如何使光伏组件效率超过电池的效率

近十年来，在业内同行的努力下，晶体硅光伏电池的光电转换效率一路上升，由本世纪最初几年的15%到现在的接近20%，越来越接近单结晶体硅电池的理想计算效率。但是在将光伏电池组装成光伏组件时，由于光路的损耗、面积的损耗、以及串联电阻的损耗，往往使光伏组件的转换效率低于光伏电池的转换效率。为了达到让光伏组件的转换效率接近甚至超过光伏电池的光电转换效率，除了减少由于封装引起的各种损耗外，还应当在封装过程中设法新增电池接收到的有效光能。

从背板材料上考虑，使组件背板不仅承担对电池和环境的有效防护和隔离的功能，而且为新增电池有效接收光辐射做出贡献，从而达到最终提高光伏组件可靠性、新增电功率输出的目的。

为了达到这个目的，首先分析一下光伏组件封装的功率损失和可能的增益，示意如图1：

图1光伏组件封装的能量损失和增益

图1中，假设光伏电池的光电转换效率是20%，封装成组件后，首先，由于组件面积大于电池总面积，损失了2个百分点的全面积效率；其次，由于玻璃的透光吸收损失了0.5个百分点；EVA胶膜透光吸收损失0.5个百分点；第三，互联条/汇流引出条的电阻损失1个百分点。总共损失了约4个百分点。

增益方面，第一，电池经封装后，由玻璃表面膜-玻璃-EVA-电池钝化膜-硅形成一个变折射率的光学系统，这样一个系统可以减少电池表面的光反射，一般越是表面反射率高的电池，这个增益越显著。目前常规工艺的晶体硅电池，这个增益可达到1.5个百分点；

图2光伏组件的光路系统有助于降低总反射率

第二，背板的反射率也有助于新增电池的光吸收，来不及吸收便透过电池的长波红光和近红外光经背板反射会再次进入电池激发载流子。电池片间隙处的入射光也会再次经反射进入电池，这一块大约新增了1个百分点的效率。

这样算下来，20%的光伏电池到这儿为止，大概光伏组件的效率就剩17.5%了。要新增光伏组件的电能输出，就应该减少封装损失，新增封装增益。换句话说，只要我们把以上几个环节做好，该减少的减少，能提升的提升，光伏组件的效率就能达到17.5%以上。

但是，要想使光伏组件的光电转换效率超过电池的转换效率，光靠挖掘以上潜力还是不够的，我们还要借助于光裁减技术。所谓光裁减技术，就是通常所说的长波光的上转换技术和短波光的下转换技术。把个技术做好了，再把其他的技术做好了，则光伏组件的光电转换效率就完全有可能超过光伏电池的光电转换效率。分别讨论如下。

一、减少光伏组件的非活性面积

光伏电池在组件中封装时预留的间隙重要是考虑带电元件与导体间的爬电距离要求和工艺实现的要求。工艺实现要求留出电池片互联条上下穿过的间隙，不使电池片间直接短路，不使有一定截面积的互联条在电池边缘出现应力集中现象。为了使互联条不在电池的边缘出现附加应力，电池片间一般要留2-3mm的间隙；爬电距离则是电气法规的要求留出的。

现在大家都在做1500V系统电压的光伏组件，而且经过论证，说明1500V系统电压的光伏电站，特别是大型荒漠电站，比1000V系统电压的光伏电站要节省好多材料费用和安装费用，提高变电系统的传输、转换效率，经济效益还是比较明显的。但是系统电压的提高对光伏组件的爬电距离的要求也明显提高了。

1000V系统电压的光伏组件，设计爬电距离是8.4mm乘一个安全系数，一般要求是15mm-16mm。假如是1500V系统电压的组件，这个距离就是25mm。这个距离的增大，必然减小光伏组件的非活性（也就是不发电的）面积，降低组件了的光电转换效率。

正在讨论中的UL/TUV标准（图3）中，给出了减小这一距离的必要条件，这就是组件的聚合物背板要具有更高级别的CTI测试值，获得更高的IPT值。大家了解，一般的聚合物手册中或聚合物薄膜供应商给出的PE、PO、PVDF、PET等材料的CTI值不超过400V。明冠新材料科技有限公司因为是自己生产的背板内层PO/PE膜，可以通过调整配方和工艺达到提高背板CTI值的目的，公司1500V系统电压光伏组件背板，在行业内率先通过了最高级别的600VCTI测试，为希望通过开发1500V系统电压光伏组件，获得1500V光伏系统高效、高可靠、低成本的优点，又不想新增光伏组件尺寸、不希望降低光伏组件效率的的光伏组件生产商供应了一个选项（图3）。

图3讨论中的UL/TUV的标准