晶科能源發(fā)布tiger系列白皮書 疊焊技術(shù)前景可期

1.1 Tiger組件背景

全球光伏發(fā)電補(bǔ)貼和PPA的不斷下降，客觀要求光伏發(fā)電LCOE持續(xù)下行。伴隨Eagle, Cheetah和Swan組件的推廣，組件高功率，高效率的特性疊加雙面技術(shù)可以帶來單位面積更高的發(fā)電量以及系統(tǒng)端更低的BOS成本，因此“高能量密度”成為了晶科未來產(chǎn)品的發(fā)展方向。秉承著這一理念，晶科能源在2019年10月23日，澳洲All Energy展會上重磅推出了Tiger系列高效疊焊單晶組件。Tiger組件采用了多主柵+疊焊+半片的先進(jìn)工藝技術(shù)，配合晶科自產(chǎn)高效電池，組件正面最高輸出功率可達(dá)475W，效率高達(dá)21.16%。Tiger組件包含單雙面兩種版型，雙面Tiger組件目前主推含杜邦Tedlar結(jié)構(gòu)的透明背板，在保證了雙面5%-30%發(fā)電增益的同時，集合了透明背板組件輕質(zhì)的特點，有效降低光伏發(fā)電的度電成本。

1.2 Tiger組件產(chǎn)品介紹

Tiger組件分為單面和雙面兩大類。單面組件包含66片普通單面組件、66片全黑單面組件(適用分銷項目)以及78片普通單面組件;雙面組件包含78片的透明背板/雙面雙玻兩種版型。圖一是Tiger組件的產(chǎn)品分類和功率路線圖，2020年量產(chǎn)功率可達(dá)465w。

1.1 Tiger組件核心技術(shù)

1.3.1 行業(yè)領(lǐng)先的多主柵技術(shù)

晶科Tiger組件創(chuàng)新性的采用了多主柵技術(shù)，告別了傳統(tǒng)5主柵焊接的模式，通過增加電池片的主柵數(shù)來起到降低內(nèi)部損耗，增加組件功率的效果;通過升級的圓絲焊帶，有效對斜射光進(jìn)行二次反射，大幅提升IAM。在眾多的柵線數(shù)目選擇中，晶科通過多次試驗，結(jié)果如圖2所示，組件功率隨著主柵數(shù)量的增加呈先增加后降低的趨勢，且拐點基本都處于9主柵位置，此時對應(yīng)功率為最佳選擇。并且隨著組件主柵數(shù)增加，在工藝制程的精度以及準(zhǔn)度上，對組件廠家都是極大的挑戰(zhàn)，良率較9主柵相比有明顯劣勢。綜合以上兩點，晶科選擇9主柵作為Tiger組件的技術(shù)路線，實現(xiàn)最高功率輸出的同時，有效保證組件可靠性。

1.3.2 疊焊技術(shù)助力組件提效

在提高功率輸出的同時，Tiger組件也創(chuàng)新性的采用了疊焊技術(shù)，細(xì)節(jié)圖如下。晶科研發(fā)通過特殊工藝將電池片進(jìn)行疊加，告別傳統(tǒng)組件的電池片間隙，組件效率>20.7%。高功率+高效率，契合了“高能量密度”的組件發(fā)展趨勢，助力平價上網(wǎng)。

疊焊組件的關(guān)鍵技術(shù)點有三個：

1. 重疊區(qū)焊帶減?。篢iger組件使用了柔性的圓絲焊帶，在重疊區(qū)域?qū)笌нM(jìn)行壓扁設(shè)計，整體厚度低于非重疊區(qū)域和常規(guī)組件。

2. 重疊區(qū)焊帶整形：整形后的焊帶形狀為變形的 ”Z” 字形，可以有效解決電池片重疊區(qū)域與焊帶接觸面積小的問題，防止碎片及不良。

3. 特制的EVA/POE層壓后進(jìn)行重疊區(qū)域填充：電池片串接完成后，在層壓過程中使用特制的EVA/POE，高溫下有效填充重疊區(qū)域電池片與焊帶之間的縫隙，給電池片提供緩沖作用，保障組件可靠性。

對于疊焊組件，晶科內(nèi)部進(jìn)行了嚴(yán)格的單倍/雙倍IEC標(biāo)準(zhǔn)測試，結(jié)果如圖4所示。

結(jié)果顯示，單倍/雙倍IEC標(biāo)準(zhǔn)的測試結(jié)果遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%功率衰減，甚至優(yōu)于常規(guī)組件。疊焊技術(shù)在提效的同時，保證了組件優(yōu)異的可靠性，確?？蛻綦娬?0年穩(wěn)定高效的運行。

Tiger組件在面積擴(kuò)大的同時，亦保持了優(yōu)異的載荷特性。在動態(tài)機(jī)械載荷測試中，通過在組件前表面動態(tài)施加±1000Pa的壓力完成1000次循環(huán)，正面功率衰減率僅有0.6%，背面功率衰減率1.68%，遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%;在靜態(tài)機(jī)械載荷測試中，將組件安裝于載荷測試試驗臺上，對組件正面加壓5400Pa，反面加壓2400Pa，加壓6次每次保持1h，正面功率衰減僅有0.3%，背面功率衰減1.82%，遠(yuǎn)低于IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的5%。

1.3.3 半片技術(shù)

晶科Tiger系列在采用了新型的多主柵和疊焊組件技術(shù)的同時，保持了傳統(tǒng)的半片設(shè)計，降低組件內(nèi)部電流和電學(xué)損耗，具備高功率和高可靠特性，較常規(guī)整片電池組件正面功率提升達(dá)15Wp。且戶外熱斑風(fēng)險更低。如下圖所示，戶外正常工作時，半片組件較整片組件，具有更低的工作溫度，且同一片組件內(nèi)部的溫度差更低(低約1.8℃)，即半片組件能夠使熱斑發(fā)生的概率更小。

在采用豎向安裝時，半片組件能夠有效抵御陰影遮擋。半片組件采用上半部分和下半部分并聯(lián)的設(shè)計，在早晚陰影遮擋組件的下半部分時，半片組件的上半部分仍能夠工作，實現(xiàn)50%的功率輸出，而全片組件輸出功率為0。此外，半片設(shè)計有效降低組件內(nèi)部的熱損耗，從而降低溫度系數(shù)，晶科半片組件溫度系數(shù)為-0.35% W/℃，全片組件為-0.37% W/℃，在溫度較高地區(qū)，組件工作溫度可能高達(dá)75℃，此時半片組件將比全片組件功率高5%。

2 Tiger組件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 Tiger組件與1500V兼容性

Tiger組件優(yōu)化了組件制作工藝，在保證組件功率和效率優(yōu)勢的同時，降低了開路電壓，確保在單個組串中可以連接更多的組件，節(jié)省BOS成本。在不同的項目地，單個組串可以接入的組件數(shù)和當(dāng)?shù)氐妮椪找约半姵販囟扔兄苯雨P(guān)系，因此，我們對460w的Tiger單面組件進(jìn)行了不同輻照和電池溫度下的開路電壓模擬與測試，綜合結(jié)果如下表所示。

上表中綠色標(biāo)記出來的部分是可以至少安裝29塊的情況。我們根據(jù)環(huán)境溫度和電池溫度的換算公式：

Tcell = Tamb + (1/U) * G_POA* Alpha* (1-efficiency).

公式里U(傳熱系數(shù))=Uc+Uv*Vwind, Uc=系統(tǒng)傳熱系數(shù), Uv=風(fēng)傳熱系數(shù)，Vwind=項目地風(fēng)速，G_POA=當(dāng)?shù)貙嶋H輻照量(直射光+散射光)，Alpha=光吸收率，Efficiency=實際組件效率(考慮陰影遮擋等因素)

以澳洲項目為例，達(dá)到逆變器啟動電壓時，假設(shè)輻照為200W/m2, 環(huán)境溫度在0℃。此時的電池溫度可以根據(jù)公式計算。項目地Uc=29W/m2k, Uv=1.6W/m2k, Alpha=0.9, efficiency=20.71%，計算得到電池溫度為6.28℃。從表中的數(shù)據(jù)可以看到，安裝29片是完全符合要求的。

對于Tiger組件的1500V系統(tǒng)設(shè)計，客戶可以根據(jù)項目地詳細(xì)的輻照、風(fēng)速和溫度等情況來確定每串組件可以接入的組件數(shù)，來最大程度發(fā)揮系統(tǒng)端優(yōu)勢。晶科也會聯(lián)合逆變器廠家來對組串進(jìn)行技術(shù)審核，確保設(shè)計滿足1500V系統(tǒng)安全要求。

2.2 Tiger組件與支架兼容性

Tiger高效組件，可實現(xiàn)主流支架類型兼容，并有效降低支架的成本;目前行業(yè)中主要存在固定支架和跟蹤支架兩種主流類型。

1. 固定支架，具有高度定制型，基本是針對電站項目實際條件進(jìn)行骨架設(shè)計，支架的設(shè)計核心就是迎風(fēng)和積雪的承載面積。而Tiger高效組件，可實現(xiàn)單位面積更高能量密度，和發(fā)電能力;兩者結(jié)合來看，相同發(fā)電量的電站設(shè)計，使用Tiger組件，可大幅度降低組件總面積;而如果組件的總體面積下降，那承載面積也會大幅度下降，所以支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度也可以大幅度下降，從而降低成本;舉例說明，如果100MW項目，采用19.6%左右的普通單晶PERC組件，需要100MW/19.6%=510000平方米;采用20.7%左右的高效Tiger組件，需要100MW/20.7%=483091平方米;降低了5.3%的受風(fēng)和積雪面積，簡化理論模型分析，固定支架的總體用鋼量可以降低5.3%;同時，固定支架因為考慮惡劣氣候，需要設(shè)計承載能力更高，而總體面積的下降，有利于部分項目降低設(shè)計風(fēng)險系數(shù)，從而進(jìn)一步節(jié)約成本;

1. 跟蹤支架，在Tiger設(shè)計之初，就與各主流跟蹤支架廠商進(jìn)行交流，也得到積極效應(yīng)，具備了兼容性來匹配Tiger高效產(chǎn)品;即使Tiger產(chǎn)品的長邊長度較常規(guī)組件略有增加，但還是得益于效率的提升，一樣可以有效降低迎風(fēng)和積雪的承載面積，從而給予各跟蹤支架廠商優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的空間來進(jìn)行成本的下降;舉例說明， 采用單排跟蹤支架，如果安裝常規(guī)405W組件19.78%效率，一排30個，總功率是12.15KW，受風(fēng)和積雪面積需要12.15KW/19.78%=61.4平方米;而如果安裝Tiger465W組件，12.15KW僅需安裝26個就可以實現(xiàn);受風(fēng)和積雪面積需要12.15KW/20.43%=59.5平方米;兩者對比，相同功率可實現(xiàn)面積下降3%，這樣結(jié)構(gòu)設(shè)計的鋼用材也可以得到下降;跟蹤支架會逐漸優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)最優(yōu)匹配;同時，跟蹤支架具備旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)性，可以在高風(fēng)速區(qū)域及時調(diào)整角度，比如放平設(shè)置來降低風(fēng)壓對組件的影響;雪壓也可以通過加大傾斜角度，降低雪在組件表面的積累，從而降低雪載對組件的影響;進(jìn)一步降低組件變大所帶來的成本增加幅度;

3. Tiger組件發(fā)電性能分析

3.1 IAM優(yōu)勢

Tiger組件采用了9BB+圓形焊帶的設(shè)計，細(xì)節(jié)放大圖如下，從側(cè)面照射到焊帶的光線可以被有效反射回電池片上，對早晚太陽角度較偏時的光線充分利用，帶來可觀的發(fā)電增益。而反觀常規(guī)的5BB組件，扁平焊帶無法有效將側(cè)面的光線反射回電池片上，造成發(fā)電量的損失。

下圖是SGS在第三方panfile的測試報告中的IAM數(shù)據(jù)，Tiger組件在不同角度入射光的照射下，表現(xiàn)出了優(yōu)異的發(fā)電性能，早晚大部分光照為斜射光的情況下，優(yōu)勢尤其明顯。

3.2 低輻照優(yōu)勢

Tiger組件采用了優(yōu)化的圓形焊帶，相較于之前的扁平焊帶來說，橫截面積明顯減小。橫截面積的減小，一方面可以減少焊帶對電池片的遮擋，增加電池片受光面積，提升組件功率;另一方面，根據(jù)公式R=ρl/s，(R=電阻，ρ=電阻率，l=焊帶長度，S=焊帶橫截面積)，在焊帶橫截面積降低的情況下，焊帶電阻增加，從而帶來組件的串阻增加如下圖所示。

根據(jù)公式

，組件PR值和組件串聯(lián)電阻Rs成正比。依據(jù)下圖CPVT實測數(shù)據(jù)顯示，低輻照條件下，Tiger 組件PR值高于普通5柵組件，弱光環(huán)境下發(fā)電優(yōu)勢明顯。

針對這兩點優(yōu)勢，我們在晶科海寧研發(fā)中心針對普通5BB以及Tiger 9BB組件做了戶外實證分析，結(jié)果如下表所示。實證結(jié)果顯示，相對于普通的5BB組件，Tiger組件的平均發(fā)電增益在1.57%。從表里可以看出，在9月21日和9月22日這兩天，低輻照環(huán)境下，發(fā)電增益達(dá)到了1.91%和1.72%。

“高能量密度”是未來組件發(fā)展的技術(shù)趨勢，單位面積更高的發(fā)電量無疑會帶來度電成本的持續(xù)下降。

4. Tiger組件應(yīng)用場景

Tiger組件應(yīng)用場景廣泛，由于高功率、高效以及優(yōu)異發(fā)電量特性，Tiger組件適用于大型電站和分銷市場。在大型電站項目中，單面組件效率>20.7%，2020年主流功率465w，高效可以帶來土地面積的大幅節(jié)省，而高功率輸出，在BOS端優(yōu)勢明顯，組串功率的提升，有效節(jié)約支架成本。Tiger雙面組件采用背面透明背板封裝，特別適合沙漠、雪地等高反射地面的電站項目，實現(xiàn)高的背面發(fā)電增益。采用透明背板，同時可實現(xiàn)輕量化，有效節(jié)約BOS成本，進(jìn)一步降低LCOE。

Case 1: 國內(nèi)某南部低輻照地區(qū)項目

我們以國內(nèi)某南部地區(qū)為例，亞熱帶季風(fēng)氣候，屬于三類光照區(qū)，地面為沙地，地面反射率在30%-40%。項目擬定容配比1.2，DC端容量120MW。

此類低輻照地區(qū)如果使用普通的5BB組件，大量的斜射光和散射光無法得到有效利用;從逆變器角度看，如果超配較低的情況下，大部分時間DC端電壓甚至無法達(dá)到逆變器的最佳輸出效率，兩個原因?qū)е掳l(fā)電量偏低，客戶收益率無法保證。如果選用465w的Tiger組件，9主柵的設(shè)計加上組件高串阻的特性在低輻照環(huán)境下可以實現(xiàn)非常小的弱光損失，斜射光和散射光也能夠得到更有效的利用。

在項目設(shè)計上，如果保持土地面積基本相同以及裝機(jī)量相同，Tiger組件可以實現(xiàn)更大的組串間距。雙面配合跟蹤支架的項目里，串間距的增加可以有效提升組件背面的受光量，正面遮擋也會相應(yīng)減少，總發(fā)電量的增加會帶來度電成本的顯著降低。

我們對現(xiàn)在主流的三種組件(Tiger雙面疊焊465w，M6雙面半片440w以及G1雙面半片405w)進(jìn)行了詳細(xì)的項目設(shè)計以及發(fā)電量模擬，結(jié)果如上表1所示。如果采用Tiger雙面組件，保持基本相同的土地面積，組串間距可以適當(dāng)拉大，配合多主柵和疊焊技術(shù)的特性，較158.75半片系列透明背板組件可以提高約2%的PR，背面發(fā)電增益也有0.5%的增加。

Tiger組件所有的技術(shù)升級都是為了從發(fā)電量和BOS兩方面降低度電成本，除去組件成本以外，支架成本和數(shù)量對BOS產(chǎn)生了關(guān)鍵影響，支架成本又和單串組件總功率以及系統(tǒng)組串?dāng)?shù)息息相關(guān)。

單串組件總功率的增加，意味著支架成本的大幅降低。在上述南方地區(qū)120MW的項目中，使用M6大尺寸組件需要9404串，而使用Tiger組件只需要9217串，組串?dāng)?shù)減少了2%。以1P結(jié)構(gòu)的跟蹤支架為例，如果一個支架可以安裝3串組件，在這個項目中，Tiger組件只需要3072組支架，而M6組件則需要3135組支架。結(jié)合主流跟蹤支架用鋼量成本測算，高功率的Tiger組件，可以直接減少約2.6%的支架成本。

不僅是支架，單塊組件功率增大，直流線纜可以減少2.5%，場地平整費用減少4%，如果是在場地面積固定的項目地，還可以拉大雙面組件的組串間距，增大背面發(fā)電增益。

結(jié)合Tiger組件發(fā)電量的優(yōu)勢，上表是針對南部地區(qū)120MW的LCOE分析。EPC，土地和發(fā)電量的多角度優(yōu)勢，使Tiger組件在平價上網(wǎng)的趨勢下，成為了行業(yè)中的標(biāo)桿產(chǎn)品。

在“一帶一路”的戰(zhàn)略框架中，“電力通道建設(shè)”是其中的重要組成部分。“一帶一路”沿線部分國家光照資源豐富，尤其是近年來，東南亞、印度、中東、中亞、非洲等地區(qū)或國家的光伏電站裝機(jī)正出現(xiàn)爆發(fā)性增長的市場前景，無疑給中國的光伏產(chǎn)業(yè)帶來新機(jī)遇。

Case 2: 某“一帶一路”國家200MW光伏項目

該項目地屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候類型，常年光照充足，擬采用單面高功率組件，容配比1:1.05，該項目地處發(fā)達(dá)國家，土地價格便宜，人力成本高。

此類地區(qū)屬于高輻照地區(qū)，陽光充足，基本不需要超配就可以使系統(tǒng)在大部分時間都保持滿發(fā)狀態(tài)，每串組件數(shù)目不用太多，太多會使運行過程中電壓超過逆變器MPPT點的最大電壓值，從而造成很大的系統(tǒng)損耗。這個項目的核心在于單塊組件需要擁有絕對的高功率從而通過降低人工費用來降低度電成本。該項目擬采用單面組件配合1P跟蹤支架，組串間距6m，組件最低點離地高度0.5m，跟蹤支架旋轉(zhuǎn)角度±45°。

Tiger 470w單面組件，在目前市場上主流產(chǎn)品中輸出功率最高，可以最大限度的節(jié)省組件數(shù)量以及支架數(shù)量，從而起到節(jié)省人力成本的目的。低人力成本配合高發(fā)電量，在此類項目中能夠帶來度電成本的顯著降低，內(nèi)部收益率也會有明顯增加。

結(jié)語

從2019年10月份首次亮相澳洲到2020年第一季度末，Tiger已簽單量超過1GW，全球客戶反饋良好，不僅是大型地面項目，分銷市場中Tiger配合N型電池片也頗受市場青睞，在海外分銷市場中，Tiger全黑組件也有大量簽單。晶科相信，Tiger組件所采用的9主柵+疊焊+半片的技術(shù)設(shè)計會逐漸成為行業(yè)主流，契合“高能量密度“的組件發(fā)展趨勢，逐漸為客戶帶來價值。