不同直径圆形焊带多主栅组件功率和CTM模型研究-赵志楠

不同直径圆形焊带多主栅组件 功率和 CTM模型研究 连云港神舟新能源 二 O一九年十一月二三日 目 录 2.研究 内容与结果 2.1多主栅电池片修正 3.结论 1.研究背景与内容 2.2 不同尺寸圆形焊带 12BB电池片功率计算 2.3 12BB整片 组件 CTM理论 计算 2.4 60板型整片 12BB组件试制与测量 2.5 实际功率与理论计算对比 多主栅技术通过 提高电池片主栅线数量 ， 达到降本增效的目的。 目前，大多 数厂家多主栅产品进入量 产阶段 ， 具备稳定 的数据基础，对多主栅组件 CTM模型 研究 提供支持 。 1、研究背景与内容 五 参数模型 （单 二极管 等效电路 模型 ）是目前常用的光伏组件理论模型之 一，使用简单，应用广泛，可计算不同 网版条件 下电池片理论功率 。 常见圆形焊带直径 0.35mm 0.38mm 0.4mm 导致 遮光面积 不同 电学损耗 不同 组件功率 不同 研究 不同尺寸 焊带 对组件功 率影响 2.1 多主栅电池片修正 2. 研究内容与结果 多主栅电池片压网测试模式：可在不调整工装的前提下兼容常规 5BB、 7BB、 9BB、 12BB以及叠片等多类型电池片 压网测试工装 优点 兼容性高，不受网版限制 钢网与主栅线垂直 钢网 主栅线 2.1 多主栅电池片修正 2. 研究内容与结果 压网 模式 组件模式 钢网垂直于主栅线 焊带覆盖主栅线 Rs不同 遮光面积不同 电池片功率 不同 功率修正（ 1） Rs计算公式 𝑅𝑠 = 𝑅𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 +𝑅𝑓𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 +𝑅𝑏𝑢𝑠 +𝑅𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡 +𝑅𝑏𝑎𝑠𝑒 +𝑅𝑏−𝐴𝑙 +𝑅𝑏−𝑏𝑢𝑠 +𝑅𝑏𝑐−𝐴𝑙 +𝑅𝑏𝑐−𝑏𝑢𝑠 多主栅各部分 Rs占比 公式简化 𝑅𝑠 = 𝑅𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 +𝑅𝑓𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 +𝑅𝑏𝑢𝑠 +𝑅𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡 2.1 多主栅电池片修正 2. 研究内容与结果 （ 2）五参数模型（单二极管等效电路模型） 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使用 简单，应用广泛 （ 3）不同模式下 Rs和遮光面积比计算公式推导 推导原理 功率等效 区域电流根据受光面 积比计算 推导不同模式下 12BB 电池片等效串联电阻 Rs和遮光面积比 2. 研究内容与结果发射极电阻 𝑅 𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 = 𝑛 𝑅𝑒𝑠 6 ( 11𝑘12 𝐵1 + 𝑘22 𝐵2) 𝑘1 = 𝐵12𝑛(11𝐵 1+𝐵2) 𝑘2 = 𝐵2 )2𝑛(11𝐵 1 +𝐵2 𝐵1 = 6.2− 𝑤𝑡2 𝐵2 = 10.175−𝑤𝑡2 细栅线电阻 𝑅𝑓𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 = 2𝑛𝜌3𝑤 𝑓ℎ𝑓 (11𝑘12𝑓1 +𝑘22𝑓2) 𝑓1 = 6.2− 𝑤𝑏𝑢𝑠2 𝑓2 = 10.175− 𝑤𝑏𝑢𝑠2 主栅线电阻 𝑅𝑏𝑢𝑠 = 𝜌𝐿3𝑤 𝑏𝑢𝑠ℎ𝑏𝑢𝑠 (𝑞124 + 𝑞2220) 𝑞1 = 𝐵111𝐵1+𝐵2 𝑞2 = 𝐵1+𝐵22(11𝐵1+𝐵2) L = 𝐿𝑦40 前接触电阻 𝑅𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡 = 𝜌𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡 𝑁𝑤𝑏𝑢𝑠𝐿𝑦 +𝑛𝑤𝑓(𝐿𝑥 −𝑁𝑤𝑏𝑢𝑠 遮挡面积比 𝑆遮 𝑆总 = 𝑁𝑤𝑡𝐿𝑦 +𝑛𝑤𝑓(𝐿𝑥 −𝑁𝑤𝑡 𝐿𝑥𝐿𝑦 焊带模式 Rs计算公式 发射极电阻 𝑡1 = 𝑠 2−𝛿 )2𝑁(𝑛𝑠 −20𝛿 𝑡2 = 𝑠 2 2𝑁(𝑛𝑠−20𝛿) B = 𝐿𝑥𝑁 −𝑤𝑡𝑅𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 = 2𝑁 𝑅𝑒 𝐵 [20𝑡1 2 𝑠 2−𝛿 3 + 𝛿 4 +(𝑛−10)𝑡2 2 𝑠 3] 细栅线电阻 𝑅𝑓𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 = 2𝜌3𝑤 𝑓ℎ𝑓 {11𝑓1 20𝑗12 + 𝑛−20 𝑗22 +𝑓2[20𝑗32 +(𝑛−20)𝑗42]} ]𝑎 = 22𝐵1 20 𝑠 −∆𝑤 + 𝑛−20 𝑠 +2𝐵2[20 𝑠−∆𝑤 +(𝑛−20)𝑠 𝑗1 = )𝐵1(𝑠−∆𝑤𝑎 𝑗2 = 𝐵1𝑠 𝑎 𝑗3 = )𝐵2(𝑠−∆𝑤𝑎 𝑗4 = 𝐵2𝑠 𝑎 𝐵1 = 6.2− 𝑤𝑡2 𝐵2 = 10.175− 𝑤𝑡2 𝑓1 = 6.2− 𝑤𝑏𝑢𝑠2 𝑓2 = 10.175− 𝑤𝑏𝑢𝑠2 主栅线电阻 𝑅𝑏𝑢𝑠 = 𝜌𝐿 60𝑤𝑏𝑢𝑠ℎ𝑏𝑢𝑠(5𝑞1 2 +𝑞22) 𝑞1 = 𝐵1 11𝐵1 +𝐵2 𝑞2 = 𝐵1 +𝐵2 )2(11𝐵1 +𝐵2 前接触电阻 𝑅𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡 = 𝜌𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡 𝑁𝑤𝑏𝑢𝑠𝐿𝑦 +𝑛𝑤𝑓(𝐿𝑥 −𝑁𝑤𝑏𝑢𝑠 遮挡面积比 𝑆遮 𝑆总 = 𝑛𝑤𝑡 +20𝛿𝑤 𝐿𝑥 +𝑁𝑤𝑏𝑢𝑠(𝐿𝑦 −𝑛𝑤𝑓 −20𝛿𝑤 𝐿𝑥𝐿𝑦 压网模式 Rs计算公式 2.2 不同尺寸圆形焊带 12BB电池片功率计算 2. 研究内容与结果 根据上述电池片修正方法，对不同尺寸圆形焊带条件下， 12BB单晶 PERC电池 片（ 21%）进行功率修正。 焊带直径（ mm） 压 网 模式 0.35 0.38 0.4 Rs（ mΩ） 1.0398 0.8488 0.8504 0.8514 遮光面积比（ %） 8.62 5.79 6.01 6.16 开路电压 Voc（ V） 0.6649 0.6654 0.6653 0.6653 短路电流 Isc（ A） 9.8837 10.1963 10.1725 10.1562 工作电压 Vmpp （ V） 0.553 0.5565 0.5564 0.5565 工作电流 Impp （ A） 9.2999 9.59699 9.5752 9.5575 理论功率（ W） 5.141 5.3407 5.3276 5.3187 压网 模式 钢网垂直覆盖主 栅线，遮光面积大， Rs高。 修正后遮光面积降低， Rs 降低，功率提高。 圆形焊带直径越大，遮光 面积越大，短路电流越低， 在开路电压几乎不变的条 件下 ，焊带直径越大， 修正后功率越低。 2.3 12BB整片组件 CTM理论计算 2. 研究内容与结果 组件 CTM理论计算，包括电池片修正，光学增益和电学损耗 3部分，理想状态 暂不考虑电流失配。 （ 1） CTM计算模型 组件 CTM模型计算流程图 2.3 12BB整片 组件 CTM理论计算 2. 研究内容与结果 分别测量 0.35mm、 0.38mm和 0.4mm三种尺寸圆形焊带电阻率，计算不同尺 寸焊带平均电阻率。 （ 2）不同尺寸圆形焊带电阻率 圆形焊带 铜基材 镀锡层 尺寸改变 厚度不变 不同尺寸焊带 铜锡比不同 影响 电阻率 焊带直径（ mm） 0.35 0.38 0.4 平均电阻率 （ Ω·mm2/m） 0.01941 0.01983 0.01976 不同尺寸圆形焊带平均电阻率差 异不大 工作电流相同条件下，焊带 电学损耗取决于焊带尺寸。 2.3 12BB整片组件 CTM理论计算 2. 研究内容与结果 根据上述 CTM理论模型和不同尺寸圆形焊带电阻率，计算 60板型整片单晶 PERC12BB电池片（ 21.8%）理论功率。 焊带直径 0.35 0.38 0.4 电池片功率（ W） 5.5442 5.5306 5.5214 组件板型 60 60 60 电学损耗（ W） 13.5788 12.0422 11.0332 组件理论功率（ W） 324.552 325.259 325.707 （ 3） 12BB整片组件理论功率 圆形焊带直径越窄，遮光面 积越小，电池片功率越 大 ， 电池片总功率提高。 相同电阻率下焊带直径越 小，电学损耗越 高 。 焊 带电学损耗 抵消 电池 片 功率增益 组件理论功率 0.4mm组件最高 ， 325.707W； 0.38mm其次 ， 325.259W； 0.35mm组件理论功率最低 ， 324.552W； 0.4mm组件比 0.35mm功率提高 1.155W。 本计算结果仅适用于 整片 组件，同条 件半片组件电学损耗降低一半以上。 2.4 60板型 12BB整片组件试制与测量 2. 研究内容与结果 类别 Voc（ V） Isc（ A） Vmpp（ V） Impp(A) Pmax(W) FF(%) Rs CTM（ %） 平均功率 （ W） 0.35mm 40.79 10.14 33.67 9.63 324.26 78.39 0.369 -1.02 324.13 40.78 10.1 33.86 9.58 324.39 78.77 0.346 -1.06 40.81 10.14 33.71 9.63 324.46 78.37 0.362 -1.08 40.78 10.16 33.66 9.63 324.29 78.28 0.368 -1.02 40.73 10.15 33.63 9.63 323.87 78.32 0.369 -0.89 40.79 10.1 33.69 9.62 324.03 78.67 0.369 -0.94 40.74 10.12 33.66 9.61 323.52 78.47 0.363 -0.79 40.78 10.12 33.7 9.62 324.22 78.53 0.366 -1 0.38mm 40.69 10.12 33.75 9.62 324.65 78.83 0.351 -1.14 325.17 40.73 10.11 33.79 9.63 325.26 78.98 0.351 -1.33 40.8 10.12 33.86 9.62 325.58 78.88 0.349 -1.43 40.82 10.14 33.83 9.64 326.05 78.81 0.352 -1.57 40.75 10.13 33.81 9.63 325.39 78.84 0.35 -1.37 40.74 10.11 33.77 9.62 324.86 78.89 0.35 -1.2 40.68 10.11 33.7 9.62 324.19 78.83 0.351 -0.99 40.77 10.13 33.81 9.62 325.41 78.82 0.351 -1.37 0.4mm 40.82 10.09 33.9 9.61 325.93 79.13 0.346 -1.54 325.22 40.79 10.09 33.89 9.61 325.65 79.09 0.347 -1.45 40.74 10.12 33.86 9.6 325.04 78.86 0.34 -1.26 40.78 10.12 33.88 9.6 325.27 78.8 0.343 -1.33 40.73 10.08 33.86 9.59 324.63 79.06 0.344 -1.13 40.78 10.1 33.92 9.59 325.28 78.95 0.339 -1.33 40.79 10.08 33.89 9.6 325.31 79.15 0.343 -1.34 40.76 10.08 33.89 9.58 324.64 79 0.34 -1.13 （ 1） 12BB整片组件试制与测量 2.4 60板型 12BB整片组件试制与测量 2. 研究内容与结果 0.35mm、 0.38mm和 0.4mm不同 尺寸 焊带 60 板型 12BB整片组件平均功率分别为 324.13W（ 降 低 1.09W） 、 325.17W（降低 0.05W） 和 325.22W。 （ 1） 12BB整片组件试制与测量 控制变量法 相同 电池片 封装材料 焊接设备 对比焊带直径对 组件功率影响 （ 2）不同尺寸圆形焊带整片组件成本 焊带直径（ mm） 0.35 0.38 0.4 组件功率（ W） 324.13 325.17 325.22 每块组件圆形焊带成本（元 / 块） 18.2 21.46 23.76 圆形焊带每瓦成本（元 /W） 0.0562 0.066 0.0731 0.4mm圆形焊带 12BB 整片组件功率最高 0.35mm12BB整片组件功 率最低，组件焊带成本 和每瓦成本最低 2.4 实际功率与理论计算对比 2. 研究内容与结果 圆形焊带直径（ mm） 0.35 0.38 0.4 测试数据 开路电压（ V） 40.78 40.75 40.77 短路电流（ A） 10.13 10.12 10.1 工作电压（ V） 33.7 33.79 33.89 工作电流（ A） 9.62 9.63 9.6 功率（ W） 324.13 325.17 325.22 CTM（ %） -0.98 -1.3 -1.31 理论数据 功率（ W） 324.552 325.259 325.707 CTM（ %） -1.11 -1.33 -1.47 差值 功率（ W） 0.422 0.089 0.487 CTM（ %） -0.13 -0.03 -0.16 组件 CTM误差 小于 0.2%。 对比理论计算和实 际测试，上述 12BB 整片 CTM计算模型 具有较好的拟合结 果。 理论计算结果比组 件实测功率略高， 差值不超过 0.5W。 3. 总结 （ 1） 多主栅组件圆形焊 带 直径 降低 ，电池片遮光面积降低，单电 池片功率提高 ； （ 2） 圆形焊 带 直径 降低 ，组件电学损耗增加 ， 电学损耗抵消电池 片带来的功率增益； 0.35mm圆形焊带 60板型整片 组件 实测 功率 比 0.4mm组件实际功率降低 1.09W， 0.38mm组件降低 0.05W； （ 3） CTM模型拟合效果较好，组 件 功率误差小于 0.5W，组件 CTM 误差小于 0.2%。 报告结束。 谢谢！汇报结束。 谢谢！