組件光伏測試流程、功率標定方法、測試報告和組件牌等方面開(kāi)展研究合作，預計在不久的將來(lái)就能推出雙面光伏組件標準規范。國內認證機構如北京鑒衡認證中心(CGC)已于2016年11月發(fā)布了《雙面發(fā)電光伏組件電性能參數測試方法》，該測試方法定義了雙面光伏組件、雙面發(fā)電增益率，并總結了雙面光伏組件的測試方法。同年12月，英利的“熊貓”n型雙面光伏組件獲得CGC頒發(fā)的行業(yè)首張雙面發(fā)電產(chǎn)品認證證書(shū)。
3、雙面光伏組件的政策
國家能源局發(fā)布的《太陽(yáng)能發(fā)展“十三五”規劃》再次明確將實(shí)現光伏發(fā)電降本增效列為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要目標。到2020年，光伏發(fā)電電價(jià)水平達到0.4～0.5元/kWh以下，實(shí)現用電側平價(jià)上網(wǎng)目標。為了實(shí)現這個(gè)目標，需要在設備和應用方案方面不斷創(chuàng )新來(lái)降低度電成本。根據國家能源局、工業(yè)和信息化部、國家認證委《關(guān)于提高主要光伏產(chǎn)品技術(shù)指標并加強監管工作的通知》，先進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)應用基地采用的多晶硅光伏組件和單晶硅光伏組件的光電轉換效率“領(lǐng)跑者”技術(shù)指標分別提升至17%和7.8%。而常規光伏組件無(wú)法滿(mǎn)足這一技術(shù)指標，必須選用雙面光伏組件等高效光伏組件。
4、雙面光伏組件的應用前景
雙面光伏組件背面能帶來(lái)額外的發(fā)電量，實(shí)現光伏電站的降本增效，不僅符合“領(lǐng)跑者”技術(shù)指標，也符合光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)的目標，對加快實(shí)現光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)具有重要意義。前單晶n型雙面光伏組件和單晶PERC雙面光伏組件國內產(chǎn)能均已超過(guò)GW，價(jià)格逐漸逼近常規光伏組件，檢測認證方法正在完善，應用方案也日漸成熟。國內已經(jīng)有大面積應用案例，如大同熊貓電站采用30MW的單晶n型雙面光伏組件，根據PERC光伏組件每W發(fā)電量高出約10%?？梢灶A見(jiàn)，雙面光伏組件在未來(lái)將有廣闊的應用前景。實(shí)際累計發(fā)電數據顯示，其比單面的PERC光伏組件每W發(fā)電量高出約10%?？梢灶A見(jiàn)，雙面光伏組件在未來(lái)將有廣闊的應用前景。
