高效组件中的多主栅技术及发展方向

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高效组件中的多主栅技术及发展方向光伏材料与技术国家重点实验室 2018年 8月 2日常州倪健雄目录  多主栅技术发展趋势  多主栅组件功率优化  多主栅半片组件功率优化  多主栅组件产品优势光学学增益多主栅圆形焊带可减少遮光面积，将光有效反射到电池上，提高组件短路电流，焊带区域光学利用率由 5以下提高到 40 以上。多主栅技术发展趋势多主栅技术原理主栅线宽度更细，间距更窄，可缩短细栅线电流传输距离；半片电池通过串联或并联连接封装成的组件，进而降低电阻损耗；电池片间隙面积增加，最终组件功率可提升 10w以上。电学增益常规电池多主栅电池多主栅半片电池主栅线总面积不变，不同主栅数量模拟理论模拟保持主栅线总面积不变，模拟不同栅线数量电参数，随着栅线数量增加，电池片串联电阻逐渐降低。保持主栅线总面积不变随着栅线数量增加，电池片功率在 3栅 -10栅区间变化较大，＞ 10栅时功率增幅缓慢。多主栅组件功率优化电池效率提升 -理论计算电池类型 VocV IscA η（） VmV ImA Ｆ F（） 4BB 0.635 8.992 18.646 0.537 8.513 80.1 5BB 0.635 9.013 18.729 0.538 8.535 80.2 12BB 0.6355 9.206 19.177 0.539 8.721 80.4 理论模拟计算，随着电池主栅线数目的增加，电池效率增加。多主栅（ 12BB）电池比比常规五栅电池效率提升 0.448, 推算 60片组件功率（电学）提升 4W。组件功率提升 -理论计算组件类型 VmV ImA PmpW VocV IscA Ｆ F（） 4BB 31.122 8.745 272.151 38.130 9.273 77.0 5BB 31.203 8.736 272.603 38.127 9.260 77.2 12BB 32.002 8.770 280.647 38.129 9.269 79.4 经过理论模拟计算，随着电池主栅线数目的增加，组件功率增加。多主栅（ 12BB）组件比常规五栅电池功率提升 8.044W。理论模拟 -P型多晶多主栅组件功率优化组件规格 Voc V Isc A Pmax W Vm V Im A Ｆ F（） 5BB 37.985 9.360 272.028 30.717 8.856 76.51 12BB 38.161 9.476 280.201 31.199 8.981 77.49 组件功率增益 8.173 对比相同片源相同效率下多晶五栅和多晶十二栅组件，十二栅组件功率增益为 8.173w，理论计算多主栅（ 12BB）组件比常规五栅电池效率提升 8.044W，生产值与模拟值相差不大。实际验证 -P型多晶多主栅组件功率优化电池效率提升 -理论计算组件功率提升 -理论计算理论模拟 -N型单晶多主栅组件功率优化电池类型 Voc （ V） Isc （ A） Cell Eff. （） Vmp （ V） Imp （ A） FF （） 5BB 0.655 9.732 21.50 0.567 9.268 82.47 12BB 0.657 9.772 22.00 0.574 9.360 83.72 经过理论模拟计算，电池主栅线数目增加，电池效率增加。 N型单晶多主栅（ 12BB）电池比五栅电池效率提升 0.5。组件类型 Voc （ V） Isc （ A） Pmp （） Vmp （ V） Imp （ A） FF （） 5BB 39.698 9.319 299.232 33.673 8.886 80.88 12BB 39.719 9.441 310.090 34.378 9.012 83.76 经过理论模拟计算，电池主栅线数目增加，组件功率提升。 N型单晶多主栅（ 12BB）组件比五栅电池组件功率提升 10.858W。多主栅组件功率优化  从与五栅的实验对比结果看十二栅设计能提升电池的 Uoc和 Jsc，其中 FF提升最为显著。电池平均转换效率相对提升 0.5，绝对值达到 22。电池类型 Voc （ V） Isc （ A） FF（） Cell Eff. （） 5BB 0.655 9.704 82.64 21.50 12BB 0.657 9.791 83.59 22.01 实际验证 - N型单晶  英利十二栅设计，通过细栅宽度及丝网参数优化，降低了 30的浆料耗量，有效降低电池成本 . 组件规格 VocV IscA MpmaxW VpmV IpmA FF（） 5栅 39.7 9.445 302.055 33.0 9.17 80.7 12栅 40.0 9.596 312.062 33.4 9.29 81.3 组件功率增益 10.007 对比相同片源相同效率下 N型单晶五栅和十二栅组件，十二栅组件功率增益为 10.007W，理论计算多主栅（ 12BB）组件比常规五栅电池效率提升 10.795W，生产值与模拟值相当实际验证 - N型单晶多主栅组件功率优化  对于多主栅组件功率，主栅数量与使用的圆形焊丝的直径，存在一个平衡点，主栅数量增加，焊丝直径越小，越有利于组件功率提升；  采用十二栅设计，可以获得更优的组件功率输出。274 275 276 277 278 279 280 281 282 150 250 350 450 550 60 cell module power （ W） Wire height μm 7BB 8BB 9BB 12BB 15BB 18BB 20BB 22BB 改变圆形焊丝直径，不同主栅数量组件模拟多主栅组件功率优化  模拟影响因素 246.00 268.14 275.21 277.77 278.58 278.84 278.26 240 250 260 270 280 290 100 200 300 400 500 600 700 800 900 60 cell module power （ W） Ribbon width （ μm） 7BB 三角焊带组件功率不同边长模拟  对于多主栅三角焊带组件功率，三角底角在 65°左右光学增益最佳；  采用 7BB三角焊带组件设计，三角焊带边长在 600微米左右后功率增益不明显。改变三角焊带底角和边长，固定主栅数量组件模拟多主栅组件功率优化  模拟影响因素 262.3 266.5 269.4 268.4 274.2 275.8 277.1 278.4 277.8 276.9 260 265 270 275 280 285 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 60 cel l module pow er W ω° 7BB三角焊带不同底角组件功率  常规焊带 5栅组件和三角焊带 7栅组件，半片比整片组件功率提升 6W以上，模拟中忽略了半片电池的切割损伤造成的效率损耗。  对于 12栅半片电池组件，与其对应的整片电池组件类似的，存在一个焊带直径的最优值，且半片组件焊带的最优值低于整片组件的。多主栅半片组件功率优化  理论模拟 Vmp V Imp A Voc V Isc A FF Power W Cell Rstotal Power gainW 5BB 常规焊带整片 31.587 8.625 38.165 9.158 0.779 272.44 0.4121 6.48 半片 32.101 8.689 38.174 9.207 0.794 278.92 0.1395 7BB 三角焊带整片 31.528 8.782 38.195 9.326 0.777 276.90 0.214 6.84 半片 32.129 4.416 38.200 4.678 0.794 283.74 0.130 12BB 圆形焊带整片 32.215 8.736 38.182 9.254 0.796 281.42 0.0836 3.07 半片 32.316 4.402 38.194 4.661 0.799 284.49 0.0330 276 278 280 282 284 286 288 0 200 400 60060 ce ll module pow er（ W ） Wire height（ μm） 12BB half cell module with different wire dimension 测试次数 IscA VocV PmW IpmA VpmV FF 七栅半片三角焊带（正面三角焊带边长 0.6mm；背面平焊带 0.2mm*2.0mm） S1-1 9.612 37.95 288.775 9.056 31.893 79.16 S1-2 9.607 38.002 288.732 9.021 32.012 79.09 S1-3 9.618 38.003 289.041 9.042 31.972 79.08 平均 9.612 37.985 288.849 9.040 31.959 79.11 七栅整片平焊带（正面平焊带 0.25mm*0.6mm；背面平焊带 0.2mm*2.0mm） S2-1 9.405 37.885 273.878 8.884 30.833 76.86 S2-2 9.427 37.866 274.508 8.868 30.959 76.9 S2-3 9.423 37.907 274.047 8.878 30.876 76.72 平均 9.418 37.886 274.144 8.877 30.889 76.83 7BB平焊带 VS 5BB平焊带软件模拟焊带 EVA Vmp V Imp A Voc V Isc A FF power W 5BB平焊带 0.25mm*1.0mm 常规 EVA 31.578 8.640 38.168 9.174 0.779 272.838 7BB平焊带 0.25mm*0.6mm 加厚 EVA 31.492 8.665 38.173 9.203 0.777 272.887 多主栅半片组件功率优化  实际验证降低隐裂断栅风险常规电池多主栅电池多主栅组件产品优势产品优势户外检测，半片电池组件比常规整片工作温度低 0.5℃-1℃。相同遮挡条件下，半片电池组件热斑温度低 20℃。遮挡损失减小组件电路串并联设计，电压与电流输出与整片几乎一致，并且在遮挡情况下具有更低的发电量损失。更低 NMOT和热斑风险  通过模拟组件 IAM，对比几种不同类型焊带组件，在理想几何模型下， 12BB组件的光生电流在较大角度范围内均高于常规 5BB组件，两者的 IAM值曲线相近；  七主栅电池组件，由于应用三角焊带，入射光在某一特定角度时，光学增益效果明显降低，造成 IAM曲线在此角度的突变。组件 IAM值模拟多主栅产品优势 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80IAM （ Inc iden t an gle mod ifier ） Zenith angle° 5BB 12BB 7BB 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 Jgen mA/ cm 2 Zenith angle° 5BB 12BB 7BB 32 37 0 5 10 15 20 25 30 35 纵向安装 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 IAM （ Inc ident ang le modi fie r） Zenith angle° 5BB 7BB 12BB  通过模拟组件 IAM，对比几种不同类型焊带组件，在理想几何模型下， 12BB和 7BB三角组件的光生电流在较大角度范围内均高于常规 5BB组件，三者的 IAM值曲线相近；多主栅产品优势组件 IAM值模拟横向安装 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 Jgen mA /cm2 Zenith angle° 5BB 7BB 12BB 32 37 0 20 5BB 12BB 水平及斜面总辐射量带来的增益阴影或入射角导致的光学损失方阵由辐照度、温度、组件品质带来的损失方阵由初始光衰减、组件失配、线损带来的损失方阵由逆变器带来的损失发电量增益 0.5 多主栅产品优势高发电量 7BBTriangle 总结多主栅组件技术路线相比五栅电池组件，多晶 12栅组件功率提升 2.96， N型单晶 12栅组件功率 3.3； 多主栅半片设计，优选焊带尺寸、主栅数量等，多主栅半片组件功率相对于五栅电池组件提升 5.3以上； 多主栅 /半片光伏组件具有更高的产品可靠性，可降低隐裂、断栅风险。 模拟不同多主栅组件设计在户外表现，圆形焊带多主栅组件与常规组件无论是横向还是竖向安装 IAM表现相当，只有 7BB三角焊带在 50°角度方向 IAM表现稍差，但是整体模拟发电量结果差异很小。谢谢