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新视角 | 双面半片技术中的哲学思维

放大字体  缩小字体 光伏产业网讯 发布日期:2018-11-26  来源:光伏测试网  浏览次数:297
核心提示:让数字变成文字,让文字拥有灵魂,我们就可以进一步发现制造业产品更多的哲学美。
   让数字变成文字,让文字拥有灵魂,我们就可以进一步发现制造业产品更多的哲学美。
 
  ——亿晶光电
 
  一、引言
 
  光伏制造业的发展有如一部时代大片,跌宕起伏,扣人心弦,而身处其中的光伏人更是深有体验。在我们的意识印记中,制造业更多地意味着仪容严肃的数字和数据。倘若换个角度思考:让数字变成文字,让文字拥有灵魂,以数入文,以文入哲,我们或可进一步发现制造业的哲学之美。
 
  在近期第四届双玻大会上,CQC向亿晶光电隆重颁发全球首张双面双玻组件领跑证书。获证组件是亿晶光电量产技术产品,采用PERC双面和半片等多种前沿技术,对于光伏制造业具有里程碑意义。此资讯被行业媒体广为转发,双面和半片技术的创新再次成为业内众多专家的关注焦点和研究热点。
 
  “知过去者,善掌未来。”笔者首尝浅析双面半片技术中的哲学元素,并适时穿插阐述双面或半片技术的主要历程,以期于时间的锁孔之中,窥探光伏技术浩瀚的未来。
 
  二、双面半片技术的哲学思维
 
  亿晶光电在每种新型电池或组件产品的设计时,都会充分考虑电池和组件的技术可行性、成本可控性和产品可靠性的 “三可原则”,以达到“可研、可产、可用”的“三可目标”。这其中,双面半片组件又暗含丰富的哲学思想,使得我们在慨叹“光伏人的忙与乏”之余,可从以下角度进一步了解此产品。
 
  2.1 半片:一分为二
 
  在唯物辩证法中,“一分为二”是指一切事物、现象和过程都可分为两个互相对立和互相统一的部分。光伏行业中,硅料颗粒经若干工序成为完整硅片和电池片,再变成半片电池进行组件封装,却也恰含 “合后再分,分后必合”之趣意,并与我国明末清初思想家方以智先生的“一分为二,合二而一”的哲学思想有异曲同工之感。
 
  2.1.1半片技术的应运而生
 
  随着高效电池技术的迅速发展和应用,电池短路电流和组件的输出电流获得大幅度提升,这使得电池和组件内阻所造成的功率损耗显著增加。因此,降低此部分功率损耗成为提升组件效率的的重要途径之一。根据如下公式:
 
  在公式(1)中,R为组件内阻, I为组件中电流串电流,P为内阻所导致的功率损耗。当R为恒定值时,则降低电流可以削减由此造成的功率损耗。
 
  从原理上讲,晶硅太阳能电池发电主要过程为,半导体电池表面部分电子吸收光照能量后产生跃迁,在内建电场作用下,产生电流。理论与实验数据均表明,这一电流值与电池片面积成正比。
 
  依此理论,在不改变其他任何参数和条件的前提下,可以采用降低单体电池面积的方法来减小电池串中的电流,从而降低功率损耗。考虑到组件电路设计的需求,半片结构可以更好地实现串并联设计,保证组件的输出电流和输出电压与整片结构在同一数量级,对光伏电站设计无明显影响。由此便形成了将晶体硅电池“一分为二”的思想。
 
  2.1.2半片技术的优点
 
  从技术角度言,半片组件具有如下优点:
 
  1)提升封装效率。半片组件封装损失较低,一般在0.2%-0.5%,而常规组件一般>1.5%,对于PERC电池,此区别相对更明显。故半片组件可将CTM提升1到1.5个百分点以上。利用了低电流特点,有效提高组件的封装效率。
 
  2)降低组件温升。组件中的电流经过电池片和光伏焊带时,存在焦耳发热现象。一般来讲,1/2划片组件电流为正常组件的1/2,在内阻视为近似定值的情况下,小电流可以减少焦耳热;另外,低电流还可以显著降低组件热斑风险,提高组件使用寿命。研究表明,组件功率温度系数绝对值可降低到0.4%/℃以下,且半片组件温度比常规组件低2℃——4℃,实验数据表明,此部分发电量增量可达1%以上。
 
  3)减少遮挡损失。由于半片组件采用串联-并联结构(可参图1),故遮挡某片电池时,其对组件输出功率的降低值远低于整片电池所封装组件的相应值,故可更好地避免阴影遮挡对组件的危害,并可进一步提升光伏电站的发电量。
 
  新视角 | 双面半片技术中的哲学思维
 
  由于半片电池组件具有上述优势,且设备技术取得一定进展,制造成本稳定下降,故其在近年来产能扩展较快。据PV infolink数据,截至2018年8月,半片组件的产能已超过18GW,其中亿晶光电半片组件产能达800MW以上,且在持续扩容中。
 
  2.2 双面:辩证统一
 
  辩证统一乃唯物主义辩证法的基本观点,是指人们在认识事物的时候,既要看到事物相互区别的一面,又要看到其相互联系的一面。从两个方面看问题,方可透视其本质。
 
  最早出现的太阳能电池采用单面发电形式,其单面发电的性质使得电池和组件的另一面成为能源转化的荒漠。为弥补这一缺憾,双面技术应运而生。文献调研结果显示,双面技术最早始于20世纪60年代。1966年,日本科学家H. Mori申请首个双面结构太阳电池的专利,其电池结构是P+/N/P+,在N型硅片两边都形成P-N结,同时在电池两边都有发射极和接触栅线电极,该结构被叫做三极管电池。而双面电池概念的提出则应归功于前苏联科学家A. Zaitseva和O. Fedoseeva带领的研究团队。自双面电池问世始,前期主要是国外团队和企业在做研发和量产推广。
 
  1)早期的双面太阳电池主要局限于空间应用。
 
  2)2000年以后,双面太阳电池技术又重新受到重视。日本日立公司在三极管电池结构基础上,制备出高效双面电池,其正面效率达21.3%,背面效率达19.8%。
 
  3)同时,日本三洋公司(现已被松下并购) 开始商业化其专利双面电池 - 带本征薄层的非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(HIT)。德国康斯坦茨国际太阳能研究中心(ISC Konstanz)和荷兰能源研究中心(ECN)等机构也加入到晶硅双面太阳电池的产业化研究与推广。
 
  随着中国光伏在21世纪10年代的崛起,双面电池和组件在中国的研发和量产以后起之秀势态雄冠全球。2010年左右,中国开始出现量产双面电池,2015后有更多的中国光伏企业启动晶体硅双面太阳电池的研发与量产计划。据不完全统计,目前国内双面电池总产能已达20GW,增幅高达100%,以亿晶光电为例,其目前双面电池总产能占其电池总产能的70%以上,量产双面电池的正面效率达22.2%。预计明年国内双面电池产能仍将保持较大增幅,厚积薄发的双面电池技术迎来更佳发展契机。
 
  2.3 减反与增反 :矛盾统一
 
  在单面太阳能电池为主的时代,光伏技术主要以减反射(以下简称“减反”)为主。而随着双面电池和组件的规模应用,光伏技术人员、组件制造商和电站业主越来越重视增反射(以下简称“增反”)技术的研究。双面组件和系统中的减反与增反,貌似一对矛盾,但又可以和谐地实现统一,共同推进光伏行业的发展。
 
  2.3.1 减反技术
 
  采用新的光伏技术或材料结构,以减少入射光的反射,可提高光的有效捕捉,从而提高太阳能电池和组件效率,为未来的光伏平价上网提供重要的技术支撑。目前光伏行业中的减反技术主要有:
 
  1)电池中的减反技术。目前主要应用有不同材料的减反膜和减反结构设计。
 
  2)组件中的减反技术。目前主流技术为减反膜玻璃,用以进一步降低组件正面的光污染,对提升组件的CTM值有积极贡献,同时对分布式的推广应用亦颇有意义。
 
  2.3.2 增反技术
 
  实际上,此前增反技术在光伏组件结构中也有一些应用,但直到双面组件规模应用始,大家才对此予以关注。与减反技术所不同的是,增反技术主要应用于光伏组件和系统。
 
  1)组件中的增反技术。主要包括高反射背板材料(包括高反射率高分子背板、双面双玻组件中的镀釉网格玻璃)、电池背面高反射率的高反射白色封装材料技术等。
 
  2)系统中的增反技术。此方面仅适用于双面组件,即在光伏系统的地面采用设计的反光方案,使得更多的光线能够从地表反射到组件的背面,更好地实现双面组件的发电增益。
 
  3)其他类增反技术。比如目前市场有小规模应用的覆于焊带表面的定向反光膜和反光焊带技术等。
 
  三、从双面和半片的发展看未来光伏技术格局
 
  “创新”是五大发展理念的核心。光伏前沿技术从无到有,从有到强,百花齐放,是光伏行业贯彻创新理念的最好体现。
 
  2015年领跑者计划的实施,力促行业快速驶向平价上网的彼岸。制造端方面,PERC、N型电池、HIT、IBC、双面电池技术、黑硅、MWT等多种电池技术,以及半片电池、双面组件、叠瓦、多主栅、异质结等多种组件技术强势进入光伏行业技术人员攻关课题名录和光伏市场,为光伏行业和市场注入了强劲的生命力。评价体系建设方面,CQC等国内权威机构自2015年7月即初步构建领跑者技术评价体系,并力推相关标准建设,为领跑者计划实施提供必要的技术支撑,为规范化光伏领跑者市场做出积极贡献。
 
  在光伏新技术爆发的今日,业内诸多专家在多种场合对未来光伏的技术格局进行多次激烈的讨论,也会有一些大胆的看法认为将来某种电池技术或组件结构将会垄断行业。
 
  “世界本多元,独秀最孤单。” 在2017年,全球光伏市场即实现“千亿瓦级”的年装机量,据第三方专业咨询机构分析,在未来的若干年内,全球的平均装机量将高达160GW以上,并将继续呈扩量之势。如此巨量市场需求,仅仅只靠单一结构的光伏产品是很难实现的。我们有理由相信,采用“三可原则”和“三可目标”或类似方法来逐项分析,则不同创新技术在不同的时期,其在市场的份额终会有所不同,未来光伏技术的格局仍将是创新技术多元共存的动态平衡。
 
 
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