太陽能晶硅組件功率損耗分析及材料改善

1、太陽能晶硅組件功率損耗分析及材料改善摘要 對于太陽能企業(yè)來說，降低功率損耗是降低運營成本、提高單位面積組件功率轉(zhuǎn)換效率、提升客戶滿意度的重要籌碼。本文主要研究太陽能晶硅組件的功率損耗因子及材料改善，從匯流條、互聯(lián)條等連接材料和玻璃、EVA等封裝材料進行分析。關(guān)鍵詞 功率 功率損失 投入產(chǎn)出比一、引言：晶體硅太陽電池經(jīng)封裝后，通常組件的功率會小于所有電池片的標稱功率之和。這個差值，就稱為組件封裝功率損失，計算方法為：封裝損失=（理論功率實際功率）理論功率。如何降低功率損失，是優(yōu)化組件制造工藝的重要內(nèi)容。導致組件封裝損失的因素有電學損失、光學損失等，具體如下：（1）串聯(lián)電阻損耗：匯流條或互聯(lián)條電阻

2、、焊接不良電阻（虛焊）、焊帶與電極之間的接觸電阻、漿料等損耗；（2）光學損耗：焊帶遮光、玻璃和EVA等封裝材料引起的光反射和吸收損失；（3）組件內(nèi)電流混檔損耗：電池片電流檔不一致引起的電流失配損耗等；（4）熱損耗：組件工作時溫度升高引起的輸出功率下降；（5）電池片和組件測試標準差異；二、連接材料的功率損耗分析及改善：通常太陽能電池串通過匯流條及互聯(lián)條（一般為鍍錫銅帶）串聯(lián)連接，電池片產(chǎn)生的電流經(jīng)連接材料，部分電能將轉(zhuǎn)換為熱能損耗。根據(jù)公式P=I²R可知，降低電池片輸出電流Ipm（提高電池片工作電壓Vpm），或降低連接材料電阻將可減少這方面的熱損耗。（1）連接材料-匯流條匯流條功率損耗

3、的改善可通過增加材料截面積、降低整體電阻來實現(xiàn)。我們選取了同一匯流條廠家9種不同寬度和厚度的匯流條進行比較分析，如表一所示。每種規(guī)格匯流條截取1米測量電阻（用同惠TH2512B低電阻測試儀測量）。從表一可以看出，當匯流條寬度不變、厚度增加，如規(guī)格5mm*0.22mm和規(guī)格5mm*0.35mm，其電阻分別為18.55 m/m和11.30 m/m，電阻減少約38%。當匯流條厚度不變、寬度增加，如規(guī)格5mm*0.3mm和規(guī)格7mm*0.3mm，其電阻分別為13.79 m/m和9.85 m/m，電阻減少約29%。因此，增加厚度或?qū)挾瓤擅黠@降低電阻。電阻減少，可降低功率損耗。從理論上分析，若匯流條規(guī)格從

4、5mm*0.22mm調(diào)整為8mm*0.35mm，如表一，線電阻減少11.16 m/m。根據(jù)P=I²R折算，功率可提升約1.04W（如表一，電流取8.18A，組件內(nèi)折合匯流條長度取1.394m）。實驗方面，用這兩種規(guī)格匯流條同時生產(chǎn)200塊組件，相同電池效率檔、相同測試機臺（單因子對比），其中選用8mm*0.35mm規(guī)格匯流條的組件功率比選用5mm*0.22mm規(guī)格匯流條的組件功率平均高約1W。表一 不同規(guī)格匯流條電阻和功率差異情況（2）連接材料-互聯(lián)條互聯(lián)條作為組件內(nèi)電路連接的一部分，降低互聯(lián)條電阻也可降低熱損耗。我們對同一互聯(lián)條廠家兩種規(guī)格（0.23（厚度）mm *1.5（寬度）m

5、m和0.2 mm *1.6mm）互聯(lián)條的線電阻進行對比，如表二，0.23*1.5mm規(guī)格比0.20*1.6mm規(guī)格電阻低約8%，同時0.23 mm *1.5mm互聯(lián)條相對較窄，可以減少焊帶遮光面積提升電池片轉(zhuǎn)換效率。實驗方面，用這兩種規(guī)格互聯(lián)條同時生產(chǎn)各1000塊光伏組件，并用相同3A級功率測試機臺（單因子對比）測試對比，采用0.23 mm *1.5mm規(guī)格互聯(lián)條的組件平均功率高約1.5W。由于互聯(lián)條截面積變化有可能造成如碎片率等其它成本值變化，因此在導入時需綜合考慮各方面因素。表二 不同規(guī)格互聯(lián)條電阻差異情況三、封裝材料的功率損耗分析及改善：引起光損失的封裝材料有玻璃、EVA、背板等。（1）

6、玻璃光照射到光伏組件上時，由于一部分光被玻璃反射而不能全部被電池片吸收，導致光損失。在玻璃表面鍍制低折射率薄膜（通常為SiO2），可減少光反射、提高透光率，從而提升電池效率。使用北京奧博泰GST3測試儀，對玻璃鍍膜前后透光率進行測量。根據(jù)圖一可看出，玻璃在鍍膜前透光率約為91%，在玻璃表面增加減反增透膜后透光可提升約2%-4%。試生產(chǎn)1000塊組件，除玻璃外其它材料一致（單因子對比），運用相同測試機臺測試，可發(fā)現(xiàn)增加增透膜后CTM（投入產(chǎn)出比）提升1.5%以上。圖一 玻璃蒸鍍增透膜前后透光率對比其次，為了更好地提高光透過率，也可以在玻璃正反面鍍制兩層或多層薄膜。（2）EVA由于紫外光長期照射容

7、易造成背板或EVA老化、龜裂、變黃，因此EVA廠家一般會在EVA中添加抗紫外劑。我們對某EVA膜添加抗紫外劑前后光譜透光率進行比較分析，如圖2，可知在添加抗紫外劑后400nm以下的短波段光譜被截止掉了，而截止掉的紫外光會影響電池片封裝轉(zhuǎn)換效率。因此，在電池片受光面使用未加抗紫外添加劑的EVA，電池片非受光面使用添加抗紫外劑的EVA，這樣既防止背板黃變又提高了電池受光。經(jīng)過試驗，用電池正面加添加劑的EVA與不加添加劑EVA各生產(chǎn)10塊組件，組件其他材料均一致（單因子對比），使用全光譜測試儀測試發(fā)現(xiàn)不加添加劑EVA CTM高 1%以上。圖2添加抗紫外劑前后EVA透光率比較（3）背板背板的光反射率也是組件轉(zhuǎn)換效率的重要影響因素。根據(jù)實驗，如黑色背板及透明背板明顯比白色背板效率低（一般會低1%-2%）。因此，背板反射率也是評估導入的一項重要指標。四、小結(jié)從上文分析可知，改善組件功率損耗可