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林洋多主栅光伏电池技术助力光伏平价上网

国际太阳能光伏网  来源:林洋新能源  日期:2018-10-12

光伏行业正处于发展阶段,光伏组件及系统的成本持续下降并逐渐逼近传统能源发电成本,从硅料到组件及配套部件均将面临快速降价的市场压力,促使太阳能电池组件将不断向低成本方向发展,光伏市场应用也将呈现宽领域、多样化的趋势。

降低成本的途径主要有两方面:

➥ (1)提升光伏组件性能,包括提升电池组件效率、系统发电量、组件可靠性。

➥ (2)降低生产成本。

太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。其中金属化是太阳能电池生产工序中一个关键步骤,光生载流子必须通过金属化形成的导电电极才能获得有效收集,但是太阳能电池金属化对电池组件的光学和电学性能产生直接影响:

➤ 光学性能影响,电池金属化覆盖在电池片表面,对电池片造成一定面积的光线遮挡,这直接影响太阳能电池和组件的短路电流。

➤ 电学性能影响,为了形成良好的接触以及兼顾可焊接性,晶硅太阳能电池一般印刷银浆或掺铝银浆,电池金属化主要从金属细栅网格、半导体-金属接触电阻和二极管电阻几方面影响电学性能,组件端主要受焊带有效串联电阻影响。

所以,为了提升电池组件效率,应优化电池金属化电极以尽量减少遮挡和阻抗损失,而多主栅技术便是其中的有效途径。

电池片多主栅技术具有以下显著优势:

➥(1)缩短了电池片主栅之间的细栅长度,有效降低了细栅电阻,因此细栅宽度可以更窄。多主栅设计,主栅线数增多,明显减少光生电流传输至主栅线的路径(如图1所示),一般规格为156*156mm的5BB电池片电流的最大有效传输路径长度约15.6mm,相应12BB电池片的最大有效传输路径约3.5mm,下降75%以上。电流在细栅上的路径越短,消耗的功率就越小,相应组件整体功率输出就越高,同时可有效降低组件工作温度,提升光伏组件NOCT表现,组件长期发电性能好。另外,综合考虑效率和成本,细栅宽度和数量可进一步降低,达到降低银浆耗量同时也减小细栅遮挡面积的效果。

图1.12BB和5BB电池细栅上电流有效传输路径

➥(2)电池片主栅数量增加,电池片上电阻和电流分布更加均匀(如图2所示)。颜色越亮区域表示电阻值越高,颜色越暗的区域表示电阻值越低,可以看出主栅数越多,电阻值分布越低且越均匀,在每个主栅和焊带上流过的电流也会相应越低,从而降低焊带上的阻抗损失,同时主栅宽度设计可以更窄。同时,在组件端,相比传统5BB组件扁平焊带使用量,12BB组件亦可减少焊带总量的使用,从而进一步减少银浆、焊带耗量和电池片遮挡。

图2.电池片上串联电阻分布情况

➥(3)银浆消耗量的降低能显著降低成本。由于细栅和主栅优化,整体银浆耗量下降,12BB相比5BB银浆耗量至少可节省30%以上,而电池片银浆成本占非硅成本的50%以上,从而大大降低电池片及组件的生产成本。对于双面电池,多主栅电池组件银浆节省量更加显著。

➥(4)组件可靠性提升。相同情况的隐裂、断栅,多主栅电池片的影响面积比5BB电池小,即多主栅对电池片隐裂、断栅、破裂等容忍度更高,在组件的持续工作当中造成的损失更小(如图3所示)。同时,焊接后焊带在电池片上的分布更为均匀,换言之对电池片的作用力分布更均匀,分散了电池片封装应力,从而提升电池片的机械性能,进而提升组件可靠性能。

图3.电池片破裂区域影响

➥(5)多主栅组件设计中,由于单根焊带变细,一般选用圆形焊带进行电池片连接,相对与扁平型常规焊带,圆形焊带更能体现光学上的优势。圆线焊带,有三个重要的区域(如图4所示):

在区域(a)中,光束可以直接反射到电池片表面,因此,有效阴影面积减少到实际焊带遮挡面积的约70%;

在区域(b)中,从导线反射的光线反射到玻璃与空气界面上,空气对玻璃的折射率为1.5,在界面上形成全反射后回到电池片表面,焊带有效遮阳面积降低为36%;

在区域(c)中,反射的光线再次回到玻璃表面,此部分光线入射角小于全反射角度,因此光束被分成反射部分和透射部分,反射部分形成二次吸收,可进一步减少导线的有效阴影遮挡。有效遮挡面积下降,电池组件短路电流升高,而常规扁平焊带无此优势。

图4.焊带结构光路示意图

综合以上多主栅技术优势,电池片主栅数目增加,降低了串联电阻,同时更细更窄的细栅和主栅设计有效降低了金属遮挡面积,使得电池片效率可提升0.3%~0.5%,组件端圆形焊带的使用,降低电池片的有效遮挡面积的同时增加入射光的二次吸收,结合多主栅电池片优势,组件功率可提升5~8W。

林洋光伏作为国内领先的N型高效电池和组件的开发及生产商,已掌握具有自主知识产权的多主栅电池组件生产技术,在提效和降本的双重优势下,60片N型多主栅组件正面功率可达到310W以上,同时结合双面发电特性,可提供额外10%~30%的背面发电增益,进一步提升系统发电量、提高项目投资回报率,进而降低度电成本,以早日实现光伏平价上网

作者:林洋光伏 陈章洋

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