晶硅電池組件光利用之大揭秘

:近年來，在光伏產(chǎn)業(yè)鏈的成本下降路線圖中，高效組件技術(shù)被寄予厚望。半片、雙玻、多主柵、疊片、拼片等頗具革命性的高效技術(shù)層出不窮，尤其是2019年崛起的拼片技術(shù)，在MBB技術(shù)的基礎(chǔ)上對光伏組件的互聯(lián)材料和電池間距進(jìn)行了大變革，在行業(yè)內(nèi)掀起了各種討論浪潮。本文從另一個角度著手，主要探討如何優(yōu)化晶硅電池組件中的間隙光利用，在組件高功率和高密度之間取得平衡。

“疊片和拼片有別于常規(guī)組件中利用電池間隙光的方式，拼命將電池間距壓縮甚至是疊合，來達(dá)到高密度高效率組件的目的。電池間的間距到底是該利用還是舍去，兩種技術(shù)方案有何優(yōu)缺點(diǎn)？”

1、剖析各類組件結(jié)構(gòu)對光的利用

根據(jù)電池間距和光利用方式的不同，可將組件分為：疊片、拼片、普通高透組件和間隙光利用組件技術(shù)，不同類型組件對電池間隙光的利用情況也不一樣。

①疊片組件技術(shù)：將電池片切片后，再用專用的導(dǎo)電膠把電池片連成串。并采用疊片的連接方式，直接消除片間距甚至達(dá)到了負(fù)片間距，充分利用了組件上有限的受光面積，提升組件效率。但由于其負(fù)片間距的特點(diǎn)，電池與電池拼接處無光利用，同時重疊部分的電池因此也無法利用。

圖1 疊片組件光照示意圖

②拼片組件技術(shù)：通過三角焊帶增加光利用和增加電池排布密度，達(dá)到組件效率最大化。它將組件的片距大幅縮小至0~0.5mm，減小片間距焊帶帶來的電阻，將由縮小片距而省出來的空間，多放置電池片，實(shí)現(xiàn)在最小的面積里放置最多的電池片，達(dá)到組件效率最大化。但由于其電池零間隙的特點(diǎn)，電池與電池拼接處無光利用。

圖2 拼片組件光照示意圖

③普通高透組件技術(shù)：組件電池片的片間和串間有1~4mm的間隙空間，這些間隙占光伏組件3-10％的面積，照射到這些間隙的光直接穿透組件，很難被吸收或利用。

圖3 普通高透組件光照示意圖

④間隙光利用組件：通過在光伏組件電池間距內(nèi)設(shè)置漫反射結(jié)構(gòu)，使照射到電池間距處的光二次反射到電池片上，充分利用了間隙光。該技術(shù)可通過使用白色高反背玻、白色背膠膜、反光膜等方式達(dá)到。

圖4 間隙光利用組件光照示意圖

綜上，疊片、拼片組件通過縮短電池片間距來增加電池排布密度，達(dá)到高密度高功率高效率組件，但是縮減了電池片間距也就拋棄了間隙光反射到電池片的光線，僅僅靠照射到電池片的光線發(fā)電，這就導(dǎo)致疊片、拼片的光線吸收率與普通高透組件的光線吸收率相當(dāng)。而如果能將占組件面積3%-10%的間隙處的光線充分利用起來，對于組件功率的提升非常大，間隙光利用組件相比普通高透組件、疊片、拼片組件的功率可以提升2~3%。

2、電池間距的變化對組件串阻的影響

晶硅太陽能電池經(jīng)封裝后，組件的功率一般會小于所有電池片的功率之和。這個差值，就稱為組件封裝功率損失。如何降低功率損失，是優(yōu)化組件制造工藝的重要內(nèi)容。一般認(rèn)為，組件功率損失主要與以下三點(diǎn)有關(guān)：電池串聯(lián)引起的電流失配、串聯(lián)電阻損耗和光學(xué)損耗。

同等條件下電池間距的變化對組件串阻有多大影響？我們設(shè)計實(shí)驗(yàn)：使用相同電池，常規(guī)0.27x1.0mm普通焊帶（銅基材厚度0.22~0.23mm，電阻率在0.021mΩ·m）進(jìn)行60版型組件測試，分別對比片間距為0/3/6/9/12mm對間距處電阻以及組件功率的影響，如下表1：

表1 不同片間距對應(yīng)電阻值以及組件功率損耗

以上數(shù)據(jù)可以看出，0mm片間距與3mm片間距相比，組件內(nèi)阻僅相差3.31mΩ，換算成功率僅增加0.17W。而拉大片間距所帶來的功率增益要比這大得多，而且工藝更加簡單，焊接破片率更低。

因此通過電池緊密排布所減小的電阻損耗其實(shí)可以基本忽略。

3.電池間距的大小和漫反光材料對光利用的變化

①高漫反射率材料

在已知間隙光能夠大大增加電池片光線利用率的情況下，增加間隙光的反射率就是我們當(dāng)前要解決的問題。目前常見的用于間隙光利用的有涂于玻璃表面的白色高反材料，白色背板，以及白色膠膜。白色背板反射率在75%左右，白色高反涂料反射率大于80%，白色膠膜的反射率在85%左右，反光膜的反射率在90%左右。于是我們設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)：

使用相同多晶電池，制作60版型組件，其中變量分別為普通高透、高反玻璃、白色EVA和間隙處張貼反光貼膜，片間距3mm與片間距5mm，下表2為不同反射率材料對組件功率的影響：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：片間距為3mm時，使用白色高反可比普通高透組件功率提升2.51%,使用白色EVA的組件可比普通高透組件功率提升3.3%，間隙處張貼反光膜功率更優(yōu)。間隙處張貼反光膜情況下，片間距從3mm增加到5mm，功率又可以增加0.76%。

表2 不同反射率材料對組件功率的影響

反光率越高的材料，功率增益越大。反光膜優(yōu)于白色EVA，優(yōu)于普通白色背板或白色高反玻，但是目前反光膜間隙處張貼工藝技術(shù)不穩(wěn)定，易偏移，量產(chǎn)困難?，F(xiàn)階段綜合評估：間隙處搭配白色EVA最優(yōu)。

②間距

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們也可以看到，在增加間距的情況下，同類型組件的功率也能夠繼續(xù)提升。于是我們設(shè)計實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證光線利用率最高的組件片間距。

實(shí)驗(yàn)條件為：P型PERC電池5.32W電池片，白色EVA膠膜，制作60版型組件。實(shí)驗(yàn)中的變量為電池片間距，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表3：

表3 不同片間距對組件功率的影響

對比可得出，片6比片3功率增加1.2W，片9比片6增加0.8W，增加相同片間距情況下，片6組件的功率提升更高，而片9組件的功率提升開始下降。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，片6相比片3的白色EVA組件，功率可提升0.5%左右，白色EVA組件相比普通高透組件提升3.3%左右。可以推斷，在電池片數(shù)量相同情況下，片6白色EVA組件相比0片距的拼片組件功率可提升3.8%。

4.優(yōu)化晶硅電池組件的光利用

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們可以看到：影響間隙光利用率的主要因素為電池間距的大小和漫反光材料，為了進(jìn)一步驗(yàn)證這兩者對組件效率和功率的影響，我們采用158.75mm的大單晶電池片進(jìn)行72版型驗(yàn)證。圖4和圖5為不同間隙光利用率組件的效率和功率的變化。

圖4 組件功率分布圖

圖5 組件效率分布圖

從上圖可以看出，高光利用組件不管是組件功率和組件效率都是表現(xiàn)最高的，從功率上看，當(dāng)片間距越大，間隙處反射率越高時，組件功率也就越高。但這種功率增長速度會隨著片間距的提升而放緩。從組件效率上看，間隙光反射率越高的材料，組件效率也就越高，并且組件效率在片間距為2~4mm時達(dá)到最高。

結(jié)語：

拼片與疊片技術(shù)增加組件效率的同時，也增加了工藝難度，降低了合格率，增加了生產(chǎn)成本。而通過擴(kuò)大片間距，提升間隙處的反射率，充分利用間隙處的光線等手段，不僅可以充分提升組件每一塊電池片的發(fā)電量，有效提升組件功率，還能相應(yīng)地降低組件成本。并且只要能夠持續(xù)提升間隙處的反射率，就能使組件功率更高，成本壓得更低。