单晶PERC组件多发电实证研究

作者：
      揭敢新，中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室常务副主任

曾湘安，中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室光伏技术工程师

1、引言

理论上单晶PERC组件相对常规组件发电量更高，因其优秀的低辐照性能，更好的功率温度系数及首年光衰问题的解决。某公司早期曾使用微型逆变器对单块单晶PERC组件的发电情况进行验证，在数月的测试中，PERC组件相对常规组件即体现出3%以上的发电优势，本文将介绍单晶PERC组件在光伏发电系统中的实际表现。首先，通过将其性能参数的pan file文件导入到模拟软件PVsyst当中，即可发现应用了单晶PERC组件的光伏系统在发电能力(系统效率)上的优势。

图1是一个0.1MW小型电站的简单模拟结果(仅用于展示趋势)，应用了单晶PERC组件时的系统效率为86.8%，由于辐照和温度导致的损失分别为0.3%和5.9%，同样条件下使用265W多晶时，辐照和温度导致的损失分别为2.2%和6.5%。接下来将介绍中国电器科学研究院工业产品环境适应性国家重点实验室两种典型气候户外实证基地实证电站的发电数据。

2、三亚湿热海洋气候实证电站情况

三亚湿热海洋气候实证电站(以下简称三亚实证电站或实证基地)使用两台3kW逆变器，分别接入8块晶硅组件。单晶PERC组件安装容量2.3450kW，平均功率293.1W;常规多晶组件安装容量2.1279W，平均功率266.0W。安装倾角18°，2016年8月底已完成安装。交、直流发电量都由电表精确读取。

图2为三亚实证电站16年12月的发电情况(此时两套系统已运行了三个月，其中几日由于系统故障导致的数据异常没有纳入统计)，横坐标为日期，纵坐标为比发电量，即每kW系统的日发电量，可以看到由于气象原因，每日的发电量有所不同(比发电量介于1~5.5kWh/kW之间)，但使用了单晶PERC组件的系统发电量始终高于使用了多晶组件的系统，每日多发电比例为2%~6%，当月平均多发电3.77%(交流电表纪录值)，月系统效率分别为80.83%和77.61%。可以明显看出当日发电值较低时，即辐照条件较差时，使用单晶PERC组件的系统多发电比例较高。直流端多发电比例略低，为3.32%(主要原因可能是单晶PERC组件工作电压高，8块组件的工作电压更多的处于逆变器MPPT范围)。

接下来针对不同辐照条件下单晶PERC组件与多晶组件的发电情况进行详细对比，结果如图3所示。三亚辐照条件好，800~1000W/m2辐照范围内的辐照量占当月总辐照量(排除了系统异常天的辐照)的33.03%，此时单晶PERC组件直流端多发电的比例仍达2.09%，此时多发电应主要源于单晶PERC组件1)较低的功率温度系数(绝对值)与较低的工作温度、2)对红外光更高的光电转换效率。500W/m2以下的辐照仍占到当月总辐照量的31.23%，单晶PERC组件在该范围内多发电比例在5%左右，尤其在0~200W/m2辐照下多发电比例达到6.94%，符合单晶PERC组件低辐照条件下发电好的理论预期。

组件工作温度方面的统计如图4所示，该基地12月平均气温为23.8oC，太阳辐照除转化为电能，少部分被组件反射外，较大部分转化为热能导致组件温度升高，组件温升1~5 oC。当环境温度相仿(如9日，10日)，辐照量较高(即系统发电量较高)时，组件的温升也较高，因此9日的组件相对气温的差值高于10日，单晶PERC组件两日的温升分别为3.41和2.44 oC，多晶组件则为4.21和3.1 oC。单晶PERC组件由于更高的平均光电转换率(17.92%相对16.27%，高1.65%)，因此每日的组件工作温度都低于多晶组件，当月平均工作温度低0.58 oC。可以明显看出，当组件温度低于25 oC时，二者温差较小，反之温差较大。

图5总结了实证电站3kW组串式逆变器12月的启停时间，展示出单晶PERC组件较好的低辐照性能与较高的工作电压确实会导致逆变器启停时间产生区别，在停止时间的差别上更为明显，可能原因时逆变器启动相对关闭时，不仅会判定直流侧的电压，而且要求一定的启动功率。接入了单晶PERC组件的逆变器月平均启动时间比接入多晶组件的逆变器早54秒，贡献了约0.3Wh/kW的发电量，月平均关闭时间晚6分3秒，贡献约2Wh/kW的发电量。由于该实证电站使用的逆变器功率较小，DC/AC比不足80%，该逆变器启停情况的分析可为大型电站的情况提供定性的参考，单晶PERC组件在500kW集中式逆变器或50~80kW组串式逆变器启停上的优势值需要通过大型对比电站的数据分析与逆变器专家的理论确认才能明确。

3、吐鲁番干热气候实证电站情况

吐鲁番干热气候实证电站同样使用3kW逆变器，接入8块晶硅组件。单晶PERC组件安装容量2.3440kW，平均功率293.0W;多晶组件安装容量2.1280kW，平均功率266.0W。安装倾角18°，2016年8月底已完成安装。

该实证电站17年1月的发电数据展示于图6，使用了单晶PERC组件的系统在平均交流比发电量上展现出3.64%的优势，系统效率分别为82.72%、79.75%(直流PR值分别为86.43%、83.60%)。

4、总结

以上介绍了单晶PERC组件在2~3kW级电站中的发电表现，印证了单晶PERC组件多发电的理论推断。在17年2月18日第二届光伏电站设计与设备选型研讨会上晶澳公司分享了单晶PERC组件在大型电站方面的发电表现(图7)，其领跑者50MW项目分别使用了单晶PERC 295W与常规多晶270W组件，PERC单晶组件在近6个月的运行中平均多发电3.4%。

单晶PERC组件在国内从2016年上半年的小规模应用后，以其高效率与较低的成本增加(产线兼容性好)得到从生产到应用端的普遍认可，高效使其在设备、人工与土地使用上体现出明显的优势。目前由于地面电站的抢装需求处于供不应求状态，但相信通过电池、组件生产企业在单晶PERC产品方面的持续扩张(图8)，供应的紧张情况将得到缓解，PERC的规模化生产也将使单晶PERC295/300W组件与常规单晶280/285W组件的价差持续缩小。随着技术的持续进步，60型单晶PERC组件的主流功率也将在2017年下半年站上300W大关，并可能与半片、双面发电等技术相结合。而在应用方面，随着地面电站抢装潮的过去，相信高效单晶PERC产品会迅速走入分布式市场、走入百姓家，展现出高效组件在分布式方面的高安装量优势。

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文章作者：揭敢新 曾湘安