2019年6月4日，晶科Swan系列雙面組件亮相2019 SNEC——正面輸出功率最高可達415W，背面發電增益最高可達25%，并提供30年功率線性質保，聚焦諸多目光。效率突出、品質優越，Swan系列雙面組件作為唯一的組件產品，成功斬獲2019年Intersolar 光伏大獎。Swan系列如此卓越品質的奧秘在于何處？在其研發、設計方面又有著怎樣的不同？晶科“雙面白皮書”全面解惑，給予大家更清晰的介紹、分析。

1
晶科SWAN雙面組件介紹

·晶科雙面組件優勢

晶科連續三年蟬聯全球光伏組件出貨量第一，是全球最具可融資性組件品牌，在各大區域市場份額不斷增長的同時，組件的品質也得到了廣泛的肯定。晶科通過嚴格的進料、制程、成品、抽檢、出貨、到貨等品控及檢測，確保組件的優異品質，晶科因此已連續5年榮膺美國PVEL/DNV GL最佳組件表現獎，客戶滿意度也逐年提升。

作為晶科2019年明星產品，SWAN系列雙面組件秉承晶科長期踐行的質量管理優勢，更通過技術創新，推動全球平價上網進程。晶科SWAN系列雙面組件均采用158.75mm大尺寸P型高效單晶雙面電池，并采用半片設計降低組件內部電流和電學損耗，具備高功率高可靠特性，較常規整片電池組件正面功率提升達15Wp。且戶外熱斑風險更低。如圖1所示，戶外正常工作時，半片組件較整片組件，具有更低的工作溫度，且同一片組件內部的溫度差更低（低約1.8℃），即半片組件能夠使熱斑發生的概率更小。


在采用豎向安裝時，半片組件能夠有效抵御陰影遮擋。半片組件采用上半部分和下半部分并聯的設計，在早晚陰影遮擋組件的下半部分時，半片組件的上半部分仍能夠工作，實現50%的功率輸出，而全片組件輸出功率為0。此外，半片設計有效降低組件內部的熱損耗，從而降低溫度系數，晶科半片組件溫度系數為-0.36% W/℃，全片組件為-0.37%W/℃，在溫度較高地區，組件工作溫度可能高達75℃，此時半片組件將比全片組件功率高2.5%。


在低輻照情況下，如早晨、傍晚或多云天氣，雙面組件正背面同時受光，能夠接收更多光能，從而較單面組件具有更高的實際功率，更易達到逆變器的啟動條件，能夠實現更長時間發電，如圖3。第三方測試報告同時顯示，雙面組件較單面組件，具有更好的弱光響應。


晶科SWAN系列雙面組件，具有單玻-透明背板和雙玻兩種結構設計，且兩種設計均可搭配高反射增益的網格技術（透明網格背板技術和陶瓷網格玻璃技術），實現產品正面功率的提升（提升~5W）。透明網格背板和陶瓷網格玻璃的增益原理相當，都是在透明背板或透明玻璃的內表面，涂覆或疊加一層高反射率的高耐候網格狀的白色反射層，實現電池片間隙光的反射和二次利用，從而實現正面功率的提升。


晶科SWAN雙面組件，具有30年功率質保，首年衰減2.5%，第2到第30年，雙玻產品每年0.5%，透明背板產品每年0.55%。其中，雙玻產品具有無框和帶邊框兩種不同的設計，能夠滿足不同的客戶需求。透明背板產品，背板采用雙面含氟結構設計，最外層（與空氣接觸層）是透明PVF薄膜，具有優異的戶外穩定性和抗老化性能，能夠有效屏蔽290-360nm的紫外線，為中間層PET提供保護；內層則為含氟涂層，能夠有效抵擋正面入射紫外線對中間層PET的影響；中間層PET及粘結劑，也采用抗UV改性配方設計，保障透明背板整體的長期可靠性和耐候性。


相對雙玻產品，透明背板產品具有更低的重量（質量上減輕超過30%），能夠為客戶節約15%支架成本和20%安裝人工成本，從而節約超過3%的BOS成本。另外，透明背板產品背板外層采用PVF膜，材料分子結構中存在高密度的C-F鍵，具有很強的疏水性，且不易吸附灰塵，戶外運行時，通過雨水沖刷或簡單的清洗方式，即可除去表面的臟污，組件長期運維過程中，組件背面的清洗維護成本較低。

·雙面組件應用場景

雙面組件應用場景廣泛。在大型電站項目中，雙面組件雙面受光發電，特別適合沙漠、雪地等高反射地面的電站項目，實現高的背面發電增益。采用透明背板，同時可實現輕量化，有效節約BOS成本，進一步降低LCOE。對于分布式項目，如車棚、陽光房等，由于雙面組件單面位面積可以產生更多電量，同樣可實現低的BOS成本和高的發電收益。


2
雙面組件模擬發電量評估

·雙面組件發電性能評估方式

雙面組件雙面發電性能可以用發電增益來評估。

發電增益是雙面組件背面多發電能與正面發電量的比值。

雙面組件發電增益受到組件正面和背面受光比例和組件雙面因子影響。雙面因子是組件本身的性能，即STC條件下背面標稱功率與正面標稱功率的比值。


組件正面和背面受光情況受到地面反射率Albedo、支架設計、地理位置、季節等環境因素影響。


·地面反射率

反射率Albedo是表面反射光強與入射光強的比值。反射率反映某一表面對于光線的反射能力，不同的材料表面具有不同的反射率。在實際電站項目中，地面反射率會隨地面顏色、厚度、平整度等而發生改變。并且表面材料隨時間及環境變化而產生的濕潤、變質、老化、臟污等情況，也可能使其表面反射率發生變化[1]。

下表給出了常見地面類型的反射率范圍[2]：

表2 常見地面類型的反射率范圍


在實際電站地面反射率的測量，可參考《ASTME1918-16》標準，在均勻平整地表使用背靠背的兩個輻照儀，同時測試正面輻照和背面輻照，從而計算出地面反射率。同樣也可采用如下圖所示Albedo測試儀進行測試。


實際測量albedo需注意以下幾點：（1）將測試儀裝在陣列中間位置，盡量與組件同一平面，高度離地不低于0.5m；（2）避免對于測試儀的遮擋；（3）在陣列中選取多個位置進行測量取平均，確保代表性；（4）長期監測。

地面反射率，是環境中對雙面增益影響最大的因素。通過PVsyst模擬可得到雙面組件的發電增益幾乎與地面反射率成正比，如圖10。通過實際測試不同地面類型的晶科雙面組件發電增益，與模擬結果相一致，如圖11。


·安裝高度

雙面組件背面不僅接收到地面反射光，也會接收環境散射光以及部分情況下的直射光產生電量。組件安裝太低會影響組件背面受光，從而降低背面發電增益。對于固定支架來說組件安裝高度是指組件最低點距離地面的距離，如圖12（a），跟蹤支架安裝高度為支架轉軸距離地面的距離。雙面發電增益隨組件安裝高度的增加而增加。以海寧固定支架模擬項目為例，在安裝高度較低時，高度提升發電增益快速增加，當高度超過1.2m，安裝高度增加帶來的發電增益的提升幅度降低，如圖12(b)組件背面的輻照不均勻性也會隨著組件高度的增加而下降，當組件高度在1m以上時，組件背面受光達到較為均勻的程度[3]。


同時考慮到太高的支架高度會增加系統整體的LCOE，對不同支架系統的安裝高度建議如下。固定支架和跟蹤支架的最低安裝高度建議如表3，對于高反射率地面（反射率高于50%）可適當提高安裝高度。

表3 安裝高度建議


·地面覆蓋率（Groundcoverage rate, GCR）

GCR是組件面積與土地面積的比值。GCR降低，組件行間距增加，將使雙面組件背面接收到更多的反射光，從而產生更多電量。對于單面組件來說，GCR降低（行間距增加）會降低組件陰影遮擋，同樣增加發電量，但增加的幅度和極限均不及雙面組件[1]。隨著GCR的降低，雙面發電增益先增加后達到穩定，如圖13。


在此，我們提供固定和跟蹤支架雙面系統的GCR參考值。客戶可以根據項目用地情況以及支架設計確定行間距的值。

表4 固定和跟蹤支架雙面系統的GCR參考值


·組件邊框和背面支架遮擋影響

晶科SWAN系列雙面組件采用半片搭配分體式接線盒設計，接線盒不遮擋背面電池。邊框對背面遮擋面積僅2.6~3.4%，如圖14所示，雙面組件邊框陰影區域組件溫度與非陰影區域溫度十分接近，邊框陰影幾乎不會導致熱斑等問題。


一般來說雙面組件需盡量搭配背面無遮擋的支架系統，但系統設計中橫梁對雙面組件的背面遮擋影響可以通過調節橫梁寬度、反射率和距離背面的距離來降低。晶科在反射率為80%的地面上進行雙面組件橫梁遮擋研究發現，采用寬度為50mm的黑色背板（代替橫梁，透過率幾乎為0且反射率很低）遮擋背面，背板距組件背面距離為50mm，雙面發電增益遮擋情況下為20.20%，無黑色背板遮擋時為20.79%，幾乎相等。在實際低反射率條件下，橫梁對背面的遮擋影響將更低。一般來說，建議背面橫梁距離組件在50mm以上，從而減小橫梁遮擋對雙面組件發電的影響。


跟蹤支架體系中，通過增加中間torque-tube距離組件的距離以及增加Torque-tube的反射率來減少對于組件背面遮擋的影響。同時半片設計中組件中間部位無電池片，也能夠減少跟蹤支架軸對組件背面遮擋的影響。