未來大尺寸組件方案

在科技的發(fā)展道路上，離不開能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽能的使用。硅片尺寸的增大已經(jīng)成為光伏行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在制造端，大尺寸硅片可以提升硅片、電池和組件的產(chǎn)出量，從而降低每瓦生產(chǎn)成本;在產(chǎn)品端，大尺寸硅片能有效提升組件功率，通過優(yōu)化電池和組件的設(shè)計(jì)提高組件效率;在系統(tǒng)端，隨著單片組件的功率和效率提升，大尺寸硅片可以減少支架、匯流箱、電纜、土地等成本，從而攤薄單瓦系統(tǒng)成本。

理論測(cè)算得出，相較目前市場(chǎng)主流組件，采用210mm尺寸硅片的組件(下稱210組件)的單瓦系統(tǒng)成本下降空間將達(dá)到0.1元以上，使得應(yīng)用210組件的電站更具投資價(jià)值。

那么， 210組件較156和166組件在設(shè)計(jì)上有什么不同以及都有哪些優(yōu)勢(shì)?天天就此咨詢了在多主柵(MBB)、雙玻等核心主流技術(shù)領(lǐng)域的元老級(jí)人物——天合光能研發(fā)技術(shù)專家合博士。

天 天：應(yīng)用210mm尺寸電池的組件在設(shè)計(jì)上和156mm、166mm等尺寸會(huì)有什么不同?

合博士：自2017年以來，針對(duì)156mm到166mm的各類電池尺寸，行業(yè)普遍采用的是切半技術(shù)，而210mm的尺寸面積相對(duì)特殊，對(duì)組件技術(shù)提出了更高的要求。自2019年8月，天合光能研發(fā)團(tuán)隊(duì)便投入研發(fā)210組件，經(jīng)過多維度模擬與分析，我們發(fā)現(xiàn)，針對(duì)210組件，三分片結(jié)合多主柵(MBB)技術(shù)將會(huì)是未來三到五年更優(yōu)選的組件技術(shù)解決方案。

天 天：天合推薦采用三分片設(shè)計(jì)210組件的依據(jù)是什么?

合博士：從功率和效率角度來看，基于行業(yè)主流的多主柵技術(shù)，天合光能研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同主柵數(shù)量結(jié)合主流規(guī)格圓形焊帶、不同分片數(shù)量進(jìn)行功率模擬。其中50片210*210mmPERC單晶電池，按PERC電池2020年底的預(yù)測(cè)效率進(jìn)行測(cè)算。通過下方的預(yù)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，二分片切半方案由于串阻提升，限制了210的輸出功率;四分片和五分片的功率相對(duì)三分片略有提升，但隨著分片數(shù)量的增加，組件相關(guān)制程難度將隨之大大提高，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品良率將產(chǎn)生較大影響。而三分片采用9BB~14BB的設(shè)計(jì)組件功率差異在2W之內(nèi)，典型的電池設(shè)計(jì)如下圖2所示。

圖1 不同主柵數(shù)量下各切片形態(tài)組件的功率預(yù)測(cè)

天 天：選擇多主柵MBB設(shè)計(jì)的210組件有什么優(yōu)勢(shì)?

合博士：首先，多主柵技術(shù)的降低功率損耗的優(yōu)勢(shì)顯而易見，210尺寸的電池，若使用常規(guī)的5BB技術(shù)，電流在電池中橫向流動(dòng)的電阻損耗和互聯(lián)條電阻損耗損耗將大幅增加，若采用多主柵MBB設(shè)計(jì)，則明顯縮短了電流傳輸至主柵線的路徑，電池的整體電阻值降低且分布更加均勻，組件層面在每根互聯(lián)條焊帶上流過的電流也會(huì)相應(yīng)降低，從而減少焊帶上的阻抗損失。其次，多主柵擁有更多的電流搜集路徑，使得組件的抗隱裂能力顯著增強(qiáng)。此外，從光學(xué)方面，多主柵技術(shù)采用圓形焊帶，在焊帶遮擋區(qū)域各個(gè)角度下的光學(xué)利用率均達(dá)到75%左右，使得210組件在實(shí)現(xiàn)高功率的同時(shí)，能夠獲得更高的單瓦實(shí)際發(fā)電能力。

天 天：從組件整體版型設(shè)計(jì)看，天合推薦的多主柵加三分片組合有什么優(yōu)勢(shì)?

合博士：從組件版型設(shè)計(jì)角度對(duì)比，為有效實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)，旁路二極管數(shù)量將有顯著差異，其中二分片切半純串聯(lián)的方案以及四分片的方案需要布置5個(gè)二極管，增大了制程難度和組件版型的寬度;而傳統(tǒng)切半串并聯(lián)的設(shè)計(jì)及三分片均采用3個(gè)二極管，制造難度相對(duì)較低;五分片設(shè)計(jì)類似當(dāng)前市場(chǎng)主流的疊瓦組件版型，采用2個(gè)二極管，單個(gè)二極管保護(hù)的電池?cái)?shù)量增加。

天 天：隨著電池尺寸的增加，組件的抗熱斑性能是否將迎來新的挑戰(zhàn)?

合博士：從熱斑風(fēng)險(xiǎn)角度考慮，發(fā)生熱斑的風(fēng)險(xiǎn)既取決于反偏時(shí)電池承受的反偏電壓，又與熱斑電池產(chǎn)生的正向電流及漏電流密度分布相關(guān)。對(duì)于多分片的小片電池，如典型的疊瓦組件，二極管的單串并聯(lián)電池?cái)?shù)量達(dá)到了34片，實(shí)際戶外工作狀態(tài)良好。因此，對(duì)于多分片組件，只要有效限制分片過程產(chǎn)生漏電流中心，同時(shí)考慮到安全系數(shù)，則當(dāng)二極管并聯(lián)電池片數(shù)小于等于30時(shí)，組件發(fā)生熱斑的風(fēng)險(xiǎn)極低。

天 天：210組件的電流輸出性能對(duì)接線盒和終端逆變器會(huì)帶來什么風(fēng)險(xiǎn)?該如何應(yīng)對(duì)?

合博士：從接線盒的安全性能考慮，組件及系統(tǒng)均傾向于低電流設(shè)計(jì)，可以降低旁路二極管導(dǎo)通或短路時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于電流超出主流158.75mm及166mm組件過多的組件，安全風(fēng)險(xiǎn)將呈指數(shù)級(jí)增加。若要解決這些風(fēng)險(xiǎn)，一方面可以通過增加接線盒及系統(tǒng)端電纜線的數(shù)量，但增加的成本很高，這與平價(jià)趨勢(shì)背道而馳。但若是采用三分片設(shè)計(jì)的210組件，其輸出電流與主流相比，增加的比例能夠控制在15%左右，因此只要對(duì)接線盒的設(shè)計(jì)稍作優(yōu)化，就可保證接線盒高可靠的使用性能。

合博士：從直流端輸入電流的限制角度考慮，利用逆變器輸入的余量，當(dāng)前組件最大輸出電流應(yīng)控制在15A以內(nèi)，對(duì)于單面Isc的電流限制也應(yīng)該在12.5A左右。同時(shí)，隨著電池組件提效加速，逆變器廠家也會(huì)相應(yīng)提升直流端輸入的電流限制。

綜合以上分析，天合光能研發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為三分片結(jié)合多主柵技術(shù)能夠幫助210組件實(shí)現(xiàn)更高的功率，同時(shí)具備較低的制程風(fēng)險(xiǎn)和?斑風(fēng)險(xiǎn)，接線盒安全性高，且不存在逆變器限流發(fā)電量損失的風(fēng)險(xiǎn)，將會(huì)是210組件未來三到五年內(nèi)的優(yōu)選技術(shù)解決方案。目前太陽能還未能更好被人類利用，需要科研人員不斷努力，研究出更高效地產(chǎn)品，這樣才能保證我們?nèi)祟惖哪茉磯蛉祟惏l(fā)展所需。