【2017PVCEC】漲知識！光伏組件光學(xué)損失降低的量化分析方法

:2017年10月17日-19日，2017中國光伏大會暨展覽會(PVCEC2017)在北京隆重召開。在18日下午的創(chuàng)新劇場【光伏產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性】論壇上英利組件技術(shù)主管鄭炯出席并做主題報告。鄭炯報告的內(nèi)容主要有三點，焊帶修飾技術(shù)實際效果可以通過建模方式進(jìn)行量化評估的，第二點光學(xué)追跡通量可以實現(xiàn)功率變化的組件分析，這個相當(dāng)于結(jié)合模擬器的調(diào)節(jié)輻照度，最后利用模擬器的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)組件光學(xué)損失。

以下為發(fā)言實錄：

鄭炯：各位下午好，我是來自英利的鄭炯，今天我所講的題目是組件光學(xué)損失降低的量化分析方法，當(dāng)時拿到這個邀請的時候，因為是創(chuàng)新劇場，所以準(zhǔn)備題目的時候，我們想從一個很小的切入點來解釋一些問題，然后通過一些模擬分析，解決我們現(xiàn)在產(chǎn)線中或者研究中組件的問題和方法，所以說從整個PPT的角度來說，應(yīng)用基本上是一些現(xiàn)有的測試手段，結(jié)合一些3D的模擬，包括輔助的光學(xué)照明行業(yè)所應(yīng)用的分析手段，結(jié)合起來，從而量化的分析組件光學(xué)損失降低的數(shù)據(jù)。我的報告主要分四部分，第一部分組件的光學(xué)損失，簡要介紹一下光學(xué)損失產(chǎn)生的各個方面，第二三部分主要講分析模型的建立和光線追跡，最后是一個小節(jié)。

組件的光學(xué)損失，就是光學(xué)組件所說的封裝損失，有兩部分，一部分電學(xué)損失，一部分光學(xué)損失，我這部分主要從光學(xué)損失的點來切入，光學(xué)損失主要分三部分，焊帶的遮光，因為電器通過主柵，所以焊帶的遮光在目前來說除了新的電池技術(shù)目前是無可避免的，還有玻璃和EVA，在2010年的時候?qū)τ诮M件光學(xué)的優(yōu)化上大家做的比較多，像一些鍍膜玻璃，高透EVA的技術(shù)，在2011年的時候大家工作已經(jīng)做的比較充分了，近些年也在不斷的優(yōu)化，但是很難有質(zhì)的提升。第三部分光學(xué)失配，嚴(yán)格來說應(yīng)該不屬于組件的技術(shù)，主要說太陽光譜和電池吸收光譜，這部分主要還是在于電池的吸收光譜，增加它產(chǎn)生載流子的能力。

焊帶的遮光，不管是四主柵還是五主柵，占總面積3%左右吧，這一部分光是非?？上驳模笌б话銇碚f是近似于一個平面，雖然說實際的形狀是一個輕微的弧型，但是太陽光照到電池片，照到焊帶上，通過EVA又重新返回，從光學(xué)角度上來說基本沒有被利用，所以引入一個問題，如何降低焊帶的光學(xué)損失，我總結(jié)主要有四個手段，第一減少焊帶的寬度，在組件這個技術(shù)上一直在應(yīng)用，從最初二主柵、三主柵、四主柵，到現(xiàn)在五柵，甚至到現(xiàn)在的12主柵，這三個如果計算光學(xué)損失可以計算出來，焊帶寬度的減小，還有多主柵技術(shù)分兩部分，其實是一個光學(xué)損失降低和電學(xué)損失降低綜合的效果。最后一部分說焊帶修飾技術(shù)，所謂的焊帶修飾技術(shù)叫法不一樣，大家有的叫反光焊帶，還有在焊帶表面加入一些高反，或者一些散射的涂層，我都總結(jié)為焊帶修飾技術(shù)。這部分主要涉及到了，大家有的說聚光焊帶，核心原理還是用的光學(xué)上比較通用的原理，在光線通過玻璃、EVA照射到焊帶表面，焊帶表面的反射光線，再通過EVA到達(dá)玻璃和空氣的界面，在這個界面上發(fā)生全反射，只有發(fā)生全反射的光才能折回組件內(nèi)部，對功率產(chǎn)生增益，單純從公式的計算或者說簡單的計算很難反應(yīng)的，因為它有的時候不是一次的反射，可能是兩次或者三次，每一次反射光是減少的。如果嚴(yán)格來說，每一次的反射能量的減少至少在30%左右，后續(xù)的模擬圖上也會顯示出來。

左邊是常規(guī)焊帶的模型，右邊像反光焊帶、壓花焊帶基本模型的東西。這種技術(shù)一旦應(yīng)用于組件，就會出現(xiàn)一個問題，也是現(xiàn)在組件廠已經(jīng)應(yīng)用了這種技術(shù)，我們經(jīng)常在一些會議中，有一些光伏的廠，有些廠已經(jīng)在用包括英利已經(jīng)采用這種技術(shù)，這種技術(shù)現(xiàn)在面臨一個問題，相當(dāng)于組件技術(shù)和焊帶廠家有一個技術(shù)之間的脫節(jié)，兩年前能做成熟批量示意推廣焊帶整個市面不超過5家，今年應(yīng)該會多一些，將近10家有儲備的技術(shù)，能夠批量生產(chǎn)，也會在五六家左右的水平上，就是能適合批量推廣的。但是又面臨了一個問題，大家做的五花八門，有四個突起的，有五個突起，還有六個，當(dāng)然還有更多或者更少，但是哪種結(jié)構(gòu)更有利于光學(xué)損失的降低呢?從這一點來說，因為這種技術(shù)目前掌握在少數(shù)的幾個焊帶廠，對這些光伏廠的交流還是比較欠缺，出于一種保密的狀態(tài)，所以各研究各的，中間其實是有一些脫節(jié)的。在這種情況下，組件廠如何區(qū)分這些焊帶，現(xiàn)在的實際情況我們了解的，每一批焊帶或者說應(yīng)用技術(shù)的焊帶，應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，其實很難從進(jìn)廠檢驗的這道，從進(jìn)廠的時候，還沒有應(yīng)用到批量生產(chǎn)的時候能區(qū)分出哪種是更利于我，所以現(xiàn)在面臨的問題是一旦應(yīng)用這種技術(shù)，組件常規(guī)的監(jiān)測手段，封裝損失一直是在波動的，而且這個波動的比例會隨著不同焊帶廠家的介入，會逐漸的加大，所以我們現(xiàn)在必須研究一種很好的手段，去避免，在焊帶應(yīng)用于組件之前，就把風(fēng)險降低和屏蔽。

下一部分主要講分析模型的建立，我們還是要建立在真實的焊帶表面基礎(chǔ)上，從設(shè)計之初的時候，每家焊帶或者說這種技術(shù)，無論是反光膜或者是圓形焊帶，像圓形焊帶實際焊出來表面還不是同心圓，真正完成焊接的時候，由于焊錫化錫回流角度會發(fā)生很大變化，實際模擬中角度一旦發(fā)生變化，在組件上影響一瓦到兩瓦都很正常，所以損失的收益還是比較可觀的，在截面之中我們一般不采用廠家的圖，一般采用實際分析出的圖。因為焊帶主體是加錫，如果像裁切，或者常規(guī)的切割手段很難獲取真實的，所以大家是用一種雙組件的膠，透明的膠把它封裝在里面，經(jīng)過打磨、研磨，這個就是焊帶真實的截面，有這個圖我們才獲得。下一步通過一些3D軟件，相當(dāng)于把它焊帶表面的真實形貌完整描述出來，還是同樣通過3D軟件、拉伸手段得到反光焊帶或者是其他球形焊帶都可以用這種原理分析，得出它的表面完整真實形貌。最后一幅圖集成了上面的玻璃，因為這個原理最終應(yīng)用的是玻璃和空氣的全反射，所以把玻璃加進(jìn)來。

在模型建立以后，如何去分析這個模型，從這個里面我是應(yīng)用了一個在照明系統(tǒng)常用的永遠(yuǎn)的分析手段，照明系統(tǒng)一般用軟件，這個也是常規(guī)的軟件，這是一個光線追跡，我們應(yīng)用他們的設(shè)計思路加入到分析里邊。從左邊這個圖可以看到，玻璃和焊帶中間有一個紅色的小方框，這是我插入的光源，因為從真實的現(xiàn)在已有的軟件之中，很難說能做到直接從玻璃的正上方的，設(shè)計起來理論計算比較多。當(dāng)然這個光插入設(shè)置有很多的，比方可以設(shè)置混合光源，也可以設(shè)置單波長600納米或者800納米，都可以隨意設(shè)置的。右邊這幅圖雖然設(shè)計的模型，就要對各個模型做一個參數(shù)的設(shè)定，比方說焊帶表面的反射，如果采用的是涂層的方法，設(shè)入的參數(shù)值是慢反射，有漫反射的值，從右邊列表圖可以反射出來，如果采用類似鏡面的反射，反射率是多少，也可以從這里邊去設(shè)置，包括這個界面，電池一般設(shè)置為吸收面，通過折射以后到達(dá)電池吸收的光通量來分析。

這一部分是介紹最主要的內(nèi)容，從模型建立之后就開始分析，光線是怎么打到焊帶的表面，然后通過全反射，又怎么回到電池片的時候，從上邊最左上角這個圖可以看到，有的光線是紅色的，紅色代表是一次反射的，綠色是二次反射，這個模型如果大家硬件條件具備，可以設(shè)置上萬條或者幾十萬條的光線，如果焊帶設(shè)置有稍微瑕疵，有可能出現(xiàn)三次反射，一般會用藍(lán)色表示，每一次反射的能量損失多少，我們也可以設(shè)置，比如通過實際測量，單次反射能量的減損是30%或者20%，同樣可以通過軟件設(shè)置出來，這樣在左下角的圖中就可可以模擬出光通亮，模擬光包括光的照射面積只能打到焊帶，模擬的的焊帶增益的光通亮。如何量化分析組件光學(xué)損失，處理數(shù)據(jù)來說，我們現(xiàn)在有兩種方式，一種比較簡單但是比較繁瑣，有一種更量化一些，但是這個需要在應(yīng)用前一兩個月，收集數(shù)據(jù)的時候會相當(dāng)?shù)穆闊┮恍?，或者更?xì)心一些。數(shù)據(jù)處理，我們可以建立一個表格，通過光通亮的表現(xiàn)，到這一步，我可以判斷拿到這一款的焊帶或者反光膜，或者球性焊帶，到底是優(yōu)是劣，但是我們無法分析，這個對應(yīng)關(guān)系需要大量的試驗去驗證，結(jié)構(gòu)我可以不用管，不管是兩個凹起或者三個凹起四個凹起，不管怎樣結(jié)構(gòu)變化，只要確定光通亮，對應(yīng)的組件功率提升，就是很對應(yīng)的廣大，當(dāng)然一旦形成這個表，到時候我們拿到一種焊帶，通過光線追跡的方式，就可以在沒有投入批量生產(chǎn)之前得出這種結(jié)論，這種相對比較繁瑣，變化起來比較小，換一種方式，就要重新建立一種模型，重新做一次試驗，所以說我們現(xiàn)在還有另一種分析方式。下邊介紹第二種分析方式，可以將光通亮的值，得出對常規(guī)組件做一個測試，模擬出預(yù)測值，應(yīng)用到組件之中，對功率的提升到底是多少，這個就涉及到一個公式的計算，如何調(diào)整太陽模擬輻照度，其實模擬器參數(shù)設(shè)置一般從200到1200，每平米都可以設(shè)置的，在1000到正負(fù)100平米，可以不用采用濾光片，可以實現(xiàn)這個功能的。

所以說我們設(shè)定的方式就是調(diào)整太陽能模擬器，設(shè)置的時候，基本上會設(shè)置在一千零多少，設(shè)置多少就靠計算，通過前面所得出的光通亮，再通過玻璃EVA所疊加起來的透光量，這個計算相對來說比較簡單，等效模擬來說模擬器增加多少瓦，每平米輻照度打到常規(guī)焊帶的組件上，功率能測出來是多少，如果以這個數(shù)據(jù)來模擬各種焊帶技術(shù)或者說焊帶表面修飾技術(shù)的一些值。因為中間有很多是模擬過程，所以說就跟測試一樣，中間有個校正因子，這個校正因子根據(jù)不同電池的吸收不一樣，校正因子會在一定范圍的變化，應(yīng)該在0.8到1.2期間，這個校正因子做的越準(zhǔn)確，說明模型偏差越小，我們預(yù)期把它設(shè)置到校正因子能到0.9或是1.1左右的時候，這是相對來說比較可信的值，在實際應(yīng)用中也是比較準(zhǔn)確的。

我是以一個焊帶模型為例子介紹的，焊帶組件的建設(shè)，像白色EVA，或者其他一些反射技術(shù)，如果能通過直射，能通過只要是采用玻璃和空氣界面全反射，我覺得從理論模型能建立起來，包括一些數(shù)據(jù)收集和對應(yīng)表建立起來，都可以采用同樣的模型和同樣原理手段去達(dá)到預(yù)測值，這種預(yù)測值在研究和易生產(chǎn)，在實際中還是比較大的，如果我們有這個值，同樣也可以指導(dǎo)材料廠家，讓它往那個方向去改進(jìn)，大家共同努力，從而使組件的功率越來越高，或者說達(dá)到可以預(yù)測的理論值，從現(xiàn)在來說比方采用球形焊帶或者反光焊帶，大家都有一個理論值，如果采用這種模型去分析，我們可以很容易的算出來。

最后我總結(jié)一下我報告的內(nèi)容，主要有三點，焊帶修飾技術(shù)實際效果可以通過建模方式進(jìn)行量化評估的，第二點光學(xué)追跡通量可以實現(xiàn)功率變化的組件分析，這個相當(dāng)于結(jié)合模擬器的調(diào)節(jié)輻照度，最后利用模擬器的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)組件光學(xué)損失。謝謝大家。