光致衰減現(xiàn)象原理

光致衰減現(xiàn)象主要發(fā)生在摻硼的晶硅電池組件上，這個(gè)問(wèn)題最早是由Fischer和Pschunder在1973年發(fā)現(xiàn)的，到2004年J.Schmidt研究結(jié)果認(rèn)為硼氧對(duì)是形成光衰的主要原因，摻硼晶硅中的替位硼和間隙氧在光照下激發(fā)形成的較深能級(jí)缺陷引起載流子復(fù)合和電池性能衰退。依據(jù)文獻(xiàn)結(jié)果，光致衰減幅度在3%左右。

單晶和多晶光衰表現(xiàn)不一致，單晶硼氧對(duì)的生成原理如下：



研究結(jié)果顯示，單晶電池在初期2-3個(gè)月的光照情況下，光致衰減達(dá)到峰值，一般為3%左右，稱(chēng)為初始光衰（LID）現(xiàn)象，硅片中的氧含量越小，單晶電池初始光衰就越低。由于單晶獨(dú)特的材料性質(zhì)，在繼續(xù)接受光照3-4個(gè)月之后，會(huì)顯示出類(lèi)似退火的特點(diǎn)，單晶輸出功率會(huì)回升到十分接近初始水平的程度，之后以較低的穩(wěn)定水平緩慢下降，第一年累計(jì)衰減2.5%左右，以后每年衰減不超過(guò)0.55%。

多晶電池基本不存在LID現(xiàn)象，但是隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，多晶電池功率持續(xù)衰退直至較低水平，沒(méi)有發(fā)生恢復(fù)的情況。通常多晶電池第一年衰減2.5%，受硅片品質(zhì)及電池加工工藝的影響，衰減率不完全一致，高的時(shí)候第一年會(huì)達(dá)到3%，以后平均每年衰減0.73%左右。



單晶光衰恢復(fù)理論實(shí)證——綠巨人內(nèi)蒙項(xiàng)目發(fā)電量測(cè)試

2015年，國(guó)內(nèi)知名的大型電站投資機(jī)構(gòu)綠巨人在內(nèi)蒙古阿拉善建設(shè)了50MW光伏電站，根據(jù)2014年編制的可行性研究報(bào)告選擇了多晶組件，標(biāo)稱(chēng)功率255W。

為了證實(shí)單晶和多晶組件發(fā)電量差異，綠巨人特別安排出一小塊區(qū)域安裝了單晶組件，并從多晶電站中辟出一小塊方陣，與單晶組件在同一條件下進(jìn)行發(fā)電量測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為2015年8月 ~ 12月。所選組件均為國(guó)內(nèi)一線品牌，單晶和多晶對(duì)比的組件數(shù)量及裝機(jī)量如下：



在電站運(yùn)營(yíng)的前2個(gè)月，單晶初始光衰較大，單位裝機(jī)的發(fā)電量稍弱于多晶。從第3個(gè)月開(kāi)始，單晶發(fā)電優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。

下圖：每千瓦單晶與多晶月度發(fā)電量統(tǒng)計(jì)（KWh）



從發(fā)電量差異比率來(lái)看，當(dāng)單晶完成衰減恢復(fù)后，發(fā)電量?jī)?yōu)勢(shì)呈現(xiàn)急速回升態(tài)勢(shì)。

單晶發(fā)電優(yōu)勢(shì)凸顯

實(shí)際上，在同樣的材料質(zhì)量、工藝水平和安裝條件下，影響電站每千瓦裝機(jī)實(shí)際發(fā)電量的因素，除了光衰之外，還有溫度、光照強(qiáng)度等等，國(guó)內(nèi)從事單晶和多晶發(fā)電量比較的機(jī)構(gòu)不在少數(shù)。中電投、青島隆盛、陽(yáng)光能源、浙江大學(xué)硅材料實(shí)驗(yàn)室、中山大學(xué)太陽(yáng)能研究所等多家企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)實(shí)證數(shù)據(jù)已經(jīng)顯示出，在超過(guò)1年的運(yùn)營(yíng)期后，每千瓦單晶發(fā)電量比同等條件下的多晶電站高5%左右。

中民投旗下中民新能在2015年第一次戰(zhàn)略采購(gòu)組件招標(biāo)中全部采購(gòu)多晶組件，后來(lái)試用部分單晶組件后發(fā)現(xiàn)單晶發(fā)電量?jī)?yōu)勢(shì)，并且運(yùn)營(yíng)時(shí)間越長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)越明顯，于是逐漸加大單晶組件采購(gòu)比例，2015年最后一次戰(zhàn)略采購(gòu)組件招標(biāo)全部采購(gòu)單晶組件。隨著先進(jìn)光伏技術(shù)應(yīng)用逐漸推廣，單晶發(fā)電量?jī)?yōu)勢(shì)正在被不斷挖掘出來(lái)。