行业黑马——双面技术驰骋光伏圈
发布日期：2018/2/27
随着2018年春节的到来，各地领跑者项目如火如荼，尤其设计院做方案的同仁们，绞尽脑汁在做方案。朋友圈里各种晒图的，有晒深夜加班，回家时漆黑的路面和昏暗的路灯的，还有哭诉经常晚回家，打车费额度月度额度超标的；也有高喊设计师要么交图纸要么交尸体，更有设计师晒纠结的：农光、林光、牧光、大棚、渔光搭配方案到底哪个好？固定支架、平单轴、斜单轴，双轴跟踪行不行？1500V，组串、集中、集散式逆变器到底选啥？单晶单面、多晶、双面技术、半片、叠瓦到底哪个技术强，逆变器容配比1.0，1.15还是1.2？总之，2018年的领跑者，对于设计师朋友来讲，是紧张的开端，热热闹闹的开始。从我们设计院设计师的剪影里，可以看到光伏领跑者政策的制定，确实促进了行业在向良性的方向发展，大家都为了作出有竞争力的方案殚精竭虑。
双面技术作为一种新的光伏技术，像行业内的一匹黑马，在行业内也掀起了足够大的波澜。最典型的是目前行业内双面组件功率计算的方式，背面到底算不算功率，怎么个算法纵说纷纭，纷纷扰扰。同时，由于双面组件的背面增益特性，传统的逆变器的匹配性问题也给行业带了很多热议。那么好，下面我们来扒一扒，啥是双面技术，双面技术好在哪。
双面技术包括双面组件技术和双面逆变器技术。双面技术起源于双面组件的产生，同时为匹配双面组件发电的特点，逆变器厂商也推出了适合于双面发电特性的双面逆变器。
双面组件，顾名思义，比传统单面组件多一面。光伏行业追逐平价上网，为了实现这个目标，光伏行业不停的创新，提高效率，降低成本。度电成本也渐渐成了光伏行业的各个环节竞争的热门。光伏电池效率的提升速度，从行业角度来讲，从2007年初期的14%左右提升到2018年的21%~22%之间，差不多平均下来每年提升1%。双面技术的出现，一下子颠覆了传统的思维。双面组件一面利用正常的和常规一样的辐照量，另外一面利用背面的漫反射及地面反射光。一般而言，背面辐照度大概占到正面辐照量的10%。双面技术带来的辐照量的大幅增加，如果正反面组件功率相当，其效果相当于正面转换效率提升10%，相对于每年增加1%的转换效率的贡献，对于行业来讲，是个突飞猛进的发展。
双面技术按照电池片制造基材的不同，分为P型双面和N型双面。一般而言，P型双面的成本要低于N型双面的制造成本。同时由于不同技术路线和制造工艺，背面在标准测试条件下，功率会不一样。这个差异性表现在组件性能上，就是双面因子不一样。所谓“双面因子”，可以理解为标准测试条件下，背面功率与正面功率的比值。双面因子越高，则背面光的转换能力越高。一般量产技术而言，对于P型双面，双面因子65%-75%，对于N型双面，双面因子85%-90%。图1是模拟排与排之间距离(pitch)5.5米，安装最佳倾角25度，离地高度1米，江苏某地的不同双面因子情况下背面增发的比例。从图1看出，不同的地面反射率，背面增益的大小是有较大的区别的。同时，反射率越高，双面因子表现出来的背面的增益差异就会越强。在一般条件30%的地面反射率的情况下，0.7的双面因子和0.85的双面因子在背面增益上相差1.8%，而在80%左右的反射率的情况下，0.7的双面因子和0.85的双面因子会相差4.5%，90%则达到5.1%。另外，一般而言，N型组件由于原材料的特殊性，在衰减上要低于P型组件。例如某公司典型的衰减指标N型双面组件衰减指标首年１％，每年０.４％，这个衰减指标在组件的寿命期内的总发电量按正面功率计量会比传统的P型组件累计会有６％－７％的差异。
双面发电会有哪些特点呢？我们知道，传统的单面P型组件在发电量上，会随着季节的变化而变化，那么双面组件的特点又是怎样的呢？图2是典型江苏某地区按日观测的在地面反射率为85%左右的发电量及增益图。横坐标是观测日期，综坐标是观测到的发电小时数。绿色柱状是正面发电小时数，红色是背面发电小时数。从图2上可以看出，增益的数值出现“沉积现象”。即在发电小时数小的地方，增益较大。这就是典型的“弱光效应”。表现在统计量上，阴雨天和早晚，双面组件的发电能力比单面的发电能力就会越强。这种效应主要来源于背面辐照量的特性和双面组件双面受光带来的逆变器转换效率曲线的上移。
另外，双面发电的增益特点也很不一样。双面发电增益还会随着季节的变化出现波动。图3是PVsyst模拟的单一反射率条件下（25%）的月均增益百分比。通常情况下，太阳高度角高的时令，则背面的增发能力较强。所以表现在增益上，为夏天增益高，冬季增益低。
由于双面背面增益出现如下变化的特点：弱光下增益大；总体增益和季节相关；增益和地面反射率及安装方式密切相关。双面背面增益的大小在电学性质上表现主要体现为电流的变化。如下是某厂商的正面功率315瓦的双面组件电学性能参数表：
大家可以看到，在增益30%的情况下最佳工作点的电流在12.2A,实际输出功率可高达410W，短路电流可高达13.12A。
基于背面增益变化的特点，原有的逆变器在使用上就需要做适量的调整，以满足在组件在增益情况下与逆变器容量匹配以及电流的匹配。由于辐照条件是个变化的量，如果增面辐照度的变化区间是0-1000W/m2,则加上背面的增益以后，最大的辐照度变化范围有可能会达到0-1400W/m2，组件输出的电流和功率范围会相应增加。如果不匹配逆变器，则会出现电流过大或者功率过大，双面组件输出能力受限或者逆变器直接开启保护功能。常用的方法是将原来的逆变器按组件正面功率加上增发功率后再进行配置，即让组件降容来匹配逆变器的性能，组件降容带来的问题是有可能原有逆变器的容量利用率会下降。因此，逆变器需要能够适应的电流范围应该越宽，最大输出功率范围也相应的加大。
随着双面组件技术的推广，市场上推出了适应于双面组件的逆变器。例如有些厂家已将组串式逆变器电流提升到12.5A，可实现1.3倍功率的持续输出。另外，组串式逆变器的推出也会消除由于地形差别导致的双面组件获取的反光量差异，导致的的电流匹配不一致导致损失。
传统的组件系统应用技术里面，考虑较多的是最佳倾角、平单轴、斜单轴、双轴跟踪等技术手段去提高发电量，整体的思路归根揭底还是在提高正面的辐照量上。双面技术的产生，在光伏应用技术上，不仅提供了正面辐照量提高的可能，也提供了背面辐照量增加的可能，例如从图1例中可以看到，当反射率从30%提升到90%时，在双面因子为0.85情况下，背面的增益性会有18%的提升空间，而传统的平单轴技术单面技术的提升空间，增加的比例为10%左右，因此，双面技术为我们提供了另一种增加发电量的可能，不仅如此，平单轴、斜单轴与双面的组合也为我们提供了遐想的空间。
总之，双面技术作为一项新兴的技术，在组件制造技术上，逆变器制造以及应用技术角度，都为我们提供了一种新的思维和方法。例如组件技术的竞争，传统思维里希望是做高单面的转换效率，引入双面技术以后，组件技术的竞争变成了不光是单面转换效率的竞争，双面因子也加入到竞争的轨道。引入双面以后，传统的组串式逆变器设计10A的电流设计可能要做较大的修改，对电子元器件及设计（例如散热）提出了新的挑战，而且将来的逆变器功率档位要更利于组串串联及并联的系统设计，并能为业主预留改造和升级的空间(例如要提高背面反射率来提升系统发电量)；系统应用方面，增加了平单轴、斜单轴以及双轴跟踪的应用维度。
光伏行业虽然说目前在国内是制造业为主的行业，但最终的归宿还是能源行业。能源行业的竞争，除了外表光鲜的节能环保以外，最后还是会归属到能源的成本和价格竞争上来。双面的出现，是降低度电成本从传统的单面维度，一下子扩展到多维度。因此，度电成本的降低，多了多种的方式和方法。总之，双面的出现，对光伏行业来讲，其象征的意义和价值作用是不可估量的。然而，我们应该看到，不管是P型双面，还是N型双面，都在发展，成本和效率之间的较量，还仅仅是个开始。有竞争，才会有发展，不是吗？
来源：郝江波
