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详解“9BB+圆焊带”的独特之处

日期:2019-08-06    来源:光伏們

国际太阳能光伏网

2019
08/06
08:53

关键词: 太阳能 可再生能源 太阳能发电 光伏产业

   近年来,光伏行业发展迅速,新的产品类型不断涌现。切半组件技术逐渐发展为标配的同时,多主栅(Multi-busbar,MBB)、叠瓦、小间距、并片等技术也不断崛起。各类技术流最终的目的,都是为了进一步提高组件的功率和发电能力,使得产品效能得以最大化发挥,让客户在最短时间获得投资回报。
  对于MBB技术,其主栅数量到底为多少,行业似乎尚无明确定义。目前看来,从7BB、9BB到12BB、18BB各类都可称为MBB,焊带则多采用圆形或者三角形,如天合光能采用的就是9BB与圆形焊带的组合。
  企业为什么采取特定的多主栅方案,其选择又是否代表了行业主流趋势呢?今天我们就重点具体比较一下, 9BB结合圆形焊带设计,相对传统的5BB与扁平焊带的组合,在组件光电性能方面究竟有哪些差异。
  光学利用率与IAM性能,孰优孰劣?
  在光学利用方面,不同形状的焊带对光的反射效果不同。
  通过对比平焊带、圆焊带光路图,可以发现差异原理所在:
  假设光线从垂直于电池片主栅的平面内入射,图1是5BB矩形焊带的光路图,根据菲涅尔定律,光线照射到矩形焊带侧面的光线①⑤可以反射回电池片,射到矩形平面上的光线②③④不管入射角大小,都最终又反射回空气;当光线斜入射时,焊带还会有阴影,焊带越高,阴影越大,假设焊带高度为h,光线从空气入射到玻璃的入射角是入射角为θ1,折射角为θ2,则阴影宽度为h*tanθ2。
  圆形焊带的光路图2显示,当光线入射时,焊带蓝色区域的光线会反射回空气,黑色区域的光线经过焊带反射到玻璃上,根据折射定律,这部分光线会经玻璃再反射回电池片上,而绿色区域光线经过焊带直接反射到电池片上,同时经过计算发现,不管什么角度光线入射时,都存在这样三块区域,且角度关系符合下述公式,光线从空气入射到玻璃的入射角是入射角为θ1,折射角为θ2,蓝色区域:α1+α2=42?,α1=(42-θ2)/2;黑色区域:β1=β2=24?;绿色区域:γ1+γ2=90?,γ1=66?-α1,γ2=66?-α2。随着入射角变大,图中的灰色区域,焊带带来的阴影遮挡也逐渐变宽=d/cosθ2。
  总结来说,光线照射到矩形平焊带上几乎完全不可利用,而照射到圆形焊带上利用率则相较有大幅度提高。通过比较典型的5BB 1mm*0.25mm和9BB 0.35mm焊带,我们也发现,9BB圆形焊带比传统5BB平焊带可减少30%以上的焊带区域直接遮光面积。由于焊带的反射效应,间接光学利用率可提升至50%以上,使得MBB组件光学性能提升约2%以上,组件功率可增益7.5~10W。
  此外,我们还对比了两种焊带在不同入射角的光学利用率情况(光学利用率=1-焊带等效遮光面积/电池片面积),结果如图3所示,9BB在各个角度下都有较高的光线利用(阴影的影响也计算在内)。虽然光线斜入射时焊带存在阴影遮挡,但实际上两种焊带高度差仅为0.1mm,同时由于圆焊带的反射效应,阴影影响的差异极小。
  图3  焊带光学利用率比较
  假设电池片所处的其它封装条件相同,我们还可以此衡量焊带变化对组件的IAM影响(τ(θ ) = Isc(θ )/(cos (θ ) Isc(0)))。电流与光线利用率成正比,不同角度下τ(θ )是相对垂直入射(0?)时的系数,因此两种组件的IAM差异实际很小,基本可以认为是持平的,图4显示的第三方实际测试两者的差值,也同样证实了这一结论。
  图4  第三方测试的IAM绝对值差异
  综合看来,圆焊带既提高了光学利用率,又保持了较好的IAM性能,是MBB组件提效和保持优异发电能力的保障。
  MBB焊带等效电阻(Rs)更低?
  有观点认为多主栅技术是通过降低电阻损耗(Rs)来提高功率的,那么5BB矩形焊带与MBB圆形焊带相比,谁的电阻损耗更低呢?针对主流厂商的焊带尺寸,比较典型的是5BB 1mm*0.25mm和9BB 0.35mm焊带,经过理论计算和实测结果显示,9BB 比5BB焊带导致的Rs是上升的,9BB的弱光性能优于5BB半片。
  我们通过模拟计算进行了对比:采用158.75mm电池片,电流9.7A的72片切半组件为计算基础, 根据光学利用率按比例修正不同焊带组件的电流后,得到了5BB 1mm*0.25mm矩形焊带和9BB 0.35mm圆焊带的焊带电阻损耗对比。结果显示,5BB切半组件焊带电阻损耗为2.9W,9BB半片组件焊带电阻损耗为4.3W。
  图5 不同焊带功率损耗
  切半组件一般采用两并三串的形式,流往线盒的总电流与整片组件相同,根据电路基本并联理论,切半叠加并联后的焊带的串联电阻都降低为整片的1/4,因此,如图6所示,采用切半技术之后,焊带尺寸变化所带来的串联电阻变化,远没有切半与整片的差异大,5BB整片组件比切半组件串联电阻高0.1Ω左右,9BB切半组件比整片组件降低了0.133Ω,而9BB切半组件0.35mm比5BB 1mm*0.25mm切半组件互联条等效串联电阻要高0.013Ω。我们知道串联电阻会影响组件弱光性能,因此9BB切半的弱光性能也是优于5BB切半组件。
  图6 不同焊带等效串联电阻
  此外,下表显示了不同辐照度下功率系数实测数据,9BB半片组件的200W/m2下的PR值比5BB半片组件高0.36%,和理论分析趋势一致。
  
  实际上,对比MBB和5BB,焊带Rs的高低取决于栅线数量及焊带尺寸的选择。电阻与长度成正比,与截面积成反比,假设5BB采用更细的焊带,焊带Rs会上升;MBB采用更多的主栅或者更粗的焊带,那么Rs会降低,那么比较的结果又会不同。
  综上,与5BB切半组件相比,9BB切半组件功率的提升主要来自于组件光学利用率的提高,同时又具备更好的组件弱光性能,带来更好的发电能力。据天合光能此前公开的实证数据显示,量产的9BB半片组件相比5BB半片组件单瓦发电能力相对提升了0.46%,表现出相对更优的发电性能。

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