太阳能晶硅组件功率损耗分析及材料改善

太阳能晶硅组件功率损耗分析及材料改善摘要对于太阳能企业来说，降低功率损耗是降低运营成本、提高单位面积组件功率转换效率、提升客户满意度的重要筹码。本文主要研究太阳能晶硅组件的功率损耗因子及材料改善，从汇流条、互联条等连接材料和玻璃、EVA等封装材料进行分析。关键词功率功率损失投入产出比一、引言：晶体硅太阳电池经封装后，通常组件的功率会小于所有电池片的标称功率之和。这个差值，就称为组件封装功率损失，计算方法为：封装损失=（理论功率－实际功率）／理论功率。如何降低功率损失，是优化组件制造工艺的重要内容。导致组件封装损失的因素有电学损失、光学损失等，具体如下：（1）串联电阻损耗：汇流条或互联条电阻、焊接不良电阻（虚焊）、焊带与电极之间的接触电阻、浆料等损耗；（2）光学损耗：焊带遮光、玻璃和EVA等封装材料引起的光反射和吸收损失；（3）组件内电流混档损耗：电池片电流档不一致引起的电流失配损耗等；（4）热损耗：组件工作时温度升高引起的输出功率下降；（5）电池片和组件测试标准差异；二、连接材料的功率损耗分析及改善：通常太阳能电池串通过汇流条及互联条（一般为镀锡铜带）串联连接，电池片产生的电流经连接材料，部分电能将转换为热能损耗。根据公式P=I²R可知，降低电池片输出电流Ipm（提高电池片工作电压Vpm），或降低连接材料电阻将可减少这方面的热损耗。（1）连接材料--汇流条汇流条功率损耗的改善可通过增加材料截面积、降低整体电阻来实现。我们选取了同一汇流条厂家9种不同宽度和厚度的汇流条进行比较分析，如表一所示。每种规格汇流条截取1米测量电阻（用同惠TH2512B低电阻测试仪测量）。从表一可以看出，当汇流条宽度不变、厚度增加，如规格5mm*0.22mm和规格5mm*0.35mm，其电阻分别为18.55mΩ/m和11.30mΩ/m，电阻减少约38%。当汇流条厚度不变、宽度增加，如规格5mm*0.3mm和规格7mm*0.3mm，其电阻分别为13.79mΩ/m和9.85mΩ/m，电阻减少约29%。因此，增加厚度或宽度可明显降低电阻。电阻减少，可降低功率损耗。从理论上分析，若汇流条规格从5mm*0.22mm调整为8mm*0.35mm，如表一，线电阻减少11.16mΩ/m。根据P=I²R折算，功率可提升约1.04W（如表一，电流取8.18A，组件内折合汇流条长度取1.394m）。实验方面，用这两种规格汇流条同时生产200块组件，相同电池效率档、相同测试机台（单因子对比），其中选用8mm*0.35mm规格汇流条的组件功率比选用5mm*0.22mm规格汇流条的组件功率平均高约1W。表一不同规格汇流条电阻和功率差异情况（2）连接材料-互联条互联条作为组件内电路连接的一部分，降低互联条电阻也可降低热损耗。我们对同一互联条厂家两种规格（0.23（厚度）mm*1.5（宽度）mm和0.2mm*1.6mm）互联条的线电阻进行对比，如表二，0.23*1.5mm规格比0.20*1.6mm规格电阻低约8%，同时0.23mm*1.5mm互联条相对较窄，可以减少焊带遮光面积提升电池片转换效率。实验方面，用这两种规格互联条同时生产各1000块光伏组件，并用相同3A级功率测试机台（单因子对比）测试对比，采用0.23mm*1.5mm规格互联条的组件平均功率高约1.5W。由于互联条截面积变化有可能造成如碎片率等其它成本值变化，因此在导入时需综合考虑各方面因素。表二不同规格互联条电阻差异情况三、封装材料的功率损耗分析及改善：引起光损失的封装材料有玻璃、EVA、背板等。（1）玻璃光照射到光伏组件上时，由于一部分光被玻璃反射而不能全部被电池片吸收，导致光损失。在玻璃表面镀制低折射率薄膜（通常为SiO2），可减少光反射、提高透光率，从而提升电池效率。使用北京奥博泰GST3测试仪，对玻璃镀膜前后透光率进行测量。根据图一可看出，玻璃在镀膜前透光率约为91%，在玻璃表面增加减反增透膜后透光可提升约2%-4%。试生产1000块组件，除玻璃外其它材料一致（单因子对比），运用相同测试机台测试，可发现增加增透膜后CTM（投入产出比）提升1.5%以上。图一玻璃蒸镀增透膜前后透光率对比其次，为了更好地提高光透过率，也可以在玻璃正反面镀制两层或多层薄膜。（2）EVA由于紫外光长期照射容易造成背板或EVA老化、龟裂、变黄，因此EVA厂家一般会在EVA中添加抗紫外剂。我们对某EVA膜添加抗紫外剂前后光谱透光率进行比较分析，如图2，可知在添加抗紫外剂后400nm以下的短波段光谱被截止掉了，而截止掉的紫外光会影响电池片封装转换效率。因此，在电池片受光面使用未加抗紫外添加剂的EVA，电池片非受光面使用添加抗紫外剂的EVA，这样既防止背板黄变又提高了电池受光。经过试验，用电池正面加添加剂的EVA与不加添加剂EVA各生产10块组件，组件其他材料均一致（单因子对比），使用全光谱测试仪测试发现不加添加剂EVACTM高1%以上。图2添加抗紫外剂前后EVA透光率比较（3）背板背板的光反射率也是组件转换效率的重要影响因素。根据实验，如黑色背板及透明背板明显比白色背板效率低（一般会低1%-2%）。因此，背板反射率也是评估导入的一项重要指标。四、小结从上文分析可知，改善组件功率损耗可以通过改变材料截面积（如增加材料宽度、厚度）、在玻璃表面蒸镀减反膜、使用未添加抗紫外剂的EVA等方面进行。但材料的优化往往会伴随成本上升，因此是否导入通常会根据整体效益确定。(正泰太阳能肖文、胡海生、卢凯、王仕鹏、黄海燕、陆川)