異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)合單晶硅與非晶硅太陽(yáng)電池的雙重優(yōu)點(diǎn)，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(zhì)結(jié)的光電轉(zhuǎn)換效率高主要因?yàn)楸菊鞣蔷Ч璞∧お?dú)特的異質(zhì)結(jié)構(gòu)可降低界面態(tài)密度，增加開(kāi)路電壓；文獻(xiàn)通過(guò)改變發(fā)射極材料，實(shí)現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；黃海賓等和王濤等把背面的金屬電極改為柵線(xiàn)，通過(guò)模擬研究，這種柵極結(jié)構(gòu)的電池轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28.55%。
本文涉及的光伏電站位于安徽天長(zhǎng)市（119.0°E，32.7°N），該地年平均氣溫15.3℃，年均日照總時(shí)數(shù)為1972.9h。
為研究異質(zhì)結(jié)光伏組件相對(duì)多晶光伏組件的優(yōu)越性，記錄采集2個(gè)方陣的近兩年的發(fā)電量數(shù)據(jù)，2個(gè)方陣除組件不同外，其他結(jié)構(gòu)完全一致。
其中，1號(hào)方陣內(nèi)都使用同規(guī)格的異質(zhì)結(jié)光伏組件，2號(hào)方陣內(nèi)都使用同規(guī)格的多晶光伏組件。2個(gè)方陣的組件均為固定式，朝南放置。
文獻(xiàn)提出過(guò)計(jì)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(nèi)的年太陽(yáng)輻射總量相差不大，再結(jié)合防風(fēng)的考慮，將傾角設(shè)置為25°。陣列下方是水塘。
2個(gè)方陣如圖1所示，方陣構(gòu)成如表1所示。
a.1號(hào)光伏方陣
b.2號(hào)方陣
表1 光伏方陣構(gòu)成
異質(zhì)結(jié)電池的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)
異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)如圖2所示，比較對(duì)稱(chēng)。
圖2 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)
工藝過(guò)程為：在n型單晶硅片(c-Si(n))兩側(cè)分別沉積本征非晶硅薄膜(a-Si(i))，再分別在其外側(cè)沉積p型和n型的非晶硅薄膜(a-Si(p)，a-Si(n))，然后在2個(gè)表面沉積透明導(dǎo)電氧化層(TCO)，再鍍上金屬柵電極。
相比于常規(guī)多晶太陽(yáng)電池，異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)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(yīng)用實(shí)踐》課題，使用晉能科技的異質(zhì)結(jié)光伏組件和多晶光伏組件做對(duì)比。
2種組件的具體參數(shù)如表2所示，其中該異質(zhì)結(jié)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(gè)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(gè)方陣的單塊組件的月度發(fā)電量數(shù)據(jù)。
因?yàn)?種組件面積幾乎相同，所以能通過(guò)比較2種組件的單塊組件的發(fā)電量來(lái)比較2種組件的發(fā)電效率。
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溫度升高會(huì)削弱組件功率，異質(zhì)結(jié)光伏組件的功率溫度系數(shù)比多晶光伏組件小。
計(jì)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(gè)比值，驗(yàn)證異質(zhì)結(jié)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(zhì)結(jié)和多晶光伏組件的單日發(fā)電功率數(shù)據(jù)，分析該異質(zhì)結(jié)光伏組件效率優(yōu)越性是否受天氣的影響。
2個(gè)方陣在2020年全年和2021年前9個(gè)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(gè)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(guò)比較2種組件的單塊組件發(fā)電量來(lái)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(wú)論2020年還是2021年，該異質(zhì)結(jié)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(zhì)結(jié)光伏組件的發(fā)電效率更高。
為了量化發(fā)電效率，計(jì)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(jì)算得，該異質(zhì)結(jié)光伏組件的平均月發(fā)電量為39.93kWh，該多晶結(jié)光伏組件的平均月發(fā)電量為34.60kWh。
計(jì)算得，該異質(zhì)結(jié)光伏組件比多晶光伏組件發(fā)電量高出15.4%。由于該異質(zhì)結(jié)光伏組件是雙面發(fā)電，效率均應(yīng)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(fēng)，常有波浪，水面對(duì)入射光線(xiàn)的鏡面反射大大減少，進(jìn)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(zhì)結(jié)光伏組件相對(duì)該多晶光伏組件的理論效率增益計(jì)算公式為：
式中：η1、η2——異質(zhì)結(jié)、多晶光伏組件的效率，該異質(zhì)結(jié)相對(duì)該多晶光伏組件的實(shí)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(duì)組件功率的影響，計(jì)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(dāng)成該年冬季，把6—8月份當(dāng)成該年夏季；把2020年12—2021年2月份當(dāng)成2021年的冬季，把2021年的6—8月份當(dāng)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(wú)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(shuō)明溫度升高的確降低了組件的發(fā)電功率。
同時(shí)可看出，在2021和2020年，該異質(zhì)結(jié)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(shuō)明隨溫度升高，該異質(zhì)結(jié)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(zhì)結(jié)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(zhì)結(jié)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(jié)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(dāng)太陽(yáng)輻照度較大時(shí)，該異質(zhì)結(jié)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(dāng)輻照度較低時(shí)，比如早上和晚上，異質(zhì)結(jié)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(shí)，該異質(zhì)結(jié)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(qiáng)的兩個(gè)時(shí)刻，顯示了較該多晶光伏組件的相對(duì)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(zhì)結(jié)光伏組件的發(fā)電量高于該多晶光伏組件，即異質(zhì)結(jié)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(duì)該異質(zhì)結(jié)光伏組件的功率降低度更小，這與理論上異質(zhì)結(jié)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(qiáng)度高時(shí)，異質(zhì)結(jié)光伏組件的發(fā)電效率優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)的十分明顯；但在低輻照度下，該異質(zhì)結(jié)光伏組件的發(fā)電效率優(yōu)勢(shì)未得到體現(xiàn)。
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在為光伏電站組件選型時(shí)，如果所在地陽(yáng)光輻照資源豐富，多晴天，在預(yù)算足夠的條件下，可考慮使用高效異質(zhì)結(jié)光伏組件。
來(lái)源：異質(zhì)結(jié)光伏組件的發(fā)電效果研究
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（光伏產(chǎn)業(yè)通）：異質(zhì)結(jié)光伏組件發(fā)電效率更高？實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)啦！
