详解“9BB+圆焊带”的独特之处

　　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=42º，α1=(42-θ2)/2;黑色区域：β1=β2=24º;绿色区域：γ1+γ2=90º，γ1=66º-α1，γ2=66º-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(0º)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。