4-简析阿特斯海迪曼组件-刘亚峰

CTO 邢国强 2019.3 CSIQ NASDAQ Listed 简 析 阿特斯海迪曼（ HIDM）组件 2 Canadian Solar Inc. 1. 阿特斯 -海迪曼组件简介 大纲 2. 海迪 曼组件特点 3. 叠 瓦组件可靠性及失效模式 4. 总结 3 Canadian Solar Inc. 阿特斯 – 健康、稳健 阿特斯 – 卓尔不同 国际化视野、管理、人才 组件业务 电站开发 创造利润，持续发展 谨慎决策，快速实施 模式创新、技术创新 组件发货量 - MW 2001年成立于安大略省 2006年 NASDAQ CSIQ 上市 足迹遍布 18个国家 /地区 2017年 GTM全球第一名 晶硅电站开发商 在 IHS组件质量可靠性和性价比客户调研 被评为 第一名 BNEF第一梯队 光伏公司 光伏电站项目开发 9.5 GWp 项目总 储备 6.6 GWp 近期 -中期开发储备 2.9 GWp 13 个国家，远期开发储备 1.15 GWp 6个国家，正在运营的光伏电站 4.6 GWp 15个国家，已建造和并网的光 伏电站 含 Recurrent 30GW组件发货量 4 Canadian Solar Inc. 电池和组件技术路线图 常规组件 整 片电池 2017 Ku组件 半 片电池 2018 BiKu 双面 Ku 2018 HiKu 高功率 Ku 400W 2019 BiHiKu 双面 HiKu 400W 2017 HiDM 叠 瓦电池 2019 HiDM 叠瓦电池 400W P3 多晶铝背场 /黑硅 P4 多晶 PERC P5 PERC 单晶铝背场 /PERC 单晶 PERC 5 Canadian Solar Inc. 320 340 330 350 360 370 390 380 400 410 420 整 片多晶 320330 16.517.0 半 片多晶 330345 16.717.4 半 片多晶 PERC 360380 18.118.9 整 片多晶 PERC 345360 17.718.5 HiKu 395415 18.719.4 HiDM 420440 19.520.6 半 片单晶 PERC 375400 18.919.9  阿特斯可以提供从 320W 到 440W的各类型组件 。  高功率的组件可以是双面组件。 组件 功率和效率图 , 72片电池组件系列 6 Canadian Solar Inc. 海迪曼 组件 （ HiDM High Density Module） HiDM CS1K 组件尺寸 1675992mm 主流功率 330W CS1H 组件尺寸 1700992mm 主流功率 340W 组件工作温度（ 423℃ ） 温度系数（ Pmax） -0.37/ ℃ CS1X 组件尺寸 2150992mm 主流功率 435W 7 Canadian Solar Inc. ECA 海迪曼组件关键技术 叠瓦 6寸电池片 五 /六主栅 激光切割区  叠瓦 技术 ECA 连接 ，低温固化，低应力、功率 高  ECA 用于 光伏叠瓦产品，替代常规焊带，起粘接与导电作用 无间隙 增加有效面积 1.柔性连接 2.接触电阻低 8 Canadian Solar Inc. IV测试 绝缘，耐压， EL测试 叠层 固化 自动分选 层压后检验 装框 层压 层压前检验 ECA施加 叠片 包装入库 叠 瓦组件工艺差异 与 常规产品差别 导电胶叠片 替代 焊接 9 Canadian Solar Inc. 1. 阿特斯 -海迪曼组件简介 大纲 2. 海迪曼组件特点 3.叠瓦组件可靠性及失效模式 4. 总结 10 Canadian Solar Inc. HiDM 产品特点 – 组件中的“高富帅” 海迪曼 HiDM 1 高效美观 2 低热斑风险 3 抗阴影遮挡 5 抗隐裂 5 高发电量 11 Canadian Solar Inc. HiDM最高组件 效率 i 1/2i 1/6i 常规组件 半片 组件 HiDM组件  组件内部电池片间隙，最大化光线利用率  5,6分片降低串内电流，配合导电胶低电阻连接，最小化功率传输损耗；  组件效率高达到 20.6. 300 315 345 270 280 290 300 310 320 330 340 350 常规组件 半片组件 海迪曼组件 不同产品功率对比（ W） 12 Canadian Solar Inc. HiDM最佳外观  无主 栅设计，优秀的颜色控制，漂亮外观；  此 产品是屋顶及高端发电市场的最佳选择； 苏州屋顶用户实际案例 13 Canadian Solar Inc. 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 横向串遮挡电池排数 83 常规组件 67 1 Sketch drawing for shading simulation HiDM抗阴影遮挡 HiDM组件 横向 串遮挡电池排数  HiDM此具有优秀的抗阴影遮挡发电能力；  在组件横向遮挡 1排 时， 常规组件发电量最大减少 33， HiDM组件发电量 最大减少 17； 14 Canadian Solar Inc. 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 0 10 50 组件遮挡面积 常规组件 HiDM组件 33 0 1 Sketch drawing for shading simulation  在 组件纵向遮挡时 ， 常规组件发电量最大 减少 100，半片组件最大 减少 50, HiDM组件最大减少 33； HiDM抗阴影遮挡 半片组件 15 Canadian Solar Inc. HiDM更低的温度系数  HiDM组件温度系数 -0.37/℃ ， 比常规组件低 0.02，带来额外的发电量增益 Isc Voc Pmax 温度系数 /℃ CS1K CS6K △ 0.021 △ 0.01 △ 0.007 HiDM 常规组件 16 Canadian Solar Inc. 常规组件 HiDM组件 HiDM抗隐裂  在实际运行环境中，风雪等会造成组件隐裂，破片等；  HiDM组件的叠瓦设计能有效降低隐裂对电流传输的影响，提升实际发电量； 17 Canadian Solar Inc. 1. 阿特斯 -海迪曼组件简介 大纲 2. 海迪曼组件特点 3.叠瓦组件可靠性及失效模式 4. 总结 18 Canadian Solar Inc. 叠 瓦组件与常规组件差异 产品 焊带连接 ECA连接 叠片 组件 ECA连接， 片 间重叠 粘接与导电 常规 组件 铜带焊接、片间分隔  常规组件采用传统的铜带焊接，片与片之间无重叠；  叠 瓦组件采用 导电胶 （ ECA）连接，片与片之间重叠；硅与 ECA粘 接性及应力释放带来全 新的失效模式； 19 Canadian Solar Inc. 叠瓦组件与常规组件差异 焊接质量 焊带 ECA 材料 Sn ， Cu， Pb 胶基材 Ag /Cu 等 电阻率 ohmcm） 210-6 1.010-21.010-4 焊接温度 （ ℃ ） 240 20 160 10 焊接强度 N/cm ≥1.5 ≥15 材料保质期（年） 25 1 保存环境（ ℃ ） 常温 -10 -40 优势 1. 单一材料，经过过年各行业 验证； 2. 价格相对较低； 1 胶体材料，粘接导电； 2.较低的热应力； 劣势 高热应力 ,； 高屈服性能； 1.质保期短； 2. 价格相对较高 3. 成分比较复杂，质量控制难  常规组件 焊带 焊接 ， 材料自身的耐老化性能外 ， 在高低温变化情况下 ， 焊带会略 微形变释放应力 ；  叠瓦组件 ECA粘接 ， ECA需要一定的弹性形变和耐剪切形变能力 ， 确保组件连接 的可靠性能； 20 Canadian Solar Inc. 叠瓦组件用 ECA类别 导电体 5090 导电路径 胶体 1050 导电体包裹混合 银 银包铜 硅 基 环氧 丙烯酸 ECA  基材 类型 硅基，丙烯酸，环氧  导电 体类型 银， 银包铜 21 Canadian Solar Inc.  ECA用于光伏组件中，需要承受热，湿，高低温应力，载荷，紫外等考验；  有机导电材料替代无机焊带，失效模式变化 ； 对可靠性的重视及管控水平决定了产品可靠性 序号 论文名称 来源 失效模型 参考价值 1 Failure analyses of crystalline solar cells interconnected by conductive adhesive Hsin-Hsin Hsieh, Industrial Technology Research Institute, Taiwan 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition DH1000h后小组件功率下降及氧含量增加 说明导电胶中 Ag颗粒发生了氧化 高 ，双八五条件下导电胶 中金属颗粒有氧化风险， 进而导致电性能下降 2 Reliable interconnection of the front side grid fingers using silver reduced conductive adhesives Torsten Geipel， Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE， 4th International Conference on Silicon Photovoltaics, SiliconPV 2014 Ag/丙烯酸树脂 ECA TC200失败，可能原 因是 树脂外溢 高 ， TC高低温测试过程中 导电胶蠕变外溢导致粘结 界面变薄、开裂、孔洞或 气泡进而导致接触电阻增 大，电性能下降 3 Interconnection of Front Side Busbar-Free c- Si Solar Cells Using Conductive Adhesives Md Zahidul Huq， Fraunhofer 1. Ag、 Cu/环氧树脂 ECA层压后气泡，可 能是 ECA与 EVA发生反应 2. Ag/丙烯酸树脂 ECA TC200失败，与其 粘结力较低 有关 高 ， ECA环境应力下降解 或 EVA老化降解导致二者 相容性低，出现气泡发黄 等现象 4 Cross testing electrically conductive adhesives and conductive backsheets for the ECN back-contact cell and module technology K.M. Broek* MWT用 4种导电胶 DH2000测试通过， 1种 TC400后由于 接触不良 衰减较大 中，针对 MWT电池 5 导电胶的粘接可靠性研究进展 严钦云，中南大学物理科学与技 术学院 材料导报， 2005 导电胶常见失效机理 1 氧化腐蚀 金属及导电粒子（湿热过程中 胶黏剂吸湿，界面形成电化学腐蚀） 2 胶黏剂粘结界面裂缝、分层、断路 （ CTE差异，低温导电胶脆性，工艺缺陷） 3 蠕变或变形 中，非光伏行业研究结果， 但可以借鉴 叠瓦 组件失效模式 22 Canadian Solar Inc. 序号 论文名称 来源 失效模型 参考价值 6 Conductive adhesive for low- stress interconnection of thin back-contact solar cells D.W.K. Eikelboom,ECN Solar Energy 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Ag/环氧树脂 ECA 1. DH2000h,TC200后接触电阻无衰减 2. 背接触电池小组件 TC900性能良好 中，高可靠性 7 Durability of silicone electrically conductive adhesive in Metal Wrap-Through module Guy Beaucarnea， aDow Corning MWT用 Ag（＜ 60） /有机硅树脂ECADH100， TC200衰减不明显 中，针对 MWT电池 8 Characterization of electrically conductive adhesives U. Eitner, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems the SiliconPV 2012 conference 不同胶黏剂基材和导电粒子填充比例存在 较大差异 1.导电粒子含量越高导电性越好，但粘结 力降低，低于焊接工艺 2. 丙烯酸基材的有脆化风险，环氧基材粘 结力低 低，与导电胶选 择及配方相关 9 Mechanical modeling ofelectrically conductive adhesive for photovoltaic applications Matthias Pander， Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics 29th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition 应力匹配失效导电胶厚度较少会降低剪 切应变但同时增加疲劳应力，存在高应变 补偿问题 低，应力模拟分 析 10 Reduction of thermomechanical stress using electrically conductive adhesives Torsten Geipel， Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE， SiliconPV 2015 导电胶杨氏模量低于 0.5 Gpa可有效缓解组件应力，且栅线数量影 响不大 低，应力模拟分 析 ECA失效模式文献 叠瓦组件失效模式 23 Canadian Solar Inc. 测试条件 DH1000 失效模式 ECA导电胶中 金属材料 在高温高湿环境中被 氧化 ； Reference Reliable interconnection of the front side grid fingers using silver reduced conductive adhesives， 4th International Conference on Silicon Photovoltaics, SiliconPV 2014 叠瓦组件失效案例 -1 成分占比 老化前 老化后 Ag（ ） 82.39 55.94 O（ ） 17.61 44.06 老化前 SEM 老化 后 SEM 24 Canadian Solar Inc. 测试条件 DH1000、 TC200 失效模式 导电 胶粘接焊带与电池片 ， TC200老化过程中应力恶化造成功率衰减； Reference Reliable interconnection of the front side grid fingers using silver reduced conductive adhesives， 4th International Conference on Silicon Photovoltaics, SiliconPV 2014 叠瓦组件失效案例 -2 组件可靠性测试数据 . in itial TC2 00 DH 10 00 in itial TC2 00 DH 10 00 in itial TC2 00 DH 10 00 Rela tiv e pow er loss - △ PRs /P ce ll[ ] 25 Canadian Solar Inc. 测试条件 DH3000 失效模式 ECA中的银包铜金属导电粉在高温高湿老化后， 金属粒子被腐蚀 Reference Electrically conductive adhesives for PV applications 叠瓦组件失效案例 -3 小组件在 DH3000后 ECA中导电粒子 SEM图 26 Canadian Solar Inc. 测试条件 DH3000、 TC600 失效模式 导电胶膜 粘接焊带与硅片样品，在高温高湿环境中， 粘接部位电阻上升 ，造成组件 功率大幅降低； Reference Innovative and gentle interconnection technique for high efficiency c-si solar cells and cost-of-ownership-analysis coo 叠瓦组件失效 案例 -4 EL （初始） DH3000老化后 EL （初始） TC600老化后 27 Canadian Solar Inc. 叠瓦组件失效案例 -5 初始 EL TC200后 EL 90 92 94 96 98 100 102 Initial TC100 TC200 1 2 TC200老化功率变化 测试条件 TC200 失效模式 叠瓦组件导电胶在 TC200老化后 弹性模量 恶化 ，电阻上升， 组件功率下降； 28 Canadian Solar Inc. 海迪曼组件根据叠瓦组件技术特性 DFMEA， 设计针对性的加强老化测试； 所有的老化测试组件 功率衰减均小于 2.1. TC600 DH2000 DMLTC50HF10 PID 192h HF30 LeTID ADML LDML Dry heat600h HiDM 1 -0.60 1.60 0.38 1.22 0.75 0.78 -0.72 0.34 0.06 HiDM 2 -0.43 2.00 0.00 1.46 2.10 0.43 0.04 0.46 -0.29 历史数据 1.40 1.53 1.49 0.70 2.59 0.90 0.80 0.50 1.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 阿特斯海迪曼组件可靠性 29 Canadian Solar Inc. 1. 阿特斯 -海迪曼组件简介 大纲 2. 海迪曼组件特点 3.叠瓦组件可靠性及失效模式 4. 总结 30 Canadian Solar Inc. 总结  叠瓦组件的高效率优势明显，成为行业的趋势；  叠瓦组件的新结构，新材料，新工艺带来新的可靠性失效机理变化，产品 可靠性研究及控制至关重要；  阿特斯海迪曼组件具备高效率，高可靠性，抗阴影遮挡，高发电量等特点， 量产两年，供不应求；  不是所有叠瓦组件都叫“海迪曼”