N型高效矩形片组件的开发与产业化应用
党的十八大以来,我国新型能源体系加快构建,能源保障基础不断夯实,为经济社会发展提供了有力支撑。我国风电、光伏等资源丰富,发展新能源潜力巨大。经过持续攻关和积累,我国多项新能源技术和装备制造水平已全球领先,建成了世界上最大的清洁电力供应体系,光伏产品给中国制造增添了新亮色,新能源发展已经具备了良好基础,我国成为世界能源发展转型和应对气候变化的重要推动者。
提效、降本一直都是光伏制造业的主旋律。在光伏产业链各个环节发展的背景下,除了积极探索N型等高效电池技术,开发矩形片技术成为提效、降本工作新的突破口。
国内外光伏组件基本采用半片技术,即将整个方形片电池居中切割,分为两个半片的矩形电池片,进行半片的矩形片焊接,进而电气连接满足系统端需求,封装为光伏组件。同样在组件端电池片表现为矩形半片的小单元,则同样可将矩形半片电池小单元的长度加长,控制满足系统端电压和电流要求,在电池端即不再是正方形电池片,打破电池片一直是方形片的思维,整片电池即为矩形片。在组件设计端组件宽度不变,长度适当增大,组件功率得到增加,在电站建设方面降低了客户的单瓦投资成本。
综合各家组件企业的产品信息来看,采用矩形硅片的组件比传统尺寸硅片组件的功率平均可提升5-30W。采用PERC技术的72片标准182mm尺寸组件,功率是在550W左右,若使用矩形硅片,则可增加5W到10W的功率;矩形硅片在目前已有的高效技术上能做到进一步提高组件功率,意味着能创造更高的价值,自然备受产业链和终端客户的青睐。采用矩形硅片的组件出货量将进入快速增长阶段,矩形硅片成为光伏组件追求增效的最优选。
1.采用先进的半片电气连接设计,较常规的整片电池连接,能够减少热损耗,即电流变为原来的1/2,根据热损失公式P=I2R,则组件内部功率热损失变为原来的1/4,因此封装组件热损失减少,则输出功率相对提升。针对电池片的半片切割,采用先进的无损激光切割技术,相对于传统的热激光切割,电池切割边沿无热损伤,降低激光切割对电池片效率的损伤,进而减少激光工艺对电池的损伤而提高组件功率。高效率组件采用16多主栅设计,主栅间距更近,减少电流传输路径,降低电池内部电阻损失,进而提高组件功率。采用矩形片切半方案,较常规的方片切半,组件版型长度略增加(由2278mm增加到2382mm),但组件采用小片间距(片间距约0.8mm)设计,而常规组件采用大片间距(片间距约1.5mm)设计,进而增加光伏电池有效发电面积,组件功率提升约30W(580W提升至610W),组件效率提升0.13%(22.45%提升至22.58%)以上。同时,组件采用先进的封装技术,使用间隙反光技术,进一步提升组件功率。能够采用双面发电封装工艺,在组件正面发电的情况下,封装后组件双面率提升至75%以上。
2.针对大尺寸矩形片(182.2×210mm)进行设备升级,需将电池片焊接机P型182×182mm尺寸的10栅焊接机升级为182.2×210mm尺寸的N型16栅矩形片焊接机,主要是对焊接机料盒、焊带搬运系统、焊带传输单元、焊接模组单元、焊接灯头等部分进行全面升级改造。其次,由现有的P型产品向N型产品转型,N型电池片尺寸变大、厚度减薄、片间距减少、主栅数量增加、焊带变细等对生产工艺提出更高要求,满足电池片无损激光切割,切割面相对于有损激光切割,无微裂纹,保证电池片机械性能良好,且后期无隐裂扩散风险。电池片厚度减薄及片间距减小,对产业化提出更高要求,保证焊接碎片率处于0.8%以下的低水平,且层压后组件EL良好,无明显隐裂或碎片状态。主栅数量的增多以及焊带减细的先进技术,要求更加精准的对位焊接,避免焊偏导致的开焊虚焊等质量问题。 N型高效矩形片组件产业化应用,在组件生产层压工艺中,是决定组件成功与否的关键工序,其对封装材料的稳定层压工艺,避免层压气泡、电池碎片、电池片流动等提出更高要求,探索出一套稳定的层压工艺至关重要。综合以上各方面的生产工艺问题,需保证组件能够量产,生产电池碎片率小于0.8%,组件合格率高于99.94%。
3.N型高效矩形片组件需具备高的可靠性,在满足IEC61215及IEC61730标准的基础上,能够表现出更优异的性能,在同等测试条件下,IEC61215及IEC61730标准要求组件功率衰减<5%,而N型高效矩形片组件采用优异的封装材料及先进的封装工艺,在同等测试条件下,组件功率衰减<3%,主要测试项目包含DH1000、TC200、UV15kWh+TC 50+HF10、机械载荷等,另外,光伏组件PID96h衰减<3%。
1、组件功率提升约30W(580W提升至610W),组件效率提升0.13%(22.45%提升至22.58%)以上。采用双面发电封装工艺,在组件正面发电的情况下,封装后组件双面率提升至75%以上。
2、将电池片焊接机P型182×182mm尺寸的10栅焊接机升级为182.2×210mm尺寸的N型16栅矩形片焊接机,生产电池碎片率小于0.8%,组件合格率高于99.94%。
3、组件功率衰减<3%,主要测试项目包含DH1000、TC200、UV15kWh+TC 50+HF10、机械载荷等,另外,光伏组件PID96h衰减<3%。
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