单多晶光伏系统的发电量比较及差异分析
摘 要 随着人们对新能源的需求日益迫切，太阳能逐渐的走进人们的生活。而利用硅电池进行太阳能发电是目前世界上太阳能发电的一个主要手段。其中硅电池单多晶发电量的差异直接影响着光伏电站的经济效益与光伏电站投资者的选择。本文通过对单多晶硅电池的各个方面作比较引用一些数据与实际案例来揭示单多晶电池的优缺点与光伏电站的未来趋势。
目 录
第一章 单晶与多晶的本质 1
1.1多晶是有种缺陷的单晶 1
第二章 单晶与多晶各自的优势 2
2.1单晶的优势 2
2.2多晶的优势 2
2.3 个体与整体的优势 5
第三章 单晶与多晶的经济性与可靠性的比较 6
3.1单多晶硅片性能对比 6
3.2电学性能差异 6
3.3机械性能差异 6
3.4单多晶电池对比 6
3.5转化率对比 7
3.6未来潜力方面 7
3.7制程差异 8
3.8?温度系数对比 8
3.9单多晶电站投资收益对比 8
3.9.1实体比较 9
3.10发电量和长期可靠性对比 9
结束语 11
致 谢 12
参考文献 13
附录A 14
第一章 单晶与多晶的本质
1.1多晶是有种缺陷的单晶
第一批用于生产太阳能电池的硅片并不和现在一样是利用专门的设备去生产单晶硅片和多晶硅片的，而是使用半导体晶片或不完整的材料的边角料，价格也相当昂贵。由于半导体晶片合格率增加，合格的硅片在市场上的供应越来越少。当人们想普及硅基太阳能电池的时候，只有生产太阳能电池的无特殊太阳能单晶硅生产设备，半导体晶片成本令人生畏，人们只好切换到铸造，压铸，定向凝固生产结晶硅锭的方法，这就是所谓的“多晶硅片”的来源，虽然质量较差，但很显著的降低了成本。到20世纪80年代，生产单晶硅太阳能技术在这一时期逐渐成熟的欧洲，美国，中国催生了一大批超过10千瓦，1兆瓦的太阳能发电厂，这些电厂使用单晶硅生产的部件仍然在稳定的发电，30多年来积累衰减的小于20％，它们显示了单晶功率的稳定性。[]
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
单晶硅电池与初始多晶材料是伯多晶硅，类似于微晶的存在的状态。要作为电源的话，它必须是微晶硅晶体硅的状态，并且结晶硅晶片要求精确控制。
多晶硅晶体生长过程本身限制了它不能生长单晶的大面积的结晶（单晶），多晶聚集体的性质是大量小单晶。
多晶铸锭铸造颗粒之间的小单晶的晶界能降低电池的发电量，多晶铸锭本身是简陋的技术所以更容易地大规模扩张，但只能将位错密度控制的缺陷和杂质控制在一个较低的水平，所有这些因素会影响多晶硅的少数载流子寿命。[]
第二章 单晶与多晶各自的优势
2.1单晶的优势
在过去的几十年中，无论单晶或多晶电池，生产过程非常粗糙，不能充分发挥结晶硅材料的性能，转换效率的差异不太明显。随着技术的进步，发电性能的晶体硅材料利用度已经刷新，由于高品质的单晶材料本身的特性，多晶材料本身无法克服高密度和高杂质缺陷，各种新的技术进口不可避免地导致单晶比较多态的转换效率优势扩大。该多晶的当前P型单晶相对平均转换效率为1.5％，当在PERC技术产业化，单晶效率提高0.8 1％，多晶效率只有0.5至0.6％。在未来，IBC，HIT将导入更有效的技术，如产业化应用，单晶的优势也将进一步扩大。
目前单晶电池以P型为主，电池将2％?3％的快速功率衰减在日照23周后发生，其原因是，在晶体生长的掺杂剂使用的硼会导致更多的氧气同时混合，在光的硼和间隙氧激发形成的深能级的缺陷，载体化合物和电池性能造成衰退。但这次衰退在退火的作用下可以恢复。在四个个月或更长的时间里太阳能电池功率（取决于日光强度和时间）的恢复会发生，约1个年后，衰减为约2.5％?3％，并趋于稳定。
多晶硅电池没有上述问题，但由于高杂质浓度本身无法克服的缺陷和错位，电池性能在阳光下的影响将继续下降至约3％，并且将没有恢复。[]
目前市场上的功率保证多晶组件为1年97％?97.5％，25年约80％，初始后下垂稳定的第一年，经过一年的0.71％?0.73％的衰减后。单晶元件由于使用硅材料的完美晶体结构，内部结构较为稳定，1年保证电源97％，25年保证有83.8％，2?25年衰减每年平均的指数是组件制造商的保证可以写入合同价值，也就是保险公司将保证指标。如果多晶硅组件提出25年功率保证比单晶的高，保险公司也很难保证。
2.2多晶的优势
LID(Light Induced Degradation)：
即电源的光衰减，一般组件有运行LID较高的初始阶段，随着晶体随后的硼氧复合稳中有降逐年下降，但理论数据和电站的历史测量数据证实了多晶硅无论是第一年初始光衰，还是1?5年的光率，稳光的稳定性是比单晶的低。所以单多晶提供质量保证的功率衰减和测得的数据是多晶占优势。
行业功率衰减线性质保：
多晶功率衰减保证比单晶低0.5％，相同的功率元件，多晶生命周期要多单晶的长。
LID衰减实测：
单晶初始LID光率比多晶更高1.0％，光衰后的单晶元件的功率和额定功率比多晶显著较大，导致单晶出厂后，由于光衰结果比多晶硅发电收入损失更高。
表21
初始光衰变化范围
初始光衰变化平均值
单晶
2.5~3％
2.5％
多晶
0.5~2％
1.5％
较高的初始LID，则稳定组件后组件功率与标称功率差距越大，发电功率损失越大，电站的收益损失也就越多。
从图1和图2显示， 同样辐照量下，无论电池端，还是组件端，单晶较多晶衰减均高1.00%，即单晶比多晶光衰率更高。
图1单晶与多晶衰减电池比较
图2单晶与多晶组件衰减比较
稳定衰减：
初始光衰是由于单多晶硅性质之间的差异，而后的衰减主要决定于组件的封装材料，工艺元件老化的速度，所以单多晶一线品牌都提供0.7％的线性质量保证，这和多晶还是单晶并没有什么关系。
表22
线性质保稳定衰减率
单晶
0.7％
多晶
0.7％
CTM封装损失
CTM(CelltoModule)：即电池到功率组件的封装损失，电池从封装到组件的过程中，电功率前和包装后的变化，通常被称为CTM。
CTM实测：
单晶高多晶超过2.0％，同样的电池封装效率成组件，多晶硅功率高于单晶。
目 录
第一章 单晶与多晶的本质 1
1.1多晶是有种缺陷的单晶 1
第二章 单晶与多晶各自的优势 2
2.1单晶的优势 2
2.2多晶的优势 2
2.3 个体与整体的优势 5
第三章 单晶与多晶的经济性与可靠性的比较 6
3.1单多晶硅片性能对比 6
3.2电学性能差异 6
3.3机械性能差异 6
3.4单多晶电池对比 6
3.5转化率对比 7
3.6未来潜力方面 7
3.7制程差异 8
3.8?温度系数对比 8
3.9单多晶电站投资收益对比 8
3.9.1实体比较 9
3.10发电量和长期可靠性对比 9
结束语 11
致 谢 12
参考文献 13
附录A 14
第一章 单晶与多晶的本质
1.1多晶是有种缺陷的单晶
第一批用于生产太阳能电池的硅片并不和现在一样是利用专门的设备去生产单晶硅片和多晶硅片的，而是使用半导体晶片或不完整的材料的边角料，价格也相当昂贵。由于半导体晶片合格率增加，合格的硅片在市场上的供应越来越少。当人们想普及硅基太阳能电池的时候，只有生产太阳能电池的无特殊太阳能单晶硅生产设备，半导体晶片成本令人生畏，人们只好切换到铸造，压铸，定向凝固生产结晶硅锭的方法，这就是所谓的“多晶硅片”的来源，虽然质量较差，但很显著的降低了成本。到20世纪80年代，生产单晶硅太阳能技术在这一时期逐渐成熟的欧洲，美国，中国催生了一大批超过10千瓦，1兆瓦的太阳能发电厂，这些电厂使用单晶硅生产的部件仍然在稳定的发电，30多年来积累衰减的小于20％，它们显示了单晶功率的稳定性。[]
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
单晶硅电池与初始多晶材料是伯多晶硅，类似于微晶的存在的状态。要作为电源的话，它必须是微晶硅晶体硅的状态，并且结晶硅晶片要求精确控制。
多晶硅晶体生长过程本身限制了它不能生长单晶的大面积的结晶（单晶），多晶聚集体的性质是大量小单晶。
多晶铸锭铸造颗粒之间的小单晶的晶界能降低电池的发电量，多晶铸锭本身是简陋的技术所以更容易地大规模扩张，但只能将位错密度控制的缺陷和杂质控制在一个较低的水平，所有这些因素会影响多晶硅的少数载流子寿命。[]
第二章 单晶与多晶各自的优势
2.1单晶的优势
在过去的几十年中，无论单晶或多晶电池，生产过程非常粗糙，不能充分发挥结晶硅材料的性能，转换效率的差异不太明显。随着技术的进步，发电性能的晶体硅材料利用度已经刷新，由于高品质的单晶材料本身的特性，多晶材料本身无法克服高密度和高杂质缺陷，各种新的技术进口不可避免地导致单晶比较多态的转换效率优势扩大。该多晶的当前P型单晶相对平均转换效率为1.5％，当在PERC技术产业化，单晶效率提高0.8 1％，多晶效率只有0.5至0.6％。在未来，IBC，HIT将导入更有效的技术，如产业化应用，单晶的优势也将进一步扩大。
目前单晶电池以P型为主，电池将2％?3％的快速功率衰减在日照23周后发生，其原因是，在晶体生长的掺杂剂使用的硼会导致更多的氧气同时混合，在光的硼和间隙氧激发形成的深能级的缺陷，载体化合物和电池性能造成衰退。但这次衰退在退火的作用下可以恢复。在四个个月或更长的时间里太阳能电池功率（取决于日光强度和时间）的恢复会发生，约1个年后，衰减为约2.5％?3％，并趋于稳定。
多晶硅电池没有上述问题，但由于高杂质浓度本身无法克服的缺陷和错位，电池性能在阳光下的影响将继续下降至约3％，并且将没有恢复。[]
目前市场上的功率保证多晶组件为1年97％?97.5％，25年约80％，初始后下垂稳定的第一年，经过一年的0.71％?0.73％的衰减后。单晶元件由于使用硅材料的完美晶体结构，内部结构较为稳定，1年保证电源97％，25年保证有83.8％，2?25年衰减每年平均的指数是组件制造商的保证可以写入合同价值，也就是保险公司将保证指标。如果多晶硅组件提出25年功率保证比单晶的高，保险公司也很难保证。
2.2多晶的优势
LID(Light Induced Degradation)：
即电源的光衰减，一般组件有运行LID较高的初始阶段，随着晶体随后的硼氧复合稳中有降逐年下降，但理论数据和电站的历史测量数据证实了多晶硅无论是第一年初始光衰，还是1?5年的光率，稳光的稳定性是比单晶的低。所以单多晶提供质量保证的功率衰减和测得的数据是多晶占优势。
行业功率衰减线性质保：
多晶功率衰减保证比单晶低0.5％，相同的功率元件，多晶生命周期要多单晶的长。
LID衰减实测：
单晶初始LID光率比多晶更高1.0％，光衰后的单晶元件的功率和额定功率比多晶显著较大，导致单晶出厂后，由于光衰结果比多晶硅发电收入损失更高。
表21
初始光衰变化范围
初始光衰变化平均值
单晶
2.5~3％
2.5％
多晶
0.5~2％
1.5％
较高的初始LID，则稳定组件后组件功率与标称功率差距越大，发电功率损失越大，电站的收益损失也就越多。
从图1和图2显示， 同样辐照量下，无论电池端，还是组件端，单晶较多晶衰减均高1.00%，即单晶比多晶光衰率更高。
图1单晶与多晶衰减电池比较
图2单晶与多晶组件衰减比较
稳定衰减：
初始光衰是由于单多晶硅性质之间的差异，而后的衰减主要决定于组件的封装材料，工艺元件老化的速度，所以单多晶一线品牌都提供0.7％的线性质量保证，这和多晶还是单晶并没有什么关系。
表22
线性质保稳定衰减率
单晶
0.7％
多晶
0.7％
CTM封装损失
CTM(CelltoModule)：即电池到功率组件的封装损失，电池从封装到组件的过程中，电功率前和包装后的变化，通常被称为CTM。
CTM实测：
单晶高多晶超过2.0％，同样的电池封装效率成组件，多晶硅功率高于单晶。
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