晶硅电池组件光利用之大揭秘

　　近年来，在光伏产业链的成本下降路线图中，高效组件技术被寄予厚望。半片、双玻、多主栅、叠片、拼片等颇具革命性的高效技术层出不穷，尤其是2019年崛起的拼片技术，在MBB技术的基础上对光伏组件的互联材料和电池间距进行了大变革，在行业内掀起了各种讨论浪潮。本文从另一个角度着手，主要探讨如何优化晶硅电池组件中的间隙光利用，在组件高功率和高密度之间取得平衡。

　　“叠片和拼片有别于常规组件中利用电池间隙光的方式，拼命将电池间距压缩甚至是叠合，来达到高密度高效率组件的目的。电池间的间距到底是该利用还是舍去，两种技术方案有何优缺点？”

　　1、剖析各类组件结构对光的利用

　　根据电池间距和光利用方式的不同，可将组件分为：叠片、拼片、普通高透组件和间隙光利用组件技术，不同类型组件对电池间隙光的利用情况也不一样。

　　①叠片组件技术：将电池片切片后，再用专用的导电胶把电池片连成串。并采用叠片的连接方式，直接消除片间距甚至达到了负片间距，充分利用了组件上有限的受光面积，提升组件效率。但由于其负片间距的特点，电池与电池拼接处无光利用，同时重叠部分的电池因此也无法利用。

图1 叠片组件光照示意图

　　②拼片组件技术：通过三角焊带增加光利用和增加电池排布密度，达到组件效率最大化。它将组件的片距大幅缩小至0~0.5mm，减小片间距焊带带来的电阻，将由缩小片距而省出来的空间，多放置电池片，实现在最小的面积里放置最多的电池片，达到组件效率最大化。但由于其电池零间隙的特点，电池与电池拼接处无光利用。

图2 拼片组件光照示意图

　　③普通高透组件技术：组件电池片的片间和串间有1~4mm的间隙空间，这些间隙占光伏组件3-10％的面积，照射到这些间隙的光直接穿透组件，很难被吸收或利用。

图3 普通高透组件光照示意图

　　④间隙光利用组件：通过在光伏组件电池间距内设置漫反射结构，使照射到电池间距处的光二次反射到电池片上，充分利用了间隙光。该技术可通过使用白色高反背玻、白色背胶膜、反光膜等方式达到。

图4 间隙光利用组件光照示意图

　　综上，叠片、拼片组件通过缩短电池片间距来增加电池排布密度，达到高密度高功率高效率组件，但是缩减了电池片间距也就抛弃了间隙光反射到电池片的光线，仅仅靠照射到电池片的光线发电，这就导致叠片、拼片的光线吸收率与普通高透组件的光线吸收率相当。而如果能将占组件面积3%-10%的间隙处的光线充分利用起来，对于组件功率的提升非常大，间隙光利用组件相比普通高透组件、叠片、拼片组件的功率可以提升2~3%。

　　2、电池间距的变化对组件串阻的影响

　　晶硅太阳能电池经封装后，组件的功率一般会小于所有电池片的功率之和。这个差值，就称为组件封装功率损失。如何降低功率损失，是优化组件制造工艺的重要内容。一般认为，组件功率损失主要与以下三点有关：电池串联引起的电流失配、串联电阻损耗和光学损耗。

　　同等条件下电池间距的变化对组件串阻有多大影响？我们设计实验：使用相同电池，常规0.27x1.0mm普通焊带（铜基材厚度0.22~0.23mm，电阻率在0.021mΩ·m）进行60版型组件测试，分别对比片间距为0/3/6/9/12mm对间距处电阻以及组件功率的影响，如下表1：

表1 不同片间距对应电阻值以及组件功率损耗

　　以上数据可以看出，0mm片间距与3mm片间距相比，组件内阻仅相差3.31mΩ，换算成功率仅增加0.17W。而拉大片间距所带来的功率增益要比这大得多，而且工艺更加简单，焊接破片率更低。

　　因此通过电池紧密排布所减小的电阻损耗其实可以基本忽略。

　　3.电池间距的大小和漫反光材料对光利用的变化

　　①高漫反射率材料

　　在已知间隙光能够大大增加电池片光线利用率的情况下，增加间隙光的反射率就是我们当前要解决的问题。目前常见的用于间隙光利用的有涂于玻璃表面的白色高反材料，白色背板，以及白色胶膜。白色背板反射率在75%左右，白色高反涂料反射率大于80%，白色胶膜的反射率在85%左右，反光膜的反射率在90%左右。于是我们设计了如下实验：

　　使用相同多晶电池，制作60版型组件，其中变量分别为普通高透、高反玻璃、白色EVA和间隙处张贴反光贴膜，片间距3mm与片间距5mm，下表2为不同反射率材料对组件功率的影响：

　　根据实验数据：片间距为3mm时，使用白色高反可比普通高透组件功率提升2.51%,使用白色EVA的组件可比普通高透组件功率提升3.3%，间隙处张贴反光膜功率更优。间隙处张贴反光膜情况下，片间距从3mm增加到5mm，功率又可以增加0.76%。

表2 不同反射率材料对组件功率的影响

　　反光率越高的材料，功率增益越大。反光膜优于白色EVA，优于普通白色背板或白色高反玻，但是目前反光膜间隙处张贴工艺技术不稳定，易偏移，量产困难。现阶段综合评估：间隙处搭配白色EVA最优。

　　②间距

　　根据以上数据，我们也可以看到，在增加间距的情况下，同类型组件的功率也能够继续提升。于是我们设计实验，验证光线利用率最高的组件片间距。

　　实验条件为：P型PERC电池5.32W电池片，白色EVA胶膜，制作60版型组件。实验中的变量为电池片间距，实验数据如下表3：

　　表3 不同片间距对组件功率的影响

　　对比可得出，片6比片3功率增加1.2W，片9比片6增加0.8W，增加相同片间距情况下，片6组件的功率提升更高，而片9组件的功率提升开始下降。

　　根据以上数据，片6相比片3的白色EVA组件，功率可提升0.5%左右，白色EVA组件相比普通高透组件提升3.3%左右。可以推断，在电池片数量相同情况下，片6白色EVA组件相比0片距的拼片组件功率可提升3.8%。

　　4.优化晶硅电池组件的光利用

　　根据以上数据，我们可以看到：影响间隙光利用率的主要因素为电池间距的大小和漫反光材料，为了进一步验证这两者对组件效率和功率的影响，我们采用158.75mm的大单晶电池片进行72版型验证。图4和图5为不同间隙光利用率组件的效率和功率的变化。

图4 组件功率分布图

图5 组件效率分布图

　　从上图可以看出，高光利用组件不管是组件功率和组件效率都是表现最高的，从功率上看，当片间距越大，间隙处反射率越高时，组件功率也就越高。但这种功率增长速度会随着片间距的提升而放缓。从组件效率上看，间隙光反射率越高的材料，组件效率也就越高，并且组件效率在片间距为2~4mm时达到最高。

　　结语：

　　拼片与叠片技术增加组件效率的同时，也增加了工艺难度，降低了合格率，增加了生产成本。而通过扩大片间距，提升间隙处的反射率，充分利用间隙处的光线等手段，不仅可以充分提升组件每一块电池片的发电量，有效提升组件功率，还能相应地降低组件成本。并且只要能够持续提升间隙处的反射率，就能使组件功率更高，成本压得更低。