在组串式逆变器替代集中式逆变器、单晶组件替代多晶组件、n型组件替代p型组件的过程中,我们经常听到厂商提到一个概念:弱光响应能力。简单说,就是在辐照偏低的情况下,原有产品(对照组)还没开始发电或发电量低,而新产品(实验组)已经开始发电,或实现更高的发电量。
对一套光伏系统,什么时候会需要弱光发电呢?有些光伏从业者的理解是“早晚时段”,也就是让系统更早启动,更晚关闭。对此,某组件企业技术人员表示,随着逆变器产品技术不断迭代,市场上主流组串式逆变器的启动电压已经很低,很多在200V甚至180V以下。从发电功率曲线看,对光伏系统发电量的影响其实非常小。事实上,考虑到多数地区的实时光照都低于标准条件,也就是说,研究光伏产品在辐照低于800W/m²,甚至低于500W/m²的情况下,怎样实现更高功率、更高发电量,这才更有意义。
来源:Global Solar Atlas
为什么不通过实证数据直接分析?不是不想,而是控制变量太难。众所周知,光伏电站发电量的影响因素非常多,硬件方面包括组件品牌、生产工艺和技术新老迭代情况、生产时间、产品尺寸、组件安装倾角、接线方式、线缆长度与型号等。除了上述设备因素,还需要考虑光照条件和阴影遮挡、数据采样位置(直流侧还是交流侧)、样品数量、采样周期、测试设备等多重因素,严格控制变量,才能得出准确结论,避免出现“数据打架、结论完全相反”的尴尬。为了让更多读者、特别是电力投资企业的朋友能直观理解低辐照发电的奥义,避免被错误的数据干扰,我们决定尝试用原理、公式推导的角度,为大家答疑解惑。
首先,根据太阳能电池等效电路图,有一个公式(单二极管模型半导体公式):
其中:I和V分别是电池的电流、电压,Ipv和I0是光生电流、暗饱和电流,Rs和Rsh分别是串联电阻、并联电阻。
n是二极管理想因子,k是玻尔兹曼常数,T是电池温度,q是基本电流。
Rsh越大,越小;被减掉的越小,电池的输出电流就越大,那么无论电池还是组件,输出功率就越大。
那么问题来了,怎样增大Rsh,实现更高输出功率?主要是减少漏电流,这个又涉及到不同光伏电池的技术原理和制造工艺流程。
由于XBC电池需要把所有电极转移到背面,也就是说,正负极的隔离全靠无扩散的隔离槽,数量在上百条,而其他双面电极技术电池(比如TOPCon)的隔离为四个边缘的无扩散区,数量仅为4条,XBC电池隔离槽数量高出数十倍,出现漏电流的概率增加了数十倍。一旦在生产环节没有把控好,就可能出现更大的漏电流,分走原本的组件输出电流,影响功率。而在低辐照情景下,输出电流、漏电流都会下降,比如在辐照强度1000W/m²时,标称功率600Wp的TOPCon组件和XBC组件,功率都应该是600W,而当辐照降至200W/m²时,后者漏电流的占比更高,对发电功率的影响也更大,最终输出功率的降幅更大。如果还不能理解,没关系,记住“XBC组件的开槽多数十倍、漏电通道增加、漏电流增大”这个基础,然后我们来打个比方。两个相同的水坝,A水坝的底部有2个漏水点,B水坝的底部有10个漏水点,漏水点的深度、直径都是一样的,单个漏水点的漏水速度一致。现在我们给两个水坝都加满,开始看漏水情况,1小时后,剩余水量记作X1、X2;然后控制水量,当两个水坝的水位都在50%的时候,开始第二次试验。受水压影响,在半满的情况下,两个水坝的漏水速度都会下降,1小时后剩余水量记作Y1、Y2,无论怎么看,Y1-Y2都会大于X1-X2,也就是漏水点越多,漏出的水越多,半满情况对余量的影响越大。
在半导体公式不被推翻的前提下,我们可以得出结论,在辐照低于STC状态时,辐照越低,XBC组件的输出功率受到的影响越大,与TOPCon组件的差距越大。
进一步,我们可以说,在辐照强度低于1000W/m²的情况下,相同功率的TOPCon组件和XBC组件,TOPCon组件的实时输出功率总会高于XBC组件,大家在选购组件产品时,可以根据当地实际情况和采购预算,灵活决定。
素材来源:索比光伏网
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