分布式光伏的创新设计与应用—光伏材料与技术国家重点实验室主任宋登元

N型电池容易制备双面电池，并且具有高的双面效率比，低衰减和温度系数等特性，N型硅电池的产业规模在不断扩大。

2017年12月6日下午，在2017光伏领袖峰会—西部论坛的户用分布式光伏发展论坛上，光伏材料与技术国家重点实验室主任、英利绿色能源首席技术官宋登元作题为《分布式光伏的创新设计与应用》的演讲。他从三个方面介绍了分布式光伏的创新设计与应用。一是双面电池技术；二是它在户外实证中的应用；三是一些电站应用，有些应用超出了分布式的范围。

他介绍到，目前，以N型单晶双面电池(N-PERT技术为主)的发展最为迅速。相较于P型电池，N型双面电池基于晶体结构的特性，具有少子寿命高、光衰减系数低、弱光响应佳、温度系数低、工作温度低、且双面皆可发电的优点，逐渐受到制造商的青睐，陆续投入开发与生产。在有限的安装面积之中，N型能提供更高的电力输出。

会议实录如下：

光伏材料与技术国家重点实验室主任、英利绿色能源首席技术官宋登元：今年是分布式元年，好多人都这么说。过去我们知道，我们国家光伏市场是一边倒的，主要是大型光伏电站，前几年一直保持在10%以下，8、9%左右的一个水平，今年特别从上半年统计数据，一下就超过了三分之一，所以说不论是我们从事光伏产业研发生产的这些人员，以及部委的领导都特别兴奋，把它说成是分布式的元年。因为光伏市场将逐渐区域合理化。从国外发展经验来看，分布式还是一个维持光伏可持续发展、健康发展一个非常重要的方面，像德国的市场、日本的市场分布式都超过了80%，所以我们国家正在向着良性、健康的方向发展。

今天来讨论分布式光伏的创新设计与应用，我就来介绍一下分布式光伏的发展，主要从几个方面来谈：一是双面电池技术；二是它在户外实证中的应用；三是一些电站应用，当然这些电站有一些超出我们分布式的一个范围。

首先看双面电池的结构，双面电池也是今年特别热的电池，除了英利之外，很多都在发展双面电池，英利的这种电池结构大家看这是N型的电池结构，N型的就是用N型做衬底。当然N型做衬底有一些比较突出的优点，我们一会再看。双面电池我背面也不浪费，只要有光就能发电，所以很容易提高它的单位面积上的发电量。

由双面电池做成的组件，就是我们的发电单元了，也就是说是双面电池，双面电池最根本的核心，因为我们背面也能发电，它和常规的电池结构、组件结构就不太一样，我们常规的我们知道过去主流产品后面是背板，背板是不透明的，但是作为双面电池，背面一定要透明进光，所以就有两种方式，一种是双玻，两边都是玻璃，玻璃自然是透明透光的，实际上早期还有一种背板，背板也做成透明的，但现在随着玻璃技术逐渐成熟和成本的降低，这种透明背板用得越来越少。

如何来评价背面的贡献呢？我们看下面这个表格，你比如我们在标准情况下还是TC情况下，如果我们标准组件是295W的话，背面能够10%的贡献那就是320W，如果是20%的贡献就是330W，如果是30%的贡献就达到380W。我们说个极端的情况，如果380W，倒推回去起码是24%的生产效率，通过双面电池这种成本比较低的电池结构，实现了一种折合单面的高效率。从这看发面双面电池对于我们平价上网、降低光伏发电成本是一个非常重要的技术途径。

那么双面电池我们怎么评价它？主要考虑背面的贡献，我们看这个公式，R表示发电增益，前面有一个系数，因为双面电池它和你应用环境有关系，我下面还要讲，不同的应用环境背面对光的发射率不一样，这样就进入背面光的强度就不一样，导致它产生的增益实际上是一个范围，也就是说我们一般从10%可以多到35%-40%，α就保持增益率，上面是背面，下面是正面，背面组件功率除正面的是一个系数。目前背面和正面电池效率比大概0.9左右已经非常不错了，对于N型的，可能PERC电池正面和背面比是0.7左右，还要小一些。

现在国际上正在做标准，也就是说我们取1.15，就认为通常的背面一般反射能达到的，是这么一个条件，这样的话，α是取0.15我们算出来大概0.12左右，因为背面比和正面比大概是0.9左右，我们这个增益一般情况下都能达到12%，这是一个基本的增益条件，当然你光强好的情况下下来我们看应该在15%以上。

下面我从十个方面来介绍双面电池，就N型双面电池的一个优势：

1、双面发电，我们从这个图简要看，只要是背面，我们有反光或者地面反光，或者空气中的散热光，它就能发电，这样的话两面进光，这是一个基本的特性。

2、初始衰减，我们目前组件指导在25年，为什么定25年，因为25年我可以保证你组件衰减不低于出厂的这个衰减小于20%，也就是说25年后的功率要大于出厂时功率的80%。为什么呢？就是因为我们传统的P型单晶硅或者多晶硅它里头还有氧，氧和硼会形成硼氧惰。

3、标准辐照强度，这么一种情况下得出的，实际上这种条件只有在我们的大中午，你比如夏天12点到2点之间有这种条件，大部分时间它都达不到，所谓的弱光，因为早晨起来或者下午一些，所以大部分组件是在弱光条件下发电，弱光条件下它发电能力就是一个非常重要的指标。

那我们看双面发电的这个图，实际测试的图，我们上面这个图，就说这个蓝线是发电增益，红线是发电量，表明我越弱的光用双面比单面发电量越高，为什么会出现这种情况呢？因为弱光大部分都是散射光，直射光很少，这样导致它增益提高，这种是双面发电的基本特性，不管是N型还是P型都应该有这种特性。

4、温度系数，因为我们硅材料一个基本特性是负的温度系数，我温度越高发电量越少，是递减关系，少多少呢？功率、电压这个值都不一样，基本上电压随着温度提升下降比较快，电流基本维持一个恒定，这样功率肯定是降低的。实验和理论都证明温度系数对于P型比实验室要少，如果是同样一种工艺做的N型和P型组建，一定是N型温度系数小一些，这样在高温条件下它发电量要多，这是第四个优势。

5、质保，我们通常说25年，由于采用全玻璃封装，克服我们背面的透水率，对于密封性、抗氧化都要优于背板，特别是双玻组件质保大部分在30年，也有35年，如果你投资模型按30年算，同样的投资自然回报率就高了，这是第五个优势。

6、PID，理论上来说，PID这种现象对于N型组件和P型组件都有，实际上解决PID这个问题有几方面的技术，电池加工技术，我可以通过折合率调整，抑制PID发生，这是电池方面；组件方面比如我无边框。

所以我们看下面这个图，它比普通的明显要小，小于百分之一，国际上小于百分之五就合格，对于N型来说可以做到百分之一，在加严条件下变成了常规技术。

7、蜗牛纹，由于电池表面有引力会渗透到电池前面，造成我们从正面看蜗牛纹或者蠕虫纹现象，双玻组件中蠕虫纹几乎看不到。

8、耐候性，这和PID有点关联，耐候性我们看有两个体系，一个是橘红色、一个是绿色，橘红色就是熊猫N型双面电池，绿色是常规的，实际上就说我们在DH，湿热条件下是1千个小时，如果我们延长它的时间，我们到2千、3千、4千、5千，一直到5千小时，加5倍的测试条件区别就出来了，对于N型电池保持基本没有衰减，但是普通的电池就超过了50%。也就是说在极端的条件下，加严条件下。

9、机械载荷，机械载荷在长期运行条件下，你比如说受到强风的吹，你比如到我们西部地区风比较大，它来回会震荡，另外在一些温度聚集，一会高温、一会低温，集聚温度变化下会发生一种震荡，这种最明显的一种危害，就造成组件电池的引力，时间长它发电量会急剧衰减。对于双玻封装的双面电池它的形变就非常小，在标准的抗机械强度这种测试中表现的比P型，单面封装非常好的一种性能。

10、1500V，1500V成了标准设计，系统在2000V，双玻是没有边框的，它更容易耐更高的电压，天然它有比较好的耐高压特性，从1000V设计到1500V、2000V非常容易，它的PID性能也非常好。

实际上这十个特性都是相辅相成的，最终造成这种组件高可靠性，高发电量，最终带来发电成本降低，这是十个特性。

下面看应用，实际上双面组件它的应用环境比较依赖，不同的应用环境发电量增益相差特别多，我们有感受，你比如说白色的，白色特别是雪，这种大自然的环境，实际上反射率百分之百，所以在雪地上，美国就说可再生能源实验室他们三年的实验，冬天美国北部雪比较大，三年时间它的增益是16%，其次你说草地，还有我们常用的屋顶，采光板、水泥，这都属于中不溜的这种东西，你比如黑色土地这种就差一些。

对于双面组件，我们下面还要给例子，我们看不同应用环境下它的增益情况。还有一个情况，除了应用环境之外，它还和你安装方式有关系，具体来说有三个环境关系，第一个它的倾角，因为倾角的话，如果你垂直安装的话，两边都可以进光，就说增益50%，这样的情况最好。但是你照顾背面进光的话，正面进光就弱了，还有一个地面反射率，和这三个因素基本呈正比关系。

我们看基本的一个结论，如果背面反射率在25%左右的一个草坪，大概增益在10%左右，就是最标准的；如果反射率好一些，你比如沙地或者水泥，特别是白沙子这样的话能达到15%，如果白色屋顶达到20%，如果雪地在30%以上的发电量。

下面是积极例子，第一个现在应用最大的双面组件是我们大同领跑者，就说第一个我们国家领跑者的实证基地，英利在这做了50MW新技术示范，如果这个月英田比较多超过20%，这是目前最大的一个电站。我们目前正在建的在内蒙古的乌海，我们在这给出的是一个大型发电站，我们说的是分布式，这种组件更容易用在分布式上。

为什么这么说呢？因为你一个大环境，你想想一个50MW电站上千亩地，你怎么创造它的环境，很难，它实际环境是什么就是什么，我们这基本是荒草。如果一个分布式就容易了，你比如采光屋顶，它的标准环境非常好，同时在保定附近安装的，农民的屋顶就是白色的，过去都晒东西，也为了家里夏天不是很热，它反光，它不是白色我们给涂成白色也没事，小的环境比较容易控制。

这是大同发电量的一个测试。实际上还有一个反射比较好的就是水面，我们看水面反射光比较强，特别当太阳和太阳成为一个角度的时候，我们在浙江江山市做了渔光互补双面发电，它的增益到了36%，我们看这个图，水光互补这是比较好的应用形势。

在屋顶这是我们定州的一个电站项目，下面全是养猪的猪圈，上面因为是水泥顶，它这个能达到24%的一个增益，这是保定实验室的测试结果，是全年的一个测试结果，放的是傻子，在我们重点实验室楼顶上放的沙子，背面可控发电量能做到21%。

新加坡，我们知道新加坡是一个比较湿热的典型气候，新加坡淡马锡理工学院用我们的在他们实验室楼顶上也做了一个实验，这是第三方，达到15.2%。

从我们前面介绍的它的优势，还有它的应用，说明N型双面电池组件无论是在分布式还是大型电站，由于它十个优异的特性都能得到比较好的增益，至少都在15%以上，多的能到30%几，能够真正给我们带来发电量的提高，成本的下降。

好，我就讲这么多，谢谢大家！

（发言为现场速记整理，未经嘉宾审核）