異質結太陽電池結合單晶硅與非晶硅太陽電池的雙重優(yōu)點，制備工藝所需溫度可降至250℃以下，使制作成本下降，且具有良好的穩(wěn)定性。
異質結的光電轉換效率高主要因為本征非晶硅薄膜獨特的異質結構可降低界面態(tài)密度，增加開路電壓；文獻通過改變發(fā)射極材料，實現(xiàn)了異質結電池結構的優(yōu)化；黃海賓等和王濤等把背面的金屬電極改為柵線，通過模擬研究，這種柵極結構的電池轉換效率可達28.55%。
本文涉及的光伏電站位于安徽天長市（119.0°E，32.7°N），該地年平均氣溫15.3℃，年均日照總時數(shù)為1972.9h。
為研究異質結光伏組件相對多晶光伏組件的優(yōu)越性，記錄采集2個方陣的近兩年的發(fā)電量數(shù)據(jù)，2個方陣除組件不同外，其他結構完全一致。
其中，1號方陣內都使用同規(guī)格的異質結光伏組件，2號方陣內都使用同規(guī)格的多晶光伏組件。2個方陣的組件均為固定式，朝南放置。
文獻提出過計算光伏陳列最佳傾角的方法，本文采用該方法求出最佳傾角在23°~29°內的年太陽輻射總量相差不大，再結合防風的考慮，將傾角設置為25°。陣列下方是水塘。
a.1號光伏方陣
b.2號方陣
表1 光伏方陣構成
工藝過程為：在n型單晶硅片(c-Si(n))兩側分別沉積本征非晶硅薄膜(a-Si(i))，再分別在其外側沉積p型和n型的非晶硅薄膜(a-Si(p)，a-Si(n))，然后在2個表面沉積透明導電氧化層(TCO)，再鍍上金屬柵電極。
相比于常規(guī)多晶太陽電池，異質結太陽電池的光電轉化效率更高，可雙面發(fā)電，功率溫度系數(shù)更小。
根據(jù)《光伏電站中高效光伏組件的效率分析研究與應用實踐》課題，使用晉能科技的異質結光伏組件和多晶光伏組件做對比。
2種組件的具體參數(shù)如表2所示，其中該異質結光伏組件是雙面發(fā)電，表2是其正面的參數(shù)，該多晶光伏組件是單面發(fā)電。
表2?光伏組件主要參數(shù)
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采集2個方陣從2020年1月—2021年9月的月度發(fā)電量數(shù)據(jù)，并得到2個方陣的單塊組件的月度發(fā)電量數(shù)據(jù)。
因為2種組件面積幾乎相同，所以能通過比較2種組件的單塊組件的發(fā)電量來比較2種組件的發(fā)電效率。
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溫度升高會削弱組件功率，異質結光伏組件的功率溫度系數(shù)比多晶光伏組件小。
計算2種組件在夏季發(fā)電量與冬季發(fā)電量之比，夏季接受的輻照度與冬季之比，比較2個比值，驗證異質結光伏組件功率是否受溫度影響更小。
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選取在典型晴天和陰雨天，該異質結和多晶光伏組件的單日發(fā)電功率數(shù)據(jù)，分析該異質結光伏組件效率優(yōu)越性是否受天氣的影響。
2個方陣在2020年全年和2021年前9個月的發(fā)電量分別如圖3a和圖3b所示。為便于比較2種組件的發(fā)電效率，將2個方陣的月度發(fā)電量分別除各自的組件數(shù)量，得到單塊組件的月度發(fā)電量。通過比較2種組件的單塊組件發(fā)電量來比
較其發(fā)電效率。單塊組件的月度發(fā)電量如圖3c和圖3d所示。
圖3 方陣或單塊組件在2020年和2021年1—9月的月度發(fā)電量
從圖3看出，無論2020年還是2021年，該異質結光伏組件的月發(fā)電量都高于該多晶光伏組件的月發(fā)電量，即該異質結光伏組件的發(fā)電效率更高。
為了量化發(fā)電效率，計算兩種組件從2020年1月—2021年9月的單塊組件的月發(fā)電量的平均值。
計算得，該異質結光伏組件的平均月發(fā)電量為39.93kWh，該多晶結光伏組件的平均月發(fā)電量為34.60kWh。
計算得，該異質結光伏組件比多晶光伏組件發(fā)電量高出15.4%。由于該異質結光伏組件是雙面發(fā)電，效率均應為正反兩面效率之和。
根據(jù)裴駿等研究，水面光伏電站的雙面光伏組件的背面年均發(fā)電量增益為5.39%。
但鑒于該地常年多風，常有波浪，水面對入射光線的鏡面反射大大減少，進而減少了組件背面接受的光照和發(fā)電增益，因此此處將該電站的背面年均發(fā)電量增益修正為4%。
該異質結光伏組件相對該多晶光伏組件的理論效率增益計算公式為：
式中：η1、η2——異質結、多晶光伏組件的效率，該異質結相對該多晶光伏組件的實際的月發(fā)電量增益與理論效率增益較為接近。
為考察溫度升高對組件功率的影響，計算組件在夏季的發(fā)電量與冬季之比，在夏季接受的輻照度與冬季之比，比較比值。
把2020年的1、2月份當成該年冬季，把6—8月份當成該年夏季；把2020年12—2021年2月份當成2021年的冬季，把2021年的6—8月份當成該年夏季。這2種組件在冬季和夏季的平均月發(fā)電量及其比值如表3所示。
表3 單塊組件在冬，夏季的平均月發(fā)電量
2020年全年和2021年1—9月份期間，該地傾斜25°的斜面接受的月度輻照度如圖4所示。
表4 冬，夏季的平均月輻照度
從表3、表4可看出，無論是2020年還是2021年，2種組件的夏季與冬季的平均月發(fā)電量的比值都小于該年的夏季與冬季的平均月輻照度的比值，說明溫度升高的確降低了組件的發(fā)電功率。
同時可看出，在2021和2020年，該異質結光伏組件的夏季與冬季的平均月發(fā)電量的比值大于多晶的，說明隨溫度升高，該異質結光伏組件功率的降低程度小于該多晶光伏組件，這與表1中該異質結光伏組件的最大功率溫度系數(shù)小于多晶光伏組件相符。
為分析該異質結光伏組件和多晶光伏組件在不同天氣條件下的功率表現(xiàn)，選取典型晴天2021年10月4日和典型陰雨天2021年10月14日的組件功率數(shù)據(jù)，每15分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，結果如圖5所示。
c圖5 單塊組件在10月4日，10月14日的功率分布
從圖5a可看出，當太陽輻照度較大時，該異質結光伏組件的發(fā)電功率明顯高于該多晶光伏組件，即效率更高；但當輻照度較低時，比如早上和晚上，異質結光伏組件的功率與該多晶光伏組件的功率相差不多，并未顯示其優(yōu)越性。
從圖5b可看出，在輻照度較低時，該異質結光伏組件并未顯示出發(fā)電功率的優(yōu)越性；只是在輻照度突然變強的兩個時刻，顯示了較該多晶光伏組件的相對優(yōu)越性。
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從單塊組件的平均月發(fā)電量可看出，該異質結光伏組件的發(fā)電量高于該多晶光伏組件，即異質結光伏組件的發(fā)電效率高于該多晶光伏組件，且效率增益與理論效率增益相符。
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相比于該多晶光伏組件，溫度升高對該異質結光伏組件的功率降低度更小，這與理論上異質結光伏組件的功率溫度系數(shù)小于多晶光伏組件相符。
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從單日功率分布圖看出，在輻照強度高時，異質結光伏組件的發(fā)電效率優(yōu)勢體現(xiàn)的十分明顯；但在低輻照度下，該異質結光伏組件的發(fā)電效率優(yōu)勢未得到體現(xiàn)。
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在為光伏電站組件選型時，如果所在地陽光輻照資源豐富，多晴天，在預算足夠的條件下，可考慮使用高效異質結光伏組件。
原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產業(yè)通）：異質結光伏組件發(fā)電效率更高？實測數(shù)據(jù)來啦！
