高效组件CTM模型研究-张昌远

高效 CTM组件模型研究 航天机电 连云港神舟新能源 张昌远 赵志楠 2018年 11月 10日 目 录 2.研究 内容与结果 2.1高效电池片功率修正 3.结论 1.研究背景 2.2 组件光学增益模型 2.3 电池片修正后组件 CTM计算 2.4高效电池片功率修正模型优势 降 本 与 增效 逐渐 成为晶硅光伏组件发展的两大主流趋势，面对 领跑者、超级领跑者项目逐年增高的功率门槛 ，提升 组件功率成为主 导光伏组件企业发展的研究重点，拥有高产量且性能稳定的高功率产 品有助于占领光伏市场，提高企业竞争力。 1、研究背景 电池片端提效技术（不包括 IBC）可兼容现有 5BB生产设备 ，目前 多晶 黑 硅 和 单晶 PERC技术以实现量产化 ， 多晶 黑 硅 和 单晶 PERC电 池片将成为今后常规光伏组件的标配。 提效手段 封装工艺提效 电池片提效 2.1 高效电池片功率修正 2. 研究内容与结果 多晶黑硅、单晶 PERC电池片 具有 更高 的功率 ，电池片遮光面积和等 效串联电阻变化对电池片功率影响更显著。 电池片探针测试模式 组件焊带测试模式 2.1 高效电池片功率修正 2. 研究内容与结果 多晶黑硅、单晶 PERC电池片 具有 更高 的功率 ，电池片遮光面积和等 效串联电阻变化对电池片功率影响更显著。 分选测试模式 探针点在主栅线上 实际应用模式 焊带焊接在主栅线表面 遮光面积和等效串 联电阻 Rs不同，两 种模式下电池片功 率不同。 电池片功率越高， 功率差异越大。 主要影响主栅线等 效串联电阻 Rbus。 2.1 高效电池片功率修正 2.1 高效电池片功率修正 2. 研究内容与结果 2.1.1 焊 带 遮挡 条件 含有焊带遮挡的 5主栅电池片等效串联电阻 和遮光面积 计算公式如下 ： 𝑅𝑠 = 𝑅𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 +𝑅𝑓𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 +𝑅𝑏𝑢𝑠 +𝑅𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡 +𝑅𝑏𝑎𝑠𝑒 +𝑅𝑏−𝐴𝑙 +𝑅𝑏−𝑏𝑢𝑠 +𝑅𝑏𝑐−𝐴𝑙 +𝑅𝑏𝑐−𝑏𝑢𝑠 𝑅𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 = 𝑅𝑒𝑠24𝑛𝑁𝐵 发射极电阻 𝑅𝑓𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 = 𝜌𝑓6𝑛𝑁𝑤 𝑓ℎ𝑓 细栅线电阻 𝑅𝑏𝑢𝑠 = 𝜌ℎ𝑏𝑢𝑠𝑁𝐿 2𝑤𝑏𝑢𝑠 主栅线电阻 𝑅𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡 = 𝜌𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡𝑁𝑤 𝑏𝑢𝑠𝐿2 +𝑛𝑤𝑓(𝐿1 −𝑁𝑤𝑏𝑢𝑠) 前接触电阻 𝑅𝑏𝑎𝑠𝑒 = 𝜌𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑤𝑏𝑎𝑠𝑒𝐿 1𝐿2 基片电阻 𝑅𝑏−𝐴𝑙 = 2𝜌𝑏−𝐴𝑙𝑚𝑁ℎ 𝐴𝑙𝑆总2 [𝑆12𝑘1 + 𝑆22𝑘2 +𝑆32(𝑘31 +𝑘32)] 铝背场电阻 𝑅𝑏−𝑏𝑢𝑠 = 𝜌𝑏−𝑏𝑢𝑠ℎ𝑏−𝑏𝑢𝑠𝑚𝑁𝑎𝑏 背电极电阻 𝑅𝑏𝑐−𝐴𝑙 = 𝜌𝑏𝑐−𝐴𝑙𝐿 1𝐿2 −𝑚𝑁𝑎𝑏 铝背场接触电阻 𝑅𝑏𝑐−𝑏𝑢𝑠 = 𝜌𝑏𝑐−𝑏𝑢𝑠𝑚𝑁𝑎𝑏 背电极接触电阻 𝑆遮 𝑆 = 𝑛𝑤𝑓𝐿2 +𝑁𝑤𝑏𝑢𝑠𝐿1 −𝑛𝑁𝑤𝑏𝑢𝑠𝑤𝑓 𝐿1𝐿2 遮挡面积比 变化 2.1 高效电池片功率修正 2. 研究内容与结果 2.1.2 探针测试条件 常规电池片测量采用在主栅线上压探针模式，以 8对探针（ 16个） 模式为例，因此对电池片主栅线等效电阻 𝑅𝑏𝑢𝑠进行 修正 ： 𝑅𝑏𝑢𝑠 = 𝜌48𝑤 𝑏𝑢𝑠ℎ𝑏𝑢𝑠 7𝑡12 + 2.8𝑡22 t1 t2 主栅线 硅片 探针 探针模式改变了主栅 线电流走向，提高了主栅 线等效串联电阻 Rbus，但 同时由于无焊带遮挡，电 池片表面遮光面积比降低。 2.1 高效电池片功率修正 2. 研究内容与结果 不同测试模式下，电池片 Rs和遮挡面积比不同 电池片类型 P型多晶黑硅 P型单晶 PERC 电池片端 组件端 变化 电池片端 组件端 变化 等效串联电阻 Rs（ mΩ） 2.059 1.2283 -40.34% 1.4166 1.296 -8.51% 遮光面积比 （ %） 5.3545 5.9721 11.53% 5.3545 5.9721 11.53% 不同电池片各部分电学参数 和工艺参数不同，不同模式下， 等效串联电阻变化不同。 5BB组件焊带宽度（ 0.9mm）略大于主 栅线宽度（ 0.7mm）；电池片网版和焊带宽 度一致，不同模式下遮光面积比变化也相同。 2.1 高效电池片功率修正 2. 研究内容与结果 根据 5参数等效模型，计算不同 Rs和遮光面积比条件下电池片功率 电流源 二极管 并联电阻 串联电阻 𝑹𝒔𝒉 ID I 𝑹𝒔 𝑰𝑳 + - 𝑽 𝐼 = I𝐿 −𝐼0(𝑒 𝑉+𝐼𝑅𝑠 𝑎 −1)−𝑉 +𝐼𝑅𝑠𝑅 𝑠ℎ 𝐼 = I𝐿 −𝐼𝐷 −𝐼𝑠ℎ 𝐼𝐷 = 𝐼0(𝑒 𝑉+𝐼𝑅𝑠 𝑎 − 1) 𝐼𝑠ℎ = 𝑉 +𝐼𝑅𝑠𝑅 𝑠ℎ 已知电池片探针模式下电学参数、 等效串联电阻和遮光面积比，推算焊带 模式下电池片电学参数。 2.1 高效电池片功率修正 2. 研究内容与结果 电池片类型 P型多晶黑硅 P型单晶 PERC 探针模式 组件模式 探针模式 组件模式 开路电压 Voc （ V） 0.6395 0.6391 0.6635 0.6631 短路电流 Isc （ A） 9.0317 8.9754 9.754 9.692 工作电压 Vmpp（ V） 0.5404 0.5451 0.5629 0.5624 工作电流 Impp（ A） 8.533 8.4844 9.2266 9.1636 最大功率 Pmax（ W） 4.6104 4.6248 5.1936 5.1536 不同电池片探针、焊带模式下电学性能不同 多晶黑硅电 池修正后功率升 高，升高 0.31%。 单晶 PERC电 池修正后功率降 低，降低 0.77%。 2.2 组件光学增益模型 2. 研究内容与结果 折射率 反射率 介质 n 界面 符号 反射率 Air 1 air/黑硅 R0 0.118517 黑硅 2.05 黑硅 /Si R4 0.062729 Si 3.42 封装后 组件封装结构形成光学耦合系统，减少 电池片表面反射，提高光学收益。 光学增益系数计算方法： （ 1）理论计算 （ 2）量子效应测量 复杂，误差大 实测增益， 更准确 常规： 3.27% 白色 EVA： 3.77% 2.3 电池片修正后组件 CTM计算 2. 研究内容与结果 电池片测 量功率 功率修正 修正功率 修正工作 电流 电池片片数 电池片总功率 光学增益 组件总功率 光学增益后电池片工作电流 焊带电学损耗 汇流条电学损耗 接线盒电学损耗 组件总电学损耗 减去 组件理论功率 START FINISH 组件 CTM计算模型流程图 理想状态下， 组件电学失配 忽略不计。 2.3 电池片修正后组件 CTM计算 2. 研究内容与结果 电池片类型 P型多晶黑硅 P型单晶 PERC 电池片效率（ %） 18.8 21.3 电池片功率（ W） 4.6104 5.1936 电池片功率修正（ W） 4.6248 5.1536 理论封装光学增益（ %） 3.27 3.77 焊带电学损耗（ W） 8.3006 9.7767 汇流条电学损耗（ W） 0.9276 1.0926 接线盒电学损耗（ W） 0.9043 1.0652 理论 60组件功率（ W） 276.43 308.94 理论 CTM（ %） 0.07 0.86 实际 组件功率（ W） 275.78 308.57 实际 CTM（ %） 0.31 0.98 理想环境下，忽略组 件串联失配，理论组件功 率略高于实际组件功率。 多晶黑硅组件，理论 功率比实际功率高 0.65W， 误差 0.235%； CTM低 0.24%。 单晶 PERC组件，理论 功率比实际功率高 0.37W， 误差 0.12%； CTM低 0.12%。 2.4 高效电池片功率修正模型优势 2. 研究内容与结果 参数 多晶黑硅 单晶 PERC 效率 18.8 21.3 电池片功率 4.62 5.203 组件版型 60 60 光学增益 3.27 3.77 组件工作电流 8.533 9.509 电学损耗 9.6101 11.9345 功率 修正前 276.65 312.01 修正后 276.43 308.94 实际 275.78 308.57 功率误差 （ %） 修正前 0.32 1.11 修正后 0.24 0.12 常规 CTM计算模型： 组件理论功率 =电池片总功率（未修正） x（ 1+光学增益） - 组件电学损耗 修正后的组件 CTM 计算模型计算结果更接近 组件实际功率。 多晶黑硅组件，两种 计算模型功率误差接近， 单晶 PERC组件修正后的模 型功率误差更小。 3. 总结 （ 1）高效电池片，遮光面积比和 Rs对功率影响较大； （ 2）探针模式和焊带模式下，电池片功率不同； （ 3）高效电池片（多晶黑硅、单晶 PERC）电池片修正后，组件理 论功率误差效率 0.5%， CTM误差小于 1%。 报告结束。 谢谢！ 汇报结束。 谢谢！