N型雙面太陽能電池透明背板型組件發電性能研究

于波　宋登元　孫仲剛　劉克銘　榮丹丹

摘要：研究采用N型雙面太陽能電池和透明背板封裝光伏組件發電性能。建立了對比發電系統，對比系統為：N型單面標準組件—微型逆變器—電網；研究系統為：透明背板組件—微型逆變器—電網；在相同氣候條件下對比在相同功率下的N型單面標準組件和透明背板組件的發電量性能對比分析。在戶外測試六個月時間，雙面發電組件的發電量高于標準組件的發電量2.61%-6.72%。這說明N型雙面太陽能電池透明背板型組件應用前景廣，適用于屋頂及大型地面系統。

關鍵詞：N型雙面電池；透明背板型組件；發電性能研究

N型電池是晶體硅電池中高效率、低成本的光伏技術。該技術在商業化及市場應用上具有很強的市場競爭力。和傳統P型電池相比，N型電池具有較高Isc，Voc和FF。研發了雙面發電前表面硼發射極高效率N型Si太陽電池及組件（被命名為PANDA“熊貓”技術），目前已大規模工業化生產，成為繼美國Sunpower公司和日本三洋公司之后第3個能夠實現大規模工業化生產的N-Si電池和組件。該電池具有與普通P型Si電池相同的結構。制備過程采用堿制絨N型單晶Si片，通過硼磷共擴散在前表面形成硼摻雜P+發射極以及在背面形成磷摻雜N+背面場。PECVD技術在前后表面制備鈍化和減反射薄膜，雙面絲網印刷金屬柵線完成電極的制備。該電池具有高效率、低成本和雙面發電的特點。

雙面太陽電池最初被設計應用在航天領域中，隨著科學技術的不斷發展，現在已經發展到民用階段。雙面太陽電池憑借著獨特的制備工藝以及雙面受光可以獲得更多電能的特點，獲得了廣泛關注。

本文描述標準組件是由焊帶將N型雙面電池連接，正面采用鋼化玻璃，背面是不透明的背板，采用封裝材料，安裝接線盒和鋁邊框形成的構件。透明背板型組件是由焊帶將N型雙面電池連接，正面采用鋼化玻璃，背面是透明的背板，采用封裝材料，安裝接線盒和鋁邊框形成的構件。透明背板型組件可以有效利用雙面發電特性，在與標準的組件相比較，在同等的條件下，輸出較高的發電量。

1N型雙面電池結構和組件優勢

1.1N型雙面電池結構

這類電池是N型硅片摻磷作為襯底。與標準的P型（摻硼）晶體硅電池，N型硅電池有兩大優勢。第一，他們不會出現硼氧復合對帶來的光致衰減，標準的P型晶體硅電池在安裝在戶外一段時間內，將有1-3%的功率衰減。第二，N型硅片具有很高的載流子壽命。N型雙面電池結構如圖1所示：

1.2N型雙面發電組件優勢

N型組件效率比傳統的P型組件效率高。N型硅的金屬離子是移動載流子的多子。特殊形式的被鈍化提高在紅外光的量子效率.N型組件顯示較高的組件輸出在低輻照度下，如早晨和晚上。與P型組件相比，N型組件具有較低的溫度系數，較高的功率輸出在陽光充足的晴朗天氣。N型組件沒有硼氧復合對引起的初始光衰減。

2.透明背板型組件

2.1透明背板型組件特性

發明透明背板是為了適用于在BIPV的應用和雙面電池的應用。價格較貴的PVB封裝材料被BIPV的應用。較便宜的封裝材料，如EVA和聚烯烴材料被應用在其它領域。基于雙面電池，來自于地面和雪反射的紅外光，可以讓背面電池接受這些光，來提高組件的功率輸出。幾個研究院所的研究表明，組件功率的提高約于30%。除此之外，傳統的工藝就可以滿足透明背板組件的生產工藝，不需要額外的工藝改進和設備投入。

2.2光伏系統發電特性對比分析

建立一個雙面發電組件的戶外測試對比系統，來分析功率輸出特性。雙面發電組件和標準組件的發電參數被收集。在透明背板組件的應用中，組件的正面可以接收陽光，同時部分光線來自地面的反射到達組件的背面。與標準的組件相比，提高組件的功率輸出。而且，在光譜的紅外光穿過透明背板。因為，該組件的溫度低于標準組件在同等的條件下。這個特點也能提高組件的功率輸出。

2.3雙面發電組件發電特性

發電特性用下面公式進行描述：

P=（Hfhf+Hrhr）EsEt

Et=1+α（tr-25）

P：代表組件電力輸出功率，Hf：代表組件正面輻照強度，Hr：代表組件背面輻照強度，hf：系統正面發電系數，hr：系統背面發電系數，Es：系統補償系數，Et：溫度補償系數考慮標準組件和透明背板型組件（雙面發電）發電量對比，所以不考慮其它參數變化的影響。根據以上公式可以看出透明背板型組件的發電，受背面輻照強度影響到發電量。根據發電量的影響因素，對每天發電量進行對比分析，如：晴天，晴天到多云，多云天氣，進行發電量對比分析。對比6個月的發電量，每個月發電量對比分析。

3.戶外測試

3.1組件發電特性測量

建立兩個相同配置的系統，安裝地點保定市英利三期5號廠房屋頂，分析系統采用一塊285瓦透明背板型組件，方向朝南，組件傾角是45度，采用一臺300瓦具有監控系統微型逆變器，直接連接并網，同時采用輻照傳感器和溫度傳感器進行采用。參考系統采用一塊285瓦標準組件，方向朝南，組件傾角是45度，采用一臺300瓦有監控系統微型逆變器，直接連接并網。

3.1.1發電量對比

3.1.1.1每天發電量對比輸出

這些數據基于在試驗場6個月的數據統計。在晴天和陰雨天，在晴天每日發電量提高幅度低于在陰雨天。主要原因是陰雨天的光的輻照的度的影響，來自于地面漫反射陰天比晴朗的天氣高。

3.晴天到多云陰天天氣，透明背板型組件和標準組件

3.1.1.26個月系統發電量分析

透明背板組件和標準組件在保定測試6個月，這個數據的采集應用自動跟蹤系統。數據如表1所示，分析圖表如圖8所示。通過6個月的數據統計，透明背板型組件每個月的發電量都高于標準組件的發電量。

在6個月的測試中，從2014年6月到11月份，透明背板型組件比標準組件的發電量增益是2.61%-6.72%。功率輸出較高是在陰雨天和弱光下。同時，在同一位置透明背板組件的溫度比標準組件的溫度低3度，這也是該發電量較高的原因之一。溫度對組件性能的影響，將在以后工作中進行研究。透明背板組件可以提高系統效率，尤其在日照充足地區，隨著光伏發電成本快速下降，在提高綜合經濟指標方面有很大潛力。不同天氣的地面反射情況不同，發電量增益值也會相應變化，所以透明背板組件適合用在漫反射多的地區，在陰雨天與白背板組件發電量差異較大。在陰雨即光線較弱時增益比例比晴天時更大，其主要原因是云天的漫射輻射反而會使地表的反照率較大，比少云或者晴天的輻照強度大的結果；戶外單體對比試驗得知，采集晴天、晴間多云以及多云的不同天氣狀況的日發電量，在晴天和多云天氣，透明背板光伏組件發電量增益值較低，而在陰雨天增益值較大，主要原因是云天輻照度受云量和云的幾何、光學特性的影響而波動較大，當天空云量較多和不被遮蔽太陽光輻射時，陰天漫射輻射致使地表的反照率較大，出現比少云甚至晴天的輻照量大的結果。

4結論

本文是對透明背板組件和標準組件的發電量進行分析。在發電量上透明背板組件具有一定優勢，功率增益至少在2.61%以上，因此該產品具有好的應用前景。透明背板組件是有效利用雙面發電組件的優勢。這個發電量的提高是在真正的應用中。透明背板型組件功率輸出降低了背面的反射在用測試儀測試中。現在，正在研究透明背板中的PET和PET和氟膜中的膠，耐紫外，耐老化能力。

參考文獻

[1]宋登元雙面發電高效率N型Si太陽電池及組件的研制太陽能學報2013：34-12

[2]王寧雙面太陽電池垂直安裝發電性能測試分析太陽能學報2008：29-8

[3]T.Uematsu， K.Tsutsui， Y.Yazawa， T.Warabisako， I.Araki， Y.Eguchi， T.Joge， Solar Energy Materials & Solar Cells 75， 557-566，2003.

[4]Rudolf Hezel， Progress in Photovoltaics： Research and Applications， 2003； 11，549-556.