2019年6月4日，晶科Swan系列雙面組件亮相2019 SNEC——正面輸出功率最高可達415W，背面發(fā)電增益最高可達25%，并提供30年功率線性質(zhì)保，聚焦諸多目光。效率突出、品質(zhì)優(yōu)越，Swan系列雙面組件作為唯一的組件產(chǎn)品，成功斬獲2019年Intersolar 光伏大獎。Swan系列如此卓越品質(zhì)的奧秘在于何處？在其研發(fā)、設(shè)計方面又有著怎樣的不同？晶科“雙面白皮書”全面解惑，給予大家更清晰的介紹、分析。

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晶科SWAN雙面組件介紹

·晶科雙面組件優(yōu)勢

晶科連續(xù)三年蟬聯(lián)全球光伏組件出貨量第一，是全球最具可融資性組件品牌，在各大區(qū)域市場份額不斷增長的同時，組件的品質(zhì)也得到了廣泛的肯定。晶科通過嚴(yán)格的進料、制程、成品、抽檢、出貨、到貨等品控及檢測，確保組件的優(yōu)異品質(zhì)，晶科因此已連續(xù)5年榮膺美國PVEL/DNV GL最佳組件表現(xiàn)獎，客戶滿意度也逐年提升。

作為晶科2019年明星產(chǎn)品，SWAN系列雙面組件秉承晶科長期踐行的質(zhì)量管理優(yōu)勢，更通過技術(shù)創(chuàng)新，推動全球平價上網(wǎng)進程。晶科SWAN系列雙面組件均采用158.75mm大尺寸P型高效單晶雙面電池，并采用半片設(shè)計降低組件內(nèi)部電流和電學(xué)損耗，具備高功率高可靠特性，較常規(guī)整片電池組件正面功率提升達15Wp。且戶外熱斑風(fēng)險更低。如圖1所示，戶外正常工作時，半片組件較整片組件，具有更低的工作溫度，且同一片組件內(nèi)部的溫度差更低（低約1.8℃），即半片組件能夠使熱斑發(fā)生的概率更小。


在采用豎向安裝時，半片組件能夠有效抵御陰影遮擋。半片組件采用上半部分和下半部分并聯(lián)的設(shè)計，在早晚陰影遮擋組件的下半部分時，半片組件的上半部分仍能夠工作，實現(xiàn)50%的功率輸出，而全片組件輸出功率為0。此外，半片設(shè)計有效降低組件內(nèi)部的熱損耗，從而降低溫度系數(shù)，晶科半片組件溫度系數(shù)為-0.36% W/℃，全片組件為-0.37%W/℃，在溫度較高地區(qū)，組件工作溫度可能高達75℃，此時半片組件將比全片組件功率高2.5%。


在低輻照情況下，如早晨、傍晚或多云天氣，雙面組件正背面同時受光，能夠接收更多光能，從而較單面組件具有更高的實際功率，更易達到逆變器的啟動條件，能夠?qū)崿F(xiàn)更長時間發(fā)電，如圖3。第三方測試報告同時顯示，雙面組件較單面組件，具有更好的弱光響應(yīng)。


晶科SWAN系列雙面組件，具有單玻-透明背板和雙玻兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計，且兩種設(shè)計均可搭配高反射增益的網(wǎng)格技術(shù)（透明網(wǎng)格背板技術(shù)和陶瓷網(wǎng)格玻璃技術(shù)），實現(xiàn)產(chǎn)品正面功率的提升（提升~5W）。透明網(wǎng)格背板和陶瓷網(wǎng)格玻璃的增益原理相當(dāng)，都是在透明背板或透明玻璃的內(nèi)表面，涂覆或疊加一層高反射率的高耐候網(wǎng)格狀的白色反射層，實現(xiàn)電池片間隙光的反射和二次利用，從而實現(xiàn)正面功率的提升。


晶科SWAN雙面組件，具有30年功率質(zhì)保，首年衰減2.5%，第2到第30年，雙玻產(chǎn)品每年0.5%，透明背板產(chǎn)品每年0.55%。其中，雙玻產(chǎn)品具有無框和帶邊框兩種不同的設(shè)計，能夠滿足不同的客戶需求。透明背板產(chǎn)品，背板采用雙面含氟結(jié)構(gòu)設(shè)計，最外層（與空氣接觸層）是透明PVF薄膜，具有優(yōu)異的戶外穩(wěn)定性和抗老化性能，能夠有效屏蔽290-360nm的紫外線，為中間層PET提供保護；內(nèi)層則為含氟涂層，能夠有效抵擋正面入射紫外線對中間層PET的影響；中間層PET及粘結(jié)劑，也采用抗UV改性配方設(shè)計，保障透明背板整體的長期可靠性和耐候性。


相對雙玻產(chǎn)品，透明背板產(chǎn)品具有更低的重量（質(zhì)量上減輕超過30%），能夠為客戶節(jié)約15%支架成本和20%安裝人工成本，從而節(jié)約超過3%的BOS成本。另外，透明背板產(chǎn)品背板外層采用PVF膜，材料分子結(jié)構(gòu)中存在高密度的C-F鍵，具有很強的疏水性，且不易吸附灰塵，戶外運行時，通過雨水沖刷或簡單的清洗方式，即可除去表面的臟污，組件長期運維過程中，組件背面的清洗維護成本較低。

·雙面組件應(yīng)用場景

雙面組件應(yīng)用場景廣泛。在大型電站項目中，雙面組件雙面受光發(fā)電，特別適合沙漠、雪地等高反射地面的電站項目，實現(xiàn)高的背面發(fā)電增益。采用透明背板，同時可實現(xiàn)輕量化，有效節(jié)約BOS成本，進一步降低LCOE。對于分布式項目，如車棚、陽光房等，由于雙面組件單面位面積可以產(chǎn)生更多電量，同樣可實現(xiàn)低的BOS成本和高的發(fā)電收益。


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雙面組件模擬發(fā)電量評估

·雙面組件發(fā)電性能評估方式

雙面組件雙面發(fā)電性能可以用發(fā)電增益來評估。

發(fā)電增益是雙面組件背面多發(fā)電能與正面發(fā)電量的比值。

雙面組件發(fā)電增益受到組件正面和背面受光比例和組件雙面因子影響。雙面因子是組件本身的性能，即STC條件下背面標(biāo)稱功率與正面標(biāo)稱功率的比值。


組件正面和背面受光情況受到地面反射率Albedo、支架設(shè)計、地理位置、季節(jié)等環(huán)境因素影響。


·地面反射率

反射率Albedo是表面反射光強與入射光強的比值。反射率反映某一表面對于光線的反射能力，不同的材料表面具有不同的反射率。在實際電站項目中，地面反射率會隨地面顏色、厚度、平整度等而發(fā)生改變。并且表面材料隨時間及環(huán)境變化而產(chǎn)生的濕潤、變質(zhì)、老化、臟污等情況，也可能使其表面反射率發(fā)生變化[1]。

下表給出了常見地面類型的反射率范圍[2]：

表2 常見地面類型的反射率范圍


在實際電站地面反射率的測量，可參考《ASTME1918-16》標(biāo)準(zhǔn)，在均勻平整地表使用背靠背的兩個輻照儀，同時測試正面輻照和背面輻照，從而計算出地面反射率。同樣也可采用如下圖所示Albedo測試儀進行測試。


實際測量albedo需注意以下幾點：（1）將測試儀裝在陣列中間位置，盡量與組件同一平面，高度離地不低于0.5m；（2）避免對于測試儀的遮擋；（3）在陣列中選取多個位置進行測量取平均，確保代表性；（4）長期監(jiān)測。

地面反射率，是環(huán)境中對雙面增益影響最大的因素。通過PVsyst模擬可得到雙面組件的發(fā)電增益幾乎與地面反射率成正比，如圖10。通過實際測試不同地面類型的晶科雙面組件發(fā)電增益，與模擬結(jié)果相一致，如圖11。


·安裝高度

雙面組件背面不僅接收到地面反射光，也會接收環(huán)境散射光以及部分情況下的直射光產(chǎn)生電量。組件安裝太低會影響組件背面受光，從而降低背面發(fā)電增益。對于固定支架來說組件安裝高度是指組件最低點距離地面的距離，如圖12（a），跟蹤支架安裝高度為支架轉(zhuǎn)軸距離地面的距離。雙面發(fā)電增益隨組件安裝高度的增加而增加。以海寧固定支架模擬項目為例，在安裝高度較低時，高度提升發(fā)電增益快速增加，當(dāng)高度超過1.2m，安裝高度增加帶來的發(fā)電增益的提升幅度降低，如圖12(b)組件背面的輻照不均勻性也會隨著組件高度的增加而下降，當(dāng)組件高度在1m以上時，組件背面受光達到較為均勻的程度[3]。


同時考慮到太高的支架高度會增加系統(tǒng)整體的LCOE，對不同支架系統(tǒng)的安裝高度建議如下。固定支架和跟蹤支架的最低安裝高度建議如表3，對于高反射率地面（反射率高于50%）可適當(dāng)提高安裝高度。

表3 安裝高度建議


·地面覆蓋率（Groundcoverage rate, GCR）

GCR是組件面積與土地面積的比值。GCR降低，組件行間距增加，將使雙面組件背面接收到更多的反射光，從而產(chǎn)生更多電量。對于單面組件來說，GCR降低（行間距增加）會降低組件陰影遮擋，同樣增加發(fā)電量，但增加的幅度和極限均不及雙面組件[1]。隨著GCR的降低，雙面發(fā)電增益先增加后達到穩(wěn)定，如圖13。


在此，我們提供固定和跟蹤支架雙面系統(tǒng)的GCR參考值?？蛻艨梢愿鶕?jù)項目用地情況以及支架設(shè)計確定行間距的值。

表4 固定和跟蹤支架雙面系統(tǒng)的GCR參考值


·組件邊框和背面支架遮擋影響

晶科SWAN系列雙面組件采用半片搭配分體式接線盒設(shè)計，接線盒不遮擋背面電池。邊框?qū)Ρ趁嬲趽趺娣e僅2.6~3.4%，如圖14所示，雙面組件邊框陰影區(qū)域組件溫度與非陰影區(qū)域溫度十分接近，邊框陰影幾乎不會導(dǎo)致熱斑等問題。


一般來說雙面組件需盡量搭配背面無遮擋的支架系統(tǒng)，但系統(tǒng)設(shè)計中橫梁對雙面組件的背面遮擋影響可以通過調(diào)節(jié)橫梁寬度、反射率和距離背面的距離來降低。晶科在反射率為80%的地面上進行雙面組件橫梁遮擋研究發(fā)現(xiàn)，采用寬度為50mm的黑色背板（代替橫梁，透過率幾乎為0且反射率很低）遮擋背面，背板距組件背面距離為50mm，雙面發(fā)電增益遮擋情況下為20.20%，無黑色背板遮擋時為20.79%，幾乎相等。在實際低反射率條件下，橫梁對背面的遮擋影響將更低。一般來說，建議背面橫梁距離組件在50mm以上，從而減小橫梁遮擋對雙面組件發(fā)電的影響。


跟蹤支架體系中，通過增加中間torque-tube距離組件的距離以及增加Torque-tube的反射率來減少對于組件背面遮擋的影響。同時半片設(shè)計中組件中間部位無電池片，也能夠減少跟蹤支架軸對組件背面遮擋的影響。