HJT和PERC组件温升损失

2021-03-08 146


光伏电池组件的温度系数是一个重要参数,会严重影响组件的发电量。不同类型的硅光伏电池表现出了不同的温度系数。


组件温系数差异


 

异质结(HJT)和同质结PERC电池采用了不同的电池工艺,在温度性能方面存在一定差异,HJT电池的功率温度系数通常为-0.25 ~ 0.2%/℃低于常规和PERC电池。


对于常规硅电池,该值约为两倍,从-0.45%/°C至-0.35%/°C。如下为各个厂家高效组件的功率温度系数,主要以PERC为主。


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HJT的低温度系数意味着,在组件高温运行环境中,HJT电池具有相对较高的发电性能,从而实现了发电量增益,并且降低了系统的度电成本。

 

根据相关文献记载,影响异质结组件温度行为的主要因素有:


1)开路电压(Voc)随着温度的升高而大大降低。HJT电池具有较高的Voc,单片电压约达到750mV以上,而PERC电池普遍低于700mV


因此当温度下降时,HJT电池开路电压的影响程度相对较小,这是HJT组件功率温度系数绝对值较低的其中一个因素,并且这个也是高Voc的HJT电池和所有高效硅电池的典型特征。


2)与PERC和常规电池不同的是,HJT电池表现出串联电阻(Rs)对温度的依赖性。


这是由于HJT电池不同薄膜之间的界面处Rs成分是一种阻挡层,在高温下会电阻会降低,串阻下降后,电池的转换效率会得到一定提升。


在电池工艺优化环节,准确表征和最小化Rs值很重要,还必须在不同的层厚度之间找到最佳的折衷方案。


发电性能差异


毫无疑问,在高温环境下,异质结组件的发电性能在温度损失方面会有所降低。为了与PERC组件进行比较,通过软件仿真量化损失值,可以更加直观得发现两者的差异。

这里选择了国内同功率档位的异质结组件和PERC组件,其中异质结组件的功率温度系数为-0.24%/℃,PERC组件的功率温度系数为-0.35%/℃

在其他系统配置一致的前提下,使用软件仿真,若两种组件功率不同,可将发电量除以各自的装机容量,即得到发电小时数(单位千瓦的发电量),来比较两种组件的发电性能

仿真的场景分为平单轴支架和固定支架两种。具体结果如下所示。

1)平单轴跟踪支架方式

仿真地为青海格尔木地区,结果显示异质结组件年温度损失小时数37h,PERC组件年损失小时数为54h。

由于功率温度系数是负系数,从下图可知,当环境温度较高时,PERC组件的温度损失较大,而环境温度较低时,异质结的低温增益就不如PERC组件,而这种低温情况在一年内的占比较小。

就全年整体而言,异质结组件的温度性能表现较好,使得发电小时数提升了16h。

如果该项目地的电站的容量是100MW,那么一年的发电增益就是160万度

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图1 青海格尔木仿真结果(横坐标:月份,纵坐标:温度损失小时数)

如下图所示为中东地区两种组件的首年各月份的温度损失小时数比较,当地的环境温度较高,因此一年四季均存在温升损失。

对于异质结组件,低温度系数的性能得到了充分的发挥,年温度损失小时数为148h,而PERC组件损失小时数为209h,前者提升小时数61h。

如果该项目地的电站的容量是100MW,那么一年的发电增益就是610万度。

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图2 中东阿布扎比仿真结果(横坐标:月份,纵坐标:温度损失小时数)

如下表为各个不同纬度地区的年温度损失小时数,各个地区的年平均环境温度差异较大。

中东阿布扎比年平均温度28℃,格尔木年平均6.7℃,江西崇仁年平均16℃,温度越高的地区,组件的温度损失越大。

表1 平单轴方式下不同地区温度损失小时数对比
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下表为不同地区平单轴安装方式下的温升损失率,例如格尔木地区,异质结组件的温升损失率为1.6%,而PERC组件为2.35%,两者相减,异质结组件降低了0.8%。


而在阿布扎比,异质结组件的温升损失明显降低了许多。


表2 平单轴方式下不同地区的温度损失率对比
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2)固定支架方式

如下表为固定支架安装方式的温度损失率比较,由于平单轴方式组件表面接收了更多的辐射,一部分辐射转化为热量,使得组件温度上升,因此固定支架方式的平均组件温度要低于平单轴方式。


例如在格尔木地区,异质结组件的温升损失为1.0%,与平单轴方式相比,下降了0.6%。异质结与PERC的差异由-0.8%降低到-0.6%,下降了0.2个百分点。


异质结组件与PERC组件相比,使用平单轴安装方式下,异质结组件发电提升的幅度要大于固定支架安装方式


表3 固定支架方式下不同地区的温度损失率对比
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后记


光伏产业已经进入技术革新期,高效异质结技术逐渐成为行业各媒体竞相追逐的热点。随着异质结组件技术成本的下降,及生产规模化发展趋势,异质结技术与其他电池技术形成了一种相对的竞争关系。

异质结组件的温度性能及其他发电性能,充分显示了其对电站系统效率提升和降低度电成本的显著意义。随着其组件成本的下降以及与PERC组件成本差距的缩短,对于平价上网时代而言,在未来几年,有望成为非常有发展前景的光伏组件产品。

鉴于目前HJT实测发电数据缺少,文中仅通过软件仿真手段进行理论量化,并比较了异质结和PERC两种技术路线在温度性能表现上的差异,其结论仅局限于仿真,还需要更多的实证数据去支撑。



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