高效组件中的多主栅技术及发展方向—英利

高效组件中的多主栅技术 及发展方向 光 伏材料与技术国家重点 实验室 2018年 8月 2日 常州 倪健雄 目录  多 主 栅技术发展趋势  多主 栅组件功率优化  多主 栅半片组件 功率优化  多主栅 组件产品优势 光学学 增益 多 主栅圆形焊带可减少遮光面积，将光有 效反射到电池上 ，提高 组件短路电流 ，焊 带区域光学利用率由 5%以下提高到 40% 以上。 多主栅技术发展趋势 多主栅技术原理 主栅线宽度更细，间距更窄，可缩短 细 栅线 电流传输距离； 半片电池通过串联或并 联连接封装成的组件， 进而 降低电阻损耗； 电池片间隙面积增加 ，最终 组件功率可 提升 10w以上 。 电学增益 常 规 电 池 多主栅 电 池 多主栅 半片电 池 主栅线总面积不变，不同主栅数量模拟 理论模拟 保持主栅线总面积不变，模拟不同 栅线数量电参数，随着栅线数量增 加，电池片串联电阻逐渐降低。 保持主栅线总面积不变随着栅线数量增 加，电池片功率在 3栅 -10栅区间变化较 大，＞ 10栅时功率增幅缓慢。 多主 栅组件功率优化 电池效率提升 -理论计算 电池类型 Voc(V) Isc(A) η（ %） Vm(V) Im(A) Ｆ F（ %） 4BB 0.635 8.992 18.646 0.537 8.513 80.1 5BB 0.635 9.013 18.729 0.538 8.535 80.2 12BB 0.6355 9.206 19.177 0.539 8.721 80.4 理论 模拟计算，随着电池主栅线数目的增加，电池效率 增加。多主栅（ 12BB）电池 比比 常规五栅电池效率提升 0.448%, 推算 60片组件功率（电学）提升 4W。 组件功率提升 -理论计算 组件类型 Vm(V) Im(A) Pmp(W) Voc(V) Isc(A) Ｆ F（ %） 4BB 31.122 8.745 272.151 38.130 9.273 77.0 5BB 31.203 8.736 272.603 38.127 9.260 77.2 12BB 32.002 8.770 280.647 38.129 9.269 79.4 经过理论模拟计算 ， 随着电池主栅线数目的增加 ， 组件功 率增加 。 多主栅 （ 12BB） 组件 比常规 五栅 电池功率提升 8.044W。 理论 模拟 -P型多晶 多主栅组件功率优化 组件规格 Voc (V) Isc (A) Pmax (W) Vm (V) Im (A) Ｆ F（ %） 5BB 37.985 9.360 272.028 30.717 8.856 76.51% 12BB 38.161 9.476 280.201 31.199 8.981 77.49% 组件功率增益 8.173 对比相同片源相同效率下多晶五栅和多晶十二栅组件，十二栅组件功率增益为 8.173w，理论计算多主栅（ 12BB）组件比常规五栅电池效率提升 8.044W，生 产值与模拟值相差不大。 实际验证 -P型 多晶 多主栅组件功率优化 电池效率提升 -理论计算 组件功率提升 -理论计算 理论模拟 -N型单晶 多主栅组件功率优化 电池 类型 Voc （ V） Isc （ A） Cell Eff. （ %） Vmp （ V） Imp （ A） FF （ %） 5BB 0.655 9.732 21.50 0.567 9.268 82.47 12BB 0.657 9.772 22.00 0.574 9.360 83.72 经过理论模拟计算，电池主栅线数目增加，电池 效率增加。 N型单晶 多主栅（ 12BB）电池比五栅 电池效率提升 0.5%。 组件 类型 Voc （ V） Isc （ A） Pmp （ %） Vmp （ V） Imp （ A） FF （ %） 5BB 39.698 9.319 299.232 33.673 8.886 80.88 12BB 39.719 9.441 310.090 34.378 9.012 83.76 经过理论模拟计算 ， 电池主栅线数目增加 ， 组件 功率提升 。 N型单晶多主栅 （ 12BB） 组件比五栅 电池组件功率提升 10.858W。 多主栅组件功率优化  从 与五栅的实验对比结果看：十二栅设计能提升电池的 Uoc和 Jsc，其中 FF提升最为显著。电池 平均 转 换效率 相对提升 0.5%，绝对值达到 22%。 电池类 型 Voc （ V） Isc （ A） FF（ %） Cell Eff. （ %） 5BB 0.655 9.704 82.64 21.50 12BB 0.657 9.791 83.59 22.01 实际验证 - N型单晶  英利十二栅设计，通过细栅宽度及丝 网参数优化，降低了 30%的浆料耗 量，有效降低电池 成本 . 组件规格 Voc(V) Isc(A) Mpmax(W) Vpm(V) Ipm(A) FF（ %） 5栅 39.7 9.445 302.055 33.0 9.17 80.7 12栅 40.0 9.596 312.062 33.4 9.29 81.3 组件功率增益 10.007 对比相同片源相同效率下 N型单晶 五栅和十二栅组件，十二栅组件功率增益 为 10.007W，理论计算多主栅（ 12BB）组件比常规五栅电池效率提升 10.795W， 生产值与模拟 值相当 实际验证 - N型单晶 多主栅组件功率优化  对于多主栅组件功率，主栅数量与使用的 圆形焊丝的直径，存在一个平衡点，主栅 数量增加，焊丝直径越小，越有利于组件 功率提升；  采用十二栅设计，可以获得更优的组件功 率输出。274 275 276 277 278 279 280 281 282 150 250 350 450 550 60 cell module power （ W） Wire height (μm) 7BB 8BB 9BB 12BB 15BB 18BB 20BB 22BB 改变圆形焊丝直径，不同主栅数量组件模拟 多主栅组件功率优化  模拟影响因素 246.00 268.14 275.21 277.77 278.58 278.84 278.26 240 250 260 270 280 290 100 200 300 400 500 600 700 800 900 60 cell module power （ W） Ribbon width （ μm） 7BB 三角焊带组件 功率不同边长模拟  对于多主 栅三角焊带组件 功率 ，三角底角在 65°左右光学增益最佳；  采用 7BB三角焊带组件设计，三角焊带边长在 600微米左右后功率增益不明显。 改变三角焊带底角和边长，固定主 栅数量组件模拟 多主栅组件功率优化  模拟影响因素 262.3 266.5 269.4 268.4 274.2 275.8 277.1 278.4 277.8 276.9 260 265 270 275 280 285 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 60 cel l module pow er (W) ω(°) 7BB三 角焊带不同底角组件 功率  常规 焊带 5栅组件和三角焊带 7栅组件，半片比整片组 件功率提升 6W以上，模拟 中忽略了半片电池的切割损 伤造成的效率损耗 。  对于 12栅半片电池组件，与其对应的整片电池组件类 似的，存在一个焊带直径的最优值，且半片组件焊带 的最优值低于整片组件的。 多主栅半片 组件功率优化  理论模拟 Vmp (V) Imp (A) Voc (V) Isc (A) FF Power (W) Cell Rstotal Power gain(W) 5BB 常规焊带 整片 31.587 8.625 38.165 9.158 0.779 272.44 0.4121 6.48 半片 32.101 8.689 38.174 9.207 0.794 278.92 0.1395 7BB 三角焊带 整片 31.528 8.782 38.195 9.326 0.777 276.90 0.214 6.84 半片 32.129 4.416 38.200 4.678 0.794 283.74 0.130 12BB 圆形焊带 整片 32.215 8.736 38.182 9.254 0.796 281.42 0.0836 3.07 半片 32.316 4.402 38.194 4.661 0.799 284.49 0.0330 276 278 280 282 284 286 288 0 200 400 60060 ce ll module pow er（ W ） Wire height（ μm） 12BB half cell module with different wire dimension 测试次数 Isc(A) Voc(V) Pm(W) Ipm(A) Vpm(V) FF(%) 七栅半片 +三角焊带 （正面：三角焊带边长 0.6mm； 背面：平焊带 0.2mm*2.0mm） S1-1 9.612 37.95 288.775 9.056 31.893 79.16 S1-2 9.607 38.002 288.732 9.021 32.012 79.09 S1-3 9.618 38.003 289.041 9.042 31.972 79.08 平均 9.612 37.985 288.849 9.040 31.959 79.11 七栅整片 +平焊带 （正面：平焊带 0.25mm*0.6mm； 背面：平焊带 0.2mm*2.0mm） S2-1 9.405 37.885 273.878 8.884 30.833 76.86 S2-2 9.427 37.866 274.508 8.868 30.959 76.9 S2-3 9.423 37.907 274.047 8.878 30.876 76.72 平均 9.418 37.886 274.144 8.877 30.889 76.83 7BB平焊带 VS 5BB平焊带 软件 模拟 焊带 EVA Vmp (V) Imp (A) Voc (V) Isc (A) FF power (W) 5BB平焊带 0.25mm*1.0mm 常规 EVA 31.578 8.640 38.168 9.174 0.779 272.838 7BB平焊带 0.25mm*0.6mm 加厚 EVA 31.492 8.665 38.173 9.203 0.777 272.887 多主栅半片 组件功率优化  实际验证 降低隐裂断栅风险 常规电池 多主栅电池 多主 栅组件产品优势 产品 优势 户外 检测，半片电池组件比常规整 片 工作温度 低 0.5℃-1℃。 相同遮挡条件下，半片电池 组件 热 斑 温度 低 20℃。 遮挡损失减小 组件 电路串并联 设计 ， 电压 与电流输出与整片几乎一致 ，并且在遮挡情况下具有更 低的发电量损失。 更 低 NMOT和 热斑风险  通过模拟 组件 IAM，对比几种不同类型焊带组件，在理想几何模型下， 12BB组件 的光生电流 在较大角度范围内均高于常规 5BB组件，两者的 IAM值曲线相近；  七主栅电池组件，由于应用三角焊带，入射光 在某一特定 角度时，光学增益效果明显降低， 造成 IAM曲线在此角度的突变。 组件 IAM值模拟 多主 栅产品优势 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80IAM （ Inc iden t an gle mod ifier ） Zenith angle(° ) 5BB 12BB 7BB 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 Jgen (mA/ cm 2 ) Zenith angle(° ) 5BB 12BB 7BB 32 37 0 5 10 15 20 25 30 35 纵向安装 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 IAM （ Inc ident ang le modi fie r） Zenith angle(°) 5BB 7BB 12BB  通过模拟 组件 IAM，对比几种不同类型焊带组件，在理想几何模型下， 12BB和 7BB三角组 件 的光生 电流在较大角度范围内 均高于常规 5BB组件 ，三者 的 IAM值曲线相近 ； 多主 栅产品优势 组件 IAM值模拟 横向安装 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 Jgen (mA /cm2 ) Zenith angle(°) 5BB 7BB 12BB 32 37 0 20 5BB 12BB 水平及斜面总辐射 量带来的增益 阴影或入射角导 致的光学损失 方阵由 辐照度、温 度 、组件品质带来 的损失 方阵由初始光衰减、 组件失配、线损带 来的损失 方阵由逆变器带来 的损失 发 电 量 增 益： 0.5% 多主 栅产品优势 高 发电量 7BB+Triangle 总结 多主栅组件技术路线相比五栅电池组件 ， 多晶 12栅组件功率提升 2.96%， N型单晶 12栅组件功率 3.3%； 多主栅 +半片设计 ， 优选焊带尺寸 、 主栅数量等 ， 多 主 栅半片组件功率相对于五栅电池 组件提升 5.3%以上； 多主 栅 /半片光伏组件具有 更高的产品可靠性 ， 可降低隐裂 、 断栅 风险 。 模拟不同多主栅组件设计在户外表现 ， 圆形焊带多主栅组件与常规组件无论是横向还是 竖向安装 IAM表现相当 ， 只有 7BB三角焊带在 50°角度方向 IAM表现稍差 ， 但是整体模拟 发电量结果差异很小 。 谢谢 !