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未来大尺寸组件的最优技术方案?听听研发“元老”怎么看

   日期:2020-01-14     来源:天合光能    浏览:2077    评论:0    
硅片尺寸的增大已经成为光伏行业发展的必然趋势。在制造端,大尺寸硅片可以提升硅片、电池和组件的产出量,从而降低每瓦生产成本;在产品端,大尺寸硅片能有效提升组件功率,通过优化电池和组件的设计提高组件效率;在系统端,随着单片组件的功率和效率提升,大尺寸硅片可以减少支架、汇流箱、电缆、土地等成本,从而摊薄单瓦系统成本。

理论测算得出,相较目前市场主流组件,采用210mm尺寸硅片的组件(下称210组件)的单瓦系统成本下降空间将达到0.1元以上,使得应用210组件的电站更具投资价值。

那么, 210组件较156和166组件在设计上有什么不同以及都有哪些优势?天天就此咨询了在多主栅(MBB)、双玻等核心主流技术领域的元老级人物——天合光能研发技术专家合博士。

天天:应用210mm尺寸电池的组件在设计上和156mm、166mm等尺寸会有什么不同?

合博士:自2017年以来,针对156mm到166mm的各类电池尺寸,行业普遍采用的是切半技术,而210mm的尺寸面积相对特殊,对组件技术提出了更高的要求。自2019年8月,天合光能研发团队便投入研发210组件,经过多维度模拟与分析,我们发现,针对210组件,三分片结合多主栅(MBB)技术将会是未来三到五年更优选的组件技术解决方案。

天天:天合推荐采用三分片设计210组件的依据是什么?

合博士:从功率和效率角度来看,基于行业主流的多主栅技术,天合光能研发团队针对不同主栅数量结合主流规格圆形焊带、不同分片数量进行功率模拟。其中50片210*210mmPERC单晶电池,按PERC电池2020年底的预测效率进行测算。通过下方的预测可以发现,二分片切半方案由于串阻提升,限制了210的输出功率;四分片和五分片的功率相对三分片略有提升,但随着分片数量的增加,组件相关制程难度将随之大大提高,同时对产品良率将产生较大影响。而三分片采用9BB~14BB的设计组件功率差异在2W之内,典型的电池设计如下图2所示。

图1 不同主栅数量下各切片形态组件的功率预测
 
图2 典型的三分片MBB(9BB-14BB) 210电池设计

天天:选择多主栅MBB设计的210组件有什么优势?

合博士:首先,多主栅技术的降低功率损耗的优势显而易见,210尺寸的电池,若使用常规的5BB技术,电流在电池中横向流动的电阻损耗和互联条电阻损耗损耗将大幅增加,若采用多主栅MBB设计,则明显缩短了电流传输至主栅线的路径,电池的整体电阻值降低且分布更加均匀,组件层面在每根互联条焊带上流过的电流也会相应降低,从而减少焊带上的阻抗损失。其次,多主栅拥有更多的电流搜集路径,使得组件的抗隐裂能力显著增强。此外,从光学方面,多主栅技术采用圆形焊带,在焊带遮挡区域各个角度下的光学利用率均达到75%左右,使得210组件在实现高功率的同时,能够获得更高的单瓦实际发电能力。

天天:从组件整体版型设计看,天合推荐的多主栅加三分片组合有什么优势?


合博士:从组件版型设计角度对比,为有效实现电路保护,旁路二极管数量将有显著差异,其中二分片切半纯串联的方案以及四分片的方案需要布置5个二极管,增大了制程难度和组件版型的宽度;而传统切半串并联的设计及三分片均采用3个二极管,制造难度相对较低;五分片设计类似当前市场主流的叠瓦组件版型,采用2个二极管,单个二极管保护的电池数量增加。

天天:随着电池尺寸的增加,组件的抗热斑性能是否将迎来新的挑战?

合博士:从热斑风险角度考虑,发生热斑的风险既取决于反偏时电池承受的反偏电压,又与热斑电池产生的正向电流及漏电流密度分布相关。对于多分片的小片电池,如典型的叠瓦组件,二极管的单串并联电池数量达到了34片,实际户外工作状态良好。因此,对于多分片组件,只要有效限制分片过程产生漏电流中心,同时考虑到安全系数,则当二极管并联电池片数小于等于30时,组件发生热斑的风险极低。

天天:210组件的电流输出性能对接线盒和终端逆变器会带来什么风险?该如何应对?

合博士:从接线盒的安全性能考虑,组件及系统均倾向于低电流设计,可以降低旁路二极管导通或短路时的安全风险。对于电流超出主流158.75mm及166mm组件过多的组件,安全风险将呈指数级增加。若要解决这些风险,一方面可以通过增加接线盒及系统端电缆线的数量,但增加的成本很高,这与平价趋势背道而驰。但若是采用三分片设计的210组件,其输出电流与主流相比,增加的比例能够控制在15%左右,因此只要对接线盒的设计稍作优化,就可保证接线盒高可靠的使用性能。

从直流端输入电流的限制角度考虑,利用逆变器输入的余量,当前组件最大输出电流应控制在15A以内,对于单面Isc的电流限制也应该在12.5A左右。同时,随着电池组件提效加速,逆变器厂家也会相应提升直流端输入的电流限制。

综合以上分析,天合光能研发团队认为三分片结合多主栅技术能够帮助210组件实现更高的功率,同时具备较低的制程风险和熱斑风险,接线盒安全性高,且不存在逆变器限流发电量损失的风险,将会是210组件未来三到五年内的优选技术解决方案。
 
 

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