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太阳能晶硅组件功率损耗分析及材料改善


太阳能晶硅组件功率损耗分析及材料改善
摘要 对于太阳能企业来说,降低功率损耗是降低运营成本、提高单位面积组件 功率转换效率、 提升客户满意度的重要筹码。本文主要研究太阳能晶硅组件的功 率损耗因子及材料改善,从汇流条、互联条等连接材料和玻璃、EVA 等封装材料 进行分析。 关键词 功率 功率损失 投入产出比 一、引言: 晶体硅太阳电池经封装后, 通常组件的功率会小于所有电

池片的标称功率之 和。这个差值,就称为组件封装功率损失,计算方法为:封装损失=(理论功率 -实际功率) /理论功率。 如何降低功率损失, 是优化组件制造工艺的重要内容。 导致组件封装损失的因素有电学损失、光学损失等,具体如下: (1)串联电阻损耗:汇流条或互联条电阻、焊接不良电阻(虚焊)、焊带 与电极之间的接触电阻、浆料等损耗; (2)光学损耗:焊带遮光、玻璃和 EVA 等封装材料引起的光反射和吸收损 失; (3)组件内电流混档损耗:电池片电流档不一致引起的电流失配损耗等; (4)热损耗:组件工作时温度升高引起的输出功率下降; (5)电池片和组件测试标准差异; 二、连接材料的功率损耗分析及改善: 通常太阳能电池串通过汇流条及互联条(一般为镀锡铜带)串联连接,电池 片产生的电流经连接材料,部分电能将转换为热能损耗。根据公式 P=I?R 可知, 降低电池片输出电流 Ipm(提高电池片工作电压 Vpm),或降低连接材料电阻将 可减少这方面的热损耗。 (1)连接材料--汇流条 汇流条功率损耗的改善可通过增加材料截面积、降低整体电阻来实现。我们 选取了同一汇流条厂家 9 种不同宽度和厚度的汇流条进行比较分析, 如表一所示。 每种规格汇流条截取 1 米测量电阻(用同惠 TH2512B 低电阻测试仪测量)。从表 一可以看出,当汇流条宽度不变、厚度增加,如规格 5mm*0.22mm 和规格 5mm*0.35mm,其电阻分别为 18.55 mΩ /m 和 11.30 mΩ /m,电阻减少约 38%。当 汇流条厚度不变、宽度增加,如规格 5mm*0.3mm 和规格 7mm*0.3mm,其电阻分别

为 13.79 mΩ /m 和 9.85 mΩ /m,电阻减少约 29%。因此,增加厚度或宽度可明显 降低电阻。 电阻减少,可降低功率损耗。从理论上分析,若汇流条规格从 5mm*0.22mm 调整为 8mm*0.35mm,如表一,线电阻减少 11.16 mΩ /m。根据 P=I?R 折算,功率 可提升约 1.04W(如表一,电流取 8.18A,组件内折合汇流条长度取 1.394m)。 实验方面,用这两种规格汇流条同时生产 200 块组件,相同电池效率档、相同测 试机台(单因子对比),其中选用 8mm*0.35mm 规格汇流条的组件功率比选用 5mm*0.22mm 规格汇流条的组件功率平均高约 1W。 表一 不同规格汇流条电阻和功率差异情况

(2)连接材料-互联条 互联条作为组件内电路连接的一部分,降低互联条电阻也可降低热损耗。我 们对同一互联条厂家两种规格 (0.23 (厚度) mm *1.5 (宽度) mm 和 0.2 mm *1.6mm) 互联条的线电阻进行对比,如表二,0.23*1.5mm 规格比 0.20*1.6mm 规格电阻低 约 8%,同时 0.23 mm *1.5mm 互联条相对较窄,可以减少焊带遮光面积提升电池 片转换效率。实验方面,用这两种规格互联条同时生产各 1000 块光伏组件,并 用相同 3A 级功率测试机台(单因子对比)测试对比,采用 0.23 mm *1.5mm 规格

互联条的组件平均功率高约 1.5W。由于互联条截面积变化有可能造成如碎片率 等其它成本值变化,因此在导入时需综合考虑各方面因素。 表二 不同规格互联条电阻差异情况

三、封装材料的功率损耗分析及改善: 引起光损失的封装材料有玻璃、EVA、背板等。 (1)玻璃 光照射到光伏组件上时, 由于一部分光被玻璃反射而不能全部被电池片吸收, 导致光损失。在玻璃表面镀制低折射率薄膜(通常为 SiO2),可减少光反射、 提高透光率,从而提升电池效率。 使用北京奥博泰 GST3 测试仪,对玻璃镀膜前后透光率进行测量。根据图一 可看出,玻璃在镀膜前透光率约为 91%,在玻璃表面增加减反增透膜后透光可提 升约 2%-4%。试生产 1000 块组件,除玻璃外其它材料一致(单因子对比),运 用相同测试机台测试,可发现增加增透膜后 CTM(投入产出比)提升 1.5%以上。

图一 玻璃蒸镀增透膜前后透光率对比 其次, 为了更好地提高光透过率, 也可以在玻璃正反面镀制两层或多层薄膜。 (2)EVA 由于紫外光长期照射容易造成背板或 EVA 老化、龟裂、变黄,因此 EVA 厂家 一般会在 EVA 中添加抗紫外剂。 我们对某 EVA 膜添加抗紫外剂前后光谱透光率进 行比较分析,如图 2,可知在添加抗紫外剂后 400nm 以下的短波段光谱被截止掉 了,而截止掉的紫外光会影响电池片封装转换效率。因此,在电池片受光面使用 未加抗紫外添加剂的 EVA,电池片非受光面使用添加抗紫外剂的 EVA,这样既防 止背板黄变又提高了电池受光。 经过试验,用电池正面加添加剂的 EVA 与不加添 加剂 EVA 各生产 10 块组件,组件其他材料均一致(单因子对比),使用全光谱 测试仪测试发现不加添加剂 EVA CTM 高 1%以上。

图 2 添加抗紫外剂前后 EVA 透光率比较 (3)背板 背板的光反射率也是组件转换效率的重要影响因素。根据实验,如黑色背板 及透明背板明显比白色背板效率低(一般会低 1%-2%)。因此,背板反射率也是 评估导入的一项重要指标。 四、小结 从上文分析可知, 改善组件功率损耗可以通过改变材料截面积(如增加材料 宽度、 厚度) 、 在玻璃表面蒸镀减反膜、 使用未添加抗紫外剂的 EVA 等方面进行。 但材料的优化往往会伴随成本上升, 因此是否导入通常会根据整体效益确定。 (正 泰太阳能 肖文、胡海生、卢凯、王仕鹏、黄海燕、陆川)


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