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带您认为N型双面光伏组件

日期:2019-07-17    来源:中国电力新闻网

国际太阳能光伏网

2019
07/17
15:43

关键词: 可再生能源 太阳能发电 光伏产业

  太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,也是清洁能源,不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中;大阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域。近年,高效光伏发电技术愈发受到市场的追捧,其中N型单晶组件,特别是N型单晶双面发电技术受到业内的关注较多,我们东莞恒益新能源为您简单介绍一下N型双面光伏组件。

  一、N型组件

  光伏组件由光伏电池封装而成,N型电池封装的组件就是N型组件。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。

  将纯硅与磷原子混合起来,只需很少的能量即可使磷原子(最外层五个电子)的某个“多余”的电子逸出,当利用磷原子掺杂时,得到的硅被称为N型(“n”表示负电)。在N型半导体材料上注入磷元素,形成p /n型结构的太阳电池即为N型硅片;制成太阳能电池就叫N型电池。



  (N型高效电池N-PERT双面发电电池)

  目前光伏行业主流产品是P型硅片,P型硅片制作工艺简单,成本较低。但N型硅片通常少子寿命较大,电池效率可以做得更高,但是工艺更加复杂。N型硅片掺磷元素,磷与硅相溶性差,拉棒时磷分布不均,P型硅片掺硼元素,硼与硅分凝系数相当,分散均匀度容易控制。

  硅电池的高效率成为目前光伏产业界追逐的目标,因为人们相信提高效率就意味着更具竞争性。由于P型光伏组件最高效率有其固有瓶颈,虽N型光伏组件在获得高效率时增加了工艺难度,成本也随之增高,但N型高效组件也受到了业内的重视。目前N型光伏组件主要是N型单晶组件。

  二、N型电池组件特别是N型双面组件的优势

  理论上,与P型单晶硅相比n单晶硅的生产制备没有本质的区别,是非常成熟的工艺技术,随着N型单晶硅生产规模的扩大和技术的进步,两者之间的生产成本将会越来越接近。磷掺杂的N型单晶硅及电池组件较硼掺杂的P型单晶硅及电池组件有许多明显的优势。

  (1)、N型材料中的杂质对少子空穴的捕获能力低于P型材料中的杂质对少子电子的捕获能力,相同电阻率的N型CZ硅片的少子寿命比P型硅片的高出1~2个数量级,达到毫秒级。且N型材料的少子空穴的表面复合速率低于P型材料中电子的表面复合速率,因此采用N型晶硅材料的少子空穴的复合将远低于P型的少子电子的复合。

  (2)、N型硅片对金属污染的容忍度要高于P型硅片。Fe,Cr,Co,W,Cu,Ni等金属对P型硅片少子寿命的影响均比N型硅片大,由于带正电荷的金属元素具有很强的捕获少子电子的能力,而对于少子空穴的捕获能力比较弱,所以对于少子为电子的P型硅片的影响比少子为空穴的N型硅片影响要大,即在相同金属污染的情况下,N型硅片的少子寿命要明显高于P型硅片。但对于Au却是相反地,但对于现代工艺技术而言,Au污染已不再是问题。

  (3)、由于N型基体材料高的少子寿命,N型晶硅组件在弱光下表现出比常规P型晶硅组件更优异的发电特性。如图所示,N型晶硅组件在光强小于600W/m2的弱光情况下,相对发电效率明显高于P型晶硅组件。



  (4)、N型组件几乎无光致衰减

  常规P型电池由于使用硼掺杂的硅基底,初始光照后易形成硼氧对,在基底中捕获电子形成复合中心,从而导致3-4%的功率衰减,即使采用氢钝化等技术也无法完全消除光衰;而N型电池不同,基底掺磷,没有硼氧对形成复合中心的损失,使得电池几乎无光致衰减。

  (5)、温度性能更好

  N型单晶的开路电压、短路电流以及峰值功率随环境温度变化而变化的速率相对较小,抗高温性能更优异,在持续高温环境下的功率输出会更高。

  (6)、N型双面发电组件优势明显

  N型双面发电电池生产材料天然特性良好、双面增益高、可靠性高等优势。目前可量产的双面电池结构中以P型PERC双面、N-PERT双面以及HIT为主。N型双面相较P型PERC双面具有一定材料上的天然优势,包括少子寿命高、无光衰、弱光性能好、温度系数良好、对金属杂质容忍度高、高双面系数等。

  双面增益方面,相比P型PERC双面,高双面系数(即标准测试条件下,背面电参数与正面电参数之比,也称“双面因子”)成为N型双面又一大优势。N-PERT、HIT的双面系数可高于90%,IBC约为80%,而PERC的双面系数就一般量产技术而言,约为65%~75%。据某实验电站数据显示,72片双面PERC组件(功率350W,正面功率)与60片常规多晶组件(功率280W)相比,2017年6、7两个月平均发电增益为12.04%。据英利山西汾阳分布式电站数据显示,其60片N型双面组件(功率310W,双面功率),与60片常规多晶组件(功率280W)相比,2017年11至2018年3月五个月月度平均发电量增益17.32%,最高33%。

  高双面因子带来高增益:双面因子越高,则背面光的转换能力越高。就一般量产技术而言,P型双面,双面因子65%-75%,N型双面,双面因子85%~90%。下图是模拟排与排之间距离(pitch)5.5米、安装最佳倾角25度、离地高度1米的基础上,江苏某地的不同双面因子情况下背面增发的比例。从图看出,不同的地面反射率,背面增益的大小是有较大的区别的。同时,反射率越高,双面因子表现出来的背面的增益差异就会越强。在一般条件30%的地面反射率的情况下,0.7的双面因子和0.85的双面因子在背面增益上相差1.8%,而在80%左右的反射率的情况下,0.7的双面因子和0.85的双面因子会相差4.5%,90%则达到5.1%。



  低衰减带来高增益:在衰减方面,一般而言,由于原材料的特殊性,N型组件在衰减上要低于P型组件。例如某公司典型的衰减指标,N型双面组件衰减指标首年1%,每年0.4%,这个衰减指标在组件的寿命期内的总发电量按正面功率计量比传统的P型组件累计会有6%~7%的差异。

  (7)、N型双面发电组件可靠性高

  可靠性方面,PERC双面工艺背面需要激光开槽,这会弱化其本身的机械性能,在电站应用过程中增加隐裂、碎片的概率,影响组件的可靠性;而N型电池目前的技术中都没有用到激光等工艺,不会对硅片造成额外损伤,而且两面都刷银浆,提高了电池的稳定性。N型双面通过严于常规IEC标准测试6倍的抗PID测试和严于常规IEC标准测试4倍的湿热老化测试,在抗PID、抗湿热性能方面,有着超强的能力,保证其特殊环境下的可靠性。此外,自清洁性等特点也是N型双面技术优势所在,尤其在高积雪地区,当常规组件因积雪覆盖停止发电时, N型双面发电组件背面利用雪地反射光发电,且发电产生的热量加速正面融雪速率,有利电站运维工作,综合发电量更高。

  (8)、更长的使用寿命

  常规P型单晶组件使用年限25年。N型单晶双线组件采用双面玻璃封装,使用年限可达到30年以上,比常规P型单晶组件延长5年以上,带来更多的发电量和投资收益。

  虽N型组件性能优势明显,但未来N型双面技术如何实现有效降本,将成为其提升市场竞争力、争夺市场份额的关键所在。
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