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北極星太陽能光伏網訊:近年來，在光伏產業鏈的成本下降路線圖中，高效組件技術被寄予厚望。半片、雙玻、多主柵、疊片、拼片等頗具革命性的高效技術層出不窮，尤其是2019年崛起的拼片技術，在MBB技術的基礎上對光伏組件的互聯材料和電池間距進行了大變革，在行業內掀起了各種討論浪潮。本文從另一個角度著手，主要探討如何優化晶矽電池組件中的間隙光利用，在組件高功率和高密度之間取得平衡。
「疊片和拼片有別於常規組件中利用電池間隙光的方式，拼命將電池間距壓縮甚至是疊合，來達到高密度高效率組件的目的。電池間的間距到底是該利用還是捨去，兩種技術方案有何優缺點？」
1、剖析各類組件結構對光的利用
根據電池間距和光利用方式的不同，可將組件分為：疊片、拼片、普通高透組件和間隙光利用組件技術，不同類型組件對電池間隙光的利用情況也不一樣。
①疊片組件技術：將電池片切片後，再用專用的導電膠把電池片連成串。並採用疊片的連接方式，直接消除片間距甚至達到了負片間距，充分利用了組件上有限的受光面積，提升組件效率。但由於其負片間距的特點，電池與電池拼接處無光利用，同時重疊部分的電池因此也無法利用。
圖1 疊片組件光照示意圖
②拼片組件技術：通過三角焊帶增加光利用和增加電池排布密度，達到組件效率最大化。它將組件的片距大幅縮小至0~0.5mm，減小片間距焊帶帶來的電阻，將由縮小片距而省出來的空間，多放置電池片，實現在最小的面積裡放置最多的電池片，達到組件效率最大化。但由於其電池零間隙的特點，電池與電池拼接處無光利用。
圖2 拼片組件光照示意圖
③普通高透組件技術：組件電池片的片間和串間有1~4mm的間隙空間，這些間隙佔光伏組件3-10％的面積，照射到這些間隙的光直接穿透組件，很難被吸收或利用。
圖3 普通高透組件光照示意圖
④間隙光利用組件：通過在光伏組件電池間距內設置漫反射結構，使照射到電池間距處的光二次反射到電池片上，充分利用了間隙光。該技術可通過使用白色高反背玻、白色背膠膜、反光膜等方式達到。
圖4 間隙光利用組件光照示意圖
綜上，疊片、拼片組件通過縮短電池片間距來增加電池排布密度，達到高密度高功率高效率組件，但是縮減了電池片間距也就拋棄了間隙光反射到電池片的光線，僅僅靠照射到電池片的光線發電，這就導致疊片、拼片的光線吸收率與普通高透組件的光線吸收率相當。而如果能將佔組件面積3%-10%的間隙處的光線充分利用起來，對於組件功率的提升非常大，間隙光利用組件相比普通高透組件、疊片、拼片組件的功率可以提升2~3%。
2、電池間距的變化對組件串阻的影響
晶矽太陽能電池經封裝後，組件的功率一般會小於所有電池片的功率之和。這個差值，就稱為組件封裝功率損失。如何降低功率損失，是優化組件製造工藝的重要內容。一般認為，組件功率損失主要與以下三點有關：電池串聯引起的電流失配、串聯電阻損耗和光學損耗。
同等條件下電池間距的變化對組件串阻有多大影響？我們設計實驗：使用相同電池，常規0.27x1.0mm普通焊帶（銅基材厚度0.22~0.23mm，電阻率在0.021mΩ·m）進行60版型組件測試，分別對比片間距為0/3/6/9/12mm對間距處電阻以及組件功率的影響，如下表1：
表1 不同片間距對應電阻值以及組件功率損耗
以上數據可以看出，0mm片間距與3mm片間距相比，組件內阻僅相差3.31mΩ，換算成功率僅增加0.17W。而拉大片間距所帶來的功率增益要比這大得多，而且工藝更加簡單，焊接破片率更低。
因此通過電池緊密排布所減小的電阻損耗其實可以基本忽略。
3.電池間距的大小和漫反光材料對光利用的變化
①高漫反射率材料
在已知間隙光能夠大大增加電池片光線利用率的情況下，增加間隙光的反射率就是我們當前要解決的問題。目前常見的用於間隙光利用的有塗於玻璃表面的白色高反材料，白色背板，以及白色膠膜。白色背板反射率在75%左右，白色高反塗料反射率大於80%，白色膠膜的反射率在85%左右，反光膜的反射率在90%左右。於是我們設計了如下實驗：
使用相同多晶電池，製作60版型組件，其中變量分別為普通高透、高反玻璃、白色EVA和間隙處張貼反光貼膜，片間距3mm與片間距5mm，下表2為不同反射率材料對組件功率的影響：
根據實驗數據：片間距為3mm時，使用白色高反可比普通高透組件功率提升2.51%,使用白色EVA的組件可比普通高透組件功率提升3.3%，間隙處張貼反光膜功率更優。間隙處張貼反光膜情況下，片間距從3mm增加到5mm，功率又可以增加0.76%。
表2 不同反射率材料對組件功率的影響
反光率越高的材料，功率增益越大。反光膜優於白色EVA，優於普通白色背板或白色高反玻，但是目前反光膜間隙處張貼工藝技術不穩定，易偏移，量產困難。現階段綜合評估：間隙處搭配白色EVA最優。
②間距
根據以上數據，我們也可以看到，在增加間距的情況下，同類型組件的功率也能夠繼續提升。於是我們設計實驗，驗證光線利用率最高的組件片間距。
實驗條件為：P型PERC電池5.32W電池片，白色EVA膠膜，製作60版型組件。實驗中的變量為電池片間距，實驗數據如下表3：
表3 不同片間距對組件功率的影響
對比可得出，片6比片3功率增加1.2W，片9比片6增加0.8W，增加相同片間距情況下，片6組件的功率提升更高，而片9組件的功率提升開始下降。
根據以上數據，片6相比片3的白色EVA組件，功率可提升0.5%左右，白色EVA組件相比普通高透組件提升3.3%左右。可以推斷，在電池片數量相同情況下，片6白色EVA組件相比0片距的拼片組件功率可提升3.8%。
4.優化晶矽電池組件的光利用
根據以上數據，我們可以看到：影響間隙光利用率的主要因素為電池間距的大小和漫反光材料，為了進一步驗證這兩者對組件效率和功率的影響，我們採用158.75mm的大單晶電池片進行72版型驗證。圖4和圖5為不同間隙光利用率組件的效率和功率的變化。
圖4 組件功率分布圖
圖5 組件效率分布圖
從上圖可以看出，高光利用組件不管是組件功率和組件效率都是表現最高的，從功率上看，當片間距越大，間隙處反射率越高時，組件功率也就越高。但這種功率增長速度會隨著片間距的提升而放緩。從組件效率上看，間隙光反射率越高的材料，組件效率也就越高，並且組件效率在片間距為2~4mm時達到最高。
結語：
拼片與疊片技術增加組件效率的同時，也增加了工藝難度，降低了合格率，增加了生產成本。而通過擴大片間距，提升間隙處的反射率，充分利用間隙處的光線等手段，不僅可以充分提升組件每一塊電池片的發電量，有效提升組件功率，還能相應地降低組件成本。並且只要能夠持續提升間隙處的反射率，就能使組件功率更高，成本壓得更低。
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