多主栅能否成为未来主流技术
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主栅线是指晶硅太阳能电池表面上的粗电极条,起到将电池体内产生的光生电流引到电池外部的作用。
栅线会遮挡部分太阳光进入电池,为提高电池转换效率则希望栅线越细越好;然而栅线越细则电阻损失越大,填充因子也因此降低,所以栅线的设计需要平衡遮光和导电的关系。
20世纪初,日本京瓷发现增加主栅的数量,不仅可以减少电流在细栅中经过的距离,还可以减少每条主栅承载的电流,电阻损耗更小,而转换效率更高,多主栅产品孕育而生并逐渐成为光伏未来主要发展趋势之一。
多主栅通常指主栅线在10条以上的产品,相较于其他高效电池技术,多主栅技术备受追捧,主要归功以下优势:
1.缩短了电池片主栅之间的细栅长度,有效降低了细栅电阻,因此细栅宽度可以更窄多主栅设计,主栅线数增多,明显减少光生电流传输至主栅线的路径(如图1所示)
一般规格为156*156mm的5BB电池片电流的最大有效传输路径长度约15.6mm,相应12BB电池片的最大有效传输路径约3.5mm,下降75%以上。电流在细栅上的路径越短,消耗的功率就越小,相应组件整体功率输出就越高,同时可有效降低组件工作温度,提升光伏组件NOCT表现,组件长期发电性能好。另外,综合考虑效率和成本,细栅宽度和数量可进一步降低,达到降低银浆耗量同时也减小细栅遮挡面积的效果。
2.电池片主栅数量增加,电池片上电阻和电流分布更加均匀
颜色(如图2所示)越亮区域表示电阻值越高,颜色越暗的区域表示电阻值越低,可以看出主栅数越多,电阻值分布越低且越均匀,在每个主栅和焊带上流过的电流也会相应越低,从而降低焊带上的阻抗损失,同时主栅宽度设计可以更窄。同时,在组件端,相比传统5BB组件扁平焊带使用量,12BB组件亦可减少焊带总量的使用,从而进一步减少银浆、焊带耗量和电池片遮挡。
3.银浆消耗量的降低能显著降低成本
银浆消耗量的降低能显著降低成本。由于细栅和主栅优化,整体银浆耗量下降,12BB相比5BB银浆耗量至少可节省30%以上,而电池片银浆成本占非硅成本的50%以上,从而大大降低电池片及组件的生产成本。对于双面电池,多主栅电池组件银浆节省量更加显著。
4.组件可靠性提升
相同情况的隐裂、断栅,多主栅电池片的影响面积比5BB电池小,即多主栅对电池片隐裂、断栅、破裂等容忍度更高,在组件的持续工作当中造成的损失更小(如图3所示)。同时,焊接后焊带在电池片上的分布更为均匀,换言之对电池片的作用力分布更均匀,分散了电池片封装应力,从而提升电池片的机械性能,进而提升组件可靠性能。
多主栅组件设计中,由于单根焊带变细,一般选用圆形焊带进行电池片连接,相对与扁平型常规焊带,圆形焊带更能体现光学上的优势。圆线焊带,有三个重要的区域(如图4所示):
在区域(a)中,光束可以直接反射到电池片表面,因此,有效阴影面积减少到实际焊带遮挡面积的约70%;
在区域(b)中,从导线反射的光线反射到玻璃与空气界面上,空气对玻璃的折射率为1.5,在界面上形成全反射后回到电池片表面,焊带有效遮阳面积降低为36%;
在区域(c)中,反射的光线再次回到玻璃表面,此部分光线入射角小于全反射角度,因此光束被分成反射部分和透射部分,反射部分形成二次吸收,可进一步减少导线的有效阴影遮挡。有效遮挡面积下降,电池组件短路电流升高,而常规扁平焊带无此优势。
综上所述,电池片主栅数目增加,降低了串联电阻,同时更细更窄的细栅和主栅设计有效降低了金属遮挡面积,使得电池片效率可提升0.3%~0.5%,组件端圆形焊带的使用,降低电池片的有效遮挡面积的同时增加入射光的二次吸收,结合多主栅电池片优势,组件功率可提升5~8W。
目前多主栅产品仍只占据了小部分的市场份额,三主栅正在逐步退出市场,四主栅、五主栅逐渐成为主流产品,多主栅将在2019年开始放量,未来将占据大部分市场份额,成为主流技术。
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