在組串式逆變器替代集中式逆變器、單晶組件替代多晶組件、n型組件替代p型組件的過程中,我們經(jīng)常聽到廠商提到一個(gè)概念:弱光響應(yīng)能力。簡(jiǎn)單說,就是在輻照偏低的情況下,原有產(chǎn)品(對(duì)照組)還沒開始發(fā)電或發(fā)電量低,而新產(chǎn)品(實(shí)驗(yàn)組)已經(jīng)開始發(fā)電,或?qū)崿F(xiàn)更高的發(fā)電量。
對(duì)一套光伏系統(tǒng),什么時(shí)候會(huì)需要弱光發(fā)電呢?有些光伏從業(yè)者的理解是“早晚時(shí)段”,也就是讓系統(tǒng)更早啟動(dòng),更晚關(guān)閉。對(duì)此,某組件企業(yè)技術(shù)人員表示,隨著逆變器產(chǎn)品技術(shù)不斷迭代,市場(chǎng)上主流組串式逆變器的啟動(dòng)電壓已經(jīng)很低,很多在200V甚至180V以下。從發(fā)電功率曲線看,對(duì)光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響其實(shí)非常小。事實(shí)上,考慮到多數(shù)地區(qū)的實(shí)時(shí)光照都低于標(biāo)準(zhǔn)條件,也就是說,研究光伏產(chǎn)品在輻照低于800W/m2,甚至低于500W/m2的情況下,怎樣實(shí)現(xiàn)更高功率、更高發(fā)電量,這才更有意義。
(來源:Global Solar Atlas)
為什么不通過實(shí)證數(shù)據(jù)直接分析?不是不想,而是控制變量太難。眾所周知,光伏電站發(fā)電量的影響因素非常多,硬件方面包括組件品牌、生產(chǎn)工藝和技術(shù)新老迭代情況、生產(chǎn)時(shí)間、產(chǎn)品尺寸、組件安裝傾角、接線方式、線纜長(zhǎng)度與型號(hào)等。除了上述設(shè)備因素,還需要考慮光照條件和陰影遮擋、數(shù)據(jù)采樣位置(直流側(cè)還是交流側(cè))、樣品數(shù)量、采樣周期、測(cè)試設(shè)備等多重因素,嚴(yán)格控制變量,才能得出準(zhǔn)確結(jié)論,避免出現(xiàn)“數(shù)據(jù)打架、結(jié)論完全相反”的尷尬。
為了讓更多讀者、特別是電力投資企業(yè)的朋友能直觀理解低輻照發(fā)電的奧義,避免被錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)干擾,我們決定嘗試用原理、公式推導(dǎo)的角度,為大家答疑解惑。
首先,根據(jù)太陽能電池等效電路圖,有一個(gè)公式(單二極管模型半導(dǎo)體公式):
其中:
I和V分別是電池的電流、電壓,Ipv和I0是光生電流、暗飽和電流,Rs和Rsh分別是串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻。n是二極管理想因子,k是玻爾茲曼常數(shù),T是電池溫度,q是基本電流。如果交給技術(shù)專家,他會(huì)說:
組件的實(shí)際輸出的電流等于光生電流減去流過二極管的正向電流(暗電流)和旁路電阻Rsh消耗的電流的影響,并聯(lián)可以理解為漏電流導(dǎo)致的損失的電流。并聯(lián)電阻Rsh主要是由于p-n結(jié)不理想或在結(jié)附近有雜質(zhì)造成的,這些因素可能導(dǎo)致結(jié)短路,特別是在電池邊緣處。Rsh電阻反映了電池的漏電水平,理論上,漏電流可以歸因于并聯(lián)電阻。Rsh越大,漏電損失的電流越小,組件最終輸出的電流就越大,對(duì)應(yīng)的輸出功率越大。
看不懂對(duì)吧?俺也一樣。
沒關(guān)系,咱還有更簡(jiǎn)單的理解辦法:
①小學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí),被除數(shù)不變,除數(shù)越小,商越大。
②小學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí),被減數(shù)不變,減數(shù)越大,差越小。
③初中物理知識(shí),P=UI(功率=電壓×電流)。電壓、電流越大,功率就越大。
記住上面三條基礎(chǔ),我們很容易得出:
那么問題來了,怎樣增大Rsh,實(shí)現(xiàn)更高輸出功率?主要是減少漏電流,這個(gè)又涉及到不同光伏電池的技術(shù)原理和制造工藝流程。
由于XBC電池需要把所有電極轉(zhuǎn)移到背面,也就是說,正負(fù)極的隔離全靠無擴(kuò)散的隔離槽,數(shù)量在上百條,而其他雙面電極技術(shù)電池(比如TOPCon)的隔離為四個(gè)邊緣的無擴(kuò)散區(qū),數(shù)量?jī)H為4條,XBC電池隔離槽數(shù)量高出數(shù)十倍,出現(xiàn)漏電流的概率增加了數(shù)十倍。一旦在生產(chǎn)環(huán)節(jié)沒有把控好,就可能出現(xiàn)更大的漏電流,分走原本的組件輸出電流,影響功率。而在低輻照情景下,輸出電流、漏電流都會(huì)下降,比如在輻照強(qiáng)度1000W/m2時(shí),標(biāo)稱功率600Wp的TOPCon組件和XBC組件,功率都應(yīng)該是600W,而當(dāng)輻照降至200W/m2時(shí),后者漏電流的占比更高,對(duì)發(fā)電功率的影響也更大,最終輸出功率的降幅更大。
如果還不能理解,沒關(guān)系,記住“XBC組件的開槽多數(shù)十倍、漏電通道增加、漏電流增大”這個(gè)基礎(chǔ),然后我們來打個(gè)比方。兩個(gè)相同的水壩,A水壩的底部有2個(gè)漏水點(diǎn),B水壩的底部有10個(gè)漏水點(diǎn),漏水點(diǎn)的深度、直徑都是一樣的,單個(gè)漏水點(diǎn)的漏水速度一致?,F(xiàn)在我們給兩個(gè)水壩都加滿,開始看漏水情況,1小時(shí)后,剩余水量記作X1、X2;然后控制水量,當(dāng)兩個(gè)水壩的水位都在50%的時(shí)候,開始第二次試驗(yàn)。受水壓影響,在半滿的情況下,兩個(gè)水壩的漏水速度都會(huì)下降,1小時(shí)后剩余水量記作Y1、Y2,無論怎么看,Y1-Y2都會(huì)大于X1-X2,也就是漏水點(diǎn)越多,漏出的水越多,半滿情況對(duì)余量的影響越大。
在半導(dǎo)體公式不被推翻的前提下,我們可以得出結(jié)論,在輻照低于STC狀態(tài)時(shí),輻照越低,XBC組件的輸出功率受到的影響越大,與TOPCon組件的差距越大。
進(jìn)一步,我們可以說,在輻照強(qiáng)度低于1000W/m2的情況下,相同功率的TOPCon組件和XBC組件,TOPCon組件的實(shí)時(shí)輸出功率總會(huì)高于XBC組件,大家在選購組件產(chǎn)品時(shí),可以根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和采購預(yù)算,靈活決定。