晶科推出Swan双面组件白皮书

2019年6月4日，晶科Swan系列双面组件亮相2019 SNEC——正面输出功率最高可达415W，背面发电增益最高可达25%，并提供30年功率线性质保，聚焦诸多目光。效率突出、品质优越，Swan系列双面组件作为唯一的组件产品，成功斩获2019年Intersolar 光伏大奖。Swan系列如此卓越品质的奥秘在于何处？在其研发、设计方面又有着怎样的不同？晶科“双面白皮书”全面解惑，给予大家更清晰的介绍、分析。

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晶科SWAN双面组件介绍

·晶科双面组件优势

晶科连续三年蝉联全球光伏组件出货量第一，是全球最具可融资性组件品牌，在各大区域市场份额不断增长的同时，组件的品质也得到了广泛的肯定。晶科通过严格的进料、制程、成品、抽检、出货、到货等品控及检测，确保组件的优异品质，晶科因此已连续5年荣膺美国PVEL/DNV GL最佳组件表现奖，客户满意度也逐年提升。

作为晶科2019年明星产品，SWAN系列双面组件秉承晶科长期践行的质量管理优势，更通过技术创新，推动全球平价上网进程。晶科SWAN系列双面组件均采用158.75mm大尺寸P型高效单晶双面电池，并采用半片设计降低组件内部电流和电学损耗，具备高功率高可靠特性，较常规整片电池组件正面功率提升达15Wp。且户外热斑风险更低。如图1所示，户外正常工作时，半片组件较整片组件，具有更低的工作温度，且同一片组件内部的温度差更低（低约1.8℃），即半片组件能够使热斑发生的概率更小。


在采用竖向安装时，半片组件能够有效抵御阴影遮挡。半片组件采用上半部分和下半部分并联的设计，在早晚阴影遮挡组件的下半部分时，半片组件的上半部分仍能够工作，实现50%的功率输出，而全片组件输出功率为0。此外，半片设计有效降低组件内部的热损耗，从而降低温度系数，晶科半片组件温度系数为-0.36% W/℃，全片组件为-0.37%W/℃，在温度较高地区，组件工作温度可能高达75℃，此时半片组件将比全片组件功率高2.5%。


在低辐照情况下，如早晨、傍晚或多云天气，双面组件正背面同时受光，能够接收更多光能，从而较单面组件具有更高的实际功率，更易达到逆变器的启动条件，能够实现更长时间发电，如图3。第三方测试报告同时显示，双面组件较单面组件，具有更好的弱光响应。


晶科SWAN系列双面组件，具有单玻-透明背板和双玻两种结构设计，且两种设计均可搭配高反射增益的网格技术（透明网格背板技术和陶瓷网格玻璃技术），实现产品正面功率的提升（提升~5W）。透明网格背板和陶瓷网格玻璃的增益原理相当，都是在透明背板或透明玻璃的内表面，涂覆或叠加一层高反射率的高耐候网格状的白色反射层，实现电池片间隙光的反射和二次利用，从而实现正面功率的提升。


晶科SWAN双面组件，具有30年功率质保，首年衰减2.5%，第2到第30年，双玻产品每年0.5%，透明背板产品每年0.55%。其中，双玻产品具有无框和带边框两种不同的设计，能够满足不同的客户需求。透明背板产品，背板采用双面含氟结构设计，最外层（与空气接触层）是透明PVF薄膜，具有优异的户外稳定性和抗老化性能，能够有效屏蔽290-360nm的紫外线，为中间层PET提供保护；内层则为含氟涂层，能够有效抵挡正面入射紫外线对中间层PET的影响；中间层PET及粘结剂，也采用抗UV改性配方设计，保障透明背板整体的长期可靠性和耐候性。


相对双玻产品，透明背板产品具有更低的重量（质量上减轻超过30%），能够为客户节约15%支架成本和20%安装人工成本，从而节约超过3%的BOS成本。另外，透明背板产品背板外层采用PVF膜，材料分子结构中存在高密度的C-F键，具有很强的疏水性，且不易吸附灰尘，户外运行时，通过雨水冲刷或简单的清洗方式，即可除去表面的脏污，组件长期运维过程中，组件背面的清洗维护成本较低。

·双面组件应用场景

双面组件应用场景广泛。在大型电站项目中，双面组件双面受光发电，特别适合沙漠、雪地等高反射地面的电站项目，实现高的背面发电增益。采用透明背板，同时可实现轻量化，有效节约BOS成本，进一步降低LCOE。对于分布式项目，如车棚、阳光房等，由于双面组件单面位面积可以产生更多电量，同样可实现低的BOS成本和高的发电收益。


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双面组件模拟发电量评估

·双面组件发电性能评估方式

双面组件双面发电性能可以用发电增益来评估。

发电增益是双面组件背面多发电能与正面发电量的比值。

双面组件发电增益受到组件正面和背面受光比例和组件双面因子影响。双面因子是组件本身的性能，即STC条件下背面标称功率与正面标称功率的比值。


组件正面和背面受光情况受到地面反射率Albedo、支架设计、地理位置、季节等环境因素影响。


·地面反射率

反射率Albedo是表面反射光强与入射光强的比值。反射率反映某一表面对于光线的反射能力，不同的材料表面具有不同的反射率。在实际电站项目中，地面反射率会随地面颜色、厚度、平整度等而发生改变。并且表面材料随时间及环境变化而产生的湿润、变质、老化、脏污等情况，也可能使其表面反射率发生变化[1]。

下表给出了常见地面类型的反射率范围[2]：

表2 常见地面类型的反射率范围


在实际电站地面反射率的测量，可参考《ASTME1918-16》标准，在均匀平整地表使用背靠背的两个辐照仪，同时测试正面辐照和背面辐照，从而计算出地面反射率。同样也可采用如下图所示Albedo测试仪进行测试。


实际测量albedo需注意以下几点：（1）将测试仪装在阵列中间位置，尽量与组件同一平面，高度离地不低于0.5m；（2）避免对于测试仪的遮挡；（3）在阵列中选取多个位置进行测量取平均，确保代表性；（4）长期监测。

地面反射率，是环境中对双面增益影响最大的因素。通过PVsyst模拟可得到双面组件的发电增益几乎与地面反射率成正比，如图10。通过实际测试不同地面类型的晶科双面组件发电增益，与模拟结果相一致，如图11。


·安装高度

双面组件背面不仅接收到地面反射光，也会接收环境散射光以及部分情况下的直射光产生电量。组件安装太低会影响组件背面受光，从而降低背面发电增益。对于固定支架来说组件安装高度是指组件最低点距离地面的距离，如图12（a），跟踪支架安装高度为支架转轴距离地面的距离。双面发电增益随组件安装高度的增加而增加。以海宁固定支架模拟项目为例，在安装高度较低时，高度提升发电增益快速增加，当高度超过1.2m，安装高度增加带来的发电增益的提升幅度降低，如图12(b)组件背面的辐照不均匀性也会随着组件高度的增加而下降，当组件高度在1m以上时，组件背面受光达到较为均匀的程度[3]。


同时考虑到太高的支架高度会增加系统整体的LCOE，对不同支架系统的安装高度建议如下。固定支架和跟踪支架的最低安装高度建议如表3，对于高反射率地面（反射率高于50%）可适当提高安装高度。

表3 安装高度建议


·地面覆盖率（Groundcoverage rate, GCR）

GCR是组件面积与土地面积的比值。GCR降低，组件行间距增加，将使双面组件背面接收到更多的反射光，从而产生更多电量。对于单面组件来说，GCR降低（行间距增加）会降低组件阴影遮挡，同样增加发电量，但增加的幅度和极限均不及双面组件[1]。随着GCR的降低，双面发电增益先增加后达到稳定，如图13。


在此，我们提供固定和跟踪支架双面系统的GCR参考值。客户可以根据项目用地情况以及支架设计确定行间距的值。

表4 固定和跟踪支架双面系统的GCR参考值


·组件边框和背面支架遮挡影响

晶科SWAN系列双面组件采用半片搭配分体式接线盒设计，接线盒不遮挡背面电池。边框对背面遮挡面积仅2.6~3.4%，如图14所示，双面组件边框阴影区域组件温度与非阴影区域温度十分接近，边框阴影几乎不会导致热斑等问题。


一般来说双面组件需尽量搭配背面无遮挡的支架系统，但系统设计中横梁对双面组件的背面遮挡影响可以通过调节横梁宽度、反射率和距离背面的距离来降低。晶科在反射率为80%的地面上进行双面组件横梁遮挡研究发现，采用宽度为50mm的黑色背板（代替横梁，透过率几乎为0且反射率很低）遮挡背面，背板距组件背面距离为50mm，双面发电增益遮挡情况下为20.20%，无黑色背板遮挡时为20.79%，几乎相等。在实际低反射率条件下，横梁对背面的遮挡影响将更低。一般来说，建议背面横梁距离组件在50mm以上，从而减小横梁遮挡对双面组件发电的影响。


跟踪支架体系中，通过增加中间torque-tube距离组件的距离以及增加Torque-tube的反射率来减少对于组件背面遮挡的影响。同时半片设计中组件中间部位无电池片，也能够减少跟踪支架轴对组件背面遮挡的影响。