太阳能电池板效率

太阳能电池板效率是一种测量照射在太阳能电池板表面并转化为电能的太阳光(照射)量的方法。由于……的许多进步光伏技术近年来，平均面板转换效率已从15%提高到远远超过20%。效率的大幅提高导致标准尺寸面板的额定功率从250W增加到370W。

正如下面详细解释的，太阳能电池板的效率是由两个主要因素;光伏(PV)电池效率，取决于电池的设计和硅的类型;总面板效率，取决于电池的布局、配置和面板尺寸。

电池效率

Cl形的效率是由细胞结构和所使用的底物类型决定的，一般是哪一种p型和n型硅。电池效率是通过所谓的填充因数(FF)，为PV电池在最佳工作电压和电流下的最大转换效率。

电池的设计对面板的效率起着重要的作用。主要特点包括硅类型，母线配置和钝化类型(PERC)。使用高成本的面板建造IBC细胞是目前效率最高的(20-22%)，因为高纯度的n型硅基板和没有母线遮阳损失。然而，使用最新的单晶PERC电池和更先进的异质结(HJT)电池开发的面板已经实现了远高于20%的效率水平。

面板效率

太阳能电池板效率测量在标准测试条件(STC)，根据牢房温度25°C，太阳辐照度1000W/m2，空气质量1.5。面板效率(%)的有效计算方法是将STC的最大功率额定值或Pmax (W)除以以平方米为单位的面板总面积。

整体面板效率受许多因素的影响，包括;温度、辐照水平、电池类型和电池的互连。令人惊讶的是，即使是保护背板的颜色也会影响效率。黑色背板可能看起来更美观，但它吸收更多的热量，导致电池温度更高，增加电阻，这反过来略微降低总转换效率。

使用先进的“交叉指背接触”或IBC细胞构建的面板是最有效的，其次是异质结(HJT)细胞，半切割和多母线单晶PERC细胞，带状细胞和最后60细胞(4-5母线)单晶细胞。60电池的聚或多晶体面板通常是效率最低的，同样也是成本最低的面板。

十大最高效的太阳能电池板*

去年，大量制造商发布了基于高性能的更高效的太阳能电池板n型异质结或HJT细胞。目前，前6个面板的效率首次超过22%。太阳能公司Maxeon的太阳能电池板仍然领先，但仅仅领先于新加拿大太阳能，松下EverVolt H和RECα纯后面是n型HJT细胞的面板。SPIC和Meyer Burger使用IBC电池的高性能电池板也缩小了差距，加上晶科太阳能、天合光能和晶澳太阳能采用多母线(MBB)半切n型电池的下一代电池板，帮助电池板效率提高了21%以上。

更高效的使用n型电池的面板也受益于较低的率光致退化即LID，每年的耗电量低至0.25%。当计算面板25年的寿命时，许多高性能面板仍然保证产生90%或更多的原始额定容量，这取决于制造商保修细节．

*住宅尺寸面板- 60至66单元(120-HC或132-HC)和96/104单元格式。不包括长度超过2.0米的商业面板。

以下是清洁能源评论最新的可下载图表，列出2022欧洲足球赛事了2022年最高效的20个太阳能电池板，并添加了光伏电池技术细节以供比较。

为什么效率问题

“效率”这个术语被抛出了很多次，但一个稍微更有效的面板并不总是相当于一个质量更好的面板。在选择太阳能电池板时，许多人认为效率是最重要的标准，但最重要的是制造质量，这与现实世界的性能、可靠性、制造商服务和保修条件有关。阅读更多关于选择最优质的太阳能电池板在这里。

更快的回报

从环境角度来说，提高效率通常意味着太阳能电池板将在更短的时间内收回内含能量(用于提取原材料和制造太阳能电池板的能量)。基于详细的生命周期分析在美国，大多数硅基太阳能电池板已经在2年内偿还所蕴含的能量，具体取决于位置。然而，由于太阳能电池板的效率提高了20%以上，在许多地方，回报时间缩短到不到1.5年。效率的提高也意味着太阳能系统在一个太阳能电池板平均20年以上的寿命内产生更多的电力，并更快地偿还前期成本，这意味着投资回报率(ROI)将进一步提高。

太阳能电池板的效率通常提供了良好的性能指标，特别是许多高效电池板使用更高级别的n型硅电池，提高了温度系数和更低能力退化随着时间的推移。一些制造商，例如LG、松下和太阳能公司甚至提供保证90%或更高的保留功率输出后，使用25年。

面积与效率

效率对屋顶面积的需求量有很大的影响。效率更高的面板每平方米产生的能量更多，因此需要更少的整体面积。这对于空间有限的屋顶是完美的，也可以允许更大的容量系统安装到任何屋顶。例如，12 ×高效率400W太阳能电池板，如LG或SunPower的转换效率为21.8%，将提供约1200W (1.2kW)的总太阳能容量比同样数量的相同尺寸的300W太阳能电池板，效率较低17.5%。

• 12 × 300W面板，17.5%效率= 3600 W

• 12 x 400W面板，21.8%效率= 4800 W

现实世界的效率

在实际使用中，太阳能电池板的运行效率取决于许多外部因素。根据当地的环境条件，这些不同的因素会降低面板效率和整体系统性能。主要的影响太阳能电池板效率的因素如下:

• 辐照度(W / m2)

• 阴影

• 面板方向

• 温度

• 位置(纬度)

• 一年的时间

• 灰尘和污垢

在实际使用中，对面板效率影响最大的因素是辐照度，阴影，方向和温度。

的水平太阳辐照度，以瓦特每平方米(W/m2)计算，受云层和烟雾、纬度和时间等大气条件的影响。当然，如果面板完全遮光，输出的功率将非常低，但部分遮光也会有很大的影响，不仅对面板效率，而且对整个系统的效率。例如，在单个面板上的几个电池上轻微的遮光可以减少50%或更多的输出功率，这反过来又可以减少整个串的功率，因为大多数面板是串联连接的，一个面板的遮光会影响整个串。因此，如果可能的话，尽量减少或消除阴影是非常重要的。幸运的是有附加设备被称为当今而且许多独立的这可以减少阴影的负面影响，特别是当只有少量的面板被阴影。

效率与温度

太阳能电池板的额定功率，以瓦(W)为单位，计算如下标准测试条件(STC)在细胞温度25°C和1000W/m2的辐照度水平。然而，在实际使用中，电池温度通常会上升到25度以上°C，取决于环境空气温度，风速，一天中的时间和太阳能的使用量辐照度(W / m2)。在晴天期间，电池内部温度通常比环境空气温度高20-30°C，这相当于总功率输出减少约8-15% -这取决于太阳能电池的类型及其温度系数。为了提供对太阳能电池板性能的平均真实估计，大多数制造商还将指定在NOCT条件下的额定功率或标称工作电池温度．NOCT的性能通常规定在电池温度为45℃时°C和较低的太阳辐照度水平为800W/m2，这试图接近太阳能电池板的平均现实操作条件。

相反，在STC(25°C)以下的较低温度下，极冷的温度会导致PV电池电压增加，从而导致超过铭牌额定值的发电量增加。在非常寒冷的天气中，太阳能电池板可以在短时间内超过电池板额定功率(Pmax)。这通常发生在一段时间的多云天气后阳光充足的时候。

功率温度系数

电池温度高于或低于STC，每高于或低于25度，输出功率就会减少或增加一定数量°C.这被称为功率温度系数用%/°C．单晶面板的平均温度系数为-0.38% /°C，而多晶面板略高，为-0.40% /°c .单晶IBC细胞有一个更好(更低)的温度系数约为-0.30%/°C当在高温下表现最好的细胞是HJT(异质结)细胞低至-0.25% /°C。

温度系数比较

功率温度系数以% /计°C -越低效率越高

• 多晶细胞- 0.39 - 0.43% /°C

• 单晶细胞- 0.35 ~ 0.40% /°C

• 单晶IBC细胞- 0.28 - 0.31% /°C

• 单晶HJT细胞- 0.25 ~ 0.27% /°C

下图突出显示了使用不同PV电池类型的面板之间的功率损失差异。n型异质结(HJT)和IBC电池在高温下的功率损耗远远低于常见的聚和单晶PERC电池。

功率与温度图表备注:

• STC =标准试验条件- 25°C (77°F)

• 标称工作电池温度- 45°C (113°F)

• (^)高电池温度=炎热夏季电池的典型温度- 65度°C (149°F)

• (#)最高工作温度=安装在深色屋顶的极端高温下的最高面板工作温度- 85°C (185°F)

电池温度一般为20°高于环境空气温度，这相当于NOCT的输出功率减少5-8%。然而，电池温度可高达85度°在非常炎热的天气里，在深色的屋顶上°C，无风的日子，通常被认为是太阳能电池板的最高工作温度。

最高效的太阳能电池

市场上最高效的太阳能电池板通常采用这两种方式n型(IBC)单晶硅电池或其他高效n型变异异质结(HJT)电池。大多数其他制造商目前使用更常见的p型mono-PERC细胞;然而，几家大批量的制造商，包括晶科能源龙基太阳能和天合光能，现在开始转向更高效的n型电池。

不同类型太阳能光伏电池的效率

• 多晶- 15 - 18%

• 单晶- 16.5 - 19%

• 多晶PERC - 17 ~ 19.5%

• 单晶PERC - 17.5 ~ 20%

• 单晶n型- 19 ~ 20.5%

• 单晶n型HJT - 19 ~ 21.7%

• 单晶n型IBC - 20 ~ 22.8%

成本与效率

所有制造商都生产一系列不同效率等级的面板，这取决于所使用的硅类型和它们是否合并全氯乙烯、多母线或其他单元技术。具有n型电池的21%以上的高效面板通常很多更昂贵的因此，如果成本是一个主要的限制，它将更适合安装空间有限的位置，否则，您可以为相同的功率容量支付额外的费用，这可以通过使用1或2个额外的面板实现。然而，使用n型电池的高效面板几乎总是优于使用p型电池的面板，因为更低的比率光诱导降解或LID因此，从长远来看，额外的成本通常是值得的。

例如,一个高效的400W+面板可能要350美元或更多，而一个普通的370W面板通常要接近185美元。这相当于每瓦约0.50美元，而不是每瓦0.90美元。尽管在诸如Sunpower，松下和REC等领先制造商的情况下，更昂贵的面板提供更高的性能和更低的退化率，通常与更长的制造商或产品保修期因此，这通常是一项明智的投资。

面板尺寸Vs效率

面板效率是通过额定功率除以面板总面积计算的，所以只有一个更大的面板并不总是等于更高的效率。然而，使用更大尺寸电池的更大面板增加了电池的表面积，从而提高了整体效率。

大多数常见的住宅面板仍然使用标准的6英寸(156毫米)平方60单元面板，而商业系统使用更大的格式72单元面板。然而，正如下文所解释的，2020年出现了一个新的行业趋势，围绕更大尺寸的新电池建造更大尺寸的面板，提高了面板效率，并将输出功率提高到令人印象深刻的600W。

常见太阳能电池板尺寸

• 60细胞面板(120 HC):约宽0.98米x长1.65米

• 72单元面板(144 HC):约宽1.0米x长2.0米

• 96/104单元面板:约宽1.05米x长1.60米

• 66牢房面板(132hc) -约宽1.10米，长1.80米

• 78牢房面板(156 HC):约宽1.30米x长2.4米

HC =半切细胞

一个标准尺寸具有18-20%效率的60单元(1m x 1.65m)面板通常具有300-330瓦的额定功率，而使用相同尺寸的高效率电池的面板可以产生高达370W的功率。如前所述，最有效的标准尺寸面板使用高性能n型IBC或互指背触点电池，可实现高达22.8%的面板效率，并产生令人印象深刻的390至440瓦。

受欢迎的半切或分裂细胞模块的单元数是原来的两倍，面板大小大致相同。半细胞格式的面板有60个细胞，翻倍为120个细胞，而半细胞格式的72个细胞有144个细胞。半切单元配置为更高效的由于面板电压是相同的，但电流被分成两半。由于较低的电流，半切面板有较低的电阻损失，从而提高效率和较低的温度系数，这也有助于提高操作效率。

新的更大的电池和高功率600W+面板

为了降低制造成本、提高效率和增加功率，太阳能电池板制造商已经放弃了标准的156毫米(6”)方晶圆尺寸，转而采用更大的晶圆尺寸。现在有各种各样的电池尺寸，最受欢迎的是166mm, 182mm和210mm。更大的电池与新的更大的面板格式相结合，使制造商得以发展极强大的太阳能电池板额定功率可达700W．更大的电池尺寸有更大的表面积，当结合最新的电池技术，如多母线(MBB)， TOPcon和平铺带，可以提高面板效率远远超过22%。

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