雙面組件增益怎麼測算?標準來了

2022-01-01 光伏們

通常所講的雙面組件標準,是指雙面組件電性能測試標準,對雙面組件的Pmpp、Vmpp、Impp、Isc、Voc等參數進行規定。按照原單面組件的測試標準,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,那麼額外的標準意義何在呢?原因在於雙面組件引入了雙面率(或稱為雙面係數)這一新的評價維度,雙面率與正面功率不同的組件需要對其發電能力有統一的評價標準(實際上單面組件也可以認為是雙面率為0的光伏組件),該標準的制定對於應用雙面組件的光伏電站系統設計、雙面組件的功率質保、客戶對組件先進性與售價的評估、乃至製造商在設計雙面電池、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(製作雙面電池、提升雙面電池雙面率可能會導致電池正面效率降低)。

雙面組件已經於標準落地前實現規模應用,在第三批應用領跑者項目中雙面組件計劃用量達到50%以上。在標準的制定上,應貼近應用(並避免細枝末節的爭論),使標準能儘快推出並被廣泛接受,尤其是被電站投資商所接受。

組件標準測試環境(STC:輻照度1000W/m2、電池溫度25°C、光譜AM1.5)本身也是設定的測試條件,但是在設定雙面組件測試條件時,就應使根據標準得到的功率增益與實際電站中能夠獲得的發電增益相一致。比如根據以下NREL論文模擬了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(略高於130W/m2),但是考慮到在實際大型電站中,組件背面受到的輻照會低於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。

Deline. Chris, et al. "Evaluation and field assessment ofbifacial photovoltaic module power rating methodologies."

Photovoltaic Specialists Conference IEEE, 2016.

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,之後存在三種路線:1、正面補償光強測試,2、雙面打光測試,3、根據理論公式計算,最終得到一定背面光強下(正面處於STC條件)雙面組件的電性能參數。其中雙面打光法如果能解決設備成熟度問題自然是最理想的(對於透光雙面組件,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備即便在第三方實驗室廣泛應用仍是漫長過程,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方法1和3會在第三方測試與工廠出廠測試中佔據主流地位,在標準制定中就沒必要苛求準確性而與實際應用脫節。

目前IEC的雙面標準(IECTS 60904-1-2)採用了正面補償光強法與雙面打光法,因細節上的爭論仍未定稿;光伏行業協會的《雙面發電組件參數測試方法》(http://www.chinapv.org.cn/standard_dynamics/254.html)採用了公式計算法,在發布了徵求意見稿後一直處於修改狀態;中國質量認證中心的《雙面光伏組件電流-電壓特性測試方法》(CQC1619-2018)則參考業內已達成的共識迅速定稿,在18年6月發布。

第三方的測試報告應包含以下信息:

銘牌或產品說明書宜額外標示GE, 100等效輻照條件下的I-V特性參數,具體要求為:

1、電站投資者實際關心的往往是在草地、土地、沙地、水泥地等環境下雙面組件的發電增益,但一方面這些典型地表的反射率往往隨具體環境不同是不同的,無法精確給出;另一方面,雙面組件的發電增益不僅與地表反射率相關,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,實際項目中支架、匯流箱等如對組件背面有遮擋還會導致發電增益降低,這些都屬於電站設計中需要解決的問題。在雙面組件標準中僅給出背面輻照度與等效輻照下的功率是科學的,10%的背面輻照也可與一般的草、土混合地表環境(反射率~25%)相對應。投資者關心的問題可以通過PVsyst軟體來做仿真。目前該軟體已經升級到6.75版本,對於固定支架上的雙面組件發電模擬已比較準確,電站容配比可結合PVsyst軟體精確計算最優值。

2、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是與正面功率相對應的組件綜合發電能力的體現,全年發電增益如為7.5%(背面輻照與正面輻照之比為約10%),根據模擬與實證結果,夏季的增益會高於7.5%,冬季的增益則低於7.5%,一天中正午時背面與正面輻照度比可能為8%,而早晨、傍晚由於光照中散射光比例高,背面與正面輻照度的比值可達20%以上。

3、如開篇提到,雙面組件標準為不同雙面率組件先進性對比提供了依據。同等組件尺寸下,如雙面組件A正面功率310W,雙面係數75%,雙面組件B正面功率300W,雙面係數82%,則A在100W/m2背面輻照時的等效功率約333W,高於B組件(約324.6W),而單面組件C即便正面達到320W,在地面電站中的發電能力仍將不及組件A和B。

4、雙面組件(雙面均會鈍化)的背面發電增益是指相對正面發電而言的,在發電實證中雙面PERC組件可使用功率相近的單面PERC組件作為對照組。如採用常規鋁背場組件作為對比時,因雙面組件的弱光發電優勢與較低的功率溫度係數值,實證中得到的發電優勢將高於僅憑背面輻照獲得的發電增益。即如果雙面組件的背面發電增益為7.5%時,實證中相對常規組件則可多發電~10%。

5、第三批應用領跑者項目18.7%的單晶滿分效率指標是針對所有組件的(當時沒有雙面標準推出),中標方均承諾正面功率達到滿分標準,因此實際供貨時雙面組件正面效率需滿足投標承諾。

責任編輯:李劉豔

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