双面组件的增益到底怎么测算？标准来了！

还记的2018年的年初，一个“双面组件背面功率如何计算”引发的业内大讨论吗？（详见：双面组件背面功率建议按5%考虑及原因分析）

由于当时“双面功率的背面功率如何计算”并无标准，因此这一问题引起业内热火朝天的讨论。当时就有专家呼吁，双面组件的各项标准应该快速建立起来！

一、制定双面组件标准的意义

通常所讲的双面组件标准，是指双面组件电性能测试标准，对双面组件的P_mpp、V_mpp、I_mpp、I_sc、V_oc等参数进行规定。

按照原单面组件的测试标准，双面组件正面与背面STC条件下的电性能是可以分别测试的，那么额外的标准意义何在呢？原因在于：双面组件引入了双面率（或称为双面系数）这一新的评价维度。

对于两种不同的双面组件，正面功率与双面率各不相同，需要一个标准来综合评价其性能。（实际上单面组件也可以认为是双面率为0的光伏组件）。

该标准的制定，对于应用双面组件的光伏电站系统设计、双面组件的功率质保、客户对组件先进性与售价的评估、乃至制造商在设计双面电池、组件时，在正面功率与双面率间的如何取平衡都有重要的参考意义（制作双面电池、提升双面电池双面率可能会导致电池正面效率降低）。

二、双面组件标准应遵从的原则

原则：能快速得到应用

双面组件已经于标准落地前实现规模应用，在第三批应用领跑者项目中双面组件计划用量达到50%以上。在标准的制定上，应贴近应用（并避免细枝末节的争论），使标准能尽快推出并被广泛接受，尤其是被电站投资商所接受。

单面光伏组件标准测试环境（STC：辐照度1000W/m²、电池温度25°C、光谱AM1.5）本身也是设定的测试条件，但在设定双面组件测试条件时，就应使根据标准得到的功率增益与实际电站中能够获得的发电增益相一致。

比如，NREL的论文中模拟了21%地表反射率、组件倾角37°、1m离地高度、AM1.5条件下单块组件的背面辐照（略高于130W/m²）（见下图）。

然而，是考虑到在实际大型电站中，组件背面受到的辐照会低于单块组件的理想情况，因此典型的背面辐照还是选在100W/m²更合适。

双面组件测试的三种技术路线

在双面组件电性能测试方法上，首先均是测试一定样本量的正、背面STC条件下的电性能以明确组件双面率，之后存在三种路线：

技术路线1：正面补偿光强测试，

技术路线2：双面打光测试，

技术路线3：根据理论公式计算，最终得到一定背面光强下（正面处于STC条件）双面组件的电性能参数。

其中，

“技术路线2：双面打光测试法”，如果能解决设备成熟度问题自然是最理想的（对于透光双面组件，消除正面透过的光对背面的影响还是比较难的），但考虑到双面打光设备即便在第三方实验室广泛应用仍是漫长过程，而其他两种方法相对双面打光法的偏差也很小（~1W），因此至少一定时期内技术路线1和3会在第三方测试与工厂出厂测试中占据主流地位，在标准制定中就没必要苛求准确性而与实际应用脱节。

三种技术路线的应用情况

目前IEC的双面标准（IEC TS 60904-1-2）采用了“技术路线1：正面补偿光强法”与“技术路线2：双面打光法”，因细节上的争论仍未定稿；

光伏行业协会的《双面发电组件参数测试方法》（http://www./standard_dynamics/254.html）采用了“技术路线3：公式计算法”，在发布了征求意见稿后一直处于修改状态；

中国质量认证中心的《双面光伏组件电流-电压特性测试方法》（CQC1619-2018）则参考业内已达成的共识迅速定稿，采用了“技术路线1：正面补偿光强法”，在2018年6月发布。 

三、已公布的CQC方法介绍

该标准面向第三方测试/认证采用了正面补偿光强法，即测试等效辐照度下正面的电参数作为双面组件的电参数（P_mpp、V_mpp、I_mpp、I_sc、V_oc、FF、h）。等效辐照度基于双面系数（即通常所说的双面率）通过以下公式计算：

G_{R, i}为背面的辐照度，i可取值50、100、150、200（W/m²）等。

因此当G_{R, i}取1000W/m²、组件双面系数75%时，等效辐照度为1075W/m²，在该辐照度下组件的转换效率相对1000W/m²变化很小，因此这时的背面功率增益大约为7.5%。

 

第三方的测试报告应包含以下信息：

 

铭牌或产品说明书宜额外标示G_{E, 100}等效辐照条件下的I-V特性参数，具体要求为：

 

四、漫谈双面组件标准

1、背面发电量增益的计算

电站投资者实际关心的往往是在草地、土地、沙地、水泥地等环境下双面组件的发电增益。然而，一方面，这些典型地表的反射率往往随具体环境不同是不同的，无法精确给出；另一方面，双面组件的发电增益不仅与地表反射率相关，也与组件最低点离地高度，具体项目地直射光与散射光的比例、组件对地表的覆盖度（GCR）以及纬度有关，实际项目中支架、汇流箱等如对组件背面有遮挡还会导致发电增益降低，这些都属于电站设计中需要解决的问题。

在双面组件标准中仅给出背面辐照度与等效辐照下的功率是科学的，10%的背面辐照也可与一般的草、土混合地表环境（反射率~25%）相对应。

投资者关心的问题可以通过PVsyst软件来做仿真。目前该软件已经升级到6.75版本，对于固定支架上的双面组件发电模拟已比较准确，电站容配比可结合PVsyst软件精确计算最优值。

2、不同时间，背面发电量增益不同

如前文所述，类似单面组件STC条件下的功率，双面组件等效辐照下的功率也应是与正面功率相对应的组件综合发电能力的体现，全年发电增益如为7.5%（背面辐照与正面辐照之比为约10%），根据模拟与实证结果，夏季的增益会高于7.5%，冬季的增益则低于7.5%，一天中正午时背面与正面辐照度比可能为8%，而早晨、傍晚由于光照中散射光比例高，背面与正面辐照度的比值可达20%以上。

3、背面发电量增益影响大

如开篇提到，双面组件标准为不同双面率组件先进性对比提供了依据。同等组件尺寸下，如双面组件A正面功率310W，双面系数75%，双面组件B正面功率300W，双面系数82%，则A在100W/m2背面辐照时的等效功率约333W，高于B组件（约324.6W），而单面组件C即便正面达到320W，在地面电站中的发电能力仍将不及组件A和B。

4、弱光性提高背面发电量增益

双面组件（双面均会钝化）的背面发电增益是指相对正面发电而言的，在发电实证中双面PERC组件可使用功率相近的单面PERC组件作为对照组。如采用常规铝背场组件作为对比时，因双面组件的弱光发电优势与较低的功率温度系数值，实证中得到的发电优势将高于仅凭背面辐照获得的发电增益。即如果双面组件的背面发电增益为7.5%时，实证中相对常规组件则可多发电~10%。

5、双面组件的正面也要达标

第三批应用领跑者项目18.7%的单晶满分效率指标是针对所有组件的（当时没有双面标准推出），中标方均承诺正面功率达到满分标准，因此实际供货时双面组件正面效率需满足投标承诺。