2016年9月6日 星期二

高效模組如何選擇

ITRPV Roadmap for PV 7th Edition, 2016

高效模組性能差異- HJT vs. PERC

共同作者:林敬傑 王政烈


頂端圖是ITRPV每年發行的技術Roadmap,圖中可以看到高效電池的佔比將逐年升高,2016年之後PERCHJT將成為市場大宗。台灣政府為了鼓勵高效太陽能電池發展,也為了推升太陽能安裝容量,明年起將鼓勵使用高效太陽能模組,單晶17.5%以上,多晶16.6%以上的模組將可以登錄為高效率模組,享有較優惠的躉購費率。可以預期國內高效模組的使用率將大幅攀升,各家模組廠也摩拳擦掌搶進高效模組市場。


目前市場上量產的高效模組主要有兩類,一類是使用PERC電池片,另一類是使用HJT電池片。不過大部分人只看到這些電池片的高效率,對於其具體差異並不瞭解。最近得知有成精密在健行科大進行HJTPERC比較測試,筆者對這個題目也非常有興趣,力邀有成研發部王政烈協理共同參與本文撰寫。在此先感謝有成精密提供實驗數據,嘉惠廣大PV業者。

HJT vs. PERC
首先簡短介紹這兩種高效電池技術,讓大家有個基本概念。
HJT- 全名是Hetrojunction Technology,顧名思義是由多層結構構成,主要作法是在N-type矽晶電池片上鍍一層或多層矽薄膜,藉由多層結構使電池片效率提昇。
PERC- 全名是Passivated Emitter Rear Cell,是將電池片做背電極鈍化,減少電子電洞複合,也增加長波長光的吸收,使電池片效率提昇。
兩者雖然都提昇可以電池片效率,但是使用原料不同,提昇的手段不同,也造成其特性差異。其中對發電量影響最大的差異是溫度係數,HJT的功率溫度係數約-0.31%/ ℃,PERC的溫度係數則是約-0.43%/ ℃。也就是說,每上升1 ℃,HJT功率下降0.31%PERC功率下降0.43%。別看這數字都在小數點下,對發電量的影響卻非常大。以台灣的環境為例,模組溫度在陽光下大概會達到55 ℃,比出廠量測的STC環境(25 ℃)提高30 ℃。在此情況下HJT的功率比STC功率下降9.3%300 W的模組變成272.1 WPERC則比STC功率少12.9%300 W的模組變成261.3 W。同樣出廠標示300 W的模組,到了陽光下卻相差了11 W,差異達3.7%。各位都知道,目前電池片要提昇1%功率都要用盡「洪荒之力」,但是溫度係數卻可以輕易讓功率相差3.7%,其影響更甚於效率本身。

實測結果
理論如此,實際戶外測試的結果是否也是如此?
有成精密在健行科大的實驗場做了一個HJTPERC比對測試,下圖是測試案場的照片,上排五片一串為HJT模組,下排五片一串為PERC模組。兩者都使用相同功率315 W的模組,表1是模組電性平均值,可以看到相同功率下HJT電壓較高,而PERC電流較高。

1 測試場照片

表1 實驗模組電性平均值

25/12-6/6的每日發電量統計,橘色柱是HJT發電量,黑色柱是PERC發電量。幾個有趣的觀察點:
  1. 大部分情況下,HJT發電量高於PERC
  2. 日照與氣溫越高,HJTPERC的差異越大。
  3. 只有在日照與氣溫都極低的情況下,PERC發電比HJT高或相同。例如5/16, 17, 21, 226/2
圖2 HJT與PERC每日發電量統計

3是一個典型晴天的電壓電流隨時間分佈圖,電流主要受日照強度影響,所以中午電流最高,呈山丘形分佈。電壓則主要受溫度影響,中午溫度最高所以電壓曲線在接近中午時向下凹,但是全天變化沒有電流那麼大。從圖上可以看到PERC電流高於HJT,而HJT電壓高於PERC,與模組電性測試結果相符。

圖3 晴天HJT與PERC電壓電流變化

4是一個雨天的電壓電流隨時間分佈圖,可以看到HJTPERC的電壓差異比晴天更小,一方面是因為溫度較低,所以PERC電壓下降幅度沒那麼大。另一方面,可能與PERC的低照度效率較高有關。

圖4 雨天HJT與PERC電壓電流變化

接著讓我們來看大家最關心的功率比較,圖5畫出一個晴天的功率分佈圖,其中綠色曲線是HJT/PERC功率比。從上午8點到下午5點日照強、溫度高的時段中,HJT/PERC功率比高於100%,也就是說HJT發電高於PERC,中午最多可高出6%
另外一個有趣的觀察點是清晨與傍晚時,HJT的發電功率低於PERC,從這裡可以看出PERC在弱光下發電效率優於HIT。可惜一天之中低照度時間短,發電量也低,整體來說HJT的發電量遠優於PERC

圖5 HJT與PERC功率比分佈

總結
  1.  強光高溫下,HJT發電優於PERC,主要來自溫度係數的差異。
  2.  弱光下,PERC發電優於HJT,主要來自弱光發電效率的差異。
  3. 使用者要因應使用環境選擇適合的高效模組,只看STC下的模組功率是不夠的,要看總發電量才能真正比出其價值。原則上高溫、強日照地區使用HJT發電較佳;高緯度或陰雨天較多的低日照地區,使用PERC可能較佳。使用者需要更細膩的模擬計算,才能做出正確選擇。
  4. 雖然HJT發電量較高,但是價格也略高,是否值得使用,應該要計算每度電的發電成本(LCOE),而不是看模組功率每瓦多少錢。根據本實驗結果計算發電成本,HJT雖然價格比PERC高,若參考健行科大戶外測試的實驗數據,以夏天的檢測結果來模擬高溫、強日照地區每度電的成本,HJTPERC還低了2.2%。太陽能業者要轉變思考模式,LCOE才是選擇元件的依據,而不是單純看每瓦價格。


關於作者:
林敬傑博士,業界朋友們暱稱為「傑博」
2004年在工業技術研究院從事太陽能模組研發,是國內最早開始研究太陽能的專家之一
2005年與德國萊因技術合作,在臺灣建立亞洲第一個太陽能檢測認證實驗室
2007年擔任德資企業a2pak Power茂暘能源技術長
2011年成立顧問公司PV Guider,提供專業諮詢與電站品質管控等服務

目前擔任:
PV Guider首席顧問
CNS國家標準審議委員
工研院量測中心顧問
SEMI產業標準工作小組召集人
Solar United國際太陽能產業聯盟工作小組技術專家
華聚基金會兩岸共通標準技術專家

2 則留言:

  1. 請問台灣目前有哪些廠家生產 HJT 模組?價差又是多少?

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    1. 我沒有特別去找,知道新日光有電池片
      至於有多少模組廠可以買到拿來生產,就不知道
      價差要問問他們囉

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