——億晶光電

 

　　一、引言

 

　　光伏制造業(yè)的發(fā)展有如一部時代大片，跌宕起伏，扣人心弦，而身處其中的光伏人更是深有體驗。在我們的意識印記中，制造業(yè)更多地意味著儀容嚴肅的數(shù)字和數(shù)據(jù)。倘若換個角度思考：讓數(shù)字變成文字，讓文字擁有靈魂，以數(shù)入文，以文入哲，我們或可進一步發(fā)現(xiàn)制造業(yè)的哲學之美。

 

　　在近期第四屆雙玻大會上，CQC向億晶光電隆重頒發(fā)全球首張雙面雙玻組件領跑證書。獲證組件是億晶光電量產(chǎn)技術產(chǎn)品，采用PERC雙面和半片等多種前沿技術，對于光伏制造業(yè)具有里程碑意義。此資訊被行業(yè)媒體廣為轉發(fā)，雙面和半片技術的創(chuàng)新再次成為業(yè)內(nèi)眾多專家的關注焦點和研究熱點。

 

　　“知過去者，善掌未來。”筆者首嘗淺析雙面半片技術中的哲學元素，并適時穿插闡述雙面或半片技術的主要歷程，以期于時間的鎖孔之中，窺探光伏技術浩瀚的未來。

 

　　二、雙面半片技術的哲學思維

 

　　億晶光電在每種新型電池或組件產(chǎn)品的設計時，都會充分考慮電池和組件的技術可行性、成本可控性和產(chǎn)品可靠性的 “三可原則”，以達到“可研、可產(chǎn)、可用”的“三可目標”。這其中，雙面半片組件又暗含豐富的哲學思想，使得我們在慨嘆“光伏人的忙與乏”之余，可從以下角度進一步了解此產(chǎn)品。

 

　　2.1 半片：一分為二

 

　　在唯物辯證法中，“一分為二”是指一切事物、現(xiàn)象和過程都可分為兩個互相對立和互相統(tǒng)一的部分。光伏行業(yè)中，硅料顆粒經(jīng)若干工序成為完整硅片和電池片，再變成半片電池進行組件封裝，卻也恰含 “合后再分，分后必合”之趣意，并與我國明末清初思想家方以智先生的“一分為二，合二而一”的哲學思想有異曲同工之感。

 

　?。?１.１半片技術的應運而生

 

　　隨著高效電池技術的迅速發(fā)展和應用，電池短路電流和組件的輸出電流獲得大幅度提升，這使得電池和組件內(nèi)阻所造成的功率損耗顯著增加。因此，降低此部分功率損耗成為提升組件效率的的重要途徑之一。根據(jù)如下公式：

 

　　在公式（1）中，R為組件內(nèi)阻， I為組件中電流串電流，P為內(nèi)阻所導致的功率損耗。當R為恒定值時，則降低電流可以削減由此造成的功率損耗。

 

　　從原理上講，晶硅太陽能電池發(fā)電主要過程為，半導體電池表面部分電子吸收光照能量后產(chǎn)生躍遷，在內(nèi)建電場作用下，產(chǎn)生電流。理論與實驗數(shù)據(jù)均表明，這一電流值與電池片面積成正比。

 

　　依此理論，在不改變其他任何參數(shù)和條件的前提下，可以采用降低單體電池面積的方法來減小電池串中的電流，從而降低功率損耗。考慮到組件電路設計的需求，半片結構可以更好地實現(xiàn)串并聯(lián)設計，保證組件的輸出電流和輸出電壓與整片結構在同一數(shù)量級，對光伏電站設計無明顯影響。由此便形成了將晶體硅電池“一分為二”的思想。

 

　　２.１.２半片技術的優(yōu)點

 

　　從技術角度言，半片組件具有如下優(yōu)點：

 

　　1）提升封裝效率。半片組件封裝損失較低，一般在0.2％-0.5％，而常規(guī)組件一般＞1.5％，對于PERC電池，此區(qū)別相對更明顯。故半片組件可將CTM提升1到1.5個百分點以上。利用了低電流特點，有效提高組件的封裝效率。

 

　　2）降低組件溫升。組件中的電流經(jīng)過電池片和光伏焊帶時，存在焦耳發(fā)熱現(xiàn)象。一般來講，1/2劃片組件電流為正常組件的1/2，在內(nèi)阻視為近似定值的情況下，小電流可以減少焦耳熱；另外，低電流還可以顯著降低組件熱斑風險，提高組件使用壽命。研究表明，組件功率溫度系數(shù)絕對值可降低到0.4％/℃以下，且半片組件溫度比常規(guī)組件低2℃——4℃，實驗數(shù)據(jù)表明，此部分發(fā)電量增量可達1％以上。

 

　　3）減少遮擋損失。由于半片組件采用串聯(lián)-并聯(lián)結構（可參圖1），故遮擋某片電池時，其對組件輸出功率的降低值遠低于整片電池所封裝組件的相應值，故可更好地避免陰影遮擋對組件的危害，并可進一步提升光伏電站的發(fā)電量。

 

　　

 

　　由于半片電池組件具有上述優(yōu)勢，且設備技術取得一定進展，制造成本穩(wěn)定下降，故其在近年來產(chǎn)能擴展較快。據(jù)PV infolink數(shù)據(jù)，截至2018年8月，半片組件的產(chǎn)能已超過18GW，其中億晶光電半片組件產(chǎn)能達800MW以上，且在持續(xù)擴容中。

 

　　2.2 雙面：辯證統(tǒng)一

 

　　辯證統(tǒng)一乃唯物主義辯證法的基本觀點，是指人們在認識事物的時候，既要看到事物相互區(qū)別的一面，又要看到其相互聯(lián)系的一面。從兩個方面看問題，方可透視其本質。

 

　　最早出現(xiàn)的太陽能電池采用單面發(fā)電形式，其單面發(fā)電的性質使得電池和組件的另一面成為能源轉化的荒漠。為彌補這一缺憾，雙面技術應運而生。文獻調研結果顯示，雙面技術最早始于20世紀60年代。1966年，日本科學家H. Mori申請首個雙面結構太陽電池的專利，其電池結構是P+/N/P+，在N型硅片兩邊都形成P-N結，同時在電池兩邊都有發(fā)射極和接觸柵線電極，該結構被叫做三極管電池。而雙面電池概念的提出則應歸功于前蘇聯(lián)科學家A. Zaitseva和O. Fedoseeva帶領的研究團隊。自雙面電池問世始，前期主要是國外團隊和企業(yè)在做研發(fā)和量產(chǎn)推廣。

 

　　1）早期的雙面太陽電池主要局限于空間應用。

 

　　2）2000年以后，雙面太陽電池技術又重新受到重視。日本日立公司在三極管電池結構基礎上，制備出高效雙面電池，其正面效率達21.3%，背面效率達19.8%。

 

　　3）同時，日本三洋公司(現(xiàn)已被松下并購) 開始商業(yè)化其專利雙面電池 - 帶本征薄層的非晶硅/晶體硅異質結太陽電池(HIT)。德國康斯坦茨國際太陽能研究中心(ISC Konstanz)和荷蘭能源研究中心(ECN)等機構也加入到晶硅雙面太陽電池的產(chǎn)業(yè)化研究與推廣。

 

　　隨著中國光伏在21世紀10年代的崛起，雙面電池和組件在中國的研發(fā)和量產(chǎn)以后起之秀勢態(tài)雄冠全球。2010年左右，中國開始出現(xiàn)量產(chǎn)雙面電池，2015后有更多的中國光伏企業(yè)啟動晶體硅雙面太陽電池的研發(fā)與量產(chǎn)計劃。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)雙面電池總產(chǎn)能已達20GW，增幅高達100%，以億晶光電為例，其目前雙面電池總產(chǎn)能占其電池總產(chǎn)能的70%以上，量產(chǎn)雙面電池的正面效率達22.2%。預計明年國內(nèi)雙面電池產(chǎn)能仍將保持較大增幅，厚積薄發(fā)的雙面電池技術迎來更佳發(fā)展契機。

 

　　2.3 減反與增反 ：矛盾統(tǒng)一

 

　　在單面太陽能電池為主的時代，光伏技術主要以減反射（以下簡稱“減反”）為主。而隨著雙面電池和組件的規(guī)模應用，光伏技術人員、組件制造商和電站業(yè)主越來越重視增反射（以下簡稱“增反”）技術的研究。雙面組件和系統(tǒng)中的減反與增反，貌似一對矛盾，但又可以和諧地實現(xiàn)統(tǒng)一，共同推進光伏行業(yè)的發(fā)展。

 

　　2.3.1 減反技術

 

　　采用新的光伏技術或材料結構，以減少入射光的反射，可提高光的有效捕捉，從而提高太陽能電池和組件效率，為未來的光伏平價上網(wǎng)提供重要的技術支撐。目前光伏行業(yè)中的減反技術主要有：

 

　　1）電池中的減反技術。目前主要應用有不同材料的減反膜和減反結構設計。

 

　　2）組件中的減反技術。目前主流技術為減反膜玻璃，用以進一步降低組件正面的光污染，對提升組件的CTM值有積極貢獻，同時對分布式的推廣應用亦頗有意義。

 

　　2.3.2 增反技術

 

　　實際上，此前增反技術在光伏組件結構中也有一些應用，但直到雙面組件規(guī)模應用始，大家才對此予以關注。與減反技術所不同的是，增反技術主要應用于光伏組件和系統(tǒng)。

 

　　1）組件中的增反技術。主要包括高反射背板材料（包括高反射率高分子背板、雙面雙玻組件中的鍍釉網(wǎng)格玻璃）、電池背面高反射率的高反射白色封裝材料技術等。

 

　　2）系統(tǒng)中的增反技術。此方面僅適用于雙面組件，即在光伏系統(tǒng)的地面采用設計的反光方案，使得更多的光線能夠從地表反射到組件的背面，更好地實現(xiàn)雙面組件的發(fā)電增益。

 

　　3）其他類增反技術。比如目前市場有小規(guī)模應用的覆于焊帶表面的定向反光膜和反光焊帶技術等。

 

　　三、從雙面和半片的發(fā)展看未來光伏技術格局

 

　　“創(chuàng)新”是五大發(fā)展理念的核心。光伏前沿技術從無到有，從有到強，百花齊放，是光伏行業(yè)貫徹創(chuàng)新理念的最好體現(xiàn)。

 

　　2015年領跑者計劃的實施，力促行業(yè)快速駛向平價上網(wǎng)的彼岸。制造端方面，PERC、N型電池、HIT、IBC、雙面電池技術、黑硅、MWT等多種電池技術，以及半片電池、雙面組件、疊瓦、多主柵、異質結等多種組件技術強勢進入光伏行業(yè)技術人員攻關課題名錄和光伏市場，為光伏行業(yè)和市場注入了強勁的生命力。評價體系建設方面，CQC等國內(nèi)權威機構自2015年7月即初步構建領跑者技術評價體系，并力推相關標準建設，為領跑者計劃實施提供必要的技術支撐，為規(guī)范化光伏領跑者市場做出積極貢獻。

 

　　在光伏新技術爆發(fā)的今日，業(yè)內(nèi)諸多專家在多種場合對未來光伏的技術格局進行多次激烈的討論，也會有一些大膽的看法認為將來某種電池技術或組件結構將會壟斷行業(yè)。

 

　　“世界本多元，獨秀最孤單。” 在2017年，全球光伏市場即實現(xiàn)“千億瓦級”的年裝機量，據(jù)第三方專業(yè)咨詢機構分析，在未來的若干年內(nèi)，全球的平均裝機量將高達160GW以上，并將繼續(xù)呈擴量之勢。如此巨量市場需求，僅僅只靠單一結構的光伏產(chǎn)品是很難實現(xiàn)的。我們有理由相信，采用“三可原則”和“三可目標”或類似方法來逐項分析，則不同創(chuàng)新技術在不同的時期，其在市場的份額終會有所不同，未來光伏技術的格局仍將是創(chuàng)新技術多元共存的動態(tài)平衡。